一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种一元醇‑空气催化转化制取缩醛的工艺系统及方法，解决了现有技术中成本高，安全环保风险大，转化效率低，不能快速精确控制生产条件，不能够连续化工业生产的问题。本发明专利技术的进料系统包括原料罐、往复式计量泵、空气发生装置和质量流量计；加热混合系统包括气体预热器、液体预热器、气体预热管道、液体预热管道、气液混合预热管道、汽化混合器及过热管道；催化转化系统包括固定床催化反应器；冷凝系统包括深冷器及循环冷冻机；气液分离系统包括气液分离塔、产品罐、湿式流量计。一元醇和空气经进料系统进入加热混合系统加热并混合，再进入催化转化系统反应，反应尾气经冷凝系统冷凝、气液分离系统分离得到含缩醛的液相产品。

A process for conversion of acetal monohydric alcohols and air catalytic method

The invention discloses a process system for conversion of acetal monohydric alcohols and air catalytic method, solve the high cost of the existing technology, safety and environmental risks, low conversion efficiency, can quickly and accurately control the production conditions, not to the continuous industrial production problems. The feeding system of the invention comprises a raw material tank, metering pump, reciprocating air generator and a mass flowmeter; heating hybrid system including gas preheater, liquid preheater, gas preheating pipe, liquid preheating pipeline, pipeline, gas-liquid mixing preheating vaporization mixer and superheated pipe; catalytic conversion system comprises a fixed bed catalytic reactor; including cryogenic condensation system container and circulating refrigerator; gas-liquid separation system comprises a gas-liquid separation tower, product tank, wet flowmeter. The unitary alcohol and air enter the heating system through the feed system, then heat and mix, and then enter the catalytic conversion system. The tail gas is separated by condensation system and gas liquid separation system to get liquid products containing acetal.

【技术实现步骤摘要】
一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统及方法
本专利技术属于有机催化
，具体涉及一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统及方法。
技术介绍
一元醇经催化氧化可生成缩醛此类附加值更高的化合物。甲醇是一种重要的基础化工原料，近20年来，随着国家鼓励煤化工行业发展的政策与布局的出台和甲醇生产技术的提高，一大批大规模甲醇生产装置应声上马，甲醇产能高速增长，作为重要的基础化工原料和产品，由于其下游产品开发不够，甲醇生产出现了严重的产能过剩现象。目前，我国甲醇产能或高达8100多万吨，产量或高达4200多万吨。尽管前些年的二甲醚、醋酸及近几年的甲醇制烯烃项目的繁荣在一定程度上刺激了甲醇的消费，但其产能过剩的局面并未得到改善。二甲氧基甲烷(DMM)俗称甲缩醛，又叫二甲醇缩甲醛、甲撑二甲醚、亚甲基二甲基二醚，分子式(CH3O)2CH2，作为一种极具应用性的高附加值甲醇下游有机产品，DMM被广泛用于燃料及燃料添加剂、化工中间体、绿色溶剂、香料、化妆品、药品、橡胶工业、油漆、油墨等领域。通常在有水状态下，DMM在碱性、中性条件下稳定，在pH＞4.5-5之间不水解，性质稳定。DMM不会产生过氧化合物，不必加稳定剂，最适合循环使用，回收时不分解；DMM大气存留时间仅58h，其全球变暖潜能值可忽略不计；DMM分子结构中不含卤原子，其臭氧损耗潜势为零；DMM具有非常低的毒性，非常安全，在环境中不累积，可生物降解。DMM有望在能源与环保领域发挥重要作用。在当前甲醇产能出现过剩的情况下，开发甲缩醛此类应用广泛且附加值高的下游化学品与技术对煤化工尤其是甲醇行业的健康发展具有重要意义。生产DMM的传统工艺是甲醇与甲醛在酸性催化剂作用下缩合(史高峰，陈英赞，罗凯，等.高纯度甲缩醛的制备方法[J].精细化工，2012,29(2):178-181)，该工艺流程长、原料消耗多、能耗大、含甲醛废水多、催化剂对设备腐蚀严重且部分不易与产物分离。另外，甲醇脱水制二甲醚、二甲醚氧化制DMM的两段工艺(万书含，商永臣.PW12/SiO2催化氧化二甲醚制取甲缩醛[J].工艺技术，2016,(21):118-119)存在二甲醚转化率和DMM选择性低的问题，且合成路线长、设备投资大、能耗高。中石化许春梅等以多聚甲醛代替甲醛与甲醇在甲苯溶剂中反应，用H2SO4催化其生成DMM(CN101628860A)，虽然催化反应精馏工艺提高了平衡转化率，并且原料的改变使废水减少，但成本明显上升，而且溶剂、液体酸对产品存在污染。Zhang等报道了碱修饰的离子液体BmimOH在150℃、3.0MPa下催化甲醇与CO2合成DMM的方法(ZhangQJ,ZhaoHY,LuB,etal.AnovelstrategyforconversionofmethanolandCO2intodimethoxymethaneinabasicionicliquid[J].JournalofMolecularCatalysisA:Chemical,2016,421:117-121)，虽然CO2得以被利用，但反应效率低，甲醇转化率仅2.4％，工业化难度较大。单永奎等公开了一种利用二溴甲烷、甲醇、氢氧化钾反应生成DMM的方法(CN101550068A)，虽然报道条件温和，二溴甲烷利用率高，但二溴甲烷有毒、污染环境，氢氧化钾溶解困难，且反应效率与分离效率均未公开。采用氧化-缩合耦合工艺一步催化甲醇转化为DMM的新技术(SecordelX,YoboueA,CristolS,etal.SupportedoxorhenatecatalystspreparedbythermalspreadingofmetalRe0formethanolconversiontomethylal[J].JournalofSolidStateChemistry,2011,184:2806-2811)不仅生产效率高，而且省去了甲醇制甲醛工段，流程缩短，投资减少，解决了废水与设备腐蚀问题，不存在催化剂与产品分离难、产品易被污染等问题。由于反应过程放热，考虑催化剂床层移热与可燃物的爆炸极限，O2须配入一定浓度的稀释气，现有技术一般用配入了稀释气(N2、He或Ar)的储罐，这样存在安全风险，或单独设计一路稀释气解决该问题，但这在工业上不仅需增加造气、缓冲罐、动力输送、流量控制、管道等环节的投资，而且多出了稀释气的生产成本项；文献报道原料甲醇一般盛于玻璃蒸发瓶中，通过气体(O2与稀释气的任一组合)的流动将玻璃瓶中的甲醇带入转化系统，该方式不能快速精准的调节进甲醇量，还会因气流、温度及甲醇余量变化等造成进甲醇量波动与计量不准，影响转化反应及工作人员对转化情况的真正认识；产品液相组分(水、甲醇、甲缩醛、甲酸甲酯、二甲醚、甲醛)几乎均为低沸点组分，现有技术的一次冷却很难将组分全部冷却下来，这样不仅造成产品损失，而且影响计算分析和工作人员对转化情况的准确判断，同时无热量回收的冷冻机冷却方式也造成了系统热量损失；以上方案采取的玻璃器材(玻璃蒸发器、反应管、冷阱等)将该反应限制在常压下，就不能通过实验考察压力与反应的关系，降低了对该技术的认识度，而且不利于工业化方案的设计、选材与生产操作。因此，提供一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统及方法，能够提高生产效率，降低装置投资、生产成本与安全环保风险，同时便于快速精确控制生产条件与实现连续化工业生产，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统，解决了现有技术中一元醇-空气催化转化制取缩醛时，装置投资大，生产成本高，能耗高，转化效率低，安全环保风险大，不能快速精确控制生产条件，不能够连续化工业生产的问题。本专利技术还提供了一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的方法。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统，包括进料系统、加热混合系统、催化转化系统、冷凝系统以及气液分离系统；进料系统包括盛装有一元醇液体的原料罐、与原料罐的出口管道连接的往复式计量泵、用于产生空气的空气发生装置及与空气发生装置的出口管道连接的质量流量计；加热混合系统包括气体预热器、液体预热器、气体预热管道、液体预热管道、气液混合预热管道、汽化混合器及过热管道，气体预热器和液体预热器均为盘管式换热器，气体预热器的壳程入口与质量流量计的出口管道连接，气体预热器用于将从空气发生装置输送过来的空气进行预热，液体预热器的壳程入口与往复式计量泵的出口管道连接，液体预热器用于将从原料罐输送过来的一元醇液体进行预热，气体预热器的壳程出口与气体预热管道的进口连接，液体预热器的壳程出口与液体预热管道的进口连接，气体预热管道的出口、液体预热管道的出口分别与气液混合预热管道的进口连接，所属汽化混合器的进口与气液混合预热管道的出口连接，汽化混合器的出口与过热管道的进口连接；催化转化系统包括装填有氧化催化剂的固定床反应器，反应器与过热管道的出口连接，用于使从汽化混合器输送过来的混合气体进行催化反应；冷凝系统包括深冷器和循环冷冻机，气体预热器的管程入口与反应器的出口管道连接，气体预热器的管程出口与液体预热器的管程入口管道连接，深冷器为盘管式换热器，深冷器的管程入口与液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一元醇‑空气催化转化制取缩醛的工艺系统，其特征在于，包括进料系统、加热混合系统、催化转化系统、冷凝系统以及气液分离系统；所述进料系统包括盛装有一元醇液体的原料罐(5)、与所述原料罐(5)的出口管道连接的往复式计量泵(7)、用于产生空气的空气发生装置(1)及与所述空气发生装置(1)的出口管道连接的质量流量计(2)；所述加热混合系统包括气体预热器(4)、液体预热器(9)、气体预热管道(10)、液体预热管道(34)、气液混合预热管道(35)、汽化混合器(11)及过热管道(12)，所述气体预热器(4)和所述液体预热器(9)均为盘管式换热器，所述气体预热器(4)的壳程入口与所述质量流量计(2)的出口管道连接，所述气体预热器(4)用于将从所述空气发生装置(1)输送过来的空气进行预热，所述液体预热器(9)的壳程入口与所述往复式计量泵(7)的出口管道连接，所述液体预热器(9)用于将从所述原料罐(5)输送过来的一元醇液体进行预热，所述气体预热器(4)的壳程出口与气体预热管道(10)的进口连接，所述液体预热器(9)的壳程出口与液体预热管道(34)的进口连接，所述气体预热管道(10)的出口、所述液体预热管道(34)的出口分别与气液混合预热管道(35)的进口连接，所属汽化混合器(11)的进口与所述气液混合预热管道(35)的出口连接，所述汽化混合器(11)的出口与过热管道(12)的进口连接；所述催化转化系统包括装填有氧化催化剂的固定床反应器(15)，所述反应器(15)与过热管道(12)的出口连接，用于使从所述汽化混合器(11)输送过来的混合气体进行催化反应；所述冷凝系统包括深冷器(22)和循环冷冻机(23)，所述气体预热器(4)的管程入口与所述反应器(15)的出口管道连接，所述气体预热器(4)的管程出口与所述液体预热器(9)的管程入口管道连接，所述深冷器(22)为盘管式换热器，所述深冷器(22)的管程入口与所述液体预热器(9)的管程出口管道连接，所述循环冷冻机(23)与深冷器(22)的壳程管道连接，从所述反应器(15)产生的反应尾气在所述气体预热器(4)的管程内与从所述空气发生装置(1)输送至所述气体预热器(4)壳程内的空气进行一级换热后，再进入所述液体预热器(9)的管程内与从所述原料罐(5)输送至所述液体预热器(9)壳程内的一元醇液体进行二级换热，最后到所述深冷器(22)的管程内与从所述循环冷冻机(23)输送至所述深冷器(22)壳程内的冷冻液进行三级换热，得到所述反应尾气中液体组分完全冷凝的气液混合物；所述气液分离系统包括气液分离塔(24)、产品罐(26)及湿式流量计(29)，所述气液分离塔(24)与所述深冷器(22)管程的出口管道连接，所述气液分离塔(24)设出气口和出液口，所述产品罐(26)与所述出液口管道连接，所述湿式流量计(29)与所述出气口管道连接，经所述深冷器(22)冷凝后的气液混合物进入所述气液分离塔(24)分离，分离出的液体进入所述产品罐(26)，分离出的气体经湿式流量计(29)后另行处理。...

【技术特征摘要】
1.一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统，其特征在于，包括进料系统、加热混合系统、催化转化系统、冷凝系统以及气液分离系统；所述进料系统包括盛装有一元醇液体的原料罐(5)、与所述原料罐(5)的出口管道连接的往复式计量泵(7)、用于产生空气的空气发生装置(1)及与所述空气发生装置(1)的出口管道连接的质量流量计(2)；所述加热混合系统包括气体预热器(4)、液体预热器(9)、气体预热管道(10)、液体预热管道(34)、气液混合预热管道(35)、汽化混合器(11)及过热管道(12)，所述气体预热器(4)和所述液体预热器(9)均为盘管式换热器，所述气体预热器(4)的壳程入口与所述质量流量计(2)的出口管道连接，所述气体预热器(4)用于将从所述空气发生装置(1)输送过来的空气进行预热，所述液体预热器(9)的壳程入口与所述往复式计量泵(7)的出口管道连接，所述液体预热器(9)用于将从所述原料罐(5)输送过来的一元醇液体进行预热，所述气体预热器(4)的壳程出口与气体预热管道(10)的进口连接，所述液体预热器(9)的壳程出口与液体预热管道(34)的进口连接，所述气体预热管道(10)的出口、所述液体预热管道(34)的出口分别与气液混合预热管道(35)的进口连接，所属汽化混合器(11)的进口与所述气液混合预热管道(35)的出口连接，所述汽化混合器(11)的出口与过热管道(12)的进口连接；所述催化转化系统包括装填有氧化催化剂的固定床反应器(15)，所述反应器(15)与过热管道(12)的出口连接，用于使从所述汽化混合器(11)输送过来的混合气体进行催化反应；所述冷凝系统包括深冷器(22)和循环冷冻机(23)，所述气体预热器(4)的管程入口与所述反应器(15)的出口管道连接，所述气体预热器(4)的管程出口与所述液体预热器(9)的管程入口管道连接，所述深冷器(22)为盘管式换热器，所述深冷器(22)的管程入口与所述液体预热器(9)的管程出口管道连接，所述循环冷冻机(23)与深冷器(22)的壳程管道连接，从所述反应器(15)产生的反应尾气在所述气体预热器(4)的管程内与从所述空气发生装置(1)输送至所述气体预热器(4)壳程内的空气进行一级换热后，再进入所述液体预热器(9)的管程内与从所述原料罐(5)输送至所述液体预热器(9)壳程内的一元醇液体进行二级换热，最后到所述深冷器(22)的管程内与从所述循环冷冻机(23)输送至所述深冷器(22)壳程内的冷冻液进行三级换热，得到所述反应尾气中液体组分完全冷凝的气液混合物；所述气液分离系统包括气液分离塔(24)、产品罐(26)及湿式流量计(29)，所述气液分离塔(24)与所述深冷器(22)管程的出口管道连接，所述气液分离塔(24)设出气口和出液口，所述产品罐(26)与所述出液口管道连接，所述湿式流量计(29)与所述出气口管道连接，经所述深冷器(22)冷凝后的气液混合物进入所述气液分离塔(24)分离，分离出的液体进入所述产品罐(26)，分离出的气体经湿式流量计(29)后另行处理。2.根据权利要求1所述的一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统，其特征在于，还包括设于所述原料罐(5)底部用以校核一元醇液体进料流量以精确辅助控制进料的计量装置(6)。3.根据权利要求1所述的一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统，其特征在于，所述质量流量计(2)与所述气体预热器(4)连接的管道上设有第一放空管道，所述第一放空管道上设有第一球阀(3)，所述往复式计量泵(7)与所述液体换热器(9)连接的管道上设有排零管道，并且该排零管道上设有第二球阀(8)，所述过热管道(12)与所述反应器(15)连接的管道上设有第二放空管道，所述第二放空管道上设有第三球阀(14)。4.根据权利要求1所述的一种一元醇-空气催化转化制取缩醛的工艺系统，其特征在于，所述深冷器(22)与所述气液分离塔(24)连接的管道上设置有第四球阀(25)，所述产品罐(26)的出口连接有产品收集管道，并且该产品收集管道上设有第五球阀(32)和针阀(33)，所述产品罐(26)的出气口与所述空气发生装置(1)的出气口管道连接并且该管道上设有第六球阀(30)，所述气液分离塔(24)与所述湿式流量计(29)连接的管道上设有背压阀(28)，所述气液分离塔(24)的出气口与所述空气发生装置(1)的出气口...

【专利技术属性】
技术研发人员：程金燮，王科，胡志彪，凌华招，黄宏，徐晓峰，温春辉，李倩，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51