一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置和方法，包括依次相连的进料泵、加热器、共沸催化反应塔、成品精馏塔，原料甲醛水溶液与脱水剂首先进入到加热器的管程内加热，然后进入到共沸催化反应塔中进行脱水，脱水的结果分为两相：气相上升进入蒸发段而流出塔外，液相在重力的作用下落入催化段而进行聚合反应；聚合产物导入到精馏塔中，经分馏后得到产物三聚甲醛成品。甲醛水溶液与脱水剂混合后，在共沸脱水、提浓催化的协同作用下，生产高纯三聚甲醛产品，克服了现存水吸收技术、浓缩技术、硫酸催化技术、萃取烘干技术存在的缺陷和弊端，开创了一条工艺条件温和、流程短、投资小、见效快、高效低耗、清洁环保诸多优势兼具的新技术。

A device and method for synthesizing triformaldehyde by azeotropic catalytic reaction

The invention discloses a device and method for synthesizing trimethylaldehyde by azeotropic catalytic reaction, which includes feed pump, heater, azeotropic catalytic reaction tower and finished product distillation tower connected in turn. The water solution of raw formaldehyde and dehydrating agent first enter the tube of heater for heating, and then enter the azeotropic catalytic reaction tower for dehydration. The dehydration results are divided into two phases: gas phase rising and entering. The evaporation section flows out of the column, and the liquid phase falls into the catalytic section under the action of gravity to carry out the polymerization reaction. The product of the polymerization is introduced into the distillation column and the product of triformaldehyde is obtained after fractionation. After mixing formaldehyde aqueous solution with dehydrating agent, under the synergistic action of azeotropic dehydration and concentration catalysis, high purity trimethylformaldehyde products are produced, which overcomes the shortcomings and disadvantages of existing water absorption technology, concentration technology, sulfuric acid catalytic technology and extraction drying technology, and creates a process with mild conditions, short process, small investment, quick effect, high efficiency, low consumption, clean and environmental protection advantages. New technology.

【技术实现步骤摘要】
一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置和方法
本专利技术涉及一种三聚甲醛的合成装置与方法，具体涉及一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置和方法，属于精细化工

技术介绍
三聚甲醛是重要的化工原料，应用非常广泛。目前工艺上比较成熟的合成技术路线是：以35-45％的甲醛水溶液为原料，以液体硫酸为催化剂合成三聚甲醛，这样就给合成三聚甲醛的工艺带来先天不足：三废排放多、生产环境差、流程长、投资大、生产设备腐蚀严重等问题，因此开发一种高效节能、清洁环保的新技术势在必行。现存的合成方法为：35-45％含量的甲醛水溶液→减压浓缩→加热100℃→进入搪瓷反应釜→用2-10％硫酸催化→蒸发浓缩三聚甲醛水溶液→再萃取精制→烘干得到最终成品。而本技术是用共沸催化列管床反应器，直接用甲醛水溶液集共沸脱水、催化于一身，并在脱水剂的作用下，同时发生脱水、催化协同作用，一并合成三聚甲醛的一种新技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中硫酸法催化合成三聚甲醛存在的先天不足，而提供一种共沸催化合成三聚甲醛的装置和方法，克服了现存水吸收技术、浓缩技术、硫酸催化技术、萃取烘干技术等存在的缺陷和弊端，开创了一条工艺条件温和、工艺流程短、投资小、见效快、高效低耗、清洁环保的方法及装置。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置，包括依次相连的进料泵、加热器、共沸催化反应塔、成品精馏塔，原料甲醛水溶液与脱水剂首先进入到加热器的管程内加热，然后进入到共沸催化反应塔中进行脱水，脱水的结果分为两相：气相上升进入共沸脱水段而流出塔外，液相在重力的作用下落入催化段而进行聚合反应；聚合产物导入到精馏塔中，经分馏后得到产物三聚甲醛成品；其特征在于：所述的进料泵，设有进口7A和出口7B，其中：进口7A与能够提供原料甲醛水溶液与脱水剂的装置相连接；所述的加热器，设有进口6A和出口6B，其中：进口6A与进料泵的出口7B相连接；所述的共沸催化反应塔，顶部设有气相出口1A、底部设有出料口1E，侧壁的上部设有第一回流进液口1B、中部设有进料口1C、中下部设有加热液出口1F和加热液进口1D、下部设有第二回流进液口1G，加热液进口1D的位置低于加热液出口1F；其中：进料口1C与加热器的出口6B相连接；气相出口1A依次连接有冷凝器I、回流罐I和回流泵I，回流泵I的泵出口与第一回流进液口1B相连接；加热液进口1D与热水泵相连接，加热液出口1F与热水收集系统相连接；所述的成品精馏塔，顶部设有气相出口8C、底部设有成品出料口8D，侧壁上方设有回流口8B、中部设有进料口8A，其中：进料口8A与共沸催化反应塔的出料口1E相连接；气相出口8C依次连接有冷凝器II、回流罐II和回流泵II；回流泵的泵出口分为三路，一路与回流口8B相连接，另一路与共沸催化塔的第一回流进液口1B相连接，第三路与共沸催化塔的第二回流进液口1G口相连接，继续进入到共沸催化塔中持续脱水而循环利用；出料口8D与采集或接受成品三聚甲醛的装置相连接。上述技术方案中，所述的共沸催化反应塔，内顶端设有除沫器，所述除沫器下方包括位于上部的共沸脱水段和下部的催化段，所述共沸脱水段的顶部从上至下依次设置分布器、格栅板；所述催化段的顶部从上至下依次设置分布器、格栅板，所述催化段的底部从上至下依次设有分布器、垫层、格栅板；所述共沸脱水段装有塔内件，所述塔内件为包括规整填料或塔板中的任意一种；所述塔内件选用包括规整填料，所述规整填料装填段数为N，且1≦N≦100，每段高度为1-3米，各段之间均设有分布器、格栅板，所述分布器在所述格栅板之上；或者所述塔内件选用包括塔板，所述塔板数为M，1≦M≦100；所述催化段包括列管床，所述催化段的段数为N，1≦N≦10，各段之间从上至下依次设有分布器、垫层、格栅板；所述列管床包括多根竖置的列管，所述列管内填充模块催化剂，所述列管外壁和反应塔内壁之间为加热液流道，所述列管床的顶部和底部均设置封闭挡板将加热液通道上下端闭合，所述挡板上设有多个开口连通对应的列管两头开口；所述共沸脱水段流下的反应原料依次穿过多段所述催化段中的各所述分布器、垫层、格栅板、列管排出；所述共沸催化反应塔顶部设有气相出口1A、底部设有出料口1E，所述共沸催化反应塔侧壁上位于所述列管床底部设置加热液进口1D、所述加热液进口1D对侧在所述共沸催化反应塔侧壁上位于列管床顶部设置加热液出口1F，所述共沸催化反应塔最上部的分布器连通其侧壁上设置的第一回流进液口1B、最下部的分布器连通其侧壁上设置的第二回流进液口1G，中部的所述塔内件上方的分布器连通所述共沸催化反应塔侧壁上设置的进料口1C。上述技术方案中，所述的垫层为石英砂或瓷球以不同颗粒度组合成的五层层状结构，所述五层层状结构即为五级级配：即最上层颗粒度接近于或略大于所述催化剂的颗粒度，最下层的颗粒度略大于所述格栅板的间隙尺度，之间三层从上至下，由小渐大、上下粒度衔接排列，每层厚度在5～15cm。上述技术方案中，所述除沫器、分布器、格栅板，其材质都是不锈钢。上述技术方案中，各段所述催化段上均设有加热液进口1D和加热液出口1F。上述技术方案中，所述模块催化剂，结构同专利201620189729.2中的模块催化剂：包括催化剂、金属丝网、金属丝网波纹板，所述模块催化剂由所述的金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片所述金属丝网之间承装所述的催化剂颗粒形成催化剂层，且该催化剂层内的所述催化剂颗粒被所述的金属丝网波纹板隔开放置；所述的模块催化剂内的所述催化剂层间隔设置。上述技术方案中，所述模块催化剂中的催化剂为强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂、负载金属的超强酸树脂催化剂；优选球状或珠状的强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂或负载金属的超强酸树脂催化剂；负载金属的种类为元素周期表的主族II和VIII族元素，负载量为树脂催化剂交换量的1-20％。上述技术方案中，每段列管管数为F，1≦F≦10x104；每根管径为E，2≦E≦30cm。上述技术方案中，所述的共沸催化反应塔，从进料泵添加到其内的脱水剂为二氯乙烷、苯、芳烃、环己烷中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物。上述技术方案中，所述的回流罐I，设有进液口、排液口和排水口，内部设有聚结器；其中，进液口与冷凝器I的出口相连接，排液口与回流泵I的泵进口相相连接，排水口与废水处理系统相连接，气相经冷凝器I冷凝后形成液相，进入回流罐I中后，在聚结器和静态分层的双重作用下将所脱之水由排水口排出。上述技术方案中，所述的成品精馏塔，侧壁下方安设有重沸器。本专利技术中，所述的冷凝器I、回流罐I、聚结器、回流泵I、加热器、进料泵、成品精馏塔、重沸器、冷凝器II、回流罐II、回流泵II均为本领域市售产品，或具有相应功能的常规产品。本专利技术还提供一种共沸催化反应合成三聚甲醛的方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：(1)共沸脱水：将甲醛水溶液、脱水剂加热至50-100℃后达到共沸温度，水和部分脱水剂变成气相从而将水导出达到浓缩甲醛的目的，脱水后形成的混合物为浓缩的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；而气相的水和部分脱水剂经冷凝、聚结后形成液相的水和液相的脱水剂，液相的水排出，液相的脱水剂循环利用；(2)聚合反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共沸催化反应合成三聚甲醛的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)共沸脱水：将甲醛水溶液、脱水剂加热至50‑100℃后达到共沸温度，水和部分脱水剂变成气相从而将水导出达到浓缩甲醛的目的，脱水后形成的混合物为浓缩的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；而气相的水和部分脱水剂经冷凝、聚结后形成液相的水和液相的脱水剂，液相的水排出，液相的脱水剂循环利用；(2)聚合反应：步骤(1)中形成的混合物，其中的浓缩的甲醛水溶液，在催化剂A的催化作用下进行聚合反应生成三聚甲醛水溶液，经过聚合反应后，产物为三聚甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；(3)成品分馏：步骤(2)中形成的产物，在加热状态下进行分馏，得到气相和液相；气相为产物中存在的脱水剂和少量的水，经冷凝后一部分回流、一部分返回至步骤(1)中循环利用，液相为产品三聚甲醛成品，采收。

【技术特征摘要】
1.一种共沸催化反应合成三聚甲醛的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)共沸脱水：将甲醛水溶液、脱水剂加热至50-100℃后达到共沸温度，水和部分脱水剂变成气相从而将水导出达到浓缩甲醛的目的，脱水后形成的混合物为浓缩的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；而气相的水和部分脱水剂经冷凝、聚结后形成液相的水和液相的脱水剂，液相的水排出，液相的脱水剂循环利用；(2)聚合反应：步骤(1)中形成的混合物，其中的浓缩的甲醛水溶液，在催化剂A的催化作用下进行聚合反应生成三聚甲醛水溶液，经过聚合反应后，产物为三聚甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；(3)成品分馏：步骤(2)中形成的产物，在加热状态下进行分馏，得到气相和液相；气相为产物中存在的脱水剂和少量的水，经冷凝后一部分回流、一部分返回至步骤(1)中循环利用，液相为产品三聚甲醛成品，采收。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，方法具体包括以下步骤：(1)共沸脱水：甲醛水溶液、脱水剂由进料泵(7)导入到加热器(6)的管程中进行加热，在常压或微正压条件下加热至50-100℃后达到共沸温度，由进料口1C导入到共沸催化反应塔(1)的共沸脱水段中进行共沸脱水，达到浓缩甲醛的目的，在共沸原理的作用下，塔内形成两相：气相为水和部分脱水剂，液相为脱水浓缩后的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；其中：气相上升至塔顶从气相出口1A排出，且经冷凝器I(2)冷凝后形成液相的水和脱水剂，液相的水和脱水剂在回流罐I中的聚结器(4)和静态分层的双重作用下将所脱之水由排水口排出，液相的脱水剂则被回流泵I泵送至第一回流口1B从而全回流至共沸催化反应塔中循环利用；而脱水浓缩后的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂，在重力的作用下会下行至共沸催化反应塔(1)的催化段中；(2)聚合反应：脱水浓缩后的甲醛水溶液下行至催化段的列管床中，在列管内的催化剂的催化作用下进行聚合反应生成三聚甲醛水溶液，经过聚合反应后，产物为三聚甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；产物在重力作用下继续下行至塔底，由出料口1E排出且由进料口8A导入到成品精馏塔(8)中；催化段的加热液进口1D与热水泵相连接，热水泵提供的热水进入到催化段的壳程中，为列管内的聚合反应提供温度，加热液出口1F与热水收集系统相连接；(3)成品分馏：步骤(2)中形成的产物导入到成品精馏塔(8)后，在重沸器(9)的加热状态下进行分馏，得到气相和液相；气相为产物中存在的脱水剂和少量的水，经气相出口8C排出且进入到冷凝器II(10)中进行冷凝，冷凝得到的脱水剂和少量的水依次流经回流罐II(11)、回流泵II(12)后分为三路，一路与回流口8B相连接，另一路与共沸催化塔的第一回流进液口1B相连接，第三路与列管床最下部分布器连通的第二回流进液口1G相连接，继续进入到列管床中持续脱水而循环利用；塔底所得到的液相即成品纯净的三聚甲醛产品，由出料口8D排出被采集。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，脱水剂与甲醛水溶液中的甲醛的质量比为1-10：1；甲醛水溶液中甲醛的质量分数为30-55％；所述的脱水剂为纯苯、芳烃、二氯乙烷、环己烷中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述催化剂为强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂或负载金属的超强酸树脂催化剂；所述的热水泵，提供的热水的温度为80-120℃，保证列管床内聚合反应的温度为70-110℃。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的成品精馏塔(8)，操作条件为：塔顶温度：30-110℃；塔底温度：80-180℃；操作压力：0.01-1.5Mpa；冷凝得到的脱水剂和少量的水从回流口8B回流至成品精馏塔中，回流比为0.1-2.0。6.一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置，包括依次相连的进料泵(7)、加热器(6)、共沸催化反应塔(1)、成品精馏塔(8)，原料甲醛水溶液与脱水剂首先进入到加热器(6)的管程内加热，然后进入到共沸催化反应塔中进行脱水，脱水的结果分为两相：气相上升进入共沸脱水段而流出塔外，液相在重力的作用下落入催化段而进行聚合反应；聚合产物导入到精馏塔(8)中，经分馏后得到产物三聚甲醛成品；其特征在于：所述的进料泵(7)，设有进口7A和出口7B，其中：进口7A与能够提供原料甲醛水溶液与脱水剂的装置相连接；所述的加热器(6)，设有进口6A和出口6B，其中：进口6A与进料泵的出口7B相连接；所述的共沸催化反应塔(1)，顶部设有气相出口1A(101)、底部设有出料口1E(105)，侧壁的上部设有第一回流进液口1B(102)、中部设有进料口1C(103)、中下部设有加热液出口1F(106)和加热液进口1D(104)、下部设有第二回流进液口1G(107)，加热液进口1D...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛进池，刘文飞，
申请(专利权)人：凯瑞环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13