本發(fā)明涉及煤化工應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚的制備方法和裝置，具體為中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置和方法。
背景技術(shù)：
：煤炭能源作為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)于確保我國(guó)能源供應(yīng)安全具有至關(guān)重要的作用，而煤化工產(chǎn)業(yè)作為實(shí)現(xiàn)煤炭能源高效利用的有效手段。發(fā)展新型煤化工可以部分替代石化產(chǎn)品，對(duì)于保證國(guó)家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。聚甲氧基二甲醚（其通式為CH3O(CH2O)nCH3，其中，n≥1的整數(shù)，一般取值小于8，下文用DMMn表示）是一種不含硫、不含芳烴的清潔柴油組分，也是新型煤化工的一種高附加值產(chǎn)物。DMMn物性與柴油相近，調(diào)和到柴油中使用不需要對(duì)在用車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)進(jìn)行任何改動(dòng)。在柴油中添加10%~20%，可降低20~50%的尾氣污染物，大幅度減少CO、未燃盡HC化合物，尤其是顆粒物PM的排放，是目前世界上公認(rèn)的環(huán)保型燃油組分。目前生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚主要有漿態(tài)床反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器：利用漿態(tài)床反應(yīng)器生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚時(shí)存在以下缺點(diǎn)：1、漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)接近于全混流，反應(yīng)達(dá)到平衡后，很難向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，DMMn的平衡組成只能達(dá)到38-53%之間；2、間歇性漿態(tài)床反應(yīng)加料排料時(shí)間長(zhǎng)，不利工業(yè)化生產(chǎn)；3、使用連續(xù)性漿態(tài)床反應(yīng)器，若使用串聯(lián)釜數(shù)少，則必定有一定數(shù)量的未反應(yīng)物料直接從最后一個(gè)釜中流出，由于此反應(yīng)的特殊性，反應(yīng)原料若未反應(yīng)直接排出，則會(huì)對(duì)后續(xù)過(guò)濾及精制工序帶來(lái)很大的麻煩；若使用串聯(lián)釜數(shù)多，則會(huì)大大的增大投資及運(yùn)行成本，不利于工業(yè)化；4、由于漿態(tài)床反應(yīng)器的攪拌槳對(duì)催化劑的磨損嚴(yán)重，會(huì)直接造成催化劑成本的提高。利用固定床反應(yīng)器生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚時(shí)存在以下缺點(diǎn)：1、傳統(tǒng)內(nèi)置結(jié)構(gòu)的固定床熱傳遞差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于檢修，且對(duì)于后續(xù)分離過(guò)程帶來(lái)負(fù)擔(dān)；2、傳統(tǒng)生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚采用濃甲醛、三聚甲醛或者多聚甲醛為原料與甲縮醛或者其他原料制備，其原料的制備工藝復(fù)雜，能耗較高，裝置規(guī)模較大，工業(yè)化生產(chǎn)投資較大。目前工業(yè)合成聚甲氧基二甲醚的工藝方法均采用濃甲醛、三聚甲醛、多聚甲醛為原料，因甲醛濃縮蒸發(fā)，不可避免的提高了生產(chǎn)成本，同時(shí)還導(dǎo)致產(chǎn)物中有大量的高聚物產(chǎn)生，目標(biāo)產(chǎn)物聚甲氧基二甲醚得率降低。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、投資小、裝置規(guī)模適中、能耗低、能夠連續(xù)排料、產(chǎn)物得率高、適合工業(yè)化連續(xù)化生產(chǎn)的聚甲氧基二甲醚的裝置和工藝方法是十分有必要的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明解決現(xiàn)有的生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)成本高、能耗高、得率低、不利于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題，提供一種中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置和方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置，包括水平設(shè)置的管式靜態(tài)混合器，所述靜態(tài)混合器一端頭連接有兩根原料輸入管，所述靜態(tài)混合器一端上部設(shè)有蒸汽入口，另一端下部設(shè)有冷卻液出口，所述靜態(tài)混合器另一端頭連接有各管沿水平方向設(shè)置的由下至上排列的多管并聯(lián)管道反應(yīng)器，所述靜態(tài)混合器與管道反應(yīng)器的下口部連接，所述管道反應(yīng)器與靜態(tài)混合器的連接端下部設(shè)有冷卻液出口，所述管道反應(yīng)器另一端的上部設(shè)有蒸汽入口，所述管道反應(yīng)器的另一端連接有精煉分離設(shè)備。水平設(shè)置的管式靜態(tài)混合器使得反應(yīng)物充分混合。反應(yīng)物的分子在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等，反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間變化，只隨管長(zhǎng)變化。中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將中等濃度的甲醛水溶液與甲縮醛通過(guò)兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過(guò)管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為70~150℃，反應(yīng)壓力為0.1~1.0MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.2~0.5h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。所述B步驟輸入靜態(tài)混合器中的中等濃度的甲醛水溶液濃度為55%質(zhì)量分?jǐn)?shù)。所述b步驟輸入靜態(tài)混合器中的甲縮醛與中等濃度的甲醛水溶液中甲醛的摩爾比為1~4:1。使用超強(qiáng)固體酸催化劑可大大降低催化劑的磨損率，容易與液體反應(yīng)體系分離、不腐蝕設(shè)備、后續(xù)處理簡(jiǎn)單、很少污染環(huán)境、選擇性高。以55%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲醛水溶液為原料制備聚甲氧基二甲醚，不僅減少大規(guī)模甲醛濃縮蒸發(fā)帶來(lái)的高生產(chǎn)成本問(wèn)題，同時(shí)解決在合成聚甲氧基二甲醚過(guò)程中高聚合度聚合物的出現(xiàn)，解決分離精制過(guò)程中的高能耗問(wèn)題。本發(fā)明的生產(chǎn)裝置及工藝方法與現(xiàn)有的生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚裝置和工藝方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、管式反應(yīng)器容積小、比表面大、單位容積的傳熱面積大、能耗更低；2、反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速快、生產(chǎn)能力高；3、管式反應(yīng)器更適用于大型化和連續(xù)化的工業(yè)生產(chǎn)；4、與釜式反應(yīng)器相比較、其返混較小；5、管式反應(yīng)器既適用于液相反應(yīng)，又適用于氣相反應(yīng)，用于加壓反應(yīng)尤為合適；6、管式反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)分段溫度控制；7、使用超強(qiáng)固體酸催化劑可大大降低催化劑的磨損率，容易與液體反應(yīng)體系分離、不腐蝕設(shè)備、后續(xù)處理簡(jiǎn)單、很少污染環(huán)境、選擇性高；8、使用中等濃度的甲醛溶液為原料，減少大規(guī)模甲醛濃縮蒸發(fā)帶來(lái)的高生產(chǎn)成本問(wèn)題，同時(shí)解決在合成聚甲氧基二甲醚過(guò)程中高聚合度聚合物的出現(xiàn)，解決分離精制過(guò)程中的高能耗問(wèn)題。附圖說(shuō)明圖1為發(fā)明合成聚甲氧基二甲醚裝置反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖中：1-靜態(tài)混合器，2-原料輸入管，3-管道反應(yīng)器。具體實(shí)施方式中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置，包括水平設(shè)置的管式靜態(tài)混合器1，所述靜態(tài)混合器1一端頭連接有兩根原料輸入管2，所述靜態(tài)混合器1一端上部設(shè)有蒸汽入口，另一端下部設(shè)有冷卻液出口，所述靜態(tài)混合器1另一端頭連接有各管沿水平方向設(shè)置的由下至上排列的多管并聯(lián)管道反應(yīng)器3，所述靜態(tài)混合器1與管道反應(yīng)器3的下口部連接，所述管道反應(yīng)器3與靜態(tài)混合器1的連接端下部設(shè)有冷卻液出口，所述管道反應(yīng)器3另一端的上部設(shè)有蒸汽入口，所述管道反應(yīng)器3的另一端連接有精煉分離設(shè)備。實(shí)施例一：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:1通過(guò)兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過(guò)管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為100℃，反應(yīng)壓力為1.0MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.3h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)分離精制后的產(chǎn)物進(jìn)行分析，檢測(cè)平衡產(chǎn)物中各聚合度聚甲氧基二甲醚的含量，結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例二：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:2通過(guò)兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過(guò)管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為150℃，反應(yīng)壓力為0.4MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.4h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)分離精制后的產(chǎn)物進(jìn)行分析，檢測(cè)平衡產(chǎn)物中各聚合度聚甲氧基二甲醚的含量，結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例三：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:4通過(guò)兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過(guò)管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為70℃，反應(yīng)壓力為0.7MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.2h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)分離精制后的產(chǎn)物進(jìn)行分析，檢測(cè)平衡產(chǎn)物中各聚合度聚甲氧基二甲醚的含量，結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例四：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:3通過(guò)兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過(guò)管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為120℃，反應(yīng)壓力為0.1MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.5h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)反應(yīng)除水后的平衡產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。表1產(chǎn)物組成（%）組分實(shí)施例一實(shí)施例二實(shí)施例三實(shí)施例四甲醇3.663.232.032.95甲醛7.156.985.567.11甲縮醛35.3333.8322.4123.39DMM221.0522.1425.8727.10DMM313.981419.3417.68DMM47.668.3210.639.04DMM54.284.425.795.49DMM63.713.784.833.90DMM72.012.012.192.11DMM81.171.291.351.23∑DMM2-853.8655.967066.55當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3