本實用新型涉及一種用于制備聚甲氧基二甲醚的復合式固定床催化反應器，屬于甲醇化工延伸產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術領域。
背景技術：
目前國內(nèi)的實用新型專利和國內(nèi)正在推廣的生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚的技術均是以甲醇和甲醛系列產(chǎn)物為原料：例如采用甲醇與三聚甲醛和為原料、甲縮醛和三聚甲醛和為原料、甲縮醛和多聚甲醛為原料、或者采用含量為85%的濃甲醛與甲縮醛為原料。例如中國專利公開號104974025A公開的一種生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚的方法，公開日為2015-10-14。
國外的實用新型專利除采用甲醇與三聚甲醛和為原料、甲縮醛和三聚甲醛和為原料之外, 還有采用二烷基醚(主要是二甲醚)與三聚甲醛或甲醛反應制取聚甲氧基二甲醚的方法。例如德國巴斯夫公司公開的專利(中國專利號是: CN 101198576 A) 是采用二甲醚與三氧雜環(huán)己烷（也稱為三聚甲醛）在酸性催化劑存在下制備聚甲氧基二甲基醚（DMMn）的工藝。該方法是將二甲醚、三氧雜環(huán)己烷（即:三聚甲醛）加入反應器中，在酸性催化劑存在下反應，通過蒸餾獲得包含其中n=3和n=4的DMMn餾分，而未反應的二甲醚、三氧雜環(huán)己烷和n<3、n>4的DMMn再循環(huán)進入反應器。而BP公司申報并且已授權的一批美國專利（專利號為:USP 6160186、5959156、6160174、6166266、6265528 B1、6360919 B1、6350919 B1、6392102 B1共七篇 ）, 它們都是涉及二甲醚與無水甲醛的反應(而此元水甲醛均是以甲醇或二甲醚為原料、經(jīng)脫氫〈或氧化脫氫〉制成的無水甲醛), 上述BP公司專利中最有代表性的專利技術是USP 6160186，名稱是“二甲醚與二甲醚脫氫制成的無水甲醛催化反應制備聚甲氧基二甲醚”，其工藝過程是將原料二甲醚分成兩路: 一路經(jīng)過催化脫氫反應制出無水甲醛（采用CuZnTiO/Al2O3催化劑、反應溫度約為600~700℃、反應所需熱量是專們設置的加熱爐供熱）, 生成的無水甲醛經(jīng)過采用甲醇吸收塔吸收甲醛、分離出副反應生成的少量不凝氣體(主要是甲烷、氫氣、C0、C02), 不凝氣體送加熱爐用作補充燃料； 甲醇與無水甲醛則與另一路二甲醚原料混合后進入另―催化反應器（催化劑是ZSM型酸性分子篩）中反應后生成聚甲氧基二甲醚等，反應產(chǎn)物經(jīng)分離出未反應的二甲醚送回反應器循環(huán)利用、液相產(chǎn)品送反應精餾塔反應并且分離出聚甲氧基二甲醚產(chǎn)品。
上述技術存在的主要問題在于：
1、此甲縮醛與甲醛合成DMMn的反應是放熱反應，此反應受水(H2O)的影響很大。 采用不含水的三聚甲醛為原料時, 因其成本和價格太高、技術經(jīng)濟上無法承受；采用多聚甲醛或85%的濃甲醛, 均因為含水多而影響單程轉化率大幅下降、目標產(chǎn)品單秸收率也大幅下降、產(chǎn)品中雜質增加而質量下降。
2、此合成聚甲氧基二甲醚的反應, 為加速反應希望反應溫度高—些(可采用100℃~120℃)；但是, 因為上述生成聚甲氧基二甲醚(DMM3~5或DMM3~8)是可逆反應, 反應溫度越低才越有利于反應向生成聚甲氧基二甲醚(DMM3~5或DMM3~8)的方向轉移, 其反應溫度應降低到65℃~75℃最好。 即:單程轉化率增高、產(chǎn)物的單程收率越高。 其結果是: 反應設備的反應效率提高、可以降低設備投資、降低能耗、降低成本。
3、從論述的合成聚甲氧基二甲醚(DMM3~5~DMM3~8)的可逆反應的特點可知:除個別采用流化床反應器和多釜串連反應之外,均采用傳統(tǒng)的單一絕熱式固定床催化反應器, 但是在這—工藝過程中采用單一的絕熱式固定床催化反應器是不合理的： ①.在反應初始階段為提高反應速度,反應溫度需要稍高(采用100℃~120℃)，但由于反應本身是放熱反應, 現(xiàn)有采用的絕熱式固定床催化反應器, 在催化劑層中的反應溫度會因為反應放熱產(chǎn)生溫升而溫度分布不均勻，也無法有效調(diào)控。②.為了提高反應效率, 在反應后期則希望反應達到在較低溫度（應降低到65℃~75℃最好）的反應平衡、可以生成更多的目標產(chǎn)物。但是,在目前采用的單一絕熱式固定床催化反應器中, 沒有調(diào)控有效的手段；難以獲得滿意的運行效果。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述問題，提供一種用于制備聚甲氧基二甲醚的復合式固定床催化反應器。采用本實用新型，反應器的上部不但可以及時移出反應熱, 而且使催化劑層中的反應溫度均勻，下部在反應物料進入下段催化劑之前，可以有效調(diào)節(jié)和降低催化劑層反應溫度，使后階段反應平衡向生成目標產(chǎn)物的方問轉移。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：
一種復合式固定床催化反應器，其特征在于：復合式固定床催化反應器上部是管殼換熱等溫式結構，管殼換熱等溫式結構的管內(nèi)用于裝填催化劑，下部是用于堆裝絕熱反應催化劑的反應段。
所述復合式固定床催化反應器頂部設置有原料進口混合分布器，原料進口混合分布器上設置有氣體物料進口和液體物料進口，原料進口混合分布器下方設置有氣液分布器。
所述管殼換熱等溫式結構為管殼式換熱器，管殼式換熱器的反應管內(nèi)裝填催化劑，管殼間通水，管殼式換熱器上設置有等溫段水進口和等溫段水出口。
所述管殼式換熱器和堆裝絕熱反應催化劑的反應段之間設置有用于調(diào)控反應物料進入絕熱反應催化劑層溫度的水冷盤管組件或列管組件。
所述絕熱反應催化劑均勻堆裝在絕熱反應催化劑層中。
所述水冷盤管或列管組件與絕熱反應催化劑層之間設置有循環(huán)反應物料進口管道和循環(huán)反應物料進口分布器，循環(huán)反應物料進口分布器下方設置有氣液分布器。
所述復合式固定床催化反應器底部設置有反應后物料匯集器，反應后物料匯集器與復合式固定床催化反應器上的反應產(chǎn)物出口連通，反應后物料匯集器設置在復合式固定床催化反應器底部且位于用于承托催化劑層的耐火球填料中。
所述反應后物料匯集器上均勻設置有多個用于反應后物料通過的通孔。
所述復合式固定床催化反應器頂部、中部和底部均設置有人孔。
所述復合式固定床催化反應器為一個復合式反應器或分開設置為兩個反應器，采用設置兩個固定床催化反應器時，兩個固定床催化反應器串連運行：第一個反應器為管殼換熱等溫式結構或水冷板式換熱結構或水冷蛇管組式或列管式換熱結構，第二個固定床催化反應器為絕熱式床層結構。
所述固定床催化反應器分成為兩個反應器時，可以將其中的固定床絕熱催化反應器與蒸餾分離塔偶合成一體成為催化反應蒸餾塔的方式運行。
采用本實用新型的優(yōu)點在于：
1、本實用新型中，反應器的上部是采用管殼式等溫固定床催化反應段, 不但可以及時移出反應熱, 而且使催化劑層反應溫度均勻(催化劑層的溫度差會≤2~3℃), 反應溫度均勻、不但可以采用較高溫度, 而且因溫差小不會產(chǎn)生局部超溫(超溫時會導致副反應增加、有害雜質增加、產(chǎn)品質量差)。
2、本實用新型中，反應器的下部是采用固定床絕熱催化反應器，在反應物料進入下段催化劑之前, 設有水冷管式冷卻管組, 可以有效調(diào)節(jié)和降低催化劑層反應溫度達到優(yōu)化的65℃~75℃,可以使反應平衡有效地向生成目標產(chǎn)物的方向轉移。
附圖說明
圖1為本實用新型結構示意圖；
圖中標記為：1、原料進口混合分布器，2、氣液分布器，3、上管板，4、等溫反應段，5、反應管，6、催化劑A，7、下管板，8、水冷盤管組件，9、循環(huán)反應物料進口分布器，10、催化劑B，11、耐火球填料，12、反應后物料匯集器，a、氣體物料進口，b、液體物料進口，c、人孔，d、等溫段水進口，e、等溫段水出口，f、冷卻盤管水進口，g、冷卻盤管水出口，h、循環(huán)反應物料進口，i、反應產(chǎn)物出口。
具體實施方式
如圖所示，一種用于制備聚甲氧基二甲醚的復合式固定床催化反應器，復合式固定床催化反應器上部是管殼換熱等溫式結構，管殼換熱等溫式結構的管內(nèi)用于裝填催化劑，下部是用于堆裝絕熱反應催化劑的反應段，例如，上部裝填催化劑A，下部堆裝催化劑B。
所述復合式固定床催化反應器頂部設置有原料進口混合分布器1，原料進口混合分布器1上設置有氣體物料進口a和液體物料進口b，原料進口混合分布器1下方設置有氣液分布器2。
所述管殼換熱等溫式結構為管殼式換熱器，管殼式換熱器的反應管5內(nèi)裝填催化劑，管殼間通水，管殼式換熱器的等溫反應段4上設置有等溫段水進口d和等溫段水出口e。氣液分布器2位于管殼式換熱器的上管板3上方。
所述管殼式換熱器的下管板7和堆裝絕熱反應催化劑的反應段之間設置有用于調(diào)控反應物料進入絕熱反應催化劑層溫度的水冷盤管組件8或列管組件，如圖所示，水冷盤管組件上設置有冷卻盤管水進口f和冷卻盤管水出口g。
所述絕熱反應催化劑均勻堆裝在絕熱反應催化劑層中。
所述水冷盤管或列管組件與絕熱反應催化劑層之間設置有循環(huán)反應物料進口管道和循環(huán)反應物料進口分布器9，循環(huán)反應物料進口分布器9與循環(huán)反應物料進口h連通，循環(huán)反應物料進口分布器9下方設置有氣液分布器2。
所述復合式固定床催化反應器底部設置有反應后物料匯集器12，反應后物料匯集器12與復合式固定床催化反應器上的反應產(chǎn)物出口i連通，反應后物料匯集器12設置在復合式固定床催化反應器底部且位于用于承托催化劑層的耐火球填料11中。
所述反應后物料匯集器12上均勻設置有多個用于反應后物料通過的通孔。
所述復合式固定床催化反應器頂部、中部和底部均設置有人孔c。
所述復合式固定床催化反應器為一個復合式反應器或分開設置為兩個反應器，采用設置兩個固定床催化反應器時，兩個固定床催化反應器串連運行：第一個反應器為管殼換熱等溫式結構或水冷板式換熱結構或水冷蛇管組式或列管式換熱結構，第二個固定床催化反應器為絕熱式床層結構。
所述固定床催化反應器分成為兩個反應器時，還可以將其中的固定床絕熱催化反應器與蒸餾分離塔偶合成一體成為催化反應蒸餾塔的方式運行。