一种三聚甲醛的合成工艺及装置的制作方法

1.本发明涉及三聚甲醛生产工艺及设备技术领域，具体的，涉及一种三聚甲醛的合成工艺及装置。


背景技术：

2.三聚甲醛是甲醛的一种稳定的低聚合度的固体聚合物，性质相对稳定，易于储存，并且在一定条件下可以解聚为甲醛单体。因此，三聚甲醛可以替代甲醛参与以甲醛为原料的几乎所有反应。同时，三聚甲醛也是甲醇下游的重要化合物，可以合成清洁燃料和高性能材料。随着中国经济的发展，对三聚甲醛的需求呈增加趋势。而我国煤气资源丰富，煤制甲醇工艺技术已经很成熟，但甲醇下游产品的开发和利用却不足。高产率三聚甲醛合成工艺的开发及其后续产品的深加工是煤化工发展的需要，将对满足精细化工产品的市场需求和推动煤化工的发展产生重大的现实和战略意义。
3.目前，工业上比较常用的三聚甲醛合成工艺是以硫酸为催化剂合成三聚甲醛，此工艺存在甲醛转化率低、能耗高、副产品多、设备腐蚀严重等问题，尤其是能耗问题不仅占据着大量成本还大大影响了生产效率及得率，最重要的效率低，产品得率低，浪费原材料，因此基于以上问题，亟需一种高效的三聚甲醛合成设备。


技术实现要素：

4.本发明提出一种三聚甲醛的合成工艺及装置，解决了现有技术中三聚甲醛的合成效率较低的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种三聚甲醛的合成工艺，包括以下步骤：
7.s1：预热：将浓缩后的新甲醛溶液与未反应经提浓后的甲醛溶液进行预热，加热到90-120℃；
8.s2：催化反应：将s1中得到的物料，在催化剂的催化作用下，在温度为90-120℃、压力为0-1.0mpa的条件下发生反应，甲醛被部分催化合成三聚甲醛；
9.s3：共沸精馏：步骤s2得到的物料，在温度95-110℃、压力为-0.05—0.5mpa的条件下，得到三聚甲醛、甲醛和水的共沸物，作为粗产品进行萃取精制，另外得到浓度为50wt％-70wt％的甲醛水溶液；
10.s4：将步骤s3得到的甲醛水溶液分离，得到甲醛水溶液分离液一和分离液二，将分离液一进行加热再沸，加热到100-115℃，将分离液一与步骤2得到的物料混合，重复步骤s3；
11.s5：将步骤4中得到的分离液进行提浓，得到提浓后的甲醛溶液，重复步骤s1。
12.作为进一步的技术方案，在s2步骤后还包括以下步骤：
13.s21：取s2步骤中的反应热进行收集；
14.在s3步骤后还包括以下步骤：
15.s31：将s21步骤中收集的反应热用于加热步骤s3的共沸精馏。
16.作为进一步的技术方案，在s4步骤后还包括以下步骤：
17.s41：去s4步骤中的再沸加热的散失热量；
18.s42：将s41步骤中收集的散失热量用于防止步骤s3的共沸精馏散失热量。
19.一种三聚甲醛的合成装置，包括依次连接的预热器、反应器、共沸精馏塔、再沸器及强制循环泵，所述共沸精馏塔具有进口一、进口二、出口一、出口二，所述反应器与所述进口一连通，所述强制循环泵的进口端与所述出口二连通，所述强制循环泵的出口端与所述再沸器的进口端连通，所述再沸器的出口端与所述进口二连通，还包括热循环系统，所述热循环系统包括辅热系统和保温系统，所述辐热系统包括辅热管及与所述辅热管连通的第一循环泵，所述辅热管具有取热端及放热端，所述辅热管的取热端设置在所述反应器上，所述辅热管的放热端设置在所述反应器上，所述保温系统包括保温管及与所述保温管连通的第二循环泵，所述保温管具有取热端和保温端，所述保温管的取热端设置在所述再沸器上，所述保温管的保温端设置在所述辅热管的放热端的外侧。
20.所述共沸精馏塔上设置有辅热盖板，所述辅热盖板与所述共沸精馏塔之间形成辅热空间，所述辅热管的放热端设置在所述辅热空间内，所述保温管的保温端设置在所述辅热盖板的外表面。
21.所述辅热管和所述保温管的取热端均为螺旋管，所述辅热管的放热端和所述保温管的保温端均为螺旋管。
22.所述共沸精馏塔还包括进口三，所述进口一设置在所述共沸精馏塔的中部，所述出口二与所述进口二设置在所述共沸精馏塔的底部，所述出口一和所述进口三设置在所述共沸精馏塔的顶部；
23.还包括冷凝器和回流泵，所述冷凝器的进口端与所述出口一连通，所述冷凝器的出口端与所述回流泵的进口端连通，所述回流泵的出口端与所述进口三连通。
24.还包括回流罐，所述回流罐设置在所述冷凝器和所述回流泵之间。
25.还包括精制装置，所述精制装置的进口端与所述回流泵的出口端连通。
26.还包括塔釜泵，所述塔釜泵的进口端与所述出口一连通。
27.本发明的工作原理及有益效果为：
28.本发明中，公开了一种三聚甲醛的合成工艺，在本发明中优化三聚甲醛的合成工艺，预热后的甲醛溶液在催化剂的催化反应之下能够产生三聚甲醛，但是其转化效率相对存在不完全性，这在行业内是难以克服的，但是无论反应还是共沸分离及精制，都伴随着耗能及成本，通过改进合成工艺，一方面从共沸后的产品中不完全反应的溶液，通过再沸，提升其温度，再次进入到共沸精馏，保证共沸的持续性以及原料供给的连续性，此外，共沸精馏中产生的甲醛溶液经过提浓后，会再次进行预热并反应，采用这种工艺能够在生产中实现物料的连续不断的内部循环，实现了物料的带能循环与短流程循环提取，能够大幅在相对低能耗的前提下，实现对物料的回收及利用，提升合成效率。
附图说明
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
30.图1为本发明结构示意图；
31.图中：1、预热器，2、反应器，3、共沸精馏塔，4、再沸器，5、强制循环泵，6、进口一，7、进口二，8、出口一，9、出口二，10、辅热管，11、第一循环泵，12、保温管，13、第二循环泵，14、辅热盖板，15、辅热空间，16、进口三，17、冷凝器，18、回流泵，19、回流罐，20、精制装置，21、塔釜泵。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
33.如图1所示，本实施例提出了一种三聚甲醛的合成工艺，包括以下步骤：
34.s1：预热：将浓缩后的新甲醛溶液与未反应经提浓后的甲醛溶液进行预热，加热到90-120℃；
35.s2：催化反应：将s1中得到的物料，在催化剂的催化作用下，在温度为90-120℃、压力为0-1.0mpa的条件下发生反应，甲醛被部分催化合成三聚甲醛；
36.s3：共沸精馏：步骤s2得到的物料，在温度95-110℃、压力为-0.05—0.5mpa的条件下，得到三聚甲醛、甲醛和水的共沸物，作为粗产品进行萃取精制，另外得到浓度为50wt％-70wt％的甲醛水溶液；
37.s4：将步骤s3得到的甲醛水溶液分离，得到甲醛水溶液分离液一和分离液二，将分离液一进行加热再沸，加热到100-115℃，将分离液一与步骤2得到的物料混合，重复步骤s3；
38.s5：将步骤4中得到的分离液进行提浓，得到提浓后的甲醛溶液，重复步骤s1。
39.本实施例中，公开了一种三聚甲醛的合成工艺，在本发明中优化三聚甲醛的合成工艺，预热后的甲醛溶液在催化剂的催化反应之下能够产生三聚甲醛，但是其转化效率相对存在不完全性，这在行业内是难以克服的，但是无论反应还是共沸分离及精制，都伴随着耗能及成本，通过改进合成工艺，一方面从共沸后的产品中不完全反应的溶液，通过再沸，提升其温度，再次进入到共沸精馏，保证共沸的持续性以及原料供给的连续性，此外，共沸精馏中产生的甲醛溶液经过提浓后，会再次进行预热并反应，采用这种工艺能够在生产中实现物料的连续不断的内部循环，实现了物料的带能循环与短流程循环提取，能够大幅在相对低能耗的前提下，实现对物料的回收及利用，提升合成效率。
40.在s2步骤后还包括以下步骤：
41.s21：取s2步骤中的反应热进行收集；
42.在s3步骤后还包括以下步骤：
43.s31：将s21步骤中收集的反应热用于加热步骤s3的共沸精馏。
44.本实施例中，反应过程中，会产生反应热，并且反应温度也比较高，共沸精馏步，需要保持一定的温度，对于反应阶段的物料，会进行预热，提升反应前的温度，为了使共沸精馏中的温度维持在较高的水平，完善物料流转工艺流程的同时，将反应阶段的温度通过换热用于对共沸精馏步骤的加热，从而在温度上能够进一步精馏效率，提升合成效率。
45.在s4步骤后还包括以下步骤：
46.s41：去s4步骤中的再沸加热的散失热量；
47.s42：将s41步骤中收集的散失热量用于防止步骤s3的共沸精馏散失热量。
48.本实施例中，共沸精馏步，需要保持一定的温度，对于再沸阶段的物料，会从共沸精馏提纯后的基础上再对物料进行蒸汽加热，提升其回到共沸精馏步骤时的温度，从而使共沸精馏中的温度维持在较高的水平，完善物料流转工艺流程的同时，将再沸阶段的温度通过换热用于对共沸精馏步骤的加热，从而在温度上能够进一步精馏效率，提升合成效率。
49.一种三聚甲醛的合成装置，包括依次连接的预热器1、反应器2、共沸精馏塔3、再沸器4及强制循环泵5，所述共沸精馏塔3具有进口一6、进口二7、出口一8、出口二9，所述反应器2与所述进口一6连通，所述强制循环泵5的进口端与所述出口二9连通，所述强制循环泵5的出口端与所述再沸器4的进口端连通，所述再沸器4的出口端与所述进口二7连通，还包括热循环系统，所述热循环系统包括辅热系统和保温系统，所述辐热系统包括辅热管10及与所述辅热管10连通的第一循环泵11，所述辅热管10具有取热端及放热端，所述辅热管10的取热端设置在所述反应器2上，所述辅热管10的放热端设置在所述反应器2上，所述保温系统包括保温管12及与所述保温管12连通的第二循环泵13，所述保温管12具有取热端和保温端，所述保温管12的取热端设置在所述再沸器4上，所述保温管12的保温端设置在所述辅热管10的放热端的外侧。
50.本实施例中，公开了一种三聚甲醛合成设备，将甲醛溶液加入到预热器1进行预热，预热后在反应器2中经过催化剂的催化进行反应，部分甲醛发生催化反应生成三聚甲醛；在该反应过程中得到的含有三聚甲醛的甲醛水溶液进入到共沸精馏塔3内，由于三聚甲醛、甲醛和水存在三元共沸，在共沸精馏塔3塔顶得到的三聚甲醛、甲醛和水的气相共沸物，其中一部分产物会经过再沸器4再次进行加热从而维持共沸精馏塔3的温度，再沸器4和共沸精馏塔3之间设置强制循环泵5，加强物料的循环作用，能够避免甲醛流速缓慢，在管壁聚合，腐蚀管壁，有利于提升设备寿命，起到积极效果；这个工艺过程中存在能源的输入同时也存在热量的散失，因此，增加了热循环系统，其中辐热系统是对共沸精馏塔3的整体温度起到支持与补充的作用，从而提升共沸精馏的效率，其次，补充辅热的还有保温系统，保温系统则是对辅热系统的支持，能够让其温度能够更多的给予共沸而不是散失掉，以上两者采取的管换热，辅热系统是辅热管10和第一循环泵11，保温系统是保温管12和第二循环泵13，两者互相补充，互相支持，解决了三聚甲醛的合成效率低的问题。
51.所述共沸精馏塔3上设置有辅热盖板14，所述辅热盖板14与所述共沸精馏塔3之间形成辅热空间15，所述辅热管10的放热端设置在所述辅热空间15内，所述保温管12的保温端设置在所述辅热盖板14的外表面。
52.本实施例中，采取了辅热盖板14，与共沸精馏塔3之间形成环形的辅热空间15，辅热管10在辅热空间15内进行散热，换热效率更好，能够更好的对共沸精馏塔3提供热源，而保温管12则是在辅热盖板14的外表面，实现对辅热管10温度的保护。
53.所述辅热管10和所述保温管12的取热端均为螺旋管，所述辅热管10的放热端和所述保温管12的保温端均为螺旋管。
54.本实施例中，将辅热管10与保温管12设置为便于交换热量的形状，在实施例中，各个换热部位，取热端、放热端、保温端均设置为螺旋管的形式，提升换热效率。
55.所述共沸精馏塔3还包括进口三16，所述进口一6设置在所述共沸精馏塔3的中部，
所述出口二9与所述进口二7设置在所述共沸精馏塔3的底部，所述出口一8和所述进口三16设置在所述共沸精馏塔3的顶部；
56.还包括冷凝器17和回流泵18，所述冷凝器17的进口端与所述出口一8连通，所述冷凝器17的出口端与所述回流泵18的进口端连通，所述回流泵18的出口端与所述进口三16连通。
57.本实施例中，共沸精馏塔3的进出口设置具有一定布置规律，进口一6在共沸精馏塔3的中部，从反应器2中的进入的物料会进入到共沸精馏塔3的中部，在中部进入的反应物料，会在中间进行共沸，从而使更多的所得物料向上，而多余的物料向下，其中出口二9和进口二7在共沸精馏塔3的底部，便于将物料进行再沸与再利用，而出口一8和进口三16则在共沸精馏塔3的顶部，便于将生成物排出，从而将更高纯度的产品进行到下一步进行处理，在出口一8的出口端设置了冷凝器17和回流泵18，冷凝器17将共沸精馏塔3上排出的物料进行降温，经过回流泵18的引导会将一部分溶液回流至共沸精馏塔3进行精馏，另外一部分会再进行下一步的提纯处理。
58.还包括回流罐19，所述回流罐19设置在所述冷凝器17和所述回流泵18之间。
59.本实施例中，在冷凝器17和回流泵18之间安装回流罐19，回流罐19能够暂时缓存冷凝器17排出的物料，在通过回流泵18缓慢分批的回流至共沸精馏塔3及再精制提纯装置。
60.还包括精制装置20，所述精制装置20的进口端与所述回流泵18的出口端连通。
61.本实施例中，经过反应及三元共沸后的物料，经过冷却器的冷却后，回流泵18将一部分物料回流至共沸精馏塔3内进行再沸提纯，而另一部分物料则会进入到精制装置20中精制成更高纯度的三聚甲醛。
62.还包括塔釜泵21，所述塔釜泵21的进口端与所述出口一8连通。
63.本实施例中，在共沸精馏塔3的出口一8还安装有塔釜泵21，塔釜泵21能够将一部分物料打入到预热器1中，这部分物料进行提浓后再次与浓缩的甲醛溶液一起进行预热，预热后在反应器2中再进一步反应，从而提升产品的得率，提升效率。
64.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。