本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，主要涉及甲醛制备聚甲氧基二甲醚的工艺技术。
背景技术：
我国能源结构的特点是：富煤、贫油、少气，经济的持续较快增长对能源需求越来越大，社会、经济的发展与石油供应的矛盾日益突出。2009年以来，我国原油对外依存度连续6年超过警戒线(50％)，严重影响我国的能源战略安全。从我国能源战略安全出发，结合我国一次能源结构特点，发展煤基液体燃料合成技术无疑具有战略重要性。另外，我国甲醇产能严重过剩，开发甲醇下游产品、延伸煤化工产业链，都具有现实意义。
随着科技和经济的进步，城市内的汽车数量明显增多，而汽车尾气排放物已成为城市雾霾的重要原因之一。相比于汽油，柴油具有更高的沸点，H/C质量比低，因此柴油燃烧过程中排放的废气CO、氮氧化合物、颗粒物等更多，造成的污染比汽油更严重。因此，提高柴油燃烧效率，减少污染排放，改善城市空气质量是目前重要的环保任务。
聚甲氧基二甲醚是一种世界公认的清洁柴油组份，它的十六烷值≥70、不含硫、不含芳烃。按5％-20％比例添加到柴油中，能够提高柴油十六烷值，促进燃烧，明显地降低汽车尾气中PM2.5、PM10、NOx、CO等有害气体的排放。由于聚甲氧基二甲醚的优异性能，其合成工艺已成为国内外研究的热门课题。
目前，聚甲氧基二甲醚大多是以甲醇或甲缩醛中的一种或几种与甲醛水溶液/三聚甲醛/多聚甲醛在酸性催化剂的催化作用下反应生成的。采用三聚甲醛或多聚甲醛，工艺流程长且复杂，工程造价大幅度增加，生产成本居高不下。而采用甲醛水溶液较为廉价，一种为甲醛水溶液先精制为甲醛气体，以气相参与合成反应；一种为甲醛水溶液先浓缩为浓甲醛，以浓甲醛参与合成反应。气相甲醛的制备需经萃取、脱水、解析三个工艺过程，甲醛最终变成气相，能耗较大，且涉及另外一种萃取剂，萃取剂有一定的损耗。浓甲醛的制备只需减压下蒸发就能完成，操作相对简单，浓甲醛为原料进行合成反应，为全液相反应，反应条件温和，收 率较高。通过调整浓甲醛与甲缩醛的进料配比，可以优化产品聚合度分布，得到更多的DMM3-5。试验证明DMMn3-5是最适合做柴油添加剂的DMMn产品。
技术实现要素：
发明目的：针对上述存在的问题和缺陷，本发明提供了一种浓甲醛制备聚甲氧基二甲醚的工艺方法和装置，解决了目前以多聚甲醛/三聚生产过程中带来的成本高、合成转化率及收率低的问题，且本发明具有良好移热效果，能高效的促进反应进行，转化程度实现了可控性。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种浓甲醛制备聚甲氧基二甲醚的工艺方法，以甲缩醛和浓度为50％～88％的甲醛溶液为原料，在反应器中在固体酸树脂的催化下发生反应得到含有聚甲氧基二甲醚和未反应的甲醛水溶液和甲缩醛的反应液；所述反应液经过脱氢后从塔上部送入萃取塔，并与从萃取塔塔底部进入的萃取剂进行逆流接触充分反应，反应液中的聚甲氧基二甲醚溶于萃取剂中得到有机相，甲醛水溶液与有机相发生分层，并采出有机相送入萃取剂回收塔中，甲醛水溶液从萃取塔的塔釜采出；所述有机相送入萃取剂回收塔中进行常压蒸馏分离，回收得到塔顶的萃取剂和塔釜采出的聚合度2～8的聚甲氧基二甲醚；所述聚合度2～8的聚甲氧基二甲醚进一步精制分离。
作为优选，所述萃取剂为苯、环己烷、正己烷或二异丙醚。
作为优选，所述萃取剂为、正己烷或二异丙醚。
作为优选，所述甲缩醛和甲醛溶液的在固体酸树脂催化下的反应温度为50～150℃，反应压力为0.1～1.5MPa。
作为优选，所述聚合度2～8的聚甲氧基二甲醚送入一级精制塔，并在常压、塔顶温度为100～105℃，回流比为0.5～2的条件下进行精制，在塔顶得到聚合度为2的聚甲氧基二甲醚。
作为优选，所述一级精制塔得到的塔釜液送入二级精制塔，在2～20KPa,塔顶温度为110～140℃，塔底温度为160～200℃，回流比为0.5～2的条件下进行回流精制，在塔顶得到聚合度为3～5的聚甲氧基二甲醚。
本发明还提供了一种基于上述工艺方法的浓甲醛制备聚甲氧基二甲醚的工艺装置，包括依次连接的反应器、脱轻塔、萃取塔、萃取剂回收塔、一级精制塔和二级精制塔，所述反应器的上部设有混合原料进料口，所述混合原料进料口连 接有混合液分布器，所述反应器的中段填装有固体酸树脂催化剂，所述反应器底部设有反应液出口并与脱轻塔相连。
作为优选，所述反应器为流化床。
作为优选，所述萃取塔为填料塔。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：解决了目前以多聚甲醛/三聚生产过程中带来的成本高、合成转化率及收率低的问题，且本发明具有良好移热效果，能高效的促进反应进行，转化程度实现了可控性。
本发明中的流化床反应器的反应具有比固定床反应器更好的传热性能，不论是径向还是轴向温度温度分布都十分均匀，由于床层的剧烈运动，消除了传热面附近的层流边界层，使得其移热效率远高于固定床和空管等其他类型反应器。
同时本发明采用较高浓度的甲醛水溶液代替以多聚甲醛或散居甲醛等固体原料，合成效率和收率高；同时利用高浓度的甲醛溶液能推动聚合反应的正向反应平衡。
附图说明
图1为本发明所述浓甲醛制备聚甲氧基二甲醚的工艺装置的结构示意图。
其中，反应器1、脱轻塔2、萃取塔3、萃取剂回收塔4、一级精制塔5、二级精制塔6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明聚甲氧基二甲醚合成和分离提纯装置，包括反应器、脱轻塔、萃取塔、萃取剂回收塔、DMM2产品塔、DMM3～5产品塔。其中：
所述反应器其结构形式不限于流化床或固定床，为全液相反应，相对于固液反应，反应物接触面更大，反应效率高、收率高。反应器顶部设置浓甲醛-甲缩醛混合溶液进料口，并通过液体分布器进行进料混合液分布；反应器中段填装固体酸树脂催化剂，反应器底部设有反应液出口，并与脱轻塔相连。
所述反应器原料采用浓甲醛和液体甲缩醛。浓甲醛和液体甲缩醛在静态混合器中按比例均匀混合后从反应器顶部加入，经过固体酸树脂催化剂，到达反应器 底部反应液出口。反应器反应段内可设置移热设施如采用外循环冷却或增加冷却管，但这不是必须的，优选不设置移热设施。
所述脱轻塔进料口连接反应器底部反应液出料口，反应液在脱轻塔中脱除甲缩醛。该塔顶常压操作，塔顶设置冷凝器和回流罐，回流比优选1～2。塔顶得到纯组分甲缩醛。塔釜得到不含甲缩醛的反应液。
然后将不含甲缩醛的反应液送入萃取塔中进行萃取反应。所述萃取塔采用填料或者板式结构，优选填料塔。反应液由萃取塔上部加入，萃取剂二异丙醚从萃取塔下部加入，反应液和二异丙醚逆流接触，由于二异丙醚的密度轻由底部逐渐向上与从上而下密度差转移的反应液进行不间断逆流接触，该过程中DMMn不断萃取转移至有机相，而甲醛水溶液的水相则不断下沉，实现塔内满液状态下的不断萃取和上层萃取液的采出的不间断分离，效率更高。该过程中二异丙醚为轻物质，能有效萃取反应液中DMMn，且不与DMMn发生化学反应，且后续的脱氢分离更容易。
反应液中的以DMMn为主的有机物溶解于萃取剂，反应液中的水和甲醛无法溶解于萃取剂中，由于它们之间存在着明显的密度差，故在塔内产生分相现象，通过相界面高度控制采出上层液和下层液。下层液为主要含甲醛的水溶液；上层液为主要含DMM2～8组分和萃取剂组分的有机相，上层液出料口与萃取剂回收塔进料口相连。
所述萃取剂回收塔进料接萃取塔上层液出料。需要说明的是萃取剂回收的分离次序并不是固定的，它与采用的萃取剂种类有关，对于高沸点的萃取剂可以将萃取剂回收放在产品塔之后。优选萃取剂回收塔在萃取塔之后。萃取剂回收塔采用填料或者板式塔，常压操作，塔顶采用冷凝器和回流罐，优选回流比1～4.塔顶采出萃取剂物料，釜液得到产品物料DMM2～8。
根据所述，釜液产品送入DMM2产品。该塔采用填料或者板式塔，常压操作，塔顶采用冷凝器和回流罐，通过控制回流比0.5～2，采出符合质量要求的DMM2产品。对于不符合质量要求的产品将送入该塔进料重新精制，也可以增大回流比提高产品质量。
根据所述，DMM2产品塔釜液为DMM3～8产品。该釜液送入DMM3～5产品塔。该塔采用填料或者板式塔，减压操作，优选操作压力2～20kPa(绝对压力)，塔 顶采用冷凝器和回流罐，优选回流比为0.5～2.塔顶得到DMM3～5产品。需要注意的是，塔顶产品并不是一定的，不同地区可以控制采出品质不同的产品，例如在南方冬天温度较高的地区，最低气温还远高于DMM6的凝点，可以适当采出部分DMM6，更好的调和柴油组分。对于北方地区，则相反，需要控制产品中含有尽量少的DMM6，避免其中含有高凝点调和组分。
作为优选方案，萃取剂还可以采用和正己烷。最优选的采用正己烷，由于相对密度最小，萃取剂和反应液的逆流接触更剧烈，从中萃取的DMMn越彻底，具有更佳的分离效果。