[发明专利]连续制备聚甲氧基二甲基醚的反应系统和工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续制备聚甲氧基二甲基醚的新反应系统和工艺方法，更确切地说，本发明涉及一种由甲醛经三聚甲醛连续制备聚甲氧基二甲基醚的新反应系统和工艺方法。

背景技术

聚甲氧基二甲基醚(CH₃O(CH₂O)_nCH₃，DMM_n，n＝2～8)中间为低聚甲醛，两头由甲基封端，n≤5的DMM_n具有优异的溶解性能和极强的渗透能力，并能与水和许多有机溶剂互溶，可广泛应用于工业溶剂、颜料分散剂等。DMM_n也是一种潜力巨大的柴油含氧调和组分，具有很高的十六烷值(DMM₂：63，DMM₃：78，DMM₄：90，DMM₅：100)和含氧量(42％～49％)，在柴油中添加10～20v/v％，能显著的改善柴油的燃烧特性，有效的提高热效率，大幅度的减少NO_x和碳烟的排放。据报道(US 7235113)，柴油中添加15v/v％的DMM_3-6时，尾气中NO_x、颗粒物和碳氢化合物的排放达到了欧V的标准。

DMM_n的传统合成方法是由提供低聚甲醛的化合物和提供封端甲基的化合物在酸性催化剂的作用下缩醛化反应制备的。2001年以来，Snamprogetti S.P.A.(EP 1505049 A1，US 6534685)、BASF(WO 2006/045506 A1，CA 2581502 A1，US 20070260094 A1)等公司相继开发了多聚甲醛或三聚甲醛与甲醇反应连续制备DMM_n的工艺，采用液体酸如H₂SO₄或CF₃SO₃H为催化剂，反应完成后，反应液经硅胶或树脂吸附脱除催化剂和副产物水，采用两段精馏法分离未反应的原料、轻组分(DMM_1-2)、产品(DMM_3-5)和重组分(DMM_≥5)，反应原料、轻组分和重组分循环到反应器重复利用。上述分离工艺过程采用大量的吸附剂，处理能耗大，催化剂不能循环使用，反应原料采用三聚甲醛成本较高。

2008年，BASF公司(US 20080207954 A1)探索了甲醛和甲醇在水溶液中反应制备DMM_1-5的工艺流程，以液体酸或固体酸为催化剂，采用反应精馏技术从精馏塔塔顶馏出反应液(DMM_1-5、未反应的原料和水)，再经多级精馏工艺，分离轻组分(DMM_1-2及未反应的原料)、粗产品(DMM_3-4和水)和重组分DMM_＞4。粗产品经相分离技术分离DMM_3-4和水，轻组分和重组分循环到反应单元重复使用。但在实际操作过程中甲醇、水和DMM_n易形成共沸物，很难使甲醇与DMM_3-4分开，甲醇和水及DMM_3-4均具有良好的互溶性，造成相分离困难。

近年来，中国科学院兰州化学物理研究所(US 1315439，US 13164677)报道了离子液体催化三聚甲醛与甲醇反应合成DMM_n的方法，反应液依次经闪蒸、膜分离和相分离工艺，实现了轻组分(DMM_1-2、部分水、未反应的原料)、粗产品DMM_3-8和催化剂的分离。但是粗产品中仍含有少量的水和催化剂，需要通过硅胶或阴离子交换树脂吸附脱除，才能实现产物DMM_3-8的精制。该工艺催化剂回收率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲醛经三聚甲醛连续制备聚甲氧基二甲基醚的工艺方法以克服现有技术的不足。

本发明的工艺过程以酸性离子液体为催化剂，甲醛水溶液作为初始反应原料，经过连续聚合和缩醛化反应制备聚甲氧基二甲基醚，其中聚甲氧基二甲基醚用DMM_n表示，n为1至8的整数。

因此，在第一个方面，本发明提供了一种用于连续制备聚甲氧基二甲醚的反应系统(下面简称“本发明的反应系统”)，包括：