本发明涉及一种三聚甲醛的合成萃取方法及装置，适合于以市售的廉价甲醛为原料合成三聚甲醛。
背景技术：
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。
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、腐蚀设备严重等问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种三聚甲醛的合成萃取装置，该装置结构简单，投资少，能耗低。
本发明还提供一种三聚甲醛的合成萃取方法，该方法将浓缩后的甲醛溶液送入反应器进行反应，反应后的液体送入萃取塔，与从下部加入的萃取剂进行逆向萃取，塔底得到含有甲醛的稀甲醛溶液，送入稀甲醛回收单元，塔顶得到含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，该萃取液进入分离塔进行分离，通过分离塔底得到高纯度三聚甲醛，塔顶回收萃取剂循环利用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三聚甲醛的合成萃取装置，包括依次连接的反应器、萃取塔、分离塔和三聚甲醛成品管线，浓缩后的甲醛溶液作为原料在反应器中进行反应，产物依次经萃取、分离后进入三聚甲醛成品管线中，其特征在于：
所述的反应器，设有进口i和出口i：进口i与提供原料的装置相连；
所述的萃取塔，顶部设有出液口i、上部设有进液口i、下部设有进液口ii、底部设有出液口ii：进液口i与反应器的出口i相连，出液口ii与稀甲醛回收管线相连，进液口ii与能够提供萃取剂的装置相连；
所述的分离塔，塔顶设有出气口、上部设有进液口iv、中部设有进液口iii、底部设有出液口iii：进液口iii与萃取塔的出液口i相连，出液口iii与三聚甲醛成品管线相连，出气口依次连接有冷凝器、回流罐、回流泵，回流泵的出口分为两路：一路与萃取塔的进液口ii相连，另一路与进液口iv相连从而进行回流。
上述技术方案中，所述的冷凝器，设有进口ii和出口ii：进口ii与分离塔的出气口相连，出口ii与回流罐相连。
上述技术方案中，所述的回流罐，设有进口iii和出口iii：进口iii与冷凝器的出口ii相连，出口iii与回流泵相连。
上述技术方案中，所述的回流泵，设有进口iv和出口iv：进口iv与回流罐的出口iii相连，出口iv分为两路，一路与萃取塔的进液口ii相连，另一路与分离塔的进液口iv相连。
上述技术方案中，所述的反应器为固定床反应器，其内装有催化剂，该催化剂为大孔阳离子树脂、超强酸树脂中的任意一种，优选为凯瑞环保化工股份有限公司生产的d006型酸性树脂催化剂、d008型耐高温酸性树脂催化剂。
上述技术方案中，所述的萃取塔，其内装有萃取剂，萃取剂为酯类萃取剂、酮类萃取剂、醚类萃取剂、醇类萃取剂、酚类萃取剂中的任意一种，两种及以上以任意比例混合而成的混合物。
上述技术方案中，所述的萃取塔，塔内填充有内件，内件为填料、塔板中的任意一种；
上述技术方案中，所述的分离塔，塔内填充有内件，内件为填料、塔板中的任意一种。
上述技术方案中，所述的分离塔，塔下部(再沸蒸发段)安装有再沸器。
本发明还提供一种三聚甲醛的合成萃取方法，包括以下步骤：
(1)聚合反应：以浓缩后的甲醛溶液作为原料，原料在催化剂的催化作用下、在温度为75℃-120℃，压力为0-0.5mpa的条件下进行聚合反应生成三聚甲醛；
(2)萃取：步骤(1)得到的产物在萃取剂的作用下，在温度为50-75℃、压力为0-1mpa的条件下进行萃取，分别得到含有甲醛的稀甲醛溶液和含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液；含有甲醛的稀甲醛溶液回收；
(3)精馏分离：步骤(2)得到的含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，在温度为60-125℃、压力为0-1mpa的条件下进行精馏分离，得到液态的三聚甲醛和气态的萃取剂，液态的三聚甲醛采收；气态的萃取剂经过冷凝形成液态的萃取剂，液态的萃取剂回流和/或循环利用。
上述技术方案中，合成萃取方法具体包括以下步骤：
(1)聚合反应：以浓缩后的甲醛溶液作为原料，原料经进口i送入到反应器中，在其内的催化剂的催化作用下进行聚合反应，反应后的得到的产物依次流经出口i、进液口i送入到萃取塔中；
所述的浓缩后的甲醛溶液，其中甲醛的浓度为55wt％-85wt％，进料空速为0.2-0.8h-1；
所述的反应器，其内的温度为75℃-120℃、压力为0-0.5mpa；
所述的反应器，其内装填的催化剂为大孔阳离子树脂、超强酸树脂，优选为凯瑞环保科技有限公司生产的为d006型酸性树脂催化剂或d008型耐高温酸性树脂催化剂。
(2)萃取：步骤(1)得到产物从上部的进液口i进入到萃取塔内、萃取剂从下部的进液口ii进入到萃取塔内，二者逆向接触从而进行萃取；萃取塔的塔底得到含有甲醛的稀甲醛溶液，经出液口ii流出且送入稀甲醛回收管线中；萃取塔的塔顶得到含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，依次流经出液口i、进液口iii送入到分离塔中；
所述的萃取塔，其内的温度为50-75℃、压力为0-1mpa；
所述的萃取塔，其内的萃取剂为酯类萃取剂、酮类萃取剂、醚类萃取剂、醇类萃取剂、酚类萃取剂中的任意一种，两种及以上以任意比例混合而成的混合物；
所述的萃取剂与步骤(1)得到产物的质量比为3～6:1。
(3)精馏分离：步骤(2)得到的含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，在分离塔内发生精馏分离，分离塔的塔底得到液态的三聚甲醛，经出液口iii流出且送入三聚甲醛成品管线中采收；分离塔的塔顶得到气态的萃取剂，依次流经出气口、进口ii送入到冷凝器中；气态的萃取剂经冷凝形成液态的萃取剂后送入到回流罐中；回流罐中的液态萃取剂在回流泵的作用下，一部分由进液口ii返回到萃取塔中循环利用，另一部分由进液口iv返回到分离塔中进行回流；
所述的分离塔，塔顶温度为60-80℃，压力为0-1mpa；塔底温度为75-125℃，压力为0-1mpa；
所述的回流，回流比0.5-1.0:1。
本发明技术方案的优点在于：本方法将浓缩后的甲醛溶液送入反应器进行反应，反应后的液体送入萃取塔，与从下部加入的萃取剂进行逆向萃取，塔底得到含有甲醛的稀甲醛溶液，送入稀甲醛回收单元，塔顶得到含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，该萃取液进入萃取液分离塔进行分离，通过精馏塔底得到高纯度三聚甲醛，塔顶回收萃取剂循环利用。该装置结构简单，投资少，能耗低。
附图说明
图1：本发明三聚甲醛的合成萃取方法的流程图；
图2：本发明三聚甲醛的合成萃取装置的结构示意图；
其中：1、反应器，2、萃取塔，3、分离塔，4、冷凝器，5、回流罐，6、回流泵，7、再沸器。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
本发明方法的主要创新点为：本方法将浓缩后的甲醛溶液送入反应器进行反应，反应后的液体送入萃取塔，与从下部加入的萃取剂进行逆向萃取，塔底得到含有甲醛的稀甲醛溶液，送入稀甲醛回收单元，塔顶得到含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，该萃取液进入分离塔进行分离，通过精馏，塔底得到高纯度三聚甲醛，塔顶回收萃取剂循环利用。该方法和装置具有显著的设备投资少、工艺简单、能耗低的优点。
本发明提供一种三聚甲醛的合成萃取装置，包括依次连接的反应器1、萃取塔2、分离塔3和三聚甲醛成品管线，浓缩后的甲醛溶液作为原料在反应器中进行反应，产物依次经萃取、分离后进入三聚甲醛成品管线中，如图2所示：
所述的反应器，设有进口i和出口i：进口i与提供原料的装置相连；
所述的萃取塔，顶部设有出液口i、上部设有进液口i、下部设有进液口ii、底部设有出液口ii：进液口i与反应器的出口i相连，出液口ii与稀甲醛回收管线相连，进液口ii与能够提供萃取剂的装置相连；
所述的分离塔，塔顶设有出气口、上部设有进液口iv、中部设有进液口iii、底部设有出液口iii：进液口iii与萃取塔的出液口i相连，出液口iii与三聚甲醛成品管线相连，出气口连接有冷凝器4；
所述的冷凝器4，设有进口ii和出口ii：进口ii与分离塔的出气口相连，出口ii连接有回流罐5；
所述的回流罐5，设有进口iii和出口iii：进口iii与冷凝器的出口ii相连，出口iii连接有回流泵6；
所述的回流泵6，设有进口iv和出口iv：进口iv与回流罐的出口iii相连，出口iv分为两路，一路与萃取塔的进液口ii相连，另一路与分离塔的进液口iv相连；
所述的分离塔，塔下部(再沸蒸发段)安装有再沸器7。
优选的，所述的反应器为固定床反应器，其内装有催化剂，该催化剂为大孔阳离子树脂、超强酸树脂中的任意一种，进一步优选为凯瑞环保化工股份有限公司生产的d006型酸性树脂催化剂、d008型耐高温酸性树脂催化剂。
优选的，，所述的萃取塔，其内装有萃取剂，萃取剂为酯类萃取剂、酮类萃取剂、醚类萃取剂、醇类萃取剂、酚类萃取剂中的任意一种，两种及以上以任意比例混合而成的混合物。
优选的，，所述的萃取塔，塔内填充有内件，内件为填料、塔板中的任意一种；
优选的，，所述的分离塔，塔内填充有内件，内件为填料、塔板中的任意一种。
本发明还提供一种三聚甲醛的合成萃取方法，流程图如图1所示：
(1)聚合反应：以浓缩后的甲醛溶液作为原料，原料经进口i送入到反应器中，在其内的催化剂的催化作用下进行聚合反应，反应后的得到的产物依次流经出口i、进液口i送入到萃取塔中；
(2)萃取：步骤(1)得到产物从上部的进液口i进入到萃取塔内、萃取剂从下部的进液口ii进入到萃取塔内，二者逆向接触从而进行萃取；萃取塔的塔底得到含有甲醛的稀甲醛溶液，经出液口ii流出且送入稀甲醛回收管线中；萃取塔的塔顶得到含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，依次流经出液口i、进液口iii送入到分离塔中；
(3)精馏分离：步骤(2)得到的含有三聚甲醛与萃取剂的萃取液，在分离塔内发生精馏分离，分离塔的塔底得到液态的三聚甲醛，经出液口iii流出且送入三聚甲醛成品管线中采收；分离塔的塔顶得到气态的萃取剂，依次流经出气口、进口ii送入到冷凝器中；气态的萃取剂经冷凝形成液态的萃取剂后送入到回流罐中；回流罐中的液态萃取剂在回流泵的作用下，一部分由进液口ii返回到萃取塔中循环利用，另一部分由进液口iv返回到分离塔中进行回流。
下面结合实施例对本发明的方法进行详细的描述：
实施例1：
一种三聚甲醛的合成方法，包括以下步骤：
(1)将1000kg/h的浓度为65％的甲醛水溶液从进口i加入到固定床反应器1(其中装填的催化剂是d006，空速是0.35h-1)中，在105℃、0.2mpa的反应条件下反应；从固定床反应器的出口i得到1000kg/h的含有三聚甲醛的甲醛水溶液，其中含三聚甲醛520kg/h、甲醛130kg/h；
(2)步骤(1)得到的产物从萃取塔2上部的进液口i进入到萃取塔内，与从萃取塔2下部的进液口ii加入的1560kg/h的萃取剂甲苯在65℃，0.1mpa条件下发生逆流萃取；从萃取塔2顶部的出液口i得到2080kg/h的萃取液，其中含三聚甲醛520kg/h、甲苯1560kg/h，从进液口iii进入到分离塔3；从萃取塔2底部的出液口ii得到480kg/h的稀甲醛水溶液，其中含甲醛130kg/h送入稀醛回收管线。
(3)将步骤(2)萃取塔的塔顶得到的2080kg/h萃取液送入到分离塔3中，在塔底温度为120℃，塔顶温度为70℃，压力为0.1mpa的条件下精馏分离；从分离塔3底部的出液口iii得到520kg/h的三聚甲醛，送到三聚甲醛成品管线中；从分离塔3顶部的出气口得到1560kg/h的甲苯，依次流经出气口、进口ii送入到冷凝器中；甲苯在冷凝器中经过冷凝后依次流经回流罐、回流泵，一部分由进液口ii返回到萃取塔中循环利用；另一部分由进液口iv返回到分离塔中进行回流(回流比为0.75:1)。
本实施例制取的三聚甲醛，甲醛单程转化率为80％，总转化率100％，三聚甲醛收率为99.77％。
实施例2：
一种三聚甲醛合成的方法，其它工艺条件和方法与实施例1相同，只是其初始原料为500kg/h的70％浓甲醛，萃取剂为1400kg/h的苯，萃取塔2的操作条件为：塔体温度75℃，塔压为常压；萃取液分离塔3的操作条件为：塔底温度130℃，塔顶温度85℃，压力为0.2mpa，最后得到280kg/h的三聚甲醛，甲醛总转化率为100％，收率为99.45％。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。