本发明涉及一种生产甲缩醛的装置和方法，具体涉及一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的装置和方法。是一种甲醛水溶液与甲醇采用复式催化蒸馏塔技术进行耦合，生产高纯甲缩醛的装置和工艺方法。
背景技术：
甲缩醛是生产聚甲氧基二甲醚的主要原料，并且由于聚甲氧基二甲醚产品的技术标准比较高。因此对原料甲缩醛的质量水平也有很高的要求，即要求其纯度相当高。目前生产甲缩醛的技术方法多为固定床+加压蒸馏的方法制取，这种方法由于存在甲醇和甲缩醛的共沸现象，因此不仅生产效率低，而且存在着能耗高，流程长，投资大，纯度低，产品质量差等诸多缺陷。
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，而提供一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的装置和方法，仅用两个结构完全相同的催化蒸馏塔，在固体酸催化剂的作用下，用甲醇和甲醛交替分别过量的方法，即打破化学平衡又打破甲缩醛与甲醇共沸的原理。一举实现精制高纯甲缩醛的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的装置，包括催化蒸馏塔i和催化蒸馏塔ii，两个催化蒸馏塔的内部结构完全相同且彼此相连接，其特征在于：
所述的催化蒸馏塔i，塔顶设有共沸物出口，塔底设有水出口，塔壁上方一侧设有甲醛进口i、另一侧设有共沸物回流口，塔壁下方设有甲醇进口，其中：甲醛进口i与能提供甲醛水溶液的装置相连接；甲醇进口与能提供气相和/或液相甲醇的装置相连接；水出口与盛放水的装置相连接；共沸物出口依次连接有冷凝器i、回流罐i和回流泵i；回流泵i的泵出口分为两路，一路与共沸物回流口相连接，另一路与催化蒸馏塔ii相连接；
所述的催化蒸馏塔ii，塔顶设有甲缩醛出口，塔底设有甲醛出口，塔壁上方一侧设有甲醛进口ii、另一侧设有甲缩醛回流口，塔壁下方设有共沸物进口，其中：甲醛进口ii与能提供甲醛水溶液的装置相连接；共沸物进口与回流泵i的泵出口相连接；甲缩醛出口依次连接有冷凝器ii、回流罐ii和回流泵ii；回流泵ii的泵出口分为两路，一路与甲缩醛回流口相连接，另一路与采集高纯甲缩醛的装置相连接；甲醛出口与催化蒸馏塔i的甲醛进口i相连接，催化蒸馏塔ii的塔底得到的较稀的甲醛水溶液返回至催化蒸馏塔i中循环利用；
催化蒸馏塔i的下方配设有再沸器i，
催化蒸馏塔ii的下方配设有再沸器ii。
上述技术方案中，所述的催化蒸馏塔i和催化蒸馏塔ii，塔内的结构相同，整塔内部分为三部分：上部为精馏段、下部为提馏段、中间为催化段。
上述技术方案中，所述的精馏段、提馏段均为筛板或规整填料结构，其中：
所述的筛板为高效浮阀筛板，筛板的层数为n＝3-100，层与层之间的间距为350-550mm；
所述的规整填料为不锈钢波纹填料，填料的段数为3-30，每段高度为1-3m。
上述技术方案中，催化蒸馏塔i的提馏段配设有所述的再沸器i，催化蒸馏塔ii的提馏段配设有所述的再沸器ii；催化蒸馏塔i的蒸馏体系是由再沸器i构成的，催化蒸馏塔i的蒸馏体系是由再沸器ii构成的。
上述技术方案中，所述的催化段装有催化剂，催化剂为散装的活性催化剂，或者是包含活性催化剂后设计成模块形状的模块催化剂，其中：
所述的活性催化剂的形状为球状、圆柱状或六方体状形状；
所述的活性催化剂的种类为杂多酸固体催化剂、分子筛酸性催化剂或强酸性树脂催化剂，进一步优选为本公司生产的d006型树脂催化剂或d008型树脂催化剂或kcd006型树脂催化剂。
上述技术方案中，所述的催化剂设计为模块形式的模块催化剂时，同专利cn201620189748.5中模块催化剂，包括催化剂、金属丝网和金属丝波纹板：所述的模块催化剂由所述的金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片金属丝网之间盛装所述的活性催化剂颗粒(即本发明中的球状、圆柱状或六方体状的固体酸催化剂、分子筛酸性催化剂或强酸性固体催化剂)形成催化剂层，且该催化剂层内的所述催化剂颗粒被所述的金属丝网波纹板隔开放置；所述的模块催化剂内所述的催化剂层间隔设置；
所述的模块催化剂由金属丝在外围固定；
所述的模块催化剂外轮廓由所述的金属丝网包裹固定封闭呈几何形状；所述的几何形状为立方体、圆柱体；
所述的金属丝网与金属丝网之间间隔一层或两层金属丝网波纹板；
所述的催化剂层间隔一层或两层金属丝网波纹板设置；所述的催化剂层是由两层所述金属丝网之间间隔一层或两层金属丝网波纹板设置且内部填充所述催化剂颗粒；
所述的金属丝网、金属丝网波纹板是由不锈钢材料制成，所述的金属丝网或金属丝网波纹板也可由带孔的不锈钢板替换；
所述的金属丝网、金属丝网波纹板上下竖直设置；
所述的催化剂层设置加强外壁，将所述的金属丝网与不锈钢带孔波纹板双层作为所述的催化剂层的外壁；
催化剂层形成液相通道、金属丝波纹板层构成气相通道，气相从下部进料、液相从上部进料，气液两项逆流接触从而进行完全的化学反应。
本发明还提供一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的方法，包括以下步骤：
(1)甲醛水溶液、气相甲醇分别从甲醛进口i、甲醇进口进入到催化蒸馏塔i中，在其内催化剂的催化作用下进行反应，甲醇过量且满足最低共沸组成的需要，使甲醇资源利用最大化，也为废水排放处理打下了坚实技术基础；催化蒸馏塔i的塔底得到水、且由水出口排出，催化蒸馏塔i的塔顶得到共沸物、且由共沸物出口排出，共沸物为含有甲醇的甲缩醛；共沸物依次流经冷凝器i、回流罐i、回流泵i后，一部分由共沸物回流口回流至催化蒸馏塔i中进行回流，另一部分由共沸物进口进入到催化蒸馏塔ii中；
所述的甲醛水溶液中，甲醛的质量分数为10-80％；
所述的甲醇，与甲醛水溶液中的甲醛的摩尔比为1.1-2.0：1.0；
所述的催化剂为固体酸催化剂、分子筛酸性催化剂或强酸性固体催化剂，优选为本公司生产的d006型树脂催化剂或d008型树脂催化剂或kcd006型树脂催化剂；
所述的甲醛水溶液的质量进料空速为0.2-2.0h-1；所述的甲醇的质量进料空速为0.2-2.0h-1；
所述的回流，回流比为0.2-1.0：1；
所述的催化蒸馏塔i，塔顶压力为0-1.5mpa、塔底压力：0-2.0mpa；塔顶温度为30-60℃、塔底温度为80-180℃；
(2)甲醛水溶液从甲醛进口ii进入到催化蒸馏塔ii中，与共沸物一起在催化蒸馏塔ii内催化剂的催化作用下进行反应；甲醛水溶液过量，这样设计，在催化蒸馏塔ii的塔顶得到的是既不含甲醇又不含甲醛的高纯甲缩醛，由此达到了发明目的，高纯甲缩醛从甲缩醛出口排出后依次流经冷凝器ii、回流罐ii、回流泵ii后，一部分由甲缩醛回流口回流至催化蒸馏塔ii中进行回流，另一部分排入采集高纯甲缩醛的装置中采集目标产物；塔底得到稀甲醛水溶液，从甲醛出口排出且由甲醛进口i返回至催化蒸馏塔i中循环利用；
所述的甲醛水溶液中，甲醛的质量分数为10-80％；
共沸物为含有甲醇的甲缩醛，按照其中甲醇的含量计量，甲醛水溶液中的甲醛与共沸物中的甲醇的摩尔比为甲醛：甲醇＝1.1-5：1；
所述的催化剂为杂多酸固体催化剂、分子筛酸性催化剂或强酸性树脂催化剂，优选为本公司生产的d006型树脂催化剂或d008型树脂催化剂或kcd006型树脂催化剂；
所述的甲醛水溶液的进料空速为0.2-2.0h-1；所述的共沸物的进料空速为0.2-2.0h-1；
所述的回流，回流比为0.2-1.0：1；
所述的催化蒸馏塔ii，塔顶压力为0-1.5mpa、塔底压力：0-2.0mpa；塔顶温度为30-60℃、塔底温度为80-180℃。
本发明技术方案的优点在于：采用催化蒸馏耦合技术，生产出高纯甲缩醛产品，克服了其他如加压技术、萃取技术存在的缺陷和弊端，开创了一条工艺条件温和，工艺流程短，投资小，高效低耗，生产条件环保的诸多优势兼具的新的生产新技术。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明装置的结构示意图；
其中：1为催化蒸馏塔i，1a为甲醛进口i，1b为共沸物出口，1c为共沸物回流口，1d为水出口，1e为气相甲醇进口；2为催化蒸馏塔ii，2a为甲醛进口ii，2b为甲缩醛出口，2c为甲缩醛回流口，2d为共沸物进口，2e为甲醛出口；3为冷凝器i；4为回流罐i；5为回流泵i；6为冷凝器ii；7为回流罐ii；8为回流泵ii；9为再沸器i；10为再沸器ii。
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：
本发明提供一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的装置，包括催化蒸馏塔i1和催化蒸馏塔ii2，两个催化蒸馏塔的内部结构完全相同且彼此相连接，如图2所示：
所述的催化蒸馏塔i，塔顶设有共沸物出口1b，塔底设有水出口1d，塔壁上方一侧设有甲醛进口i1a、另一侧设有共沸物回流口1c，塔壁下方设有甲醇进口1e，其中：甲醛进口i与能提供甲醛水溶液的装置相连接；甲醇进口与能提供气相和/或液相甲醇的装置相连接；水出口与盛放水的装置相连接；共沸物出口依次连接有冷凝器i3、回流罐i4和回流泵i5；回流泵i的泵出口分为两路，一路与共沸物回流口1c相连接，另一路与催化蒸馏塔ii相连接；
所述的催化蒸馏塔ii，塔顶设有甲缩醛出口2b，塔底设有甲醛出口2e，塔壁上方一侧设有甲醛进口ii2a、另一侧设有甲缩醛回流口2c，塔壁下方设有共沸物进口2d，其中：甲醛进口ii与能提供甲醛水溶液的装置相连接；共沸物进口与回流泵i的泵出口相连接；甲缩醛出口依次连接有冷凝器ii6、回流罐ii7和回流泵ii8；回流泵ii的泵出口分为两路，一路与甲缩醛回流口2c相连接，另一路与采集高纯甲缩醛的装置相连接；甲醛出口2e与催化蒸馏塔i的甲醛进口i相连接，催化蒸馏塔ii的塔底得到的较稀的甲醛水溶液返回至催化蒸馏塔i中循环利用；
所述的催化蒸馏塔i的下方配设有再沸器i9，催化蒸馏塔ii的下方配设有再沸器ii10。
上述技术方案中，所述的催化蒸馏塔i和催化蒸馏塔ii，塔内的结构相同，整塔内部分为三部分：上部为精馏段、下部为提馏段、中间为催化段。
上述技术方案中，所述的精馏段、提馏段均为筛板或规整填料结构，其中：所述的筛板为高效浮阀筛板，筛板的层数为n＝3-100，层与层之间的间距为350-550mm；所述的规整填料为不锈钢波纹填料，填料的段数为3-30，每段高度为1-3m。
上述技术方案中，催化蒸馏塔i的提馏段配设有所述的再沸器i，催化蒸馏塔ii的提馏段配设有所述的再沸器ii；催化蒸馏塔i的蒸馏体系是由再沸器i构成的，催化蒸馏塔i的蒸馏体系是由再沸器ii构成的。
上述技术方案中，所述的催化段装有催化剂，催化剂为散装的活性催化剂，或者是包含活性催化剂后设计成模块形状的模块催化剂(同专利cn201620189748.5中模块催化剂)，其中：所述的活性催化剂的形状为球状、圆柱状或六方体状形状；所述的活性催化剂的种类为杂多酸固体催化剂、分子筛酸性催化剂或强酸性树脂催化剂，进一步优选为本公司生产的d006型树脂催化剂或d008型树脂催化剂。
本发明还提供一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的方法，流程图如图1所示：
(1)甲醛水溶液、气相甲醇分别从甲醛进口i、甲醇进口进入到催化蒸馏塔i中，在其内催化剂的催化作用下进行反应，甲醇过量且满足最低共沸组成的需要，使甲醇资源利用最大化，也为废水排放处理打下了坚实技术基础；催化蒸馏塔i的塔底得到水、且由水出口排出，催化蒸馏塔i的塔顶得到共沸物、且由共沸物出口排出，共沸物为含有甲醇的甲缩醛；共沸物依次流经冷凝器i、回流罐i、回流泵i后，一部分由共沸物回流口回流至催化蒸馏塔i中进行回流，另一部分由共沸物进口进入到催化蒸馏塔ii中；
(2)甲醛水溶液从甲醛进口ii进入到催化蒸馏塔ii中，与共沸物一起在催化蒸馏塔ii内催化剂的催化作用下进行反应；甲醛水溶液过量，这样设计，在催化蒸馏塔ii的塔顶得到的是既不含甲醇又不含甲醛的高纯甲缩醛，由此达到了发明目的，高纯甲缩醛从甲缩醛出口排出后依次流经冷凝器ii、回流罐ii、回流泵ii后，一部分由甲缩醛回流口回流至催化蒸馏塔ii中进行回流，另一部分排入采集高纯甲缩醛的装置中采集目标产物；塔底得到稀甲醛水溶液，从甲醛出口排出且由甲醛进口i返回至催化蒸馏塔i中循环利用。
下面结合具体的实例对本发明进行具体的阐述：
实施例1：
一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的方法，包括以下步骤：
(1)甲醛水溶液、甲醇分别从甲醛进口i、甲醇进口进入到催化蒸馏塔i中，在其内催化剂的催化作用下进行反应；催化蒸馏塔i的塔底得到水、且由水出口排出，催化蒸馏塔i的塔顶得到共沸物、且由共沸物出口排出，共沸物为含有甲醇的甲缩醛；共沸物依次流经冷凝器i、回流罐i、回流泵i后，一部分由共沸物回流口回流至催化蒸馏塔i中进行回流，另一部分由共沸物进口进入到催化蒸馏塔ii中；
所述的甲醛水溶液中，甲醛的质量分数为15％；
所述的甲醇，与甲醛水溶液中的甲醛的摩尔比为1.2：1；
所述的甲醛水溶液的进料空速为0.6h-1；所述的甲醇的进料空速为0.25h-1；
所述的回流，回流比为0.5：1；
所述的催化蒸馏塔i，塔顶压力为0-1.5mpa、塔底压力：0-2.0mpa；塔顶温度为40-50℃、塔底温度为80-120℃；
(2)甲醛水溶液从甲醛进口ii进入到催化蒸馏塔ii中，与共沸物一起在催化蒸馏塔ii内催化剂的催化作用下进行反应；催化蒸馏塔ii的塔顶得到高纯甲缩醛，高纯甲缩醛从甲缩醛出口排出后依次流经冷凝器ii、回流罐ii、回流泵ii后，一部分由甲缩醛回流口回流至催化蒸馏塔ii中进行回流，另一部分排入采集高纯甲缩醛的装置中采集目标产物；塔底得到稀甲醛水溶液，从甲醛出口排出且由甲醛进口i返回至催化蒸馏塔i中循环利用；
所述的甲醛水溶液中，甲醛的质量分数为15％；
共沸物为含有甲醇的甲缩醛，按照其中甲醇的含量计量，甲醛水溶液中甲醛与共沸物中的甲醇的摩尔比为甲醛：甲醇＝1.2：1；
所述的甲醛水溶液的进料空速为0.8h-1；所述的共沸物的进料空速为0.3h-1；
所述的回流，回流比为0.5：1；
所述的催化蒸馏塔ii，塔顶压力为0-1.5mpa、塔底压力：0-2.0mpa；塔顶温度为40-50℃、塔底温度为80-130℃。
本实施例中，甲缩醛的收率为99.5％、纯度为99.5％。
本实施例中，催化蒸馏塔i和催化蒸馏塔ii的精馏段、提馏段均为规整填料结构，具体为不锈钢波纹填料，填料的段数为5，每段高度为2m。
本实施例中，催化蒸馏塔i的催化段装填的催化剂是本公司生产的d006型树脂催化剂，催化蒸馏塔ii的催化段均装填的催化剂是本公司生产的d008型树脂催化剂，装填形式同专利cn201620189748.5中模块催化剂：包括催化剂、金属丝网和金属丝波纹板：所述的模块催化剂由所述的金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片金属丝网之间盛装所述的活性催化剂颗粒(本发明实施例中所使用的催化剂，形状为球状，当然也可以为圆柱状或六方体状)形成催化剂层，且该催化剂层内的所述催化剂颗粒被所述的金属丝网波纹板隔开放置；所述的模块催化剂内所述的催化剂层间隔设置；所述的模块催化剂由金属丝在外围固定；所述的模块催化剂外轮廓由所述的金属丝网包裹固定封闭呈几何形状；所述的几何形状为圆柱体(见该专利的图1；也可以为立方体，见该专利的图2)；所述的金属丝网与金属丝网之间间隔一层(也可以两层)金属丝网波纹板；所述的催化剂层间隔一层(也可以两层)金属丝网波纹板设置；所述的催化剂层是由两层所述金属丝网之间间隔一层(也可以两层)金属丝网波纹板设置且内部填充所述催化剂颗粒；所述的金属丝网、金属丝网波纹板是由不锈钢材料制成(所述的金属丝网或金属丝网波纹板也可以由带孔的不锈钢板替换)；所述的金属丝网、金属丝网波纹板上下竖直设置；所述的催化剂层设置加强外壁，将所述的金属丝网与不锈钢带孔波纹板双层作为所述的催化剂层的外壁。
实施例2：
一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的方法，其它工艺条件和方法与实施例1相同，不同的是：①催化蒸馏塔i和催化蒸馏塔ii的提馏段为筛板设计，筛板为高效浮阀筛板，筛板的层数为n＝10，层与层之间的间距为450mm；②催化蒸馏塔i的催化段均装填的催化剂是本公司生产的kcd006型树脂催化剂，催化蒸馏塔ii的催化段均装填的催化剂是本公司生产的d006型树脂催化剂；甲缩醛的收率为99.6％、纯度为99.6％。
实施例3：
一种利用催化蒸馏耦合技术生产高纯甲缩醛的方法，其它工艺条件和方法与实施例1相同，不同的是：①催化蒸馏塔i和催化蒸馏塔ii的催化段均装填的催化剂是均是本公司生产的d008型树脂催化剂；②催化剂的装填形式均为散装；甲缩醛的收率为99.4％、纯度为99.4％。
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。