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聚甲氧基二甲醚制备技术及反应过程研究

刘长舒  
【摘要】:作为一种以煤基甲醇为原料制备的新型柴油添加剂,聚甲氧基二甲醚(PODE)能够有效提高柴油燃烧效率,减少NOx和CO的排放。发展聚甲氧基二甲醚技术不仅有利于燃料的高效化、清洁化,更深化了煤基甲醇的利用,开辟了一条由煤炭向优质液体燃料转化的新途径。论文选取不同产地的多聚甲醛((HCHO)n)和不同种类的阳离子交换树脂与甲缩醛(DMM)反应制备聚甲氧基二甲醚,从中优选出最佳的反应体系。在该反应体系下分别考察了催化剂用量、进料比、反应温度等制备工艺对反应的影响,并利用正交试验确定出最佳工艺条件。另外,通过改变反应温度、甲醇添加量及进料比对反应过程进行基础研究。研究结果表明:(1)以西班牙产多聚甲醛为原料,WS-1型阳离子交换树脂为催化剂时反应效果最佳。其反应转化率及PODEn=2~7收率均达到较高水平,产物中的中长链产物含量较高,并且副产物总量较少,但产物的酸值略高。(2)反应转化率与催化剂用量、反应温度、反应时间呈正相关;目标产物收率随催化剂和多聚甲醛用量、反应温度、反应时间的增大呈现先增大后减小的趋势。(3)根据正交试验结果确定最佳工艺条件为:n(DMM):n((HCHO)n)=1:1.8,w(WS-1)=9%,T=105℃,P=1.0MPa,t=10h。反应结束后,多聚甲醛转化率达到81.19%,PODEn=2~7收率为45.12%。(4)通过变化温度对反应过程进行研究发现,甲醛含量随反应的进行呈直线减少,且温度越高,减小速率越快。在较低的反应温度下(T≤100℃),反应刚开始1h内,多聚甲醛分解生成甲醛的速率快于甲醛和甲缩醛的反应速率。(5)向原料中加入甲醇后,甲醛随反应的进行不再呈现线性减小,且产物选择性在反应过程中开始出现小幅波动。甲醇添加量越多,波动持续时间越长。(6)当n(DMM):n((HCHO)n)=1:1、1.5:1、2:1时,甲醛的消耗速率呈现明显的先快后慢。当n(DMM):n((HCHO)n)=1:2时,甲醛含量首先出现一个峰值,随后开始线性减少,并且可以在反应过程中观察到不同链长产物间的相互转化。


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