CN101209955A

CN101209955A - 醋酸甲酯水解催化反应精馏装置和实现工艺方法

Info

Publication number: CN101209955A
Application number: CNA2007100601268A
Authority: CN
Inventors: 李柏春; 李春利; 孙立军; 刘继东; 张文林; 吕建华
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2007-12-24
Filing date: 2007-12-24
Publication date: 2008-07-02

Abstract

本发明涉及一种醋酸甲酯水解催化反应精馏装置和实现工艺方法，它包括再沸器、催化反应精馏塔、冷凝器、固定床反应器和管线，催化反应精馏塔由上段、中段和下段三段组成。利用催化反应精馏塔结合固定床反应器的工艺流程，催化反应精馏塔分为醋酸甲酯－水混合预热段、催化反应精馏段和醋酸甲酯提馏段。醋酸甲酯、水及回流液经塔上段混合预热后部分引出塔外、部分继续流入塔催化反应精馏段。引出部分进入固定床反应器进行水解反应后，进入该塔甲酯提馏段上部；经下段的精馏作用，醋酸甲酯浓度提高后进入催化反应精馏段，由塔釜采出水解后物料中醋酸甲酯含量低微，提高醋酸甲酯水解率。本发明可使醋酸甲酯水解率达到60％至99.9％。同时也解决了催化剂装填及再生困难的问题。

Description

醋酸甲酯水解催化反应精馏装置和实现工艺方法

技术领域

本发明涉及一种醋酸甲酯水解催化反应精馏装置和实现工艺方法。

背景技术

在聚乙烯醇(PVA)生产过程中要产生大量的醋酸甲酯副产物，每生产1000千克PVA就产生1500千克醋酸甲酯，如何使醋酸甲酯变成生产PVA的基本原料醋酸和甲醇，就成了PVA生产中的关键。目前国内外均采用固定床反应器进行水解，水解率一般为23-27％，大量未分解的醋酸甲酯需经精馏分离后再回到反应器，而水解液中有恒沸物存在，故设备庞杂且能耗很高。

日本专利(8207.259)及文献(CA，96164550n)，把离子交换树脂催化剂做成纤维状缠绕在塑料棒上，而后装填在塔中；或把离子交换树脂和高密度聚乙烯加热熔融下模压成圆柱形，而后充填在塔中，制作麻烦，催化剂易脱落，且回收困难。中国专利(CN1163259A)至少用5个捆扎包方式形成的催化剂结构单元垂直交错填入塔内，该方法亦存在催化剂单元复杂和长期使用催化剂脱落的问题。中国专利(CN 1343649A)把醋酸甲酯反应塔设计成具有间接排列的多个精馏段和催化反应段，精馏段使用塔板，催化反应段装有催化剂，该方法将精馏过程和反应过程结合起来，但精馏和反应过程分段进行，催化反应精馏的优越性难以充分体现，精馏段反应段之间是靠重力自然回流的，需占据一定的塔高，从而不可能过多的分段，也存在催化剂再生困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种醋酸甲酯水解催化反应精馏装置和实现工艺方法，利用催化反应精馏塔结合固定床反应器的工艺流程，可以使醋酸甲酯催化反应精馏过程连续进行，同时也解决了催化剂装填及再生困难的问题。

本发明提供醋酸甲酯水解催化反应精馏装置包括再沸器、催化反应精馏塔、冷凝器固定床反应器和管线等辅助装置。管线包括：管线8、管线9、管线10、管线、11管线12和管线15。催化反应精馏塔2由三段组成：上段7、中段6和下段5。

所述的上段是醋酸甲酯-水混合预热段，由1至15层塔板组成或由一定高度的各种填料组成。

所述的中段为催化反应精馏段，该段塔板数可以是10至50层催化反应精馏塔板，也可以是各种装填催化剂的填料。塔板的层数可以是10至50层，由立体传质塔板的帽罩之间安装催化剂筐组成的立体催化反应精馏塔板，利用立体传质塔板液体提升量大(5-12kg液体/kg气体)的特点，使液体通过塔板时多次流过催化剂，保证反应和精馏同时高效进行；所述的催化剂筐由多孔的金属筐加金属丝网构成，放置在液体中，催化剂筐中并无气相通过，因此可以保证催化剂不会破碎；也可以由其它形式的催化反应精馏塔板或填料构成。

下段为醋酸甲酯提馏段，该段由5至25层塔板组成或一定高度的各种填料组成。

本发明中的固定床反应器可以是1至10个并联操作，该固定床反应器与目前PVA生产过程中的醋酸甲酯水解塔结构可以完全一样，甚至可以直接使用目前再用的设备，一方面可以节省大量的设备投资，另一方面，催化剂的装填、再生可以与目前的方法完全相同，完全可以保证整个生产周期内醋酸甲酯水解率维持在高水平。

本发明的工艺方法的步骤是：

1)醋酸甲酯自管线进入塔顶部，经塔上段混合预热后部分从管线引出塔外，部分继续流入塔催化反应精馏段。

2)引出醋酸甲酯的部分进入固定床反应器进行水解反应后，自管线进入该塔甲酯提馏段上部至反应精馏段的中部的某一位置；流入催化反应精馏段的醋酸甲酯和水，在该段的每层塔板上水解反应和精馏过程同时进行。

3)从中段流下的物料与经过固定床反应器反应后的物料混合后，经醋酸甲酯提馏段的精馏作用，使醋酸甲酯浓度提高并进入催化反应精馏段，也使流入再沸器物料中的醋酸甲酯含量减小以至微量。

4)部分水解反应产物由管线采出。

该工艺流程中，待水解的醋酸甲酯可以是92％的甲酯(即萃取精馏塔的塔顶产品)，也可以是该萃取精馏塔的进料，即使用该流程时可以省去目前使用的萃取精馏塔。(目前PVA生产工艺回收工段中必备的一个塔)

所述的催化反应精馏段的填料可以是阳离子交换树脂(例如，001x7型强酸性阳离子交换树脂或C100/6100H型阳离子交换树脂催化剂等)，也可以是包含有阳离子交换树脂的各种填料。

本发明利用立体催化反应精馏塔结合固定床反应器的工艺流程，可以使醋酸甲酯催化反应精馏过程连续进行，由塔釜采出水解后物料中醋酸甲酯含量很低甚至微量，提高醋酸甲酯水解率，可使醋酸甲酯水解率达到60％至99.9％。同时也解决了催化剂装填及再生困难的问题。

附图说明

图1为醋酸甲酯水解催化反应精馏装置示意图。

具体实施方式

本发明可通过实例说明

如图所示，本发明包括：再沸器1、催化反应精馏塔2、冷凝器3、固定床反应器4、管线8、管线9、管线10、管线、11管线12和管线15及其它辅助装置。催化反应精馏塔2由三段组成：上段7、中段6和下段5。

本发明具体工艺方法为：上段7为醋酸甲酯-水混合预热段；中段6为催化反应精馏段；下段5为醋酸甲酯提馏段。醋酸甲酯自管线8、水自管线9、回流液自管线10进入塔顶部，经塔上段混合预热后部分从管线11引出塔外、部分继续流入塔催化反应精馏段。引出部分进入固定床反应器4进行水解反应后，自管线12进入该塔甲酯提馏段5上部至反应精馏段6的中部的某一位置。流入催化反应精馏段的醋酸甲酯和水，在该段的每层塔板上水解反应和精馏过程同时进行。从中段6流下的物料与经过固定床反应器4反应后的物料混合后，经醋酸甲酯提馏段5的精馏作用，使醋酸甲酯浓度提高并进入催化反应精馏段，也使流入再沸器1物料中的醋酸甲酯含量减小以至微量，并且一部分由管线15作为水解反应产物采出，这样可使醋酸甲酯水解率达到60％至99.9％。

本发明中的催化反应精馏塔的上段醋酸甲酯-水混合预热段，可以是由1至15层塔板组成，也可以由一定高度的各种填料组成。

中段为催化反应精馏段，可以由立体传质塔板的帽罩之间安装催化剂筐组成的立体催化反应精馏塔板，利用立体传质塔板液体提升量大(5-12kg液体/kg气体)的特点，使液体通过塔板时多次流过催化剂，保证反应和精馏同时高效进行，催化剂筐由多孔的金属筐加金属丝网构成，放置在液体中，催化剂筐中并无气相通过，因此可以保证催化剂不会破碎，也可以由其它形式的催化反应精馏塔板或填料构成，该段塔板的层数可以是10至50层。

下段为醋酸甲酯提馏段，该段可以是由5至25层塔板组成，也可以由一定高度的各种填料组成。

该工艺流程中，待水解的醋酸甲酯可以是92％的甲酯(即萃取精馏塔的塔顶产品)，也可以是该萃取精馏塔的进料，即使用该流程时可以省去目前使用的萃取精馏塔。

所设计的催化反应精馏塔，其特征是分为三段：上段为醋酸甲酯-水混合预热段，该段可以是由1至15层塔板组成，也可以由一定高度的各种填料组成；中段为催化反应精馏段，该段塔板数可以是10至50层催化反应精馏塔板，也可以是各种装填催化剂的填料；下段为醋酸甲酯提馏段，该段可以是由5至25层塔板组成，也可以由一定高度的各种填料组成。

本发明中的固定床反应器可以是1至10个并联操作，该固定床反应器与目前PVA生产过程中的醋酸甲酯水解塔结构可以完全一样，甚至可以直接使用目前再用的设备，一方面可以节省大量的设备投资，另一方面，催化剂的装填、再生可以与目前的方法完全相同。

应用实例1

反应精馏塔由三段组成：上段(醋酸甲酯-水混合预热段)6层塔板；中段(催化反应精馏段)30层反应精馏塔板；下段(醋酸甲酯提馏段)12层塔板，塔径1.2m。进料水和进料醋酸甲酯的水酯摩尔比分别为2.0、3.0、4.0、6.0运行稳定后，塔釜醋酸浓度为49.2％、41.8％、40.7％、31.99％，水解转化率分别为63％、68％、85％、98.9％。

应用实例2

反应精馏塔由三段组成：上段(醋酸甲酯-水混合预热段)4层塔板；中段(催化反应精馏段)16m填料(催化反应精馏填料，含001x7型强酸性阳离子交换树脂)；下段(醋酸甲酯提馏段)10层塔板，塔径2.4m。进料水和进料醋酸甲酯的水酯摩尔比为4.0，运行稳定后，塔釜醋酸浓度为35％，水解转化率为70％。

应用实例3

反应精馏塔由三段组成：上段(醋酸甲酯-水混合预热段)4层塔板；中段(催化反应精馏段)16m填料(催化反应精馏填料，含C100/6100H型阳离子交换树脂催化剂)；下段(醋酸甲酯提馏段)5m板波纹填料，塔径2.4m。进料水和进料醋酸甲酯的水酯摩尔比为2.0，运行稳定后，塔釜醋酸浓度为49.2％，水解转化率为61.7％。

Claims

1.一种醋酸甲酯水解催化反应精馏装置，其特征在于它包括再沸器、催化反应精馏塔、冷凝器、固定床反应器和管线，再沸器、催化反应精馏塔、冷凝器和固定床反应器依次通过管线连接，催化反应精馏塔由上段、中段和下段三段组成。

所述的上段是醋酸甲酯-水混合预热段，中段为催化反应精馏段，下段为醋酸甲酯提馏段。

2.根据权利要求1所述的精馏装置，其特征在于所述的醋酸甲酯-水混合预热段由1至15层塔板组成或由各种填料组成。

3.根据权利要求1所述的精馏装置，其特征在于所述的催化反应精馏段的塔板的层数是10至50层。

4.根据权利要求3所述的精馏装置，其特征在于所述的塔板是立体传质塔板的帽罩之间安装催化剂筐组成的立体催化反应精馏塔板。

5.根据权利要求4所述的精馏装置，其特征在于所述的催化剂筐由多孔的金属筐加金属丝网构成或其它形式的填料。

6.根据权利要求1所述的精馏装置，其特征在于所述的醋酸甲酯提馏段由5至25层塔板组成或各种填料组成。

7.根据权利要求1所述的精馏装置，其特征在于所述的的固定床反应器是1至10个并联操作。

8.一种利用权利要求1所述的醋酸甲酯水解催化反应精馏装置的实现工艺方法，其特征在于包括的步骤是：

2)引出醋酸甲酯的部分进入固定床反应器进行水解反应后，自管线进入该塔甲酯提馏段上部至反应精馏段的中部的某一位置；流入催化反应精馏段的醋酸甲酯和水，在该段的每层塔板上或含阳离子交换树脂催化剂的填料中水解反应和精馏过程同时进行。

3)从中段流下的物料与经过固定床反应器反应后的物料混合后，经醋酸甲酯提馏段的精馏；

4)部分水解反应产物由管线采出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的催化反应精馏段的填料是阳离子交换树脂或包含有阳离子交换树脂的各种填料。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的塔顶待水解的醋酸甲酯是92％的甲酯或是该萃取精馏塔的进料。