CN101735045A - 一种使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法。本发明方法包括夹带剂和催化剂浓硫酸一次性加入酯化釜，间歇补充；原料乙酸、乙醇经过侧线换热器、预热器、酯化重沸器、酯化釜、气液分离器、酯化塔、冷凝器和分相器的步骤，酯化塔侧线采出混合液与原料换热后再进入冷却器冷却到40℃，经分相器分相得到的有机相(主要含夹带剂)全部或部分返回酯化塔循环夹带水，汽提塔塔釜得到产品乙酸乙酯。其中，所述夹带剂为丙酸异丁酯、异丁酸丙酯或其混合物。本发明使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法中，所用的夹带剂具有夹带水量大、用量少、可循环利用的优点，降低了生产过程中的能耗和物耗，扩大生产能力，有利于工业化生产工艺的改进。

Description

一种使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法

技术领域

本发明涉及一种乙酸乙酯的生产方法，特别是一种使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法。

背景技术

我国工业能耗约占全社会总能耗的50％以上，且许多能量密集工业过程的单位产品能耗水平比国际先进水平高约30～90％。乙酸乙酯是重要的化工溶剂和基本有机化工原料，广泛用于工业溶剂、粘合剂、生产医药、有机酸等产品的提取剂、香料原料等。乙酸酯等溶剂生产主要是以反应、分离等热加工过程为主的高能耗、高物耗过程工业。我国乙酸乙酯现有装置生产技术大多停留在传统的液相酯化法工艺上，很少考虑装置的能量综合优化设计，特别是对核心的生产工艺的节能降耗改造尚未予以足够的重视，普遍存在规模小、能耗高、效益低、市场竞争力差、难于解决腐蚀和环境污染等问题。传统乙酸乙酯生产工艺为酯化-提浓-精制-废水回收四塔流程，酯化塔顶共沸物分相产生富含酯的轻相(即粗酯)和富含水的重相(即水相)，粗酯部分回流入酯化塔，部分采出进入提浓塔进一步脱除醇、水后进入精制塔脱除微量酸，从精制塔塔顶产出乙酸乙酯产品，酯化塔塔顶、提浓塔塔顶产生的水相进入废水回收塔回收其中的酯、醇等轻组分。传统乙酸乙酯生产工艺瓶颈在于酯化反应及精馏分离等核心工艺过程强化不足，乙酸乙酯与水形成的二元共沸物中二者的摩尔比与酯化反应生成的比例不匹配，大量的反应副产物水滞留在反应体系中，制约了酯化反应向正方向进行，并需要大量的粗酯作为夹带剂回流夹带体系中富集的水，导致酯化塔回流比大，能耗高，极大限制了装置生产能力。

发明内容

本发明的目的是针对现有工艺技术中存在的不足，提供一种能耗小、得率高的使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

本发明生产乙酸乙酯的方法所用的原料由乙醇、乙酸组成。各组分按照摩尔百分含量计为：乙醇40～60％，乙酸40～60％。夹带剂为丙酸异丁酯、异丁酸丙酯或其混合物。夹带剂一次性加入，进料量为酯化釜釜料的3～8wt％，由于排出的废水中会损失少量的夹带剂，需要间歇微量补充。

本发明使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法如下：原料乙酸、乙醇经过侧线换热器、预热器、酯化重沸器、酯化釜、气液分离器、酯化塔、冷凝器和分相器，夹带剂和催化剂浓硫酸一次性加入酯化釜，间歇补充的步骤，酯化塔侧线采出混合液与原料换热后再进入冷却器冷却到40℃进入分相器，经分相后得到的有机相(主要含夹带剂)全部或部分返回酯化塔循环夹带水，汽提塔塔釜得到产品乙酸乙酯。

上述本发明生产方法的具体过程如下：

(1)高位原料槽中原料乙酸、乙醇先与侧线采出混合液换热升温至50～60℃，再进入预热器与蒸汽凝结水换热至70～80℃左右，然后进入酯化重沸器升温至105～110℃左右，最后送入酯化釜发生反应，酯化釜气相进入酯化塔进行精馏；

(2)夹带剂和催化剂浓硫酸一次性加入酯化釜，间歇补充。夹带剂夹带体系中多余的水从侧线抽出通过分相器分相后排出，汽提塔塔顶气相冷凝后循环进入酯化塔顶的分相器，汽提塔塔釜产出产品乙酸乙酯；

(3)将酯化塔塔顶的气相冷凝后与汽提塔塔顶冷凝液混合，经分相器分相后，粗酯部分回流，部分进入汽提塔精制、将酯化塔侧线采出混合液经分相器分离后得到的有机相全部或部分回流至酯化塔循环夹带水，夹带剂循环利用。

上述方法中，步骤(2)、(3)所述酯化塔塔顶、汽提塔塔顶气相的组成主要是水-乙酸乙酯二元共沸物，另外还有少量的水-乙醇-乙酸乙酯三元共沸物，为降低酯化塔塔顶三元共沸物的含量，要尽量保证酯化釜高酸度，即乙酸过量。

上述方法中，所述酯化釜的反应温度为105～110℃，压力为0.10～0.15MPa，釜酸(乙酸)浓度控制在65~85％；酯化塔塔顶温度为70～72℃，塔顶压力为0.10～0.105MPa；侧线采出混合液温度为80～90℃，压力为0.10～0.12MPa；汽提塔塔顶温度为70～72℃，塔顶压力为0.10～0.105MPa，塔釜产品温度为80～84℃。

本发明使用夹带剂生产乙酸乙酯所用的设备，主要由高位原料槽、预热器、酯化重沸器、酯化塔、汽提塔、酯化釜、气液分离器、塔顶冷凝器、塔顶分相器、侧线冷却器、侧线分相器及管路构成。其中，高位原料槽通过管道与酯化塔侧线换热器连接，侧线换热器热端出口与侧线冷却器连接，冷端出口与预热器连接，预热器冷端出口与酯化重沸器进口连接，酯化重沸器的一端通过管道与酯化釜进料端连接，酯化釜的出料端通过管道与气液分离器进口连接，气液分离器气相出口与酯化塔进料端连接，气液分离器液相出口与酯化釜顶端回流口连接，酯化塔的底端通过管道与酯化重沸器的进料端连接，酯化塔和汽提塔的顶端分别通过管道与冷凝器进口连接，两塔顶部冷凝器出口通过管道与混合器相连，混合器出口与顶部分相器的进口连接，顶部分相器的底部上层粗酯出口通过管道和泵、分别与酯化塔塔顶和汽提塔连接，顶部分相器的下层废水出口通过管道连接废水处理装置(图中未标出)，顶部分相器的顶部出口排出不凝气，酯化塔的侧线通过管道与侧线换热器连接，再与冷却器进口连接，侧线冷却器出口通过管道与侧线分相器的顶部进口连接，侧线分相器的底部上层有机相出口通过管道和泵与酯化塔塔侧线出料位置下方连接，侧线分相器的底部废水出口通过管道连接同一废水处理装置(图中未标出)，侧线分相器的顶部出口排出不凝气；来自蒸汽动力系统的蒸汽通过酯化釜的夹套进口端进入酯化釜夹套内，通过酯化重沸器进口端进入酯化重沸器内，换热后的蒸汽凝结水通过管道与预热器入口端相连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法，利用乙酸乙酯与夹带剂相似相容的原理，与水形成非均相共沸物且共沸物含水量大，其中，乙酸乙酯-水、夹带剂-水二者的沸点差处于15～20℃之间，适合侧线分离；

(2)本发明方法通过少量夹带剂即可循环带出体系中富集的水，降低了酯化塔回流比及粗酯的回流量，并且无需在乙酸乙酯传统生产设备上增加设备，生产能力即可增加30～50％，适合现有乙酸乙酯生产装置的扩产节能改造；

(3)本发明方法经济效果显著，能大幅度降低生产过程中的能耗，与传统方法相比，在不增加设备投入的条件下，本发明方法能耗下降了20～40％。

附图说明

图1为本发明方法采用的设备结构示意图，其中，1是高位原料槽，2是预热器，3是酯化重沸器，4是酯化釜，5是气液分离器，6是酯化塔，7是冷却器，10、11是冷凝器，8、9是分相器，12是混合器，13是汽提塔，14是换热器。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

本发明的设备如图1所示，其中：高位原料槽1中的原料通过管道与侧线换热器14连接进行换热，进入预热器2预热，预热器2出口与酯化重沸器3进口连接，原料在酯化重沸器3内加热到接近酯化温度，酯化重沸器3的一端通过管道与酯化釜4进料端连接，酯化釜4的出料端通过管道与气液分离器5进口连接，气液分离器5气相出口与酯化塔6进料端连接，气液分离器5液相出口与酯化釜4顶端回流口连接，酯化塔6的底端通过管道与酯化重沸器3的进料端连接，酯化塔6的顶端通过管道与冷凝器10进口连接，冷凝器10、11出口通过管道与混合器12的顶部进口连接，混合器12的出口与分相器9顶部进口相连，分相器9的底部粗酯通过管道和泵分别与酯化塔6塔顶和汽提塔13连接，分相器9的底部废水出口通过管道连接废水处理装置，分相器9的顶部出口排出不凝气，酯化塔6的侧线通过管道与冷凝器7进口连接，冷凝器7出口通过管道与分相器8的顶部进口连接，分相器8的底部粗酯和部分新鲜水通过管道和泵与酯化塔6塔侧线出料位置上段、出料位置下段、后续精馏装置分别连接，分相器8的底部废水出口通过管道连接同一废水处理装置，分相器8的顶部出口排出不凝气；来自蒸汽动力系统的蒸汽通过酯化釜4的夹套进口端进入酯化釜4的夹套内，通过酯化重沸器3进口端进入酯化重沸器3内，为酯化釜4和酯化重沸器3提供热源，换热后的蒸汽由酯化釜4夹套的出口端和酯化重沸器3出口端通过管道与预热器2进口端连接，换热后的蒸汽凝结水通过预热器2出口端与管道和蒸汽动力系统连接。

实施例1

将由乙醇、乙酸组成的原料(原料的配比为：乙醇的摩尔百分含量为48％，乙酸的摩尔百分含量为52％)，乙酸过量，保证酯化釜高酸度，防止乙醇过多地进入酯化塔，以达到控制酯化塔塔顶组成尽量接近乙酸乙酯-水二元共沸组成的目的，从而有利于酯化塔塔顶分相器分相，降低粗酯含水量。夹带剂一次性加入，加料量为酯化釜釜料的5％(质量)，间歇微量补充。采用图1所示流程进行酯化反应-精馏，酯化釜反应温度为104～106℃，压力为0.12～0.13MPa，酯化塔塔顶采出温度为70～72℃，压力为0.10～0.105MPa，侧线采出温度为84～88℃，压力为0.108～0.11MPa，汽提塔塔釜温度80～83℃，压力为0.108～0.11MPa，汽提塔塔顶温度70～72℃，压力为0.10～0.105MPa。工艺流程中，利用侧线液相出料和蒸汽冷凝水对进料进行预热，可减少酯化釜热负荷，并可减少侧线冷公用工程消耗量。

运用化工流程模拟软件ASPEN PLUS对反应釜、酯化塔、汽提塔全流程进行模拟计算，计算结果显示乙酸乙酯产品纯度达到99.85wt％，并进行能耗分析，通过与传统生产工艺对比，本发明工艺方法的节能效果如表1所示。

表1夹带剂工艺与传统酯化工艺能耗对比

表1表明，与传统生产工艺相比，涉及侧线抽出的夹带剂工艺节能效果明显，单位产品(吨酯)能耗由3～3.5吨蒸汽下降至2.1吨蒸汽，下降幅度达30％。

实施例2

将由乙醇、乙酸混合物组成的原料(原料的配比为：乙醇的摩尔百分含量为50％，乙酸的摩尔百分含量为50％)。夹带剂一次性加入，加料量为酯化釜釜料的8％(质量)，间歇微量补充。采用图1所示流程进行酯化反应-精馏，酯化釜反应温度为105℃，压力为0.125MPa，酯化塔塔顶采出温度为71-72℃，压力为0.105MPa，侧线采出温度为85～90℃，压力为0.108～0.11MPa，汽提塔塔釜温度80～83℃，压力为0.108～0.11MPa，汽提塔塔顶温度71~72℃，压力为0.10～0.105MPa。

运用化工流程模拟软件ASPEN PLUS对反应釜、酯化塔、汽提塔全流程进行模拟计算，计算结果如表2所示，乙酸乙酯产品纯度可达到99.90wt％，乙醇含量为0.01wt％，水含量为0.0032wt％。

表2Aspen Plus模拟计算组成(质量分数)

将模拟计算结果进行全流程能量分析，通过与传统生产工艺对比，得出本发明工艺方法的节能效果如表3所示。

表3夹带剂工艺与传统酯化工艺能耗对比

表3表明，与传统酯化生产工艺相比，涉及侧线抽出的夹带剂工艺节能效果明显，单位产品(吨酯)能耗由3～3.5吨蒸汽下降至2.0吨蒸汽，下降幅度近30％；并可从过程强化的角度，通过采用釜酸酸度高、合金材质酯化釜、高效塔板技术和金属材质高效填料、新型换热器，分别从抑制腐蚀速率、加快反应速率、提高精馏效率、增加换热效率和装置的集约度扩大生产规模、以及产业化工程中遇到的稳定性控制问题等方面实施整个技术改造工程，预计生产规模可扩大30～50％。

Claims (6)

1.一种使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法，其特征在于所述夹带剂为丙酸异丁酯、异丁酸丙酯或其混合物。

2.根据权利要求1所述的使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法，其特征在于：夹带剂和催化剂浓硫酸一次性加入酯化釜，间歇补充；原料乙酸和乙醇经过侧线换热器、预热器、酯化重沸器、酯化釜、气液分离器、酯化塔、冷凝器和分相器的步骤，酯化塔侧线采出混合液与原料换热后再进入冷却器冷却到40℃进入分相器，经分相得到的含夹带剂的有机相全部或部分返回酯化塔循环夹带水，汽提塔塔釜得到产品乙酸乙酯；所述浓硫酸是酯化釜釜料的0.2~1wt％。

3.根据权利要求1或2所述的使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

(1)高位原料槽中原料乙酸和乙醇先与侧线采出混合液换热升温至50～60℃，再进入预热器与蒸汽凝结水换热至70～80℃，进入酯化重沸器升温至105～110℃，最后送入酯化釜发生反应，酯化釜气相进入酯化塔进行精馏；

(2)夹带剂和催化剂浓硫酸一次性加入酯化釜，间歇补充，夹带剂夹带体系中多余的水从侧线抽出通过分相器分相后排出，汽提塔塔顶气相冷凝后循环进入酯化塔顶的分相器，汽提塔塔釜产出产品乙酸乙酯；

(3)将酯化塔塔顶的气相与汽提塔塔顶气相分别冷凝后混合进入分相器，上层粗酯部分回流，部分进入汽提塔精制，将酯化塔侧线采出混合液冷却到40℃分相后，上层有机相全部或部分回流至酯化塔循环夹带水。

4.根据权利要求3所述使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法，其特征在于所述原料乙酸和乙醇按照摩尔百分含量计为：乙醇45～50％，乙酸45～50％。

5.根据权利要求4所述使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法，其特征在于所述夹带剂为1～8wt％，间歇微量补充。

6.根据权利要求5所述使用夹带剂生产乙酸乙酯的方法，其特征在于所述酯化釜的反应温度为105～110℃，压力为0.10～0.15MPa；酯化塔塔顶温度为70～72℃，塔顶压力为0.10～0.105MPa；侧线采出混合液温度为80～90℃，压力为0.10~0.12MPa；汽提塔塔顶温度为70～72℃，塔顶压力为0.10～0.105MPa；塔底产品温度为80～84℃。

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