CN112569620B - 一种利用隔壁反应精馏塔制备环戊基甲醚的工艺系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，具体涉及一种利用隔壁反应精馏塔制备环戊基甲醚的工艺系统，包括一个隔壁反应精馏塔、两个冷凝器、一个分层器和一个再沸器。环戊烯和甲醇在精馏塔隔板左侧的反应精馏段发生反应，隔壁精馏塔隔板左侧顶部分离出二甲醚，右侧顶部得到环戊烯和水的非均相共沸物进入分层器分层，其中上层主要为环戊烯，下层为水，环戊烯作为原料或者带水剂返回精馏塔。塔釜采出的组分主要为环戊基甲醚、少量的环戊醇、环戊烯和聚合副产物。本发明能够有效提高环戊烯的单程转化率，将化学转化和后续的产品分离提纯融合在一套设备内完成，具有较强应用前景。
Description
技术领域
本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，具体涉及一种利用隔壁反应精馏塔制备环戊基甲醚的工艺系统。
背景技术
环戊基甲醚是一种新型绿色环保疏水性醚类溶剂。相比于传统四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二恶烷等醚类溶剂，环戊基甲醚拥有以下优点：疏水性强、蒸发潜热低、液相范围广、爆炸极限窄、抗氧化性强。环戊基甲醚可作为格式反应、偶联胺化反应、金属还原反应等多种反应的绿色溶剂，同时还可用于萃取、结晶、聚合等过程。
欧洲专利EP1405840A公开了三种制备环戊基甲醚的方法：（1）采用固定床反应器，反应管中先后填充一定量的SPC118，Amberlyst-15，PK228LH，RCP145酸性阳离子交换树脂作为催化剂，以高纯度的环戊烯和甲醇作为原料，具体反条件如下：反应温度90℃，环戊烯和甲醇摩尔比为1.6：1，进料流量为0.8ml/min，反应时间7h后分析环戊烯的转化率，上述几种不同催化剂对应的环戊烯转化率分别为68.9%，68.0%，50.1%，27.0%～56.2%。（2）采用釜式反应器，加入283g N,N-dimethylformamide 作为溶剂，利用氮气置换釜内的空气后，加入含有60wt%油性物质的氢化钠，在50℃下将103.3g环戊醇缓慢滴加釜中，之后将反应液在1h内升温至110℃并在110℃-120℃下回流反应1h，紧接着将反应液冷却至50℃，滴加入341.0g碘甲烷，将反应液在110℃至120℃下回流反应5h，最后将反应液蒸发、精馏可以得到纯度为99.8%的环戊基甲醚。（3）采用釜式反应器，以酸性阳离子交换树脂RCP145作为催化剂，其中原料环戊烯加入量=3.0g，甲醇加入量=32.0g，树脂加入量=3.0g，反应温度=120℃，反应压力2.5Mpa，反应时间6-8h，最终环戊烯的转化率为30%。
中国专利CN103342624A中将富含环戊烯的碳五馏份与氢气混合后进行选择性加氢反应，催化剂为Pd/Al2O3；氢气与物料中双烯烃的摩尔进料比为1～3﹕1，质量空速1～8hr-1，反应压力为10～20bar，反应温度为30～90℃。2）将上述加氢反应液与甲醇混合后进行醚化反应，催化剂为强酸性阳离子交换树脂；甲醇与环戊烯的摩尔比为0.3～1.0﹕1，质量空速1～5hr-1，反应压力为2～10bar，反应温度为80～140℃；醚化反应液精制得到高纯度环戊基甲醚。
现有的工艺技术存在以下几个问题：（1）受热力学限制，常规反应条件下体系中环戊烯的转化率较低；（2）体系中存在共沸物，后续分离复杂，而且目前该问题也仍未受到足够多的重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用隔壁反应精馏塔制备环戊基甲醚的工艺系统，通过非均相隔壁反应精馏技术打破环戊烯和甲醇醚化反应的热力学平衡限制，解决已有方法中的缺陷，同时解决产品分离困难的麻烦。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
所述工艺系统包括以下设备：一个隔壁反应精馏塔、两个冷凝器、一个分层器和一个再沸器；其中两个冷凝器是位于隔壁反应精馏塔顶部左右两侧回流管线上的冷凝器，分层器是位于隔壁反应精馏塔顶部右侧采出管线上的分层器，再沸器是位于隔壁反应精馏塔塔釜回流管线上的再沸器；所述隔壁反应精馏塔中上部设有一垂直隔板，隔板左侧为反应精馏段，隔板左上侧为二甲醚分离段，隔板右侧为环戊烯和水非均相共沸物分离段，隔板下侧为公共提馏段；反应精馏段上侧为甲醇原料进料口，下侧为环戊烯原料进料口；反应体系中的轻组分二甲醚首先通过左侧精馏段分离采出；体系中其他组分则进入隔壁式反应精馏塔的公共提馏段，其中环戊烯和水的非均相共沸物迅速进入精馏塔右侧分离段从右侧塔顶冷凝采出并进入分层器，上层油相环戊烯作为原料循环利用；塔釜主要组分为环戊基甲醚、少量的甲醇、环戊醇、环戊烯齐聚副产物。
进一步地，隔壁反应精馏塔隔板左侧反应精馏段中部分或全部填装固体酸性催化剂；分离区域和塔底区域则填充规整填料或者塔板。
进一步地，反应精馏段的理论板数为6-16块、左侧精馏段的理论板数为3-9块、右侧分离段的理论板数为10-18块、公共提馏段的理论板数为10-15块。
进一步地，隔壁反应精馏塔左侧的回流比为0.5-1.5、右侧的回流比为2-3。
进一步地，隔壁反应精馏塔操作压力0.1-1.0 MPa。
进一步地，反应精馏段中进料环戊烯和甲醇的摩尔比为0.2-0.8。
本发明的显著优点在于：
本发明能够有效提高环戊烯的单程转化率，将化学转化和后续的产品分离提纯融合在一套设备内完成，具有较强应用前景。
附图说明
图1为本发明装置示意图，1-隔壁反应精馏塔，2-冷凝器，3-塔顶水冷凝器，4-分层器，5-再沸器；
图2为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
本发明的工艺系统中包括如下设备：隔壁反应精馏塔，位于隔壁反应精馏塔顶部左右两侧回流管线上的冷凝器，位于隔壁反应精馏塔顶部右侧采出管线上的分层器，位于隔壁反应精馏塔塔釜回流管线上的再沸器。
所述隔壁反应精馏塔中上部设有一垂直隔板，隔板左侧为反应精馏段，隔板左上侧为二甲醚分离段，隔板右侧为环戊烯和水非均相共沸物分离段，隔板下侧为公共提馏段。反应精馏段上侧为甲醇原料进料口，下侧为环戊烯原料进料口。反应体系中的轻组分二甲醚首先通过左侧精馏段分离采出；体系中其他组分则进入隔壁式反应精馏塔的公共提馏段，其中环戊烯和水的非均相共沸物迅速进入精馏塔右侧分离段从右侧塔顶冷凝采出并进入分层器，上层油相环戊烯作为原料循环利用。塔釜主要组分为环戊基甲醚、少量的甲醇、环戊醇、环戊烯齐聚副产物。
具体工艺过程是：原料甲醇从反应分离区域外部上端进料口进入隔壁式反应精馏塔，原料环戊烯从反应分离区域外部下端进料口进入隔壁式反应精馏塔，两原料在酸性阳离子交换树脂催化剂的作用下发生醚化反应，生成目标产物环戊基甲醚和副产物二甲醚、水以及环戊烯齐聚物。副产物二甲醚首先通过反应区域上端的一次精馏精馏段得到分离，塔顶得到的主要组分为二甲醚，环戊烯和水的共沸物经冷凝器冷凝后从塔顶回流返回塔内。在隔壁式反应精馏塔隔板以下的公共提馏区段，高沸点组分环戊基甲醚、少量环戊醇、环戊烯齐聚物得到分离，经过塔底再沸器换热后一部分作为产品采出，一部分作为塔底回流上升蒸汽返回塔内。环戊烯和水共沸物则通过隔板右侧二次精馏段分离并从右侧塔顶采出，经塔顶水冷凝器冷凝后进入分层器，分层器中上层为油相，主要为环戊烯，下层为水相，主要为水。环戊烯可以作为带水剂或者原料循环使用。
实施例1:
反应进料的烯醇摩尔比为0.5，总进料量为1ml/min，催化剂为酸性离子交换树脂Amberlyst36，反应段的理论板数为6块、左侧精馏段的理论板数为3块、右侧分离段的理论板数为10块、公共提馏段的理论板数为10块，隔壁塔左侧的回流比为0.5、右侧的回流比为2，塔操作压力0.5 MPa。副产物二甲醚的选择性为50%，产品环戊基甲醚的纯度为99%。
实施例2：
反应进料的烯醇摩尔比为0.6，总进料量为1ml/min，催化剂为酸性离子交换树脂Amberlyst36，反应段的理论板数为8块、左侧精馏段的理论板数为6块、右侧分离段的理论板数为12块、公共提馏段的理论板数为13块，隔壁塔左侧的回流比为0.8、右侧的回流比为2.5，塔操作压力0.8 MPa。副产物二甲醚的选择性为40%，产品环戊基甲醚的纯度为99%。
实施例3：
反应进料的烯醇摩尔比为0.5，总进料量为1ml/min，催化剂为酸性离子交换树脂Amberlyst36，反应段的理论板数为6块、左侧精馏段的理论板数为3块、右侧分离段的理论板数为10块、公共提馏段的理论板数为10块，隔壁塔左侧的回流比为0.5、右侧的回流比为2，塔操作压力0.7 MPa。副产物二甲醚的选择性为50%，产品环戊基甲醚的纯度为98%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围不经限于此，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种利用隔壁反应精馏塔制备环戊基甲醚的工艺系统，其特征在于，所述工艺系统包括以下设备：一个隔壁反应精馏塔、两个冷凝器、一个分层器和一个再沸器；其中两个冷凝器是位于隔壁反应精馏塔顶部左右两侧回流管线上的冷凝器，分层器是位于隔壁反应精馏塔顶部右侧采出管线上的分层器，再沸器是位于隔壁反应精馏塔塔釜回流管线上的再沸器；所述隔壁反应精馏塔中上部设有一垂直隔板，隔板左侧为反应精馏段，隔板左上侧为二甲醚分离段，隔板右侧为环戊烯和水非均相共沸物分离段，隔板下侧为公共提馏段；反应精馏段上侧为甲醇原料进料口，下侧为环戊烯原料进料口；反应体系中的轻组分二甲醚首先通过左侧精馏段分离采出；体系中其他组分则进入隔壁式反应精馏塔的公共提馏段，其中环戊烯和水的非均相共沸物迅速进入精馏塔右侧分离段从右侧塔顶冷凝采出并进入分层器，上层油相环戊烯作为原料循环利用；塔釜主要组分为环戊基甲醚、少量的甲醇、环戊醇、环戊烯齐聚副产物；反应精馏段中进料环戊烯和甲醇的摩尔比为0.2-0.8；反应精馏段的理论板数为6-16块、左侧精馏段的理论板数为3-9块、右侧分离段的理论板数为10-18块、公共提馏段的理论板数为10-15块；隔壁反应精馏塔左侧的回流比为0.5-1.5、右侧的回流比为2-3；隔壁反应精馏塔操作压力0.1-1.0 MPa。
2.根据权利要求1所述的工艺系统，其特征在于，隔壁反应精馏塔隔板左侧反应精馏段中部分或全部填装固体酸性催化剂；分离区域和塔底区域则填充规整填料或者塔板。
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