一種二醇縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工精餾分離領(lǐng)域，涉及一種二醇縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]二醇縮醛/酮反應(yīng)不僅可以應(yīng)用于制備二醇縮醛/酮產(chǎn)物，如I，3_二氧戊環(huán)，2-甲基-1，3_二氧戊環(huán)，4-乙基-2-甲基-1，3_二氧戊環(huán)，同時(shí)由于其反應(yīng)可逆性，可以應(yīng)用到混合二醇的分離上，如在煤制乙二醇或者生物質(zhì)催化法制乙二醇的液相混合物的分離中，由于其中的乙二醇、丙二醇、丁二醇沸點(diǎn)接近，相對(duì)揮發(fā)度小，特別是乙二醇和I，2_丁二醇能夠形成共沸，從而使得乙二醇的分離需要很高的能耗，同時(shí)不得不浪費(fèi)一定量的乙二醇，并且高附加值得丙二醇和丁二醇產(chǎn)品未能獲得很好的利用，造成工藝流程經(jīng)濟(jì)性下降。通過采用可逆的縮醛/酮反應(yīng)，使混合二醇首先轉(zhuǎn)化為縮醛/酮產(chǎn)物，分別分離后再進(jìn)行水解精制獲得二醇產(chǎn)品，可以大大降低原有工藝中脫除丙二醇和丁二醇的壓力，獲得更高的乙二醇產(chǎn)品收率，且能回收丙二醇和丁二醇等副產(chǎn)物。
[0003]相比于反應(yīng)和分離分開操作的縮醛/酮反應(yīng)工藝流程，將反應(yīng)和精餾兩個(gè)單元操作有機(jī)耦合在同一設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行的反應(yīng)精餾工藝流程，可以大大的實(shí)現(xiàn)流程的簡化，反應(yīng)精餾技術(shù)能夠通過精餾分離不斷將產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)移出，保持反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)物的濃度維持在較高的程度，保證反應(yīng)速率，同時(shí)促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行，突破化學(xué)反應(yīng)平衡的限制，實(shí)現(xiàn)很高的轉(zhuǎn)化率，并且很好的利用了反應(yīng)的熱量，達(dá)到節(jié)能的效果，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益乙二醇作為一種重要的基本有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚酯纖維、防凍劑、不飽和聚酯樹脂、潤滑劑、增塑劑、非離子表面活性劑以及炸藥等。我國是乙二醇的消費(fèi)大國，國內(nèi)的乙二醇的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足自身需求，2014年，我國乙二醇產(chǎn)量為350萬噸，而表觀消費(fèi)量達(dá)1225萬噸，因此，我國的乙二醇產(chǎn)業(yè)具有良好的發(fā)展前景。
[0004]目前，國內(nèi)外大型乙二醇生產(chǎn)都采用直接水合法或加壓水合法工藝線路，該工藝是將環(huán)氧乙烷和水按1:20?22(摩爾比)配成混合水溶液，在固定床反應(yīng)器中于130?180°C，1.0?2.5MPa下反應(yīng)18?30分鐘，環(huán)氧乙烷全部轉(zhuǎn)化為混合醇，然后經(jīng)過多效蒸發(fā)器脫水濃縮和減壓精餾分離得到乙二醇。蒸發(fā)脫水需要消耗大量的能量，為了降低成本，國內(nèi)外的一些主要的生產(chǎn)乙二醇的大公司以及科研院所開始研究催化水合法。同時(shí)，也有研究針對(duì)碳酸乙烯酯法，由環(huán)氧乙烷和二氧化碳合成碳酸乙烯酯，再以碳酸乙烯酯水解得到乙二醇，專利US 4508927,US 4500559和JP 571006631針對(duì)碳酸乙烯酯法提出了不同的工藝線路。隨著石油資源的日趨緊張，世界油價(jià)波動(dòng)較大，結(jié)合我國貧油、少氣、富煤的資源情況，在我國發(fā)展Cl化工具有非常重要的意義，從而可以減少對(duì)石油進(jìn)口的依賴，減輕環(huán)境壓力。以煤或天然氣為原料制備合成氣，合成氣通過偶聯(lián)制草酸酯，草酸酯通過加氫獲得乙二醇這一工藝被認(rèn)為是最具有工業(yè)前景的線路，國內(nèi)目前建成投產(chǎn)和在建的煤制乙二醇裝置超過20套。在草酸酯加氫制乙二醇的反應(yīng)產(chǎn)物中，除了含有甲醇、乙醇酸酯等沸點(diǎn)較低的物質(zhì)外，還含有少量I，2-丙二醇，I，2-丁二醇等與乙二醇沸點(diǎn)接近、通過普通精餾難以分離的物質(zhì)，其中，I，2_丁二醇與乙二醇沸點(diǎn)最為接近，同時(shí)形成共沸，因此最難分離。另外，作為可續(xù)發(fā)展的能源線路，以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙二醇等二元醇路線也越來越受到各國的廣泛關(guān)注，如中科院大連化學(xué)物理研究所張濤院士課題組所研究的生物質(zhì)催化法制備乙二醇。要想獲得高純度的二醇化工產(chǎn)品，也會(huì)涉及到乙二醇和I，2_丁二醇的分離問題。
[0005]針對(duì)丁二醇與乙二醇難分離的問題，通過二醇混合物縮醛/酮反應(yīng)，獲得二醇縮醛/酮產(chǎn)物，然后進(jìn)行分離，二醇縮醛/酮產(chǎn)物再分別水解獲得二醇產(chǎn)品的方法可以經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)乙二醇和I，2_丁二醇混合物的相互分離，該過程結(jié)合到煤制乙二醇或者生物質(zhì)催化法制乙二醇的液相混合物的分離中，可以較大的節(jié)省分離的能耗，保證熱敏性乙二醇產(chǎn)品的品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)很好的經(jīng)濟(jì)效益。本專利就其中的縮醛/酮反應(yīng)提出一種高效節(jié)能，流程簡單，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高的反應(yīng)精餾方法和裝置。
[0006]反應(yīng)精餾技術(shù)是一種將反應(yīng)和分離耦合在同一設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行的過程強(qiáng)化技術(shù)。二醇和醛/酮的反應(yīng)是一類放熱的可逆反應(yīng)，反應(yīng)精餾技術(shù)能夠通過精餾分離不斷將產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)移出，保持反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)物的濃度維持在較高的程度，保證反應(yīng)速率，同時(shí)促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行，突破化學(xué)反應(yīng)平衡的限制，實(shí)現(xiàn)很高的轉(zhuǎn)化率，并且很好的利用了反應(yīng)的熱量，達(dá)到節(jié)能的效果。相比反應(yīng)與分離分開操作的流程，在縮醛/酮反應(yīng)中使用反應(yīng)精餾流程會(huì)使整個(gè)煤制乙二醇或者生物質(zhì)催化法制乙二醇的液相混合物的分離工藝實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種二醇縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾方法及裝置，使用本發(fā)明提供的反應(yīng)精餾方法于二醇單質(zhì)或者二醇混合物的縮醛/酮反應(yīng)中，具有工藝流程簡單、設(shè)備投資低、二醇轉(zhuǎn)化率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明還特別提供一種具體乙二醇和丁二醇混合物縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾方法。
[0009 ]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種二醇縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾裝置，其特征在于:包括反應(yīng)精餾塔(T11)、醛/酮回收塔(T12)、冷凝器、再沸器、栗以及相關(guān)的進(jìn)料管線和連接以上設(shè)備的管線，具體連接方式如下:
[0011]二醇原料(SOl)的進(jìn)料管線連接到反應(yīng)精餾塔(TH)反應(yīng)精餾段的頂部，醛/酮(S02)的進(jìn)料管線連接到反應(yīng)精餾塔(Tll)塔釜;反應(yīng)精餾塔(Tll)塔頂采出管線與醛/酮回收塔(Tl 2)的進(jìn)料管線相連;醛/酮回收塔(Tl 2)塔頂采出連接至反應(yīng)精餾塔(Tll)的塔釜進(jìn)料，循環(huán)使用，醛/酮回收塔(T12)塔釜采出為二醇縮醛/酮產(chǎn)物，反應(yīng)精餾塔(T11)、醛/酮回收塔(Tl 2)進(jìn)出口位置根據(jù)需要安裝冷凝器、再沸器。
[0012]而且，反應(yīng)精餾塔(Tll)由精餾段和反應(yīng)精餾段組成，精餾段使用填料或者塔盤，反應(yīng)精餾段使用催化填料或者催化塔盤。
[0013]而且，可在反應(yīng)精餾塔(Tll)的精餾段設(shè)置一段用于分離回收未反應(yīng)的醛/酮的精餾段，在不使用醛/酮回收塔(T12)的情況下，由反應(yīng)精餾塔(Tll)的側(cè)線采出縮醛/酮反應(yīng)產(chǎn)物。
[0014]一種二醇縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾方法，將二醇流股(SOl)與醛/酮流股(S02)分別從反應(yīng)精餾段的上部和塔釜進(jìn)入到反應(yīng)精餾塔(Tll)，在塔內(nèi)反應(yīng)精餾段進(jìn)行縮醛/酮反應(yīng);反應(yīng)精餾塔(Tll)塔頂氣相(S03)經(jīng)過塔頂冷凝器(El)液相(S04)經(jīng)過反應(yīng)精餾塔回流采出栗(Pl)得到液相(S05)，一部分作為回流(S06)，另外一部分作為醛/酮回收塔(T12)的進(jìn)料(S07);醛/酮回收塔(T12)塔頂氣相(S08)經(jīng)過塔頂冷凝器(E3)液相(S09)經(jīng)過回流采出栗(P2)得到液相(SlO)，一部分作為塔頂回流(Sll)，另外一部分采出流股(S12)循環(huán)至反應(yīng)精餾塔(Tl I)的塔釜進(jìn)料，塔釜采出二醇縮醛/酮產(chǎn)物(SI 3)。
[0015]而且，反應(yīng)精餾塔(Tll)塔頂氣相(S03)經(jīng)過塔頂冷凝器(El)液相(S04)經(jīng)過回流采出栗(Pl)得到液相(S05)，一部分作為回流(S06)，另外一部分作為采出的醛/酮流股循環(huán)至反應(yīng)精餾塔的塔釜進(jìn)料(S07)，精餾段的某處液相采出(S08)經(jīng)進(jìn)料栗(P2)后得到二醇縮醛/酮產(chǎn)物(S09)。
[0016]而且，反應(yīng)精餾塔操作壓力以絕壓計(jì)為0.05?lOatm，回流比0.01?40，采用固體酸或固體堿催化劑，控制進(jìn)入反應(yīng)精餾塔塔釜的醛/酮的量與處理的二醇的總量的摩爾配比為I?15;醛/酮回收塔操作壓力以絕壓計(jì)為0.1?I Oatm，回流比0.0I?1，塔頂控制分離獲得的醛/酮的純度。
[0017]一種乙二醇和丁二醇混合物縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾方法，將乙二醇和丁二醇的混合二醇流股(SOl)與醛/酮流股(S02)分別從反應(yīng)精餾段的上部和塔釜進(jìn)入到反應(yīng)精餾塔(Tll)，在塔內(nèi)反應(yīng)精餾段進(jìn)行縮醛/酮反應(yīng);反應(yīng)精餾塔(Tll)塔頂氣相(S03)經(jīng)過塔頂冷凝器(El)液相(S04)經(jīng)過反應(yīng)精餾塔回流采出栗(Pl)得到液相(S05)，一部分作為回流
(S06)，另外一部分作為醛/酮回收塔(T12)的進(jìn)料(S07);醛/酮回收塔(T12)塔頂氣相(S08)經(jīng)過塔頂冷凝器(E3)液相(S09)經(jīng)過回流采出栗(P2)得到液相(SlO)，一部分作為塔頂回流(Sll)，另外一部分采出流股(S12)循環(huán)至反應(yīng)精餾塔(Tll)的塔釜進(jìn)料，塔釜采出二醇縮醛/酮產(chǎn)物(S13)。
[0018]而且，反應(yīng)精餾塔操作壓力以絕壓計(jì)為0.1?5atm，回流比0.01?30，采用固體酸或固體堿樹脂催化劑，控制進(jìn)入反應(yīng)精餾塔塔釜的醛/酮的量與處理的二醇的總量的摩爾配比為I?10;醛/酮回收塔操作壓力以絕壓計(jì)為0.2?lOatm，回流比0.01?10。
[0019]而且，所述的乙二醇和丁二醇混合物縮醛/酮反應(yīng)的高效反應(yīng)精餾方法，其中醛是Cl