CN101805252A - 一种生产甲酸的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产甲酸的工艺。甲酸甲酯原料经甲酸甲酯塔分离提纯后进入催化精馏塔;甲酸甲酯与水在催化精馏塔反应段进行水解,塔釜得到含甲酸甲酯、甲醇、水和甲酸的混合物,进入四元分离塔;在四元分离塔中将甲醇和甲酸甲酯从上述混合物中蒸馏出来,塔釜得到含水甲酸进入后续两个甲酸分离塔进行提纯。本发明可有效提高甲酸甲酯单程水解转化率,降低成本和能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产甲酸的工艺
背景技术
甲酸是一种重要的基本有机化工原料。在有机合成、皮革工业、纺织印染工业、青饲料与谷物的保臧、胶乳、水泥等方面有广泛的用途。目前甲酸工业生产方法中,最有发展前景、最经济合理的是甲酸甲酯水解法,且均采用自催化水解工艺即甲醇与CO羰基化合成的甲酸甲酯在自催化(产物甲酸作为催化剂)条件下直接水解制取甲酸。水解采用釜式反应器或管式反应器,但不管哪种类型,由于为均相反应,用反应产物甲酸作催化剂抑制了正反应的进行,且受化学平衡的限制,致使单程水解转化率较低。
近年来,国内外对甲酸甲酯水解工艺做了大量的研究。CN1402701A和CN1396898A采用萃取剂萃取出甲酸-水共沸溶液中甲酸,然后再分离萃取相得甲酸产品,但其水解部分仍采用高温高压下均相反应,能耗高,再酯化严重,水解率低。CN1066442A开发了一种甲酸甲酯水解制甲酸的连续水解新工艺,用部分返回的水解液做催化剂进行自催化反应,此发明需有效控制返回液的比例,操作较繁琐,部分反应液返回降低了生产能力。CN101481304A报道了一种催化精馏水解和萃取分离结合的工艺,缩短了工艺流程,但催化精馏塔塔顶出料不易控制,且后续工艺采用萃取精馏成本较高。US6429333利用离子交换床中固体交换材料的催化和吸附属性,水解甲酸甲酯得到甲酸和甲醇,同时用洗脱剂带出甲醇,发生甲酸和甲醇的分离,然后再分离甲醇和洗脱剂,这种方法在反应的同时减少了甲酸和甲醇的再酯化,提高了水解率,但离子交换床较为复杂,不易于操作,且洗脱掉的甲醇需要再分离。
发明内容
本发明针对现有甲酸甲酯水解法生产甲酸单程水解转化率低,能耗高等不足,提供一种甲酸甲酯水解制甲酸的工艺,提高甲酸甲酯单程水解转化率,降低能耗。
本发明解决问题所采用的技术方案是:
一种生产甲酸的工艺,具体步骤如下:
(1)甲酸甲酯原料进入甲酸甲酯塔T1精馏分离,塔顶采出甲酸甲酯;
(2)甲酸甲酯和水进入催化精馏塔T2,并在催化反应段进行水解反应,塔顶采用全回流,塔釜得含甲酸甲酯、甲醇、水和甲酸的四元混合物;
(3)四元混合物进入四元分离塔T3精馏分离,塔釜得水和甲酸;
(4)水和甲酸进入甲酸精馏塔T4,在加压条件下进行分离,塔釜得粗甲酸;
(5)粗甲酸进入甲酸提浓塔T5,在减压条件下进行分离,塔顶得甲酸产品。
上述步骤1中甲酸甲酯塔T1回流比为1~10∶1,理论塔板数为10~60。
上述步骤2中催化精馏塔T2上部为催化反应段,下部为提馏段,催化反应段理论塔板数为5~70;提馏段理论塔板数为5~60,反应段内填充固体酸催化剂,水从反应段上部进料,甲酸甲酯从反应段下部进料,水与甲酸甲酯的进料摩尔比为0.5~10∶1,进料空速为0.05~2立方米/(立方米反应体积·小时)。
上述步骤3中四元分离塔T3塔顶采出甲醇和甲酸甲酯的混合物,循环至甲酸甲酯塔分离,回流比为1~9∶1;理论塔板数为15~40。
上述步骤4中甲酸精馏塔T4塔顶采出含甲酸的水,循环至催化精馏塔和水一块进料;操作压力控制为1.5~4atm,回流比为1~8∶1;理论塔板数为10~50。
上述步骤5中甲酸提浓塔T5塔釜得含水甲酸,循环至甲酸精馏塔T4进一步分离;操作压力为0.05~0.9atm;回流比为1.5~7∶1;理论塔板数为7~60。
下面结合附图1对本发明作进一步的详细描述。
甲酸甲酯塔T1是甲酸甲酯和甲醇的分离塔,内装填料或塔板,来自甲醇羰基化工段生产的甲酸甲酯原料即物料A进入该塔分离,进一步去除甲酸甲酯原料中的甲醇,塔釜采出的甲醇和少量催化剂即物料B返回甲醇羰基化合成甲酸甲酯工段,塔顶采出的甲酸甲酯即物料C进入催化精馏塔T2。
催化精馏塔T2分为上部反应段1和下部提馏段2,反应段内装有强酸性阳离子交换树脂或其它固体酸催化剂,催化剂装填方式有很多,可根据塔的不同结构而定,比如可以用小薄层袋子衬以金属丝网,卷制成圆筒状的催化剂填料捆扎包,然后按一定的排列方式填充,提馏段装填料或塔板。水即物料D从反应段顶部进料,物料C从反应段底部进料,在催化反应段内甲酸甲酯和水进行水解反应,生成甲醇和甲酸,同时反应段催化剂也起到分离的效果,塔顶采用全回流,塔釜采出甲酸甲酯、甲醇、甲酸和水的混合物即物料E,进入四元分离塔T3。
四元分离塔T3可在常压操作,为了更好的防止甲酸再酯化也可减压分离,内装填料或塔板,塔顶采出甲醇和甲酸甲酯的混合物即物料F循环至甲酸甲酯塔T1分离,塔釜采出水和甲酸即物料G进入甲酸精馏塔T4。
甲酸精馏塔T4为加压分离,内装填料或塔板,塔顶采出水和少量甲酸即物料H可循环至催化精馏塔和水一块进料,塔釜得到的粗甲酸即物料I浓度较低,需要进一步提浓,进入甲酸提浓塔T5。
甲酸提浓塔T5为减压分离,内装填料或塔板,塔釜得到的低浓度甲酸即物料K浓度比物料I低,因此循环至甲酸精馏塔T4进一步分离,塔顶采出的为高浓度甲酸产品即物料J。
有益效果:
(1)与目前工业中甲酸自催化水解工艺相比,采用强酸性阳离子交换树脂或其它固体酸催化剂催化水解反应,不需要先预水解得到甲酸后再自催化,缩短了工艺流程;在催化精馏塔中固体酸催化剂本身又有分离作用,使得甲酸和甲醇的接触机会明显减少,有效防止了再酯化,提高了单程水解转化率,在优化的操作条件下,甲酸甲酯水解转化率可达到90%以上,从而提高了催化精馏塔塔釜甲酸浓度,使后续分离更加容易,降低了能耗。
(2)催化精馏塔塔顶采用全回流比采用塔顶出料更易操作控制,结合四元分离塔能更好得将甲醇和甲酸甲酯从四元混合物中分离出来。
(3)含水甲酸采用加压和减压分离比采用昂贵的萃取剂进行萃取分离成本低,且易于操作。
附图说明
图1为本发明提供的甲酸生产工艺流程示意图:
其中,T1甲酸甲酯塔,T2催化精馏塔,T3四元分离塔,T4甲酸精馏塔,T5甲酸提纯塔,1催化反应段,2提馏段,3冷凝器,4再沸器,A甲酸甲酯原料,B甲醇和少量催化剂,C甲酸甲酯,D水,E甲酸甲酯、甲醇、甲酸和水混合物,F甲酸甲酯和甲醇混合物,G甲酸和水,H水和少量甲酸,I粗甲酸,J甲酸产品,K低浓度甲酸。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的描述,但不应将本发明理解为仅限于下述实施例。
实施例1
质量浓度30%的甲酸甲酯原料(含甲醇68%,其它2%)进入甲酸甲酯塔T1分离,回流比2,理论塔板数50,经分离得到质量浓度95%的甲酸甲酯;控制水和甲酸甲酯摩尔比1∶1进入催化精馏塔T2,空塔速度为0.1立方米/(立方米反应体积·小时),催化剂为D072型大孔强酸性阳离子交换树脂,催化精馏塔T2催化反应段理论塔板数20,提馏段理论塔板数15,甲酸甲酯单程水解转化率达到60%;四元分离塔T3回流比1.5,理论塔板数35,塔釜甲酸质量浓度50%;甲酸精馏塔T4操作压力2atm,回流比2,理论塔板数40,塔顶采出质量浓度83%的水和17%的甲酸;甲酸提纯塔T5操作压力0.2atm,回流比2,理论塔板数50,最终塔顶可得到质量浓度90%的甲酸产品。
实施例2
质量浓度30%的甲酸甲酯原料(含甲醇68%,其它2%)进入甲酸甲酯塔T1分离,回流比5,理论塔板数30,经分离得到质量浓度95%的甲酸甲酯;控制水和甲酸甲酯摩尔比3∶1进入催化精馏塔T2,空塔速度为0.5立方米/(立方米反应体积·小时),催化剂为Amberlyst15大孔强酸性阳离子交换树脂,催化精馏塔T2催化反应段理论塔板数40,提馏段理论塔板数30,甲酸甲酯单程水解转化率达到80%;四元分离塔T3回流比4,理论塔板数30,塔釜甲酸质量浓度45%;甲酸精馏塔T4操作压力2.5atm,回流比5,理论塔板数35,塔顶采出质量浓度85%的水和15%的甲酸;甲酸提纯塔T5操作压力0.4atm,回流比4,理论塔板数30,最终塔顶可得到质量浓度95%的甲酸产品。
实施例3
质量浓度30%的甲酸甲酯原料(含甲醇68%,其它2%)进入甲酸甲酯塔T1分离,回流比8,理论塔板数15,经分离得到质量浓度95%的甲酸甲酯;控制水和甲酸甲酯摩尔比5∶1进入催化精馏塔T2,空塔速度为1立方米/(立方米反应体积·小时),催化剂为NKC-9型大孔强酸性阳离子交换树脂,催化精馏塔T2催化反应段理论塔板数60,提馏段理论塔板数40,甲酸甲酯水解转化率达到90%;四元分离塔T3回流比8,理论塔板数20,塔釜甲酸质量浓度40%;甲酸精馏塔T4操作压力3.5atm,回流比7,理论塔板数15,塔顶采出质量浓度86%的水和14%的甲酸;甲酸提纯塔T5操作压力0.6atm,回流比6,理论塔板数20,最终可得到质量浓度92%的甲酸产品。
Claims (6)
1.一种生产甲酸的工艺,具体步骤如下:
(1)甲酸甲酯原料进入甲酸甲酯塔T1精馏分离,塔顶采出甲酸甲酯;
(2)甲酸甲酯和水进入催化精馏塔T2,并在催化反应段进行水解反应,塔顶采用全回流,塔釜得含甲酸甲酯、甲醇、水和甲酸的四元混合物;
(3)四元混合物进入四元分离塔T3精馏分离,塔釜得水和甲酸;
(4)水和甲酸进入甲酸精馏塔T4,在加压条件下分离,塔釜得粗甲酸;
(5)粗甲酸进入甲酸提浓塔T5,在减压条件下分离,塔顶得甲酸产品。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于甲酸甲酯塔T1回流比为1~10∶1;理论塔板数为10~60。
3.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于催化精馏塔T2由上至下依次为催化反应段和提馏段,催化反应段理论塔板数为5~70;提馏段理论塔板数为5~60;反应段内填充固体酸催化剂,水从反应段上部进料,甲酸甲酯从反应段下部进料,水与甲酸甲酯的进料摩尔比为0.5~10∶1;进料空速为0.05~2立方米/(立方米反应体积·小时)。
4.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于四元分离塔T3塔顶采出甲醇和甲酸甲酯的混合物,循环至甲酸甲酯塔T1分离;回流比为1~9∶1;理论塔板数为15~40。
5.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于甲酸精馏塔T4塔顶采出含甲酸的水,循环至催化精馏塔T2和水一块进料,操作压力为1.5~4atm;回流比为1~8∶1;理论塔板数为10~50。
6.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于甲酸提浓塔T5塔釜得含水甲酸,循环至甲酸精馏塔T4进一步分离,操作压力为0.05~0.9atm;回流比为1.5~7∶1;理论塔板数为7~60。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100818 |