CN102015605A - 酮或醛的生产的优化方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的方法旨在优化酮或醛的生产，所述酮或醛通过在反应器(3)中酮或醛的缩合以及随后的脱水和加氢而获得，所述优化在于进行膜渗透蒸发步骤(6)，该渗透蒸发步骤使得可以将离开反应器的一部份物料(5)进行部分脱水并将经过脱水的浓缩物(7)再循环到所述反应器(3)。

Description

酮或醛的生产的优化方法
技术领域
根据本发明的方法旨在优化酮或醛的生产，所述酮或醛通过在反应器(3)中酮或醛的缩合以及随后的脱水和加氢而获得，所述优化在于进行膜渗透蒸发步骤(6)，该渗透蒸发步骤使得可以将离开反应器的一部份物料(5)进行部分脱水并将经过脱水的浓缩物(7)再循环到所述反应器(3)。
背景技术
示意性地，用于获得较高质量的酮或醛的反应的机理可以用单元反应表示；例如，关于甲基异丁基酮(MIBK)：
Figure BPA00001249332600011
Figure BPA00001249332600012
Figure BPA00001249332600013
或者通过总反应表示：
应当从所示机理中领会的是，所涉及的反应构成假平衡，其中丙酮的转化程度取决于反应物料中的水浓度，如下所示：
其中：
Figure BPA00001249332600016
-代表MIBK的形成率；
-代表催化剂的质量；
K-体系的特征常数；
Figure BPA00001249332600018
-代表氢气分压；
xacétone-代表丙酮的摩尔分数；
xH2O-代表水的摩尔分数。
换言之，反应物料的水含量越低，转化率越高，反之亦然。
反应器在50至150℃的温度和500至2000kPa的压力条件下运行，并且反应器出口的水浓度为约3重量％至5重量％。
反应器的出口通常向一组柱进料，在该柱中MIBK被纯化，并且该柱将其与丙酮分离，丙酮返回到反应中。
发明内容
本发明的目的是开发用于生产酮或醛例如MIBK的新方法，该方法通过将反应介质中的水浓度降低约1重量％，以获得平衡向产物一侧的移动，从而获得提高的反应产率、生产率的提高以及节能。
通过在用于获得酮或醛(所述酮或醛通过在反应器中酮或醛的缩合以及随后的脱水和加氢而获得)的方法中使用回路，已经可以获得这样的性能，所述回路使得可以将离开反应器的一部分物料回收——所述一部分物料在生产MIBK的情况下包含例如水、丙酮和MIBK的混合物，以便将其传送到膜渗透蒸发模块从而将其部分脱水，然后将其送回所述反应器。
具体地说，完全出人意料的是，可以看出即使是反应介质的部分脱水也使得可以获得提高的反应产率以及酮或醛生产率的显著提高。
反应物料的约1重量％的部分脱水使得任何假平衡反应的平衡向产物的形成一侧移动；这提高了反应产率并因而提高了体系的生产率，并且，因此，导致节能，这不仅限于MIBK的生产，而是可以扩展到通过类似的假平衡反应获得的其它产品，例如通过乙醛获得的正丁醛。
膜渗透蒸发方法是非常有效的分离方法，它通常没有相变，因而使得能够显著降低能耗，它使用选择性膜，其中进料流与膜相切。
此外，已证明这样的方法使得能够获得比终端(fin de ligne)处理更好的性能水平，在所述终端处理中通常旨在使用膜方法，例如使用反渗透的流出物处理以便对水进行再利用以及通过渗透蒸发的溶剂脱水，用于优化或完成蒸馏或者用于降低能耗或者用于获得纯溶剂。此外，根据本发明的系统比常规的分离系统更紧凑，并且由于模块结构而具有在工业水平上的更大的操作灵活性，并且还由于膜系统不包含移动部件而产生更低的维护费用。
本发明的第一个主题因而是用于生产酮或醛的方法，所述酮或醛通过在反应器中酮或醛的缩合以及随后的脱水和加氢而获得，其特征在于所述方法包括至少一个部分去除水的步骤，该步骤通过至少一个膜渗透蒸发模块进行，该模块切向进料并侧向安装在所述反应器上并在回路中运行，从而将离开反应器的一部分物料部分脱水并将经过脱水的浓缩物再循环到所述反应器。
本发明因而涉及酮或醛的生产的优化方法，所述酮或醛通过在反应器中酮和醛的缩合以及随后的脱水和加氢而获得。根据本发明方法，可以在反应介质中使用多种酮或者醛。该方法特别旨在通过含有偶数个碳原子的酮或醛，所述酮或醛通过酮或醛的缩合以及随后的脱水和加氢而获得。
优选地，酮或醛的缩合、脱水以及加氢反应在单个反应器中进行。
渗透蒸发定义为通过膜的渗透以及随后的蒸发的有效组合。通过渗透蒸发的输送通常通过溶液-扩散模型进行描述。步骤为：与液体进料接触的膜的界面处的组分的优先吸附；由于浓度梯度，通过膜的差别化扩散；以及，最后，在保持在低压下的膜的另一侧以蒸气形式的脱附。前两步对应于膜的选择渗透性。
为本发明的目的，术语“渗透蒸发模块”用于指包含一个或多个渗透蒸发膜的槽。渗透蒸发模块通常包含安装在金属载体上的平面膜，形成密封板，间隔开，以便在一侧具有废物流而在另一侧具有渗透物例如蒸气；这些板通过位于进料的相对侧的收集器连通，所述收集器用于排放的流体。
渗透蒸发膜根据待研究的分离的性质进行分类。亲水膜特别用于从另外含有有机化合物的溶液中去除水。这些膜通常由组合物组成，所述聚合物的玻璃化转变温度在环境温度以上。聚乙烯醇是亲水膜材料的一个实例。渗透蒸发优选使用由具有环境温度以上的玻璃化转变温度的聚合物组成的膜。该膜可以由聚乙烯醇组成。
在根据本发明的方法中，本发明的膜的渗透率可以在500和2000ml/h.m2之间，优选在750和1500ml/h.m2之间。
本领域技术人员非常熟悉用于含氧有机化合物例如MIBK的脱水的多孔或无孔亲水膜。专利US 4910344、CA 2196478、EP 496090、US 4935144、EP 496090、EP 381477和US 5139677是涉及通过渗透蒸发将含水有机溶液浓缩或从中去除水的方案的例子。
如图1中的示意图所示，将反应物，例如酮或醛，特别是丙酮(1)和氢气(2)，加入反应器(3)中。将离开反应器(3)的流体(4)主要输送到纯化系统(8)，特别是蒸馏系统，并将该流体的一小部分(5)转移到膜渗透蒸发模块(6)，在此将水部分地去除(11)。将部分脱水的流体(7)输送回到反应器(3)。将生产的离开纯化系统(8)的酮或醛通过装置(10)回收；而使未反应的酮或醛返回反应器(3)。
特别优选的是，引向膜渗透蒸发模块(6)的流体(5)的回流度在离开反应器(3)的总的离开流体(4)的20％和40％之间。
还优选的是，反应物料中的水浓度保持在2重量％和4重量％之间。尤其获得反应物料中的水浓度的0.5重量％至2重量％的降低。
膜渗透蒸发模块中的温度可以在70和90℃之间。渗透蒸发模块中的绝对压力可以在5至7kPa范围内。该压力对应于膜的渗透物一侧上的压力。
本发明方法完全可以包含多个串联安装的膜渗透蒸发模块，使得该溶液从第一个到最后一个模块逐渐脱水。特别优选使用串联安装的三个模块。
因而，例如，对于100和150℃之间的温度以及500和2000kPa之间的压力，泵提取侧流体，其质量流速在离开反应器的质量流速的20％和50％之间，进料到节热器设备并将该流体的100至150℃的温度降低到70至90℃的模块进料温度。渗透蒸发模块进料以重量计算由约3％至5％的水和95％至97％的有机组分组成。在正常运行时，冷却液是温度为70至90℃的在膜组件的最后一个模块出口处的部分脱水的排放流体，在启动时是来自冷却塔的水。
因而，第一渗透蒸发模块以70至90℃的温度进料以开始混合物的渗透。在第一模块排放的流体在低于理想温度的温度下进料到使用蒸气作为加热手段的换热器，以保证第二模块也在70至90℃的温度进料。
以与第一模块相同的方式，渗透物混合物的渗透在第二模块中继续，并且将同样在低于理想温度下获得的排放流体导向使用蒸气作为加热手段的第二换热器，以保证第三模块也在约70至90℃的温度下进料。
排放的最终流体脱水约1重量％，并且温度为70至80℃，将该最终流体进料到节热器设备并如上所述将进料流体冷却，该最终流体被加热到95至145℃的温度，然后返回反应器。
每个模块的渗透面积可以在20至150m2范围内，特别是在40至60m2范围内。可以将膜安装在以5至7kPa的绝对压力运行的槽中。
所述压力可以通过安装在蒸气状态的渗透物流体出口的真空泵获得，这需要冷凝器，用盐水溶液进料，使得可以获得具有低浓度的丙酮或乙醛的水。需要在该真空泵之后安装第二冷凝器以获得基本上纯的丙酮或乙醛，它们可以再循环到工艺中。
本发明的另一个主题是设备，例如通常用于生产酮或醛的设备，其包括至少一个反应器(3)，以及用于输送离开反应器(3)的流体(4)的装置以回收所生产的酮或醛，以及用于将离开反应器(3)的侧流体(5)输送到至少一个膜渗透蒸发模块(6)的装置，以及用于将得到的经过脱水的浓缩物(7)输送到所述反应器(3)的装置。
具体实施方式
下面的几个实施例仅仅用于举例说明，不应当限制本发明的范围。
实验部分
实施例1
向与图1类似、包含使用Sulzer PVAP 2256膜的膜渗透蒸发模块的设备供应以下组合物：
-水：4.1
-丙酮：85.2
-MIBK：10.7
反应器在60℃运行，并考虑1％的脱水，获得包含74.5重量％的水、25.5重量％的丙酮和0重量％的MIBK的渗透物(离开流)；运行的膜的渗透率为1000ml/h.m2。膜的渗透物一侧的压力为6kPa。
基于测试结果，在不存在和存在一定程度的向渗透蒸发模块的回流的情况下评价膜渗透蒸发模块的使用对反应动力学的影响；结果如下：
表1
  对比实施例   根据本发明的实施例
  回流度(％)   0   25
  MIBK生产率(吨/天)   100   120
  离开反应器的水(％)   4.2   3.4
因而，观察到提高的反应产率和MIBK生产率的显著提高。
实施例2
使用3个膜渗透蒸发模块进行实验，所述模块串联安装，使得溶液从第一个模块到第三个模块逐渐脱水。
为了获得MIBK，将丙酮和氢气引入反应器中。
从离开反应器(4)的流体，用泵提取出侧流体(5)，其质量流速等于离开反应器(3)的流体的质量流速的35％。侧流体(5)进料到节热器设备中，从而将该流体的温度降低到80℃。在正常操作时，冷却液是从膜组件排放的温度为75℃的流体(7)。在启动时，冷却液是来自冷却塔的水。
因而，侧流体(5)向第一渗透蒸发模块进料，从而开始渗透物混合物的渗透。在第一模块排出的温度为72℃的流体进料到换热器，以保证也在80℃向第二模块进料。
以与第一模块相同的方式，渗透物混合物的渗透在第二模块中继续进行，并且将在74℃下获得的排放流体导向第二换热器，以保证也在80℃向第二模块进料。
在所述换热器中对排放流体的加热通过向各个所述换热器供应饱和蒸气而进行。
将温度为75℃的充分脱水的最终排放流体(7)进料到节热器设备中，并将用于第一模块的进料流体冷却，如上所述，该最终排放流体被加热到95至145℃的温度，然后返回反应器。
为实施本发明所考虑的三个渗透蒸发模块由安装在金属载体上的平面膜组成，形成密封板，间隔开，以便在一侧具有废物流而在另一侧具有渗透物流例如蒸气；这些板通过位于进料的相对侧的收集器连通，所述收集器用于排放的流体。将膜安装在以6kPa的绝对压力运行的槽中。
所述压力通过安装在蒸气状态的渗透物流体出口的真空泵获得，这需要冷凝器，用盐水溶液进料，使得可以获得具有低浓度的丙酮的水。需要在该真空泵之后安装第二冷凝器以获得基本上纯的丙酮，它们可以再循环到工艺中。
在将一部分离开反应器的流体引向渗透蒸发模块的情况下，观察到MIBK生产率的显著提高。

Claims (15)

1.用于生产酮或醛的方法，所述酮或醛通过在反应器中酮或醛的缩合以及随后的脱水和加氢而获得，其特征在于所述方法包括至少一个部分去除水的步骤，该步骤通过至少一个膜渗透蒸发模块进行，该模块切向进料并侧向安装在所述反应器上并在回路中运行，从而将离开反应器的一部分物料部分脱水并将经过脱水的浓缩物再循环到所述反应器。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于该酮是通过丙酮的加氢获得的甲基异丁基酮或MIBK，或者由乙醛获得的正丁醛。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于反应器中反应物料中的水浓度保持在2重量％和4重量％之间。
4.权利要求1至3任意之一所述的方法，其特征在于引向膜渗透蒸发模块的流体的回流度在20％和40％之间。
5.权利要求1至4任意之一所述所述的方法，其特征在于获得反应物料中的水浓度的0.5重量％至2重量％的降低。
6.权利要求1至4任意之一所述的方法，其特征在于渗透蒸发模块包含至少一个亲水膜。
7.权利要求1至6任意之一所述的方法，其特征在于膜渗透蒸发模块的膜包含至少一种具有环境温度以上的玻璃化转变温度的聚合物。
8.权利要求1至7任意之一所述的方法，其特征在于膜渗透蒸发模块的膜由聚乙烯醇组成。
9.权利要求1至8任意之一所述的方法，其特征在于膜的渗透率在500和2000ml/h.m2之间。
10.权利要求1至9任意之一所述的方法，其特征在于膜的渗透率在750和1500ml/h.m2之间。
11.权利要求1至10任意之一所述的方法，其特征在于该方法包含串联安装的多个膜渗透模块。
12.权利要求1至11任意之一所述的方法，其特征在于膜渗透蒸发模块中的温度在70和90℃之间。
13.权利要求1至11任意之一所述的方法，其特征在于膜渗透蒸发模块中的绝对压力在5至7kPa范围内。
14.用于实施权利要求1至11任意之一的方法的设备，所述设备包括至少一个反应器(3)，以及用于输送离开反应器(3)的流体(4)的装置以回收所生产的酮或醛，以及用于将离开反应器(3)的侧流体(5)输送到至少一个膜渗透蒸发模块(6)的装置，以及用于将得到的经过脱水的浓缩物(7)输送到所述反应器(3)的装置。
15.权利要求14所述的方法，其特征在于所述设备包含3个膜渗透蒸发模块。
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