CN102766118A - 一种2-甲基呋喃的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2-甲基呋喃的制备方法，该方法包括：在选择性加氢反应条件下，在加氢催化剂的存在下，将气相糠醛与氢气在加氢反应器中接触进行加氢反应，将反应产物冷凝并进行有机相和水相的分离，将得到的有机相送入精馏塔中进行精馏得到2-甲基呋喃，其中，通过热交换将由加氢反应过程中放出的至少部分热量取出作为精馏塔塔釜的热源。本发明的方法将由加氢反应器放出的部分热量用于为精馏塔再沸器提供热源，优选还将由加氢反应器放出的部分热量作为为液相糠醛原料加热和汽化以及为气相糠醛和氢气加热的热源，使这部分取出的热量形成了热量循环系统，与传统的采用外来水蒸气或者外来导入的加热方式相比更加节能，且热量的循环利用更加合理。

Description

一种2-甲基呋喃的制备方法

技术领域

本发明涉及一种2-甲基呋喃的制备方法。

背景技术

2-甲基呋喃(以下简称2-MEF)是重要的有机物、医药合成的中间体，广泛用于医药、农药和高分子等领域，2-甲基呋喃加氢后得到的2-甲基四氢呋喃更是化工行业的重要有机溶剂。随着国内外医药和农药等领域的发展，2-甲基呋喃产品的需求量的急剧增加，该产品的市场前景开阔，但市场竞争日趋激烈，节能减排与降低单耗势在必行。

2-甲基呋喃生产装置中产生热量的地方主要来自加氢反应器，国内外大多公司使用导热油移走该加氢反应器放出的热量，然后通过各种方式再移走导热油的热量，不同的公司对此热量的处理也各具特色，有的公司是将导热油中的一部分热量用于加热反应器入口气体，其余热量均被循环水带走，有的公司将该热量转换成低压蒸汽另作它用，但由于变换多次，最终导致热量利用率不高，有的公司使用风冷或者水冷的方式移走该热量，也有的公司将此反应器放出的热量转换成热水；总之，由加氢反应器放出热量会大量损失或者利用率较低，最终导致生产2-甲基呋喃产品的能耗相对较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对热量进行综合利用的2-甲基呋喃的制备方法，以减少2-甲基呋喃生产过程中的热能损失，降低单耗和成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种2-甲基呋喃的制备方法，该方法包括：在选择性加氢反应条件下，在加氢催化剂的存在下，将气相糠醛与氢气在加氢反应器中接触进行加氢反应，将反应产物冷凝并进行有机相和水相分离，将得到的有机相送入精馏塔中进行精馏得到2-甲基呋喃，其中，通过热交换将由加氢反应过程中放出的至少部分热量取出作为精馏塔塔釜的热源。

优选情况下，本发明的方法通过将导热油通入管壳式加氢反应器的壳程中进行换热，通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出后，先通入醛氢过热器中进行换热(作为加热气相糠醛和氢气的热源)，然后通入糠醛加热器中进行换热(作为加热并汽化液相糠醛的热源)，最后循环至精馏塔的再沸器中进行换热(作为精馏塔的热源)，并将经过再沸器换热后的导热油循环回加氢反应器中，从而将加氢反应过程中产生的热量在整个生产过程中进行热量循环利用，从而使得整个生产装置的热能耗为零，即，在生产期间，所述生产装置不需要任何外界加热系统；根据生产装置的热量衡算，加氢反应器放出的热量足以提供糠醛加热器、醛氢过热器和精馏塔再沸器的使用。

本发明提供的2-甲基呋喃的制备方法相对于现有技术具有以下优点：

(1)由加氢反应器放出的部分热量用于为精馏塔再沸器提供热源，与传统的采用外来水蒸气或者外来高温导热油的加热方式相比更加节能，而且将加氢反应器放出的热量与精馏塔再沸器需要提供的热量进行热耦合，更合理地利用了热能。

(2)优选情况下，还将由加氢反应器放出的部分热量作为为液相糠醛原料加热和汽化以及为气相糠醛和氢气加热的热源，并通过依次将由加氢反应器发出的热量取出后依次用于气相糠醛和氢气加热、液相糠醛原料的汽化和加热后再用于为精馏塔的再沸器提供热源，而使这部分取出的热量形成了热量循环系统，与传统的采用外来水蒸气或者外来导入的加热方式相比更加节能，且热量的循环利用更加合理，在正常运行的过程中，整个反应的液相糠醛原料的加热、汽化、氢气的加热以及精馏系统不需要外界热源，系统的热能耗为零。此外，设备的一次性投资更低。

以2500吨/年的2-甲基呋喃产品为例，正常生产时糠醛加热器E101理论需要消耗0.7MPa的蒸汽，约100Kg/小时，再沸器E104理论需要消耗0.7MPa的蒸汽，约78Kg/小时，按照300天/年计算，共计消耗1281.6吨蒸汽(相当于120.5吨标煤)；采用本发明的方法生产2-甲基呋喃的节能效果显著，可以显著降低生产成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明采用的工艺设备流程图。

附图标记说明

C101氢气循环机、E101糠醛加热器、E102醛氢过热器、E103冷凝器、E104精馏塔塔釜再沸器、E105精馏塔冷凝器、E106导热油冷却器、V101糠醛蒸发器、R101加氢反应器、T101精馏塔、F101第一分水器、F102第二分水器、P101糠醛循环泵、P102导热油循环泵。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的2-甲基呋喃的制备方法包括：在选择性加氢反应条件下，在加氢催化剂的存在下，将气相糠醛与氢气在加氢反应器中接触进行加氢反应，将反应产物冷凝并进行有机相和水相的分离，将得到的有机相送入精馏塔中进行精馏得到2-甲基呋喃，其中，通过热交换将由加氢反应过程中放出的至少部分热量取出作为精馏塔塔釜的热源。

按照本发明，在2-甲基呋喃的生产过程中产生热量的地方主要来自于气相糠醛与氢气接触反应时放出的大量热，而在后续的2-甲基呋喃粗产品的精制过程中，需要在精馏塔中对2-甲基呋喃粗产品进行精馏，为了达到精馏的温度，通常需要通过精馏塔塔釜的再沸器对待进行精馏的2-甲基呋喃粗产品进行加热。本发明的发明人发现，二者的热量可以很好地进行耦合，即，通过热交换将由加氢反应过程中放出的至少部分热量取出作为精馏塔塔釜的热源，从而能够很好地利用加氢反应放出的大量热，从而降低了生产过程中的能耗以及减少了以外界热源，例如蒸汽作为热源的费用。

由于在2-甲基呋喃的生产过程中，液相糠醛原料通常是通过加热汽化后以气相糠醛的形式与氢气进行加氢反应的，因此，液相糠醛原料的加热汽化以及在与氢气接触反应前的预热也需要提供外界热源。本发明的发明人发现，加氢反应放出的热量也足以能够为液相糠醛原料的加热汽化以及与氢气接触反应前的预热提供热量。

因此，优选情况下，所述气相糠醛的制备方法包括：将液相糠醛原料加热并汽化；所述2-甲基呋喃的制备方法还包括通过热交换将由加氢反应过程中放出的至少部分热量取出作为加热并汽化液相糠醛原料的热源。

以及，优选情况下，在将气相糠醛与氢气接触之前，将气相糠醛和氢气加热；并通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出作为加热气相糠醛和氢气的热源。

按照本发明，通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出的方法可以为本领域技术人员公知的任意能够适用于本发明中的取热的方法。导热油是一种热量的传递介质，由于其具有加热均匀，调温控制温准确，能在低蒸汽压下产生高温，传热效果好，节能，输送和操作方便等特点，因此，通常采用导热油进行取热。其中，所述导热油可以为具有抗热裂化和抗化学氧化、传热效率高、散热快、热稳定性好的各种导热油，例如，博源BD系列导热油、法国TOTAL公司生产的SERIOLA K3120、首诺公司生产的T55合成导热油。

优选情况下，为了在上述需要额外热源的生产过程中合理利用取出的热量，本发明提供的通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出并作为热源方法为：所述加氢反应器为管壳式加氢反应器，将导热油通入加氢反应器的壳程中，通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出后，先作为加热气相糠醛和氢气的热源，换热后再作为加热并汽化液相糠醛原料的热源，换热后再作为精馏塔塔釜的再沸器的热源。更优选情况下，本发明的热量循环为连续的热量循环，即，本发明的方法还包括将经过精馏塔塔釜的再沸器换热后的导热油循环回加氢反应器中再次进行取热，并进行热量循环利用。优选情况下，将换热后的导热油冷却后再循环回加氢反应器中再次进行取热。所述冷却的方法可以是连续式冷却，如，每进行一个循环的换热后，将导热油冷却至与上一次循环前进入加氢反应器前的温度一致后再循环回加氢反应器中；也可以是间歇式冷却，如，经过多个换热循环一段时间后，且导热油温度升高到一定程度，例如，在稳定运行的情况下比初始温度高2-5℃，再冷却到导热油的初始温度，然后再继续循环回加氢反应器中，只要在稳定运行的情况下，导热油的温度一定程度地低于加氢反应的温度，导热油能够与加氢反应时放出的热量进行充分换热即可。

本发明的改进在于在采用液相糠醛原料制备2-甲基呋喃的生产过程中的热量综合利用，因此，对于2-甲基呋喃的制备的步骤和条件以及工艺设备均没有特别限定，可以采用本领域技术人员公知的条件和工艺设备进行制备。

按照本发明，在选择性加氢反应条件下，在催化剂的存在下，所述气相糠醛与氢气的接触通常在加氢反应器中进行；所述气相糠醛和氢气的加热通常在醛氢过热器中进行；所述液相糠醛原料的加热通常在糠醛加热器中进行，加热后的液相糠醛原料的汽化通常在糠醛蒸发器中进行(如图1所示，通过将氢气吹入糠醛蒸发器中使热的液相糠醛原料汽化)；将2-甲基呋喃粗产品(即经过第一分水器分离后的有机相)的精馏通常在精馏塔中进行。

通常情况下，在气相糠醛的制备过程中，通常在90-110℃下，将液相糠醛原料进行加热并汽化。此外，在将气相糠醛与氢气接触反应之前，通常需要在140-160℃下，将气相糠醛和氢气加热至140-160℃。因此，用于为液相糠醛原料进行加热并汽化，以及对气相糠醛和氢气的预热提供热源的导热油的温度只有分别能够达到其要求即可，由于将气相糠醛和氢气预热的温度高于将液相糠醛原料加热并汽化的温度，因此，如上所述，将导热油先优选先作为加热气相糠醛和氢气的热源，换热后再作为加热并汽化液相糠醛原料的热源，然后，再作为精馏塔塔釜的再沸器的热源，为再沸器提供热源。

按照本发明，通入加氢反应器中的所述导热油的温度优选为140-200℃，所述导热油压力系统的压力可以为0.1-0.5MPa，优选为0.2-0.4MPa。

按照本发明，通过导热油的流量以及加氢反应条件控制取热后的导热油的温度，并根据该换热后的导热油以及待加热气相糠醛和氢气的流量和温度控制将气相糠醛和氢气进行加热、换热后的导热油的温度，并根据该换热后的导热油以及待加热并汽化的液相糠醛原料的流量和温度控制将液相糠醛原料加热并汽化、换热后的导热油的温度。

按照本发明，所述精馏塔的操作条件为本领域技术人员所公知，例如，通常包括：精馏塔的塔釜温度可以为60-160℃，精馏塔的压力通常为常压，例如，可以为0.1-0.15MPa。

按照本发明，所述选择性加氢反应条件为本领域技术人员所公知，例如，所述选择性加氢反应条件通常包括：反应温度可以为145-210℃；反应压力为0.15-0.6MPa，优选为0.17-0.25MPa。所述加氢催化剂可以为本领域技术人员公知的各种用于催化气相糠醛与氢气的加氢反应的加氢催化剂，例如，可以选自Cu-Cr、贵金属系列中的一种或多种；氢气的空速可以为300-1000h^-1，气相糠醛和氢气的摩尔比可以为1∶15-25。

如图1所示，所述2-甲基呋喃的制备工艺过程为：液相糠醛原料经糠醛加热器E101加热到90-110℃后进入糠醛蒸发器V101被汽化为气体，将气相糠醛与循环氢气一并送入醛氢过热器E102中加热到140-160℃，然后将经过加热的气相糠醛和氢气送入加氢反应器R101中进行加氢反应，将反应后的高温气体送入冷凝器E103进行冷凝，一部分气体被冷凝为液体，没有被冷凝下来的气体返回氢气循环机C101，与补充氢气一起送入糠醛蒸发器V101循环使用，将经冷凝的液体送入分相器F101中分离出水相，并将分离得到的有机相经过再沸器E104进入精馏塔T101进行精馏，由精馏塔塔顶得到2-甲基呋喃产品。

例如，导热油的流量为50-150吨/小时，将140-200℃的导热油送入加氢反应器R101中吸收反应放出的热量，导热油温度升高，高温的导热油从加氢反应器R101中流出(换热后的导热油的温度为143-203℃)并先进入醛氢过热器E102对气相糠醛和氢气进行加热，导热油由醛氢过热器E102流出(换热后的导热油的温度为141-202℃)，接着依次进入糠醛加热器E101对液相糠醛原料进行加热，随后热的液相糠醛原料被送入糠醛蒸发器V101中汽化，导热油由糠醛加热器E101流出(换热后的导热油的温度为140.5-201℃)，再进入精馏塔T101的再沸器E104中对待进行精馏的油相(2-甲基呋喃粗产品)进行加热汽化，导热油由再沸器E104流出(换热后的导热油的温度为140.1-200.1℃)，最后优选经过导热油冷却器E106冷却后循环回加氢反应器R101中，如此实现导热油的连续循环。所述醛氢过热器E102、糠醛加热器E101均为能够实现换热的设备，例如，均可以为管壳式换热设备，导热油可以通入其壳程以有效实现换热。

按照本发明的方法，整个装置的热能耗为零，即在生产期间，该装置不需要任何外界加热系统；根据2-甲基呋喃加氢反应器的热量衡算，加氢反应器放出的热量足以提供醛氢过热器E102、糠醛加热器E101和糠醛蒸发器V101以及精馏塔再沸器E104的使用。

本发明中所述的压力无特殊说明均指的是绝对压力。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例中，工艺参数从生产装置中测得；液相糠醛原料为新乡市玉源化工有限公司的市售品；导热油为常州市常能导热油有限公司牌号为WD-320的市售品；加氢催化剂为德国南方化学公司牌号为LFT-95的Cu系列催化剂市售品。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的2-甲基呋喃的制备。

在如图1所示的连续反应装置中进行2-甲基呋喃的制备，液相糠醛原料经糠醛加热器E101加热到100℃后进入糠醛蒸发器V101汽化为气体，将气相糠醛与循环氢气一并送入醛氢过热器E102中加热到140℃，然后将经过加热的气相糠醛和氢气送入加氢反应器R101(管壳式反应器)中进行加氢反应(加氢反应温度为180℃，压力为0.2MPa，气相糠醛与氢气的摩尔比为1∶16；氢气空速为700h^-1，催化剂装填量为5吨)，将反应后的高温气体送入冷凝器E103冷凝至5℃，一部分气体被冷凝为液体，没有被冷凝下来的气体返回氢气循环机C101，与补充氢气一起送入糠醛蒸发器V101循环使用，将经冷凝的液体送入分相器F101中分离出水相，并将分离得到的有机相经过再沸器E104进入精馏塔T101进行精馏(精馏的条件：精馏塔T101塔釜温度为110℃，塔压力为常压(0.1MPa))，由精馏塔塔顶得到2-甲基呋喃产品。

以2500吨/年的2-甲基呋喃的装置工艺进行阐述说明，其中，通过使用导热油为系统提供热源，所有导热油流量为150t/h，输送导热油系统压力为0.2-0.4MPa。

加氢反应器R101壳程的导热油入口温度为170℃，加氢反应器R101壳程的导热油出口温度为172.2℃，导热油共计吸收加氢反应器R101放出的热量为190KJ/s。

进一步，温度为172.2℃的导热油进入醛氢过热器E102，将123kmol/h的气相糠醛与氢气的混合气体从100℃加热到140℃，换热后的醛氢过热器E102的导热油出口温度为171.6℃，导热油为醛氢过热器E102提供的热量为50.2KJ/s。

进一步，温度为171.6℃的导热油依次进入糠醛加热器E101和糠醛蒸发器V101，换热后的糠醛加热器E101的导热油出口温度为170.9℃，导热油为5.4kmol/h的糠醛汽化提供64.23KJ/s。

进一步，温度为170.9℃的导热油进入精馏塔塔釜再沸器E104，将产品含有约为80重量％的2-甲基呋喃粗产品加热汽化，在精馏塔的作用下，塔顶得到4.61kmol/h的2-甲基呋喃产品，换热后的精馏塔塔釜再沸器E104的导热油出口温度为170.1℃，导热油为精馏塔再沸器E104提供的热量为67.78KJ/s。

最后，温度为170.1℃的导热油在导热油冷却器E106的作用下，将导热油的温度冷却到170℃，此导热油被导热油冷却器E106移走6.38KJ/s的热量，然后该导热油再次进入加氢反应器中，吸收反应器放出的热量，依次连续循环。通过这样的连续反应装置，热量的利用相对稳定。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的2-甲基呋喃的制备。

在如图1所示的连续反应装置中进行2-甲基呋喃的制备，并按照实施例1的工艺方法进行2-甲基呋喃的制备，不同的是，以1000吨/年的2-甲基呋喃装置工艺进行阐述说明，加氢反应温度为170℃，压力为0.2MPa，气相糠醛与氢气的摩尔比为1∶20；氢气空速为800h^-1，催化剂装填量为2吨；精馏的条件：精馏塔T101塔釜温度为110℃，塔压力为常压(0.1MPa)。其中，通过使用导热油为系统提供热源，所有导热油流量为60t/h，输送导热油系统压力为0.2-0.4MPa。

加氢反应器R101壳程的导热油入口温度为160℃，加氢反应器R101壳程的导热油出口温度为162.2℃，导热油共计吸收加氢反应器R101放出的热量为76KJ/s。

进一步，温度为162.2℃的导热油进入醛氢过热器E102，将49.2kmol/h的气相糠醛与氢气的混合气体从100℃加热到140℃，换热后的醛氢过热器E102的导热油出口温度为161.6℃，导热油为醛氢过热器E102提供的热量为20.8KJ/s。

进一步，温度为161.6℃的导热油依次进入糠醛加热器E101和糠醛蒸发器V101，换热后的糠醛加热器E101的导热油出口温度为160.9℃，导热油为2.16kmol/h的糠醛汽化提供25.7KJ/s。

进一步，温度为160.9℃的导热油进入精馏塔塔釜再沸器E104，将产品含有约为80重量％的2-甲基呋喃粗产品加热汽化，在精馏塔的作用下，塔顶得到1.68kmol/h的2-甲基呋喃产品，换热后的精馏塔塔釜再沸器E104的导热油出口温度为160.1℃，导热油为精馏塔再沸器E104提供的热量为27.11KJ/s。

最后，温度为160.1℃的导热油在导热油冷却器E106的作用下，将导热油的温度冷却到160℃，此导热油被导热油冷却器E106移走2.55KJ/s的热量，然后该导热油再次进入加氢反应器中，吸收反应器放出的热量，依次连续循环。通过这样的连续反应装置，热量的利用相对稳定。

Claims (11)

1.一种2-甲基呋喃的制备方法，该方法包括：在选择性加氢反应条件下，在加氢催化剂的存在下，将气相糠醛与氢气在加氢反应器中接触进行加氢反应，将反应产物冷凝并进行有机相和水相的分离，将得到的有机相送入精馏塔中进行精馏得到2-甲基呋喃，其特征在于，通过热交换将由加氢反应过程中放出的至少部分热量取出作为精馏塔塔釜的热源。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述气相糠醛的制备方法包括：将液相糠醛原料加热并汽化；所述2-甲基呋喃的制备方法还包括通过热交换将由加氢反应过程中放出的至少部分热量取出作为加热并汽化液相糠醛原料的热源。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述2-甲基呋喃的制备方法还包括在将气相糠醛与氢气接触之前，将气相糠醛和氢气加热；并通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出作为加热气相糠醛和氢气的热源。

4.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其中，通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出的方法为采用导热油进行取热。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出并作为热源的方法为：所述加氢反应器为管壳式加氢反应器，将导热油通入加氢反应器的壳程中，通过热交换将由加氢反应放出的至少部分热量取出后，先作为加热气相糠醛和氢气的热源，换热后再作为加热并汽化液相糠醛原料的热源，换热后再作为精馏塔塔釜的再沸器的热源。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，该方法还包括将经过精馏塔塔釜的再沸器换热后的导热油循环回加氢反应器中。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述气相糠醛和氢气的加热在醛氢过热器中进行；所述液相糠醛原料的加热在糠醛加热器中进行，加热后的液相糠醛原料的汽化在糠醛蒸发器中进行。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，通入加氢反应器中的所述导热油的温度为140-200℃。

9.根据权利要求1或5所述的制备方法，其中，精馏塔的操作条件包括：精馏塔的塔釜温度为60-160℃。

10.根据权利要求1或5所述的制备方法，其中，在90-110℃下对液相糠醛进行加热并汽化；在将气相糠醛与氢气在加氢反应器中接触之前，在140-160℃下将气相糠醛和氢气加热。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述选择性加氢反应条件包括：反应温度为145-210℃，反应压力为0.15-0.6MPa，氢气的空速为300-1000h^-1，气相糠醛和氢气的摩尔比1∶15-25。