CN104086428A - 合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，其包括精馏塔，所述精馏塔由上部的精馏段和下部的提留段构成，所述精馏段高度为提留段高度的2.3-2.5倍，精馏段塔径为提留段塔径的1.8-2.2倍，所述精馏段内部设有规整填料，提留段内部区设有浮阀填料。本发明的反应精馏塔，能够为合成气制乙二醇生产出收率最高最经济的亚硝酸甲酯中间产品,并使工艺路线更优化，降低合成气制乙二醇的生产成本。

Description

合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔
技术领域
本发明涉及合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔。
背景技术
乙二醇是一种重要的化工基础有机原料，主要用于生产聚酯(可进一步生产涤纶纤维、饮料瓶、薄膜等）、防冻剂等。聚酯是我国乙二醇的主要消费领域，其消费量目前约占国内总消费量的94%，其生产的聚酯碳纤维强度高、耐腐化，是世界公认的无危害高新工程材料。
传统的乙二醇生产方法是走石油化工路线，即由石油加工得到乙烯，再将乙烯氧化生成环氧乙烷，由环氧乙烷水合生成乙二醇。随着世界石油资源的日渐短缺，开辟新的工艺路线已成为当务之急。考虑到我国的能源结构是煤多油少，发展以煤制合成气为原料制取乙二醇的路线，对于我国能源的合理利用、减少对石油的依赖、解决乙烯供应量的不足都具有极其深意义。“煤制乙二醇”，在当今世界尤其是国内普遍关注的一项煤化工新工艺技术。实践证明，该路线技术上可行；煤制乙二醇技术路线长，工业装置正在逐步成熟中，其工业化前景看好。
以煤加工合成气CO+H2制乙二醇反应中的酯化单元是将羰化单元来的含NO循环工艺气体、界外送来的O2、NO2混合气体，在温度（100℃）、压力（0.3MPa）工况下送入MN反应精馏塔，与塔顶喷淋的甲醇酸性水溶液进行酯化反应，生成亚硝酸甲酯（MN），并进行气液分离，塔顶采出含有亚硝酸甲酯(MN)的气体，送羰化单元作为原料。该反应常压下、无催化剂、温度在30-80℃的条件下进行：2NO+2CH3OH+1/2O2→2CH3ONO+H2O。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能够进行酯化反应又能够进行精馏，同时得到较高收率亚硝酸甲酯产品的合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔。
本发明的合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，包括精馏塔，所述精馏塔包括上部的精馏段和下部的提留段，所述精馏段高度为提留段高度的2-3倍，精馏段塔径为提留段塔径的2-4倍，所述精馏段内部设有规整填料，提留段内部区设有浮阀填料。
所述规整填料选用双向曲波填料，所述浮阀填料选用导向梯形浮阀。
所述精馏塔的塔顶出口连接有塔顶回流装置。
所述塔顶回流装置包括精馏塔冷凝器和精馏塔回流罐，所述精馏塔冷凝器的进口通过管路连接塔顶出口，所述精馏塔回流罐的进口通过管路与精馏塔冷凝器的出口相连接，所述精馏塔回流罐的一个出口通过回流泵连接到精馏塔的塔顶，精馏塔回流罐的另一个出口连接到气相去羰化单元。
所述提留段的塔底出口连接有塔底回流装置。
所述塔底回流装置包括与塔底出口相连接的精馏塔冷却器，所述精馏塔冷却器的出口通过管路连接到精馏段的中下部位置，所述塔底出口通过管路还连接到甲醇回收塔。
在所述精馏段的中上部位置设有原料甲醇进料口，在所述提留段与精馏段的连接部设有酯化反应循环气进口。
本发明精馏段的填料采用双向曲波填料又名CHAOPAK填料。其结构特点是：双向波纹、弯曲通道、斜交错排列、旋转90°安装。波纹板片有两种轧纹，水平皱纹或双向点波纹。反向小波纹冲孔形状呈平行四边形、矩形或长圆形；型号有250Y。双向曲波填料，每米填料的压力降比单向斜波、双向斜波和单向曲波填料都低，通量比三者都大，是一种更低压降、更高通量的规整填料。其压降更低基于两点：一是相邻两盘填料波纹通道由单向斜波填料的135°尖角变成了135°弯道；二是除了单向斜波填料斜交错的主波纹气道之外，还有与主气道交错的、由反向波纹构成的分气道。主气道和分气道形成了向斜上方的气道网络，因此通量比单向曲波填料仍能提高5%以上。
原精馏塔全塔设计都是不锈钢丝网规整填料，因为酯化反应是在提留段完成，浮阀填料更容易发生反应，酯化反应是一个气相反应，试验证明在浮阀塔板上的气液接触面积更大，传热效果更好，更容易发反应，并且酯化反应是一个瞬间反应。原有精馏塔（提留段）均是规整填料，不利于酯化反应；原有精馏塔精馏段和提留段塔径一样，不利于酯化反应，改进后不仅提高了酯化反应效果还降低了精馏塔生产成本；原有冷凝器设置是内冷冷凝器，就是在塔顶内是全回流，没有完全考虑酯化反应问题，而本发明冷凝器设置为外冷，根据酯化反应的最大化来计算回流比，而不是根据精馏塔原理来计算回流比，因为该塔主要作用是酯化反应，其次是完成精馏塔作用；原精馏塔没有塔底液的循环，本发明建立了塔釜液的再回流，一部分塔釜液去甲醇回收塔回收甲醇，一部分塔釜液还回精馏段，从而更好节约甲醇，降低甲醇回收塔消耗；本发明为了更好地完成酯化反应，设计降低了进料口。
本发明的提留段填料选用导向梯形浮阀，导向梯形浮阀在吸取国内外应用条形浮阀、固舌和导向筛板等塔板经验的基础上进行设计研发的高性能浮阀塔板。阀片吸收了V型栅板的特点，将矩形阀片改为梯形阀片，使气流的推液作用得到了加强，阀体的前方增加一个开孔，在真正发挥导向作用的同时，加强了阀体的推液作用。在结构上，采用可上下浮动调节气体流通面积的浮阀结构，克服了V型栅板操作弹性小的缺点。试验研究和实际应用表明，采用喷射型导向梯形浮阀使塔板的性能得到了较大的改善。
精馏段和提留段采用了不同的填料方式，其优势在于：1.不易卡死和脱落，不对称结构不易装错方向，安装简便； 2.独特的液流推动机理大大降低塔板上液面梯度和液相返混程度； 3.干板压降和总板压降大大降低；4.漏液下限大大降低；5.雾沫夹带量小；6.板上清液层高度降低；7. 抗堵塞性能增强 8. 传质性能提高。9.操作弹性和稳定性提高。
本发明亚硝酸甲酯反应精馏塔是亚硝酸甲酯的生产,是合成乙二醇重要的第一步；本发明亚硝酸甲酯的反应，不需要在特定的反应器里完成，在该精馏塔内即可完成，该精馏塔不仅是反应塔又是精馏塔，并且该反应很容易进行，不需要催化剂，反应温度在30-80℃之间，常压即可。
来自羰化单元的混合气体，通过压缩机将混合气体送至酯化单元， 进入本发明的反应精馏塔下部。在反应精馏塔的反应段即提留段，循环气与上部喷淋的甲醇溶液逆流接触，发生酯化反应，生成亚硝酸甲酯和水，同时伴随有副反应生成硝酸。塔顶部设有冷却器，将塔顶出口气冷却至5℃，分离出其中的液相并回流后，气相送往羰化单元。塔釜为含有少量硝酸的甲醇水溶液，经反应精馏塔塔釜泵增压后，部分循环至精馏塔中部，部分送至甲醇回收塔。
原精馏塔也能发生酯化反应，但酯化反应并非最终精馏塔的目的，也即在原设计的精馏塔中并不能很好的进行酯化反应，而本发明是以酯化反应为目的而设计，原有设计反应是一个液液反应：
CH3OH (l) + HONO (l) → CH3ONO (l) （亚硝酸甲酯） + H2O (l) 
    而经本发明改进后的反应是气液反应：因为气液反应效果更好。
    CH3OH (l) + N2O3 (g) → CH3ONO (g) + H2O (l)
本发明的反应精馏塔，能够为合成气制乙二醇生产出收率最高最经济的亚硝酸甲酯中间产品,并使工艺路线更优化，降低合成气制乙二醇的生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、精馏塔；11精馏段；12、提留段；2、精馏塔再沸器；3、精馏塔冷却器；4、精馏塔冷凝器；5、精馏塔回流罐；6、回流泵；7、塔釜循环泵。
具体实施方式
如图1所示，本发明的合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，包括精馏塔1，精馏塔1包括上部的精馏段11和下部的提留段12，精馏段11和提留段12的连接部为过渡段，精馏段11高度为提留段12高度的2-3倍，精馏段11塔径为提留段12塔径的2-4倍，所述精馏段11内部设有规整填料--双向曲波填料，提留段12内部区设有浮阀填料--导向梯形浮阀；精馏塔1的塔顶出口连接有塔顶回流装置；塔顶回流装置包括精馏塔冷凝器4和精馏塔回流罐5，精馏塔冷凝器4的进口通过管路连接塔顶出口，精馏塔回流罐5的进口通过管路与精馏塔冷凝器4的出口相连接，精馏塔回流罐5的一个出口通过回流泵连接到精馏塔1的塔顶，精馏塔回流罐5的另一个出口连接到气相去羰化单元；提留段12的塔底出口连接有塔底回流装置；塔底回流装置包括与塔底出口相连接的精馏塔冷却器3，精馏塔冷却器3的出口通过管路连接到精馏段11的中下部位置，塔底出口通过管路还连接到甲醇回收塔；在所述精馏段11的中上部位置设有原料甲醇进料口，原料甲醇可以是外界新鲜甲醇或者是来自甲醇回收塔，在所述提留段12与精馏段11的连接部设有酯化反应循环气进口。
如图1所示，本发明的精馏塔高可以设计为36300mm，提留段高10450mm，精馏段（11）高25300mm，精馏段（11）塔径4200mm，提留段（12）塔径1200mm，生产工艺条件：压力0.3-0.4MPaG，塔釜温度80-100℃，塔顶出口温度：5℃，混合气体组分：N2、CO、NO、MN（亚硝酸甲酯）、CH3OH。反应精馏塔的反应原理：
总反应：2NO+2CH3OH+1/2O2→2CH3ONO+H2O
反应过程：2NO+O2=2NO2
     NO2+NO=N2O3     
   2CH3OH+N2O3=2 CH3ONO（亚硝酸甲酯）+H2O   
   CH3OH+N2O3= CH3ONO+HONO        
 CH3OH+HONO= CH3ONO+H2O
本发明亚硝酸甲酯反应精馏塔是亚硝酸甲酯的生产，是合成乙二醇重要的第一步；本发明亚硝酸甲酯的反应，不需要在特定的反应器里完成，在该精馏塔内即可完成，该精馏塔不仅是反应塔又是精馏塔，并且该反应很容易进行，不需要催化剂，反应温度在80-100℃之间，常压即可。
通过压缩机将酯化反应循环气体送至酯化单元，进入本发明的反应精馏塔下部。在反应精馏塔的反应段即提留段，循环气与上部喷淋的甲醇溶液逆流接触，发生酯化反应，生成亚硝酸甲酯和水，同时伴随有副反应生成硝酸。塔顶部设有冷却器，将塔顶出口气冷却至5℃，分离出其中的液相并回流后，气相送往羰化单元。塔釜为含有少量硝酸的甲醇水溶液，经反应精馏塔塔釜泵增压后，部分循环至精馏塔中部，部分送至甲醇回收塔，得到塔顶组分（包含氮气、一氧化碳、一氧化氮、亚硝酸甲酯、甲醇）中亚硝酸甲酯摩尔分数在10-13%，而采用现有技术所得塔顶组分中亚硝酸甲酯摩尔分数一般在5-7%，即本发明的反应精馏塔，能够为合成气制乙二醇生产出收率最高最经济的亚硝酸甲酯中间产品,并使工艺路线更优化，降低合成气制乙二醇的生产成本。

Claims (7)

1.合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，包括精馏塔（1），其特征在于，所述精馏塔（1）包括上部的精馏段（11）和下部的提留段（12），所述精馏段（11）高度为提留段（12）高度的2-3倍，精馏段（11）塔径为提留段（12）塔径的2-4倍，所述精馏段（11）内部设有规整填料，提留段（12）内部区设有浮阀填料。
2.如权利要求1所述合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，其特征在于，所述规整填料选用双向曲波填料，所述浮阀填料选用导向梯形浮阀。
3.如权利要求1所述合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，其特征在于，所述精馏塔（1）的塔顶出口连接有塔顶回流装置。
4.如权利要求3所述合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，其特征在于，所述塔顶回流装置包括精馏塔冷凝器（4）和精馏塔回流罐（5），所述精馏塔冷凝器（4）的进口通过管路连接塔顶出口，所述精馏塔回流罐（5）的进口通过管路与精馏塔冷凝器（4）的出口相连接，所述精馏塔回流罐（5）的一个出口通过回流泵连接到精馏塔（1）的塔顶，精馏塔回流罐（5）的另一个出口连接到气相去羰化单元。
5.如权利要求1所述合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，其特征在于，所述提留段（12）的塔底出口连接有塔底回流装置。
6.如权利要求5所述合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，其特征在于，所述塔底回流装置包括与塔底出口相连接的精馏塔冷却器（3），所述精馏塔冷却器（3）的出口通过管路连接到精馏段（11）的中下部位置，所述塔底出口通过管路还连接到甲醇回收塔。
7.如权利要求1所述合成气制乙二醇的亚硝酸甲酯反应精馏塔，其特征在于，在所述精馏段（11）的中上部位置设有原料甲醇进料口，在所述提留段（12）与精馏段（11）的连接部设有酯化反应循环气进口。
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