一种合成2-萘酚的连续酸化工艺
技术领域
本发明涉及2-萘酚的生产技术领域,具体涉及一种合成2-萘酚的连续酸化工艺。
背景技术
2-萘酚为重要的有机原料及染料中间体,应用广泛,如用于制造吐氏酸、丁酸、β-萘酚-3-甲酸,并用于制造橡胶助剂、防老剂、有机颜料及医药等。
关于2-萘酚合成工艺国内外已有较多专利、文献报道,如公开号为CN103626637的中国专利文献中公开了通过磺化、中和、结晶、过滤、烘干、碱熔、稀释、硫酸酸化、精馏得到2-萘酚,同时描述了生产废水回收利用,实现工艺基本无废水排放;公开号为CN101781172的中国专利文献中公开了一种高效率连续合成2-萘酚新工艺,仅描述了经连续化磺化反应、中和、碱熔、酸化、萃取、精馏得到2-萘酚磺产品;同时也有文献报道美国氰胺公司开发了2-异丙萘法,以萘和丙烯为原料,生产2-萘酚,等等。
目前,国内外2-萘酚生产中的酸化工序多采用间歇法,该工序间歇操作的生产过程中依然存在问题:
一方面、间歇法中未反应二氧化硫直接通过回收系统在负压情况下吸收,二氧化硫利用率低;
二方面、二氧化硫进入回收系统导致回收系统压力大,产生大量废水;
三方面、间歇法的反应时间长,加长了生产周期,存在合成成本较高的缺点;
四方面、来自中和反应的二氧化硫分别进入酸化工序不易控制。
因此,开发一种可以实现连续操作的2-萘酚酸化工艺具有重要的实用意义。
发明内容
本发明提供了一种操作简便、二氧化硫利用率高,废水少,生产周期短,二氧化硫进料易控制,人工需求量少,成本低的合成2-萘酚的连续酸化工艺。
一种合成2-萘酚的连续酸化工艺,步骤如下:
A、原料经第一输送泵分别由塔顶和位于塔中部的第一喷射头连续进入第一酸化塔,二氧化硫气体在负压下经所述第一喷射头连续进入第一酸化塔,经一级酸化反应后得到的液体混合物A经第一酸化塔底部的塔釜连续流出,未反应的二氧化硫气体经第一酸化塔塔顶排出;
B、第一酸化塔塔釜流出的液体混合物A再经第二输送泵分别由塔顶和位于塔中部的第二喷射头连续进入第二酸化塔,第一酸化塔塔顶排出的未反应的二氧化硫气体连续进入第二酸化塔的底部,其目的为与第二喷射头下来少量未反应原料进行对流反应,保证原料充分反应,另一路二氧化硫气体通过所述第二喷射头在负压条件下连续进入第二酸化塔,经二级酸化反应后,残余气体由第二酸化塔塔顶排出进入气液分离器;气液分离器排出的气相进入尾气吸收系统,气液分离器排出的液相返回第二酸化塔的塔釜顶部,二级酸化反应得到的液体混合物B由第二酸化塔的塔釜底部连续流出。
本发明采用连续酸化法合成2-萘酚,工艺路线为:以2-萘酚钠和二氧化硫为起始原料,经过多级酸化塔实现连续酸化,得到2-萘酚。通过对酸化塔的特殊设计和工艺的优化克服了传统工艺中操作繁杂,二氧化硫利用率低,废水量大,二氧化硫进料不易控制,人工需求量大,成本高的缺陷。
所述的第二输送泵与第一酸化塔塔釜液位连锁,保证第一酸化塔塔釜的液位稳定。
本发明中的第一喷射头和第二喷射头均采用特殊设计,设计原理和普通喷射头相似,通过物料的流动在喷射头侧口处形成负压,既而将二氧化硫气体吸入塔中,但本发明设计喷射头选用特殊材质,耐酸碱、耐冲刷,使用寿命长;喷射头出口设置喷淋头,起分布器作用,物料分散性好;喷射头设计规格根据物料匹配设计,匹配性好,能够有效保证来自2-萘酚中和工序产生的二氧化硫稳定进入酸化塔;
步骤A中,所述的原料为2-萘酚钠、水、亚硫酸钠的混合物,整个连续酸化反应中,原料与二氧化硫的摩尔比为1:0.9~1.2。原料的摩尔数为2-萘酚钠的摩尔数。
步骤A中,由第一喷射头进入的二氧化硫主要与第一酸化塔塔顶进入的原料在第一酸化塔中进行气液对流反应,因此塔顶进入原料量大于第一喷射头处,否则第二酸化塔负载大,但其加料量亦不能太小,太小则不能保证第一喷射头二氧化硫进入的稳定性,因此作为优选,第一酸化塔中,来自第一喷射头与塔顶的原料的质量比为1:3~5;
连续酸化反应主要在第一酸化塔中进行,因此二氧化硫大部分由第一喷射头进入,未反应部分可由第二酸化塔底部进入与第二酸化塔中未反应2-萘酚钠进行再反应,因此作为优选,原料与二氧化硫的摩尔比为1:0.8~1。
进一步优选,所述的一级酸化反应温度为50~90℃,压力为0.03~0.08MPa。
步骤A中,经一级酸化反应后得到的液体混合物A为2-萘酚粗品及未反应的2-萘酚钠的混合物。
步骤B中,来自第二喷射头和第一酸化塔塔顶的二氧化硫与混合物A中未反应的2-萘酚钠在第二酸化塔中进行反应,因第二酸化塔中未反应原料少,因此第二喷射头二氧化硫需求量小,即在第二喷射头处需匹配的混合物A进料量小;同时,由第二喷射头进入二氧化硫在负压情况下向塔顶流动,因此由第二喷射头进入混合物A中未反应2-萘酚钠只能在第二酸化塔下层填料中与来自第一酸化塔塔顶排出的二氧化硫作用,因此为保证酸化反应的充分性,第二喷射头混合物A进料量需降低,因此,作为优选,第二酸化塔中,来自第二喷射头与塔顶的液体混合物A的质量比为1:4~7;
进一步优选,所述的二级酸化反应温度为60~90℃,压力为0.03~0.08MPa。
本发明中所述第一酸化塔和第二酸化塔均为填料塔,且分为上下两个填料区,所述第一喷射头和第二喷射头均处在所属酸化塔中的两个填料区之间;作为优选,所述的第一酸化塔和第二酸化塔中采用的填料,独立地选自不锈钢波纹填料、不锈钢栅格填料、陶瓷矩鞍填料或陶瓷鲍尔环。
进一步优选,第一酸化塔中,来自第一喷射头与塔顶的原料的质量比为1:4,原料与二氧化硫的摩尔比为1:0.86,一级酸化反应温度为78℃;
第二酸化塔中,来自第二喷射头与塔顶的液体混合物A的质量比为1:5,二级酸化反应温度为85℃。
在上述反应条件的优选下,再优选,第一酸化塔和第二酸化塔中采用的填料均为不锈钢波纹填料。
本发明中,两级酸化塔间的反应相互影响、互相协同,在上述优选的反应条件、用量的选择下,获得的2-萘酚的收率高达99%以上,提高了二氧化硫的利用率,并减少了废水的产生。
通过设计特殊的喷射头装置,并将各种反应物料从酸化塔的不同位置进入,以保证所述连续酸化反应的完全进行,进一步提高了二氧化硫的利用率,并减少了废水的产生。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
整套工艺实现连续化,从技术角度考虑,通过先进的工艺设计实现连续法生产及二氧化硫工艺内再利用,增加了二氧化硫的有效利用率,同时高度的自动化控制,使得2-萘酚酸化工艺进入新的发展阶段;从设备角度考虑,针对该工艺中二氧化硫进料不稳定的缺陷进行设备优化,在酸化塔中添加特殊设计的喷射头,保证了二氧化硫的进料稳定性,从而实现工艺过程稳定;从经济的角度考虑,减少了人工、设备投入,从一定程度上降低成本;从环境的角度考虑,废水较少,对环境友好。研究证明:新连续法操作简便、二氧化硫利用率提高7%左右,废水减少9.8%左右,生产周期缩短5%,同时二氧化硫进料易控制,人工需求量少,成本低。
本发明工艺有效解决了传统2-萘酚钠生产工艺操作繁杂,二氧化硫利用率低,废水量大,二氧化硫进料不易控制,人工需求量大,成本高的缺陷。
附图说明
图1为合成2-萘酚的连续酸化工艺的流程图;
图中,1-第一输送泵,2-第一酸化塔,3-第一喷射头,4-第二输送泵,5-第二喷射头,6-第二酸化塔,7-气液分离器,8-尾气吸收系统。
具体实施方式
以下通过具体实施例来进一步说明本发明:
实施例1
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔中部的第一喷射头进入第一酸化塔,13.352吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,反应温度为78℃,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液(即液体混合物A)进入第一酸化塔的塔釜,未反应二氧化硫气体由第一酸化塔的塔顶排出;
第一酸化塔塔釜流出的混合物料(即液体混合物A)由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫和由第二酸化塔的塔底进入的未反应二氧化硫气体在第二酸化塔中继续反应,第二喷射头进入的二氧化硫流量为0.138吨/小时,填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.07吨/小时,收率为99.66%;
实施例2
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为陶瓷矩鞍填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为陶瓷矩鞍填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.02吨/小时,收率为95.00%;
实施例3
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为陶瓷矩鞍填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.06吨/小时,收率为98.72%;
实施例4
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为陶瓷矩鞍填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.04吨/小时,收率为96.86%;
实施例5
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为50℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.04吨/小时,收率为96.86%;
实施例6
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为60℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.06吨/小时,收率为98.73%;
实施例7
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为60℃,压力为0.07MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品0.95吨/小时,收率为88.48%;
实施例8
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/4,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.05吨/小时,收率为97.84%;
实施例9
流量为3.338吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,13.352吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.247吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.310吨/小时,第二酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.06吨/小时,收率为98.77%;
实施例10
流量为4.172吨/小时2-萘酚钠(混合物,2-萘酚含量为20.6%)由第一酸化塔塔中进入第一喷射头,12.517吨/小时2-萘酚钠由塔顶进入第一酸化塔,1.134吨/小时二氧化硫通过第一喷射头进入第一酸化塔,2-萘酚钠与二氧化硫在第一塔中对流传质,并进行反应,第一酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫气体由塔顶进入第二塔底与第二塔中物料进行在反应,反应生成的2-萘酚和未反应的2-萘酚钠混合液进入第一酸化塔塔釜,反应温度为78℃;
第一酸化塔釜混合物料由第二输送泵送至第二酸化塔塔顶和塔中,进料量配比为1/5,与塔中第二喷射头进入的二氧化硫在第二酸化塔中继续反应,二氧化硫流量为0.138吨/小时,第二酸化塔填料为不锈钢波纹填料,未反应二氧化硫尾气通过气液分离器后由回收系统吸收,第二酸化塔反应温度为85℃,压力为0.04MPa,气液分离器中液态物质进入第二酸化塔塔釜中进行套用,最终得到2-萘酚产品1.04吨/小时,收率为96.86%;
本发明的核心是给出了2-萘酚的酸化工序连续化,从技术角度考虑,通过先进的工艺设计实现连续法生产及二氧化硫工艺内再利用,二氧化硫的有效利用率提高7%左右,同时高度的自动化控制,使得2-萘酚酸化工艺进入新的发展阶段;从设备角度考虑,针对该工艺中二氧化硫进料不稳定的缺陷进行设备优化,在酸化塔中添加特别设计的喷射头,保证了二氧化硫的进料稳定性,从而实现工艺过程稳定;从经济的角度考虑,减少了人工、设备投入,同时生产周期缩短5%,从一定程度上降低成本;从环境的角度考虑,废水较少9.8%左右,对环境友好。