CN104829452A - 乙酸乙酯的节能生产系统及相应的节能生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乙酸乙酯的节能生产系统，包括通过管道顺次相连的酯化釜、酯化塔、酯化缓冲罐、分子筛塔进料泵、预热器、蒸发器、过热器、分子筛床、预热器、酯化回流罐、脱轻塔进料泵、脱轻塔，该系统结构简单，易于操作，生产成本低，易于维修，能耗低；本发明还提供了一种乙酸乙酯的节能生产工艺，在酯化工段和脱轻工段之间添加分子筛脱水工段，该工艺流程简单，脱水后粗酯的水含量≤0.05%，酯化塔和脱轻塔的气液相负荷降低，乙酸乙酯的产能提高，能耗降低。本发明适用于工业上规模化生产乙酸乙酯，也适用于乙酸异丙酯等的生产。

Description

乙酸乙酯的节能生产系统及相应的节能生产工艺

技术领域

本发明属于有机化合物制备领域，涉及乙酸乙酯的生产，具体地是一种乙酸乙酯的节能系统及相应的生产工艺。

背景技术

乙酸乙酯是一种重要的有机化工原料，它在医药、香料、油漆、涂料、印刷、油墨及食品领域有重要的应用。乙酸乙酯的生产方法，一般是在浓硫酸的催化下，乙酸和乙醇反应，经过脱水、脱轻、脱酸、精制而得。由于乙酸和乙醇的反应是可逆的，因此，从经济角度考虑，要获得乙酸乙酯产品需要不断将反应产物取走才能利于反应的正向进行。

目前，为了保证酯化反应的连续进行，工业中将酯化塔顶蒸汽经冷凝器冷凝和冷却后进入分相器分层，从分层后的酯相引出一部分回流到酯化塔内，将反应产物水和未反应的乙醇以恒沸的形式带走，以保证酯化反应的连续进行，而另一部分酯相进入脱水塔内分离提纯，以达到乙酸乙酯成品的质量要求。由于反应生成的水、乙醇及乙酸乙酯，能分别形成三元、二元共沸物，且生产乙酸乙酯时原料中所含水及反应生成水的量远大于酯水共沸所能带走的水量，需要酯化塔顶有机相回流带水，通常酯化塔的回流比在3-3.5左右，但有机相中水含量较高，因此回流带水能力差，酯化塔的产能降低；同样的原因导致进入脱轻塔的粗酯中水含量比较高，为提高乙酸乙酯的的收率，在保证塔釜采出不含有水和乙醇的同时，塔顶的回流比通常较大；另外，传统工艺为了降低乙醇的消耗，脱轻塔顶采出的头酯回到酯化釜继续参加反应，因头酯中含水，导致一部分水在酯化和脱轻工艺中循环，使得酯化塔和脱轻塔的气液相负荷较大，产品能耗高，生产能力受到限制。

公告号为CN102030639B的中国发明专利，公开了“一种乙酸乙酯节能生产新工艺”，采用膜分离法脱水，脱水后粗酯的含水量降至0.95%，该方法在一定程度上能减少水在酯化和脱轻工段中的循环，减轻两塔的负荷，然而，脱水后的乙酸乙酯还不能直接达到成品乙酸乙酯的水分指标，仍有部分水在脱轻塔与酯化塔间循环。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种乙酸乙酯节能生产系统，该系统结构简单，易于控制、维修，生产能力高，生产成本低，能耗低；

本发明的另外一个目的，是提供一种乙酸乙酯的节能生产工艺，在酯化工序和脱轻工序之间添加分子筛脱水工序，该工艺流程简单，易于控制，脱水效果好，脱水后粗酯的水含量≤0.05%，直接达到了成品乙酸乙酯的水分指标，乙酸乙酯的产能提高，酯化塔和脱轻塔的气液相负荷降低，能耗降低。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种乙酸乙酯的节能生产系统，包括通过管道顺次相连的酯化釜、酯化塔、酯化缓冲罐、分子筛塔进料泵、预热器、蒸发器、过热器、分子筛床、预热器、酯化回流罐、脱轻塔进料泵、脱轻塔，其中：

脱轻塔进料泵与酯化塔通过管道相连；

脱轻塔与酯化釜通过管道相连；

预热器与冷凝器通过管道相连；

分子筛床与再生冷凝器通过管道相连，再生冷凝器与真空系统通过管道相连。

作为本发明的一种限定，所述的分子筛床为两台或两台以上交替使用。

本发明还提供了一种乙酸乙酯的节能生产工艺，乙酸乙酯经乙酸乙酯的节能生产系统进行生产，该生产工艺包括依次进行的酯化工序、脱轻工序、精制工序、回收工序， 所述的酯化工序和脱轻工序之间还设有分子筛脱水工序。

作为对本发明上述乙酸乙酯的节能生产工艺的限定,

①乙酸乙酯的节能生产工艺按照如下工艺流程进行：

原料在酯化釜内经加热催化反应后，产物进入酯化塔分离；塔顶采出的气相送入酯化缓冲罐后，通过泵送入分子筛脱水工序；脱水后的粗酯进入酯化回流罐中，通过泵送粗酯一部分送入脱轻塔中精制，一部分返回到酯化塔回流；脱轻塔塔底采出达标的粗酯，塔顶采出含有乙酸乙酯、乙醇的头酯，头酯进入酯化釜中参与酯化反应；

②所述分子筛脱水工序按照以下流程进行：

有机相进入预热器中预热后，进入蒸发器中蒸发变为气相，气相进入过热器中进一步升温后从分子筛床塔底进入，从分子筛床顶部采出的气相进入预热器中，预热器中的气相通过管路进入冷凝器中，预热器和冷凝器中冷凝的粗酯进入酯化回流罐中，分子筛床的底部与再生冷凝器相连，再生冷凝器与真空系统相连，通过抽真空使分子筛床再生。

作为对本发明中乙酸乙酯的节能生产工艺的进一步限定：

①所述的酯化塔压力为100-300KPa；

②所述的分子筛床床层厚度为4-7m，分子筛类型为3a，形状为球状或柱状，分子筛床层充填类型为球状或柱状分子筛，或为柱状与球状的分子筛混合床层；

③进入分子筛床的气相温度为100-160℃，优选120-140℃。

作为本发明乙酸乙酯的节能生产工艺的更进一步限定，所述的混合床层下部为厚度占塔高2/3-3/4、直径为3-5mm的球状分子筛，上部为直径2mm的柱状分子筛。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

本发明提供的乙酸乙酯的节能生产系统结构简单，易于控制、维修，生产能力高，生产成本低，能耗低;

本发明提供的乙酸乙酯的节能生产工艺，是在常规的酯化工序和脱轻工序之间添加分子筛脱水工序，具有以下优点：

1.工艺流程简单，易于控制，脱水后粗酯的水含量≤0.05%，直接达到了成品乙酸乙酯的水分指标，不需要乙酸乙酯后续脱水处理；

2.降低了回流粗酯的水分含量，增强了粗酯的带水能力，降低了酯化塔的回流比，提高了酯化塔的生产能力，减轻了酯化塔的气液相负荷，降低能耗，达到了节能目的；

3.降低了脱轻塔的回流比，脱轻塔中有机相的水分含量低，乙醇在塔顶能更好的富集，塔顶采出的有机相乙醇含量为25%左右，可直接返回酯化釜参与反应，因其不含水，能促进酯化反应的进行，提高了产能，降低了能耗，经济效益显著。

本发明适用于工业上规模化生产乙酸乙酯，也适用于乙酸异丙酯等的生产。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图中：1-酯化釜，2-酯化塔，3-酯化缓冲罐，4-分子筛塔进料泵，5-预热器，6- 蒸发器，7-过热器，8-第一分子筛床，9-冷凝器，10-酯化回流罐，11-第二分子筛床， 12-再生冷凝器，13-脱轻塔进料泵，14-脱轻塔。

本发明下面将结合具体实施例作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1  一种乙酸乙酯的节能生产系统

本实施例的乙酸乙酯的节能生产系统如图1所示，包括用于进行酯化反应的酯化釜1，和通过管道与酯化釜1相连接的酯化塔2。

酯化釜1设置有出料入口和进料入口。酯化塔2设置有进料入口、回料入口和蒸气出口。

酯化塔2的蒸气出口，与酯化缓冲罐3、分子筛塔进料泵4之间，通过管道依次相连。

本实施例还包括由预热器5、蒸发器6、过热器7、第一分子筛床8、冷凝器9与再生冷凝器12所组成的分子筛脱水装置。

分子筛进料泵4与分子筛脱水装置、酯化回流罐10间通过管道依次相连。酯化回流罐10还通过管道与脱轻塔进料泵13相连。

脱轻塔进料泵13通过管路分别与酯化塔2的回料入口、脱轻塔14液相入口相连。

脱轻塔14设置有液相入口、蒸汽出口和液相出口，其中：脱轻塔14的蒸气出口通过管道与酯化釜1的进料入口相连；脱轻塔14的液相出口通过管道实现乙酸乙酯成品的回收。

预热器5、蒸发器6、过热器7、第一分子筛床8与预热器5间通过管道依次相连。

第一分子筛床8设置有蒸汽入口、蒸汽出口与液相出口。

过热器7与第一分子筛床8的蒸汽入口通过管道相连。

第一分子筛床8的蒸汽出口与预热器5通过管道相连，第一分子筛床8的液相出口与再生冷凝器12的液相入口通过管道相连。

再生冷凝器12设置有液相入口、液相出口和真空入口。

再生冷凝器12的液相出口与管道相连，进行冷凝液的回收。再生冷凝器12的真空入口通过管道与真空系统相连，第一分子筛床8使用一段时间后，可通过真空系统的抽真空作用再生。

图1中所示为两台分子筛床交替使用，第一分子筛床8使用一段时间后可更换第二分子筛床11工作，同时对第一分子筛床8进行再生。根据实际生产需要，也可二台以上分子筛床交替使用。

为了节约能源，充分利用冷热物料自身的热量给对方物料加热或冷却，预热器5与冷凝器9通过另行设置的回流管道相连通，即：预热器5与冷凝器9间串接，预热器5与冷凝器9的壳程间、预热器5与冷凝器9的管程间分别通过管道相连通，预热器5中由分子筛进料泵4泵入的原料、从第一分子筛床8蒸汽出口出来的气相，分别走管程与壳程，需预热的原料通过高温气相冷凝释放的热量而得到加热，在此过程中，气相的温度得到降低，预热器5中部分冷凝的液体与冷凝器9中冷凝的液体通过管道流入酯化回流罐10中。

本实施例具体的工作原理如下：

酯化釜1中发生酯化反应；酯化釜1的出料入口采出的混合物通过管道送入酯化塔2进料入口中，发生精馏反应；酯化塔2的蒸汽出口采出气相通过管道送入酯化缓冲罐3中，通过分子筛进料泵4的泵送，将酯化缓冲罐3中的液体泵入预热器5中，经过预热器5中高温气相的预热作用，液体通过管路送入蒸发器6中，液相通过加热变为气相，蒸发器6中气相通过管路进入过热器7中，进一步加热，保证气相中无夹带液相，过热器7中气相通过管路进入第一分子筛床8蒸汽入口中，气相通过分子筛床层后脱水，脱水后的气相从第一分子筛床8的蒸汽出口出去，通过管路进入预热器5中，高温气相将预热器5中的原料预热，在此过程中通过热交换，高温蒸汽的温度下降，部分气相在预热器5中冷凝为液体，剩余气相进入冷凝器9中，冷凝为液体，预热器5中与冷凝器9中冷凝的液体通过管路进入酯化回流罐10中，酯化回流罐10中液体通过脱轻塔进料泵13一部分泵送至脱轻塔14的液相入口，进行脱轻反应，另外一部分泵送至酯化塔2的回料入口，进行回流，脱轻塔14蒸汽出口采出含有乙醇的乙酸乙酯，通过管路送至酯化釜1进料入口，再次参与酯化反应，脱轻塔14液相出口采出成品乙酸乙酯。

本实施例结构简单，易于控制、维修，生产能力高，生产成本低，能耗低。

实施例2  一种乙酸乙酯的节能生产工艺

本实施例所提供的乙酸乙酯的节能生产工艺，包括依次进行的酯化工序、分子筛脱水工序、脱轻工序、精制工序、回收工序。该工艺依托实施例1中所提供的乙酸乙酯的节能生产系统来实现，工艺流程如下：

原料在酯化釜1内经加热催化反应后，生成乙酸乙酯和水，乙酸乙酯、水和未反应的乙醇可以形成乙酸乙酯-水-乙醇三元共沸物或者乙酸乙酯-水、水-乙醇、乙酸乙酯-乙醇二元共沸物，塔顶采出的混合物A送入酯化塔2精馏、分离；为了提高酯化塔2的塔顶采出的气相水分含量，酯化塔2压力控制为100KPa，塔顶采出的物料B进入酯化缓冲罐3冷凝，得C。

C通过分子筛塔进料泵4送入预热器5中进行预热，得D；D进入蒸发器6中气化，得E；E进入过热器7中进一步被加热，得F，F的温度为120℃，F由塔底进入第一分子筛床8；第一分子筛床8的床层厚度为7m，底部为厚度占塔高2/3、直径为5mm的3a球状分子筛，上部为直径2mm的3a柱状分子筛，本实施例采用两台如图1中所示的两台分子筛床交替使用（也就是说在第一分子筛床8使用一段时间后可更换第二分子筛床11工作，同时第一分子筛床8进行再生，等第二分子筛床11使用一段时间后再换回第一分子筛床８工作，同时第二分子筛床11进行再生，如此循环往复）。当然，根据实际生产的需要，也可利用三台或三台以上数量的分子筛床交替使用；第一分子筛床8顶部采出G，G进入预热器5中冷却，冷凝后的液体记为H，第一分子筛床8底部采出I进入再生冷凝器12；再生冷凝器12中冷凝的液体回收，再生冷凝器12与真空系统相连，第一分子筛床8通过真空系统的抽真空作用再生；预热器5与冷凝器9串联，冷凝器9中冷凝后的液体，记为得J，H和J的水含量为0.05%。

H和J一起送入酯化回流罐10中，得K；K通过脱轻塔进料泵13一部分送入脱轻塔14中精制，一部分返回到酯化塔2回流；脱轻塔14塔底采出达标的粗酯，塔顶采出含有乙酸乙酯、乙醇的头酯，头酯中有机相乙醇含量为25%，头酯返回酯化釜1中继续参与酯化反应。

上述工艺流程简单，易于控制，脱水后的乙酸乙酯的水含量为0.02%（国家规定的标准成品乙酸乙酯的水分指标不高于0.05%）；回流粗酯的水分含量低，增强了粗酯的带水能力，酯化塔的回流比降低至1.5，提高了酯化塔的生产能力，减轻了酯化塔的气液相负荷，降低能耗，达到了节能目的；脱轻塔的回流比降低，脱轻塔中有机相的水分含量低，乙醇在塔顶能更好的富集，可直接返回酯化釜参与反应，因其不含水，能促进酯化反应的进行，提高了产能，降低了能耗，经济效益显著。

实施例3-7  乙酸乙酯的节能生产工艺

实施例3-7分别为一种乙酸乙酯的节能生产工艺，工艺流程及相关工序的工艺参数与实施例2相同，分子筛的类型均为3a，不同之处仅在与酯化塔压力和分子筛脱水工段相应的控制参数不同，具体见表1。

实施例3-7中，生成的粗酯经过分子筛工段脱水后，粗酯水含量≤0.05%，脱轻塔塔顶采出的有机相乙醇含量为25%左右，它们所提供的相应的乙酸乙酯的节能生产工艺均具有工艺流程简单，易于控制的特点，脱水后的乙酸乙酯均直接达到了成品乙酸乙酯的水分指标（国家规定的标准的成品乙酸乙酯的水含量不高于0.05%），回流粗酯的水分含量低，增强了粗酯的带水能力，酯化塔的回流比平均降低至2.3，提高了酯化塔的生产能力，减轻了酯化塔的气液相负荷，降低能耗；脱轻塔的回流比降低，脱轻塔中有机相的水分含量低，乙醇在塔顶能更好的富集，可直接返回酯化釜参与反应，因其不含水，能促进酯化反应的进行，提高了产能，降低了能耗，经济效益显著。

实施例8  分子筛脱水工艺与原工艺的能耗和设备的负荷比较

以一套1.5万t/a乙酸乙酯生产装置为例，酯化塔的压力250KPa，原生产工艺为现有技术中的生产工艺，现经技术改造采用了实施例7的工艺（实施例７中的分子筛脱水工艺与实施例1相同）。

该新旧两种工艺的能耗和设备负荷比较结果见表2（其中，蒸汽的品位为压力0.6MPa，温度250℃）。

由上表可知，采用分子筛脱水工艺与原工艺相比，酯化塔和脱轻塔的气相、液相负荷大大减小，能耗大幅度减少，达到了节能的效果，取得了极大的经济效益。

实施例9  分子筛床床层的厚度对乙酸乙酯脱水效果的影响

乙酸乙酯的生产工艺中合成的粗酯若不进行脱水，粗酯的含水率较高，酯化塔的回流比高。利用分子筛床进行脱水，粗酯的含水率和酯化塔的回流比均能大幅降低。在分子筛脱水的过程中，分子筛床床层的厚度对脱水效果有重要的影响，本实施例对分子筛床床层的厚度进行了探索，具体的工艺流程与实施例2相同，不同之处仅在于分子筛床床层厚度不同，具体的实验结果见表3。

由上表可知，满足相同生产能力的要求，分子筛床直径一定后，分子筛的厚度对粗酯脱水效果有直接的影响，当分子筛厚度，小于4米时，粗酯脱水不完全，但当分子筛的厚度大于7米再继续增加时后，分子筛的脱水效果增加不再明显，对酯化塔的回流减少不明显。

实施例10  分子筛的种类对乙酸乙酯脱水效果的影响

分子筛是一种硅铝酸盐多微孔晶体，它是由硅氧、铝氧四面体组成基本的骨架结构，在晶格中存在着金属阳离子（如 Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Li⁺等），以平衡晶体中多余的负电荷。分子筛有多种类型，它具有均匀的微孔结构，这些微孔能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来。本发明中不同种类的分子筛对于乙酸乙酯中水分的去除效果也不相同。本实施例对不同种类分子筛对脱水效果进行了探究，乙酸乙酯的生产工艺流程与实施例1相同，不同之处仅在于分子筛的种类不同，具体的结果见表4。

由上表可知，在脱水的分子筛种类中，3a分子筛更适用于乙酸乙酯的脱水，脱水效果最佳，其它种类的分子筛虽然也有一定的效果，但是脱水率不高。

上述实施例1-7，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明所作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述技术内容作为启示加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作出的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种乙酸乙酯的节能生产系统，其特征在于：包括通过管道顺次相连的酯化釜、酯化塔、酯化缓冲罐、分子筛塔进料泵、预热器、蒸发器、过热器、分子筛床、预热器、酯化回流罐、脱轻塔进料泵、脱轻塔，其中：

脱轻塔进料泵与酯化塔通过管道相连；

脱轻塔与酯化釜通过管道相连；

预热器与冷凝器通过管道相连；

分子筛床与再生冷凝器通过管道相连，再生冷凝器与真空系统通过管道相连。

2.根据权利要求1所述的乙酸乙酯的节能生产系统，其特征在于：所述的分子筛床为两台或两台以上交替使用。

3.一种乙酸乙酯的节能生产工艺，包括依次进行的酯化工序、脱轻工序、精制工序及回收工序，其特征在于：所述乙酸乙酯的节能生产工艺利用权利要求1或2中所述的乙酸乙酯的节能生产系统来实现，所述的酯化工序和脱轻工序之间还设有分子筛脱水工序。

4.根据权利要求3所述的乙酸乙酯的节能生产工艺，其特征在于它按照如下流程进行：

原料在酯化釜内经加热催化反应后，产物进入酯化塔分离；

塔顶采出的气相送入酯化缓冲罐后，通过泵送入分子筛脱水工序；

脱水后的粗酯进入酯化回流罐中，通过泵送粗酯一部分送入脱轻塔中精制，一部分返回到酯化塔回流；

脱轻塔塔底采出达标的粗酯，塔顶采出含有乙酸乙酯、乙醇的头酯，头酯进入酯化釜中参与酯化反应。

5.根据权利要求3所述的乙酸乙酯的节能生产工艺，其特征在于所述分子筛脱水工序按照以下流程进行：

有机相进入预热器中预热后，进入蒸发器中蒸发变为气相；

气相进入过热器中进一步升温后从分子筛床塔底进入，从分子筛床顶部采出的气相进入预热器中；

预热器中的气相通过管路进入冷凝器中，预热器和冷凝器中冷凝的粗酯进入酯化回流罐中，分子筛床的底部与再生冷凝器相连，再生冷凝器与真空系统相连，通过抽真空使分子筛床再生。

6.根据权利要求4所述的乙酸乙酯的节能生产工艺，其特征在于：所述的酯化塔压力为100-300KPa。

7.根据权利要求5所述的乙酸乙酯的节能生产工艺，其特征在于：所述的分子筛床床层厚度为4-7m，分子筛类型为3a，形状为球状或柱状，分子筛床层充填类型为球状或柱状分子筛，或为柱状与球状的分子筛混合床层。

8.根据权利要求7所述的乙酸乙酯的节能生产工艺，其特征在于：所述的混合床层下部为厚度占塔高2/3-3/4、直径为3-5mm的球状分子筛，上部为直径2mm的柱状分子筛。

9.根据权利要求5所述的乙酸乙酯的节能生产工艺，其特征在于：进入分子筛床的气相温度为100-160℃。

10.根据权利要求9所述的乙酸乙酯的节能生产工艺，其特征在于：进入分子筛床的气相温度为120-140℃。