CN107001227B - 木材乙酰化流体的回收 - Google Patents

Abstract

本文公开了由烯酮至乙酸酐的产生与使用包含乙酸和乙酸酐的乙酰化流体的木材乙酰化的整合。本发明涉及从木材乙酰化中回收乙酰化流体，并且将其送至属于乙酸酐产生设备的乙酸酐蒸馏单元。

Description

木材乙酰化流体的回收

发明领域

本发明涉及从木材乙酰化过程回收乙酰化流体的方法。特别地，本发明涉及其中将由乙酸至乙酸酐的产生与木材的乙酰化过程结合的方法。并且，本发明涉及用于乙酸酐产生和木材乙酰化的整合系统。

发明背景

由乙酸产生乙酸酐的熟知方法涉及烯酮(乙烯酮)的形成。由此通过在高温下将乙酸脱水来产生烯酮(通常在700℃至750℃量级的温度下操作的烯酮炉中进行)。之后，在导致乙酸酐形成的放热反应中使烯酮与乙酸反应。

有趣的是，乙酸和乙酸酐均用于木材的乙酰化方法。这些方法(其需求不断增长)用于提供具有改善的材料性质的木材，所述改善的材料性质例如尺寸稳定性、硬度、耐久性等。在这些方法中，最终从木材中去除过量的乙酰化介质，其通常是乙酸酐与乙酸的混合物。从而希望避免浪费去除的乙酰化介质，并且优选地希望其在木材乙酰化中再循环和重新使用。

存在回收乙酸酐的适合的技术，通过将乙酸酐与乙酸分离，之后该乙酸酐可以重新用于木材乙酰化。然而，在木材乙酰化后，由于乙酸形成为乙酰化的副产物，其以过量的比率得到，并且希望将所述乙酸应用于不同的用途，将其作为化学品销售，和/或将其用于烯酮的产生。然而，所述乙酸的特定来源，即，来自木材的乙酰化，会由于存在杂质而对其进一步的使用带来固有限制，所述杂质例如来自木材的萜烯和萜类杂质。尤其是难以去除萜烯和萜类。这限制了从木材乙酰化回收的乙酸的用途。例如，在烯酮炉中不希望使用所述回收的乙酸，其原因是，由于在炉中应用高温，上述杂质容易导致在所述炉中形成焦炭。

在WO 2009/120257中，通过共沸蒸馏解决了前述问题，其中将包含上述杂质的乙酸与水一起供应至蒸馏柱。虽然该参考文献由此教导了从木材乙酰化获得纯化的乙酸的方法，但其不涉及乙酸酐的产生，并且特别地，其不教导如何有效地整合乙酸酐的产生与木材的乙酰化。并且，将水加入蒸馏柱降低了该方法的经济可行性。另外，该方法需要与添加蒸馏单元相关的投资成本和操作成本。

希望提供可以将木材的乙酰化与乙酸酐的产生有效整合的方法。并且，希望由此最优地使用如从木材乙酰化中可获得的液体来源。

发明概述

为了更好的满足前述期望中的一个或多个，本发明一方面涉及从木材乙酰化过程回收乙酰化流体的方法，所述流体包含乙酸和乙酸酐，该方法包括使所述流体经受蒸馏以便回收乙酸，其中所述蒸馏在乙酸酐蒸馏单元中进行，所述乙酸酐蒸馏单元还同时用于从乙酸酐产物流中蒸馏出乙酸，所述乙酸酐产物流在由烯酮和乙酸产生乙酸酐的方法中获得。

另一方面，本发明示出了木材的乙酰化方法，其中所述木材乙酰化方法与乙酸酐的产生方法结合，所述木材乙酰化方法包括使用包含乙酸酐和任选地包含乙酸的乙酰化流体使木材经受乙酰化，而所述乙酸酐产生方法包括使烯酮与乙酸反应以便形成包含乙酸酐和乙酸的乙酸酐产物流，并且使所述产物流在乙酸酐蒸馏单元中经受蒸馏以便降低其中的乙酸浓度，该方法还包括从木材乙酰化方法中回收木材乙酰化流体，以获得包含乙酸和乙酸酐的回收的乙酰化流体，并且使所述回收的乙酰化流体经受蒸馏以便回收乙酸，其中所述回收的乙酰化流体的蒸馏在乙酸酐蒸馏单元中进行。

另一方面，本发明提供了包含木材乙酰化设备和乙酸酐产生设备的系统，其中所述乙酸酐产生设备包含由烯酮和乙酸产生乙酸酐的单元，以及其下游的从乙酸酐产生单元产生的产物流中蒸馏出乙酸的乙酸酐蒸馏单元，其中所述木材乙酰化设备包含含有用于乙酰化流体的入口和出口的木材乙酰化单元，其中所述用于乙酰化流体的出口与乙酸酐蒸馏单元的入口流体连通。

附图简述

图1示出了不根据本发明，在没有额外措施的情况下，与乙酸酐产生设备结合的木材乙酰化设备的方案；

图2示出了根据本发明的实施方案，与乙酸酐产生设备结合的木材乙酰化设备的方案；

发明详述

广义上，本发明基于以下明智的认识：将从木材乙酰化回收的乙酰化流体直接送至蒸馏粗酸酐的乙酸酐产生的步骤中，以便去除乙酸。因此，通过同时使用同样用于分离回收的乙酰化流体的酸酐柱来节约成本。

另外，由于本发明可能将包含萜烯和/或萜类的乙酸送至不受这些杂质的存在阻碍的进一步处理，可以规避回收的乙酰化流体与存在萜烯有关的问题。

在感兴趣的实施方案的情况中，其尤其是这种情况，根据所述感兴趣的实施方案，将在乙酸酐蒸馏单元中蒸馏出的乙酸与通常作为烯酮产生的残余流获得的含水乙酸混合。由乙酸产生烯酮先于由烯酮和乙酸合成乙酸酐。残余的含水乙酸通常经受蒸馏，以便回收乙酸。由于残余流是含水的，通过蒸馏对其处理将会使得萜烯和/或萜类通过共沸去除。

残余的含水乙酸流由以下事实造成：通过限定，由乙酸产生烯酮的单元(例如烯酮炉)不会将乙酸完全转化为烯酮。即，从所述单元获得了至少两种流。一种为包含所形成的烯酮的产物流，另一种流为所述残余流。

在另一个感兴趣的实施方案中，将蒸馏后获得的乙酸酐作为乙酰化流体，再循环至木材乙酰化设备。在乙酰化流体中可能存在的上述杂质通常不会产生问题。

优选地，结合前述实施方案以便得到用于木材乙酰化和乙酸酐产生的整合方法。就此，本发明在另一方面包括木材乙酰化的方法，其中该木材乙酰化方法与乙酸酐产生方法结合。所述木材乙酰化方法包括使用包含乙酸酐和任选地包含乙酸的乙酰化流体使木材经受乙酰化，而所述乙酸酐产生方法包括使烯酮与乙酸反应以便形成包含乙酸酐和乙酸的乙酸酐产物流。使所述产物流在乙酸酐蒸馏单元中经受蒸馏以便降低其中的乙酸浓度。该方法还包括从木材乙酰化方法中回收木材乙酰化流体，以获得包含乙酸和乙酸酐的回收的乙酰化流体。使回收的乙酰化流体经受蒸馏以便回收乙酸。根据本发明，回收的乙酰化流体的蒸馏在乙酸酐蒸馏单元中进行。由此，优选地，将包含从乙酸酐蒸馏单元获得的流的乙酸酐用作木材乙酰化方法中的乙酰化流体。

如技术人员所知，乙酸酐产生单元的输出通常需要调节乙酸酐与乙酸的比率，以便使乙酸酐更加富集。这涉及以下事实：在实践中通常不会实现乙酸完全转化为乙酸酐。分离乙酸和乙酸酐的单元(通常是蒸馏柱，有时被称为“粗酸酐柱”)，即上述乙酸酐蒸馏单元，其用于调节来自乙酸酐产生单元的产物流中的乙酸酐与乙酸的比率。所述分离单元的输出将优选地适于作为木材乙酰化流体，此流体优选地包含以下比率的乙酸酐(ANH)和乙酸(ACA)：ANH:ACA为80:20至100:0，优选为90:10至95:5。

在本发明的方法中，在将乙酸于烯酮形成条件下加热的烯酮产生单元中产生用于产生乙酸酐的烯酮。将乙酸酐蒸馏单元中蒸馏出的乙酸与上述来自烯酮产生单元的残余的含水乙酸流混合，并且使所得的混合物经受蒸馏以便获得纯化的乙酸。该纯化的乙酸可以用于任何用途，但优选地将其用作烯酮产生单元中产生烯酮的反应物。

本发明的结果是，实现了整合方法，其中木材可以经受乙酰化并且重新使用回收的乙酰化流体。

根据本发明的木材乙酰化与乙酸酐产生的整合可以在现有设备和设计的新设备中来进行。例如，可以将新型基于烯酮的乙酸酐产生单元紧邻现有的木材乙酰化单元构建，并且根据本发明的一个或多个实施方案与其结合。并且，可以将新型木材乙酰化单元紧邻乙酸酐的现有的基于烯酮的乙酸酐产生单元构建。或者，在木材乙酰化单元和基于烯酮的乙酸酐产生单元已经彼此紧邻着存在的情况下，可以将这些单元整合。在所述单元已经以另一种方式整合的情况下，结合这些设备的方式可以改变，以便使其与上文描述的本发明一致。

应用的装备和技术是技术人员所熟知的。所述装备和技术涉及诸如木材乙酰化反应器的木材乙酰化单元，及其惯用辅助装备，例如从回收的乙酰化流体去除木材残余物的过滤器部分。类似地，所述装备和技术涉及蒸馏单元(诸如蒸馏柱的蒸馏装备)、烯酮产生部分(通常是烯酮炉)、乙酸酐产生部分(通常是适于使烯酮与乙酸反应的反应器)。

用于本发明的木材乙酰化单元可以是那些适于乙酰化固体木材(例如木梁或木板)的木材乙酰化单元。所述木材乙酰化单元也可以是那些适于乙酰化诸如粉、纤维、束或片的木材元件的木材乙酰化单元。因此，本发明中应用的木材乙酰化方法不限于任何尺寸、形状或种类的木材。大量此类方法是技术人员所熟知的。

本发明还涉及可以进行本发明的方法的系统。该系统包含木材乙酰化设备和乙酸酐产生设备。所述乙酸酐产生设备包含由烯酮和乙酸产生乙酸酐的单元，以及其下游的用于从乙酸酐产生单元中产生的产物流中蒸馏出乙酸的乙酸酐蒸馏单元。所述木材乙酰化设备包含含有用于乙酰化流体的入口和出口的木材乙酰化单元，其中所述用于乙酰化流体的出口与乙酸酐蒸馏单元的入口流体连通。

优选地，所述乙酸酐设备还包含由乙酸产生烯酮的单元。该单元(通常是炉)包含用于乙酸的入口和用于所产生的烯酮的出口。所述用于所产生的烯酮的出口与乙酸酐产生单元的入口流体连通(通常通过气体流动管线)。所述烯酮产生单元包含通向残余的含水乙酸的处理部分的单独出口。

在优选的实施方案中，后一处理部分具有与乙酸酐蒸馏单元的乙酸出口流体连通的入口。所述蒸馏单元位于乙酸酐产生单元的下游，并且如上文所解释，用于降低来源于乙酸酐产生单元的乙酸酐产物流中的乙酸含量。根据本发明，还将从木材乙酰化中回收的乙酰化流体供给至所述乙酸酐蒸馏单元。

上文提及的设备和单元还将具有常规的辅助装备和元件，例如泵、阀、加热器等。技术人员将完全了解如何在实践中构建设备。

将参考附图在下文进一步解释本发明。这些附图不限制本发明。由于所述附图可以涉及本发明的具体实施方案，技术人员应理解，本发明是可以更加普遍适用的，并且附图中的公开内容不限于其中所给的任何具体设计或数字。

在附图中，示出了以下元件。

装备部件：

(1)木材乙酰化设备

(2)乙酸/乙酸酐分离单元

(3)烯酮产生单元

(4)乙酸酐产生单元

(5)用于回收残余的含水乙酸的处理部分

(6)乙酸酐蒸馏单元

(7)乙酸酐纯化单元

工艺流：

(a)新鲜的乙酰化流体

(b)从木材乙酰化中回收的乙酰化流体

(c)乙酸

(d)从乙酸中分离的乙酸酐

(e)烯酮

(f)残余的含水乙酸

(g)回收的乙酸

(h)粗乙酸酐(与乙酸的混合物)

(i)富集的乙酸酐(降低乙酸含量)

图1示出了基于烯酮的乙酸酐产生设备的方案，其包含与木材乙酰化设备(1)整合的烯酮产生单元(3)和乙酸酐产生单元(4)。在本文中，所述设备在无任何额外措施下进行结合，即不根据本发明。将乙酰化流体(流a)供给至木材乙酰化设备(1)。将回收的乙酰化流体(b)在第一乙酸/乙酸酐分离单元(2)中经受乙酸分离，产生与乙酸酐分离的乙酸流(c)和与乙酸分离的乙酸酐流(d)。将与乙酸酐分离的乙酸流(c)送至包含烯酮产生单元(3)和乙酸酐产生单元(4)的乙酸酐产生部分。烯酮产生单元(3)与其下游的用于回收残余的含水乙酸(f)的处理部分(5)连接。将从其中回收的乙酸(g)送至烯酮产生单元(3)和/或乙酸酐产生单元(4)。将产生的烯酮(e)送至乙酸酐产生单元(4)。将产生的粗酸酐(h)送至乙酸酐蒸馏单元(6)。将从其中获得的乙酸(c)送至上述乙酸酐产生部分。将富集的乙酸酐(i)(具有降低的乙酸含量)送至纯化单元(7)，并且将由此获得的纯化的乙酰化流体(i)作为新鲜的乙酰化流体(a)供给至木材乙酰化部分(1)。

图2示出了根据本发明的实施方案，与乙酸酐产生设备结合的木材乙酰化设备的方案。在本文中，将从木材乙酰化设备(1)回收的乙酰化流体的流(b)送至酸酐产生单元(4)下游的乙酸酐蒸馏单元(6)，将酸与乙酸酐分离。省去木材乙酰化单元下游的初始蒸馏单元(2)。另外，可以将从乙酸酐蒸馏单元(6)获得的乙酸送至处理部分(5)以便回收残余的含水乙酸。

应当理解，示意图根据需要用于说明一部分装备和产生单元，以进一步说明本发明一些实施方案。技术人员应充分了解现在示出的装备部件和流动管线，例如用于提供热的装置，用于提供压力的装置、用于排气的通风孔等。

其中，在本说明书中，提及了“流体连通”，其是指在设备的第一部件或部分与设备的第二部件或部分之间，流体(包括液体和气体)经由其可以从设备的第一部件流动至设备的第二部件的任何连接。在液体的情况下，通常通过管道系统、软管或用于运输流体的技术人员熟知的其它装置来提供此类流体连通。在气体的情况下，通常通过气体流动管线来提供此类流体连通。如果需要在高于大气压或低于大气压(真空)的压力下，此类气体流动管线通常包含管道系统或用于运输气体的技术人员熟知的其它装置。

虽然附图和前述描述已经详细说明和描述了本发明，但是此类说明和描述被认为是说明性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。

例如，可能在以下实施方案中操作本发明：其中所述单元(例如木材乙酰化单元、反应器单元或蒸馏单元)包含并联或串联布置的多个此类单元。

在实践所要求保护的本发明时，本领域技术人员可以通过研究附图、公开内容和所附权利要求来理解和实现所公开实施方案的其它变化。在权利要求中，词语“包含”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一个/一种(a)”或“一个/一种(an)”不排除复数。在互不相同的从属权利要求中陈述了本发明的某些特征，仅此事实并不表明这些特征的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考标记不应解释为限制本发明的范围。

Claims (4)

1.木材乙酰化的方法，其中所述木材乙酰化方法与乙酸酐的产生方法结合，所述木材乙酰化方法包括使用包含乙酸酐和任选地包含乙酸的乙酰化流体使木材经受乙酰化，并且所述乙酸酐产生方法包括使烯酮与乙酸反应以便形成包含乙酸酐和乙酸的乙酸酐产物流，并且使所述产物流在乙酸酐蒸馏单元中经受蒸馏，以便降低其中的乙酸浓度，所述方法还包括从所述木材乙酰化方法中回收木材乙酰化流体以获得包含乙酸和乙酸酐的回收的乙酰化流体，并且使所述回收的乙酰化流体经受蒸馏以便回收乙酸，其中所述回收的乙酰化流体的蒸馏在所述乙酸酐蒸馏单元中进行，以及其中将包含从所述乙酸酐蒸馏单元获得的流的乙酸酐在所述木材乙酰化方法中用作乙酰化流体。

2.如权利要求1所述的方法，其中在乙酸于烯酮形成条件下加热的烯酮产生单元中产生所述烯酮，并且其中将所述乙酸酐蒸馏单元中蒸馏出的乙酸与来自所述烯酮产生单元的残余的含水乙酸流混合，并且使所得的混合物经受蒸馏以便获得纯化的乙酸。

3.如权利要求2所述的方法，其中将所述纯化的乙酸在所述烯酮产生单元中用作产生烯酮的反应物。

4.包含木材乙酰化设备和乙酸酐产生设备的系统，其中所述乙酸酐产生设备包含由烯酮和乙酸产生乙酸酐的单元，以及其下游的用于从所述乙酸酐产生单元中产生的产物流中蒸馏出乙酸的乙酸酐蒸馏单元，其中所述木材乙酰化设备包含含有用于乙酰化流体的入口和出口的木材乙酰化单元，其中所述用于乙酰化流体的出口与所述乙酸酐蒸馏单元的入口流体连通，并且所述乙酸酐蒸馏单元的出口与所述木材乙酰化单元的入口流体连通。

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