CN107602374B - 一种基于环氧乙烷水合反应精馏分离羧酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于环氧乙烷水合反应精馏分离羧酸的方法，其是以环氧乙烷和羧酸粗产品水溶液为原料，利用环氧乙烷可与水发生水合反应生成乙二醇，消耗羧酸粗产品水溶液中的水分，以减少精馏分离过程中的能耗；再将反应精馏塔塔底产物送入精制塔进行精馏提纯，在塔顶获得羧酸纯品。相对于传统直接精馏提纯羧酸的过程，本发明利用反应精馏和普通精馏相结合，将水合反应和产物分离通过一个双塔流程来实现，能够有效降低能耗及设备投资，同时该方法具有无需额外添加催化剂，反应速率快，产品分离简单等特点。
Description
技术领域
本发明属于羧酸提纯技术领域，具体涉及一种基于环氧乙烷水合反应精馏分离羧酸的方法。
背景技术
羧酸是一种重要化学原料物质，其应用范围广泛，在化工、医药、纺织、有机合成、稀土元素精制、染料中间体及皮革工业等领域中均有重要作用。羧酸的衍生物，如酰卤、酸酐、酯和酰胺等在化学工业中也均有重要应用。
使用发酵法生产的羧酸（如乙酸）粗产品多为低浓度的水溶液，因此要获得精羧酸产品需要进行脱水提纯。同时在某些产业的工业废水中也常含有一些低浓度的羧酸，若能通过脱水提纯将其回收利用，不仅可以保护生态环境，还可以创造一定的经济效益。目前国内外采用的羧酸水溶液脱水提纯方法主要有萃取法和直接精馏法。萃取法的溶剂使用量大，且使用的溶剂对环境的污染严重；直接精馏法由于羧酸粗产品含水量高，水的比热较大，且多数羧酸能够与水发生缔合，加大了精馏分离的难度，导致精馏过程需要消耗巨大的能量。因此，开发一种能耗较低、原料易得、成本低、工艺简单、无污染的羧酸脱水提纯工艺具有重大的意义。
环氧乙烷的水合反应方程式如下：
1. 主反应：C2H4O+H2O=(CH2OH)2；
2. 副反应：(CH2OH)2+ C2H4O=C4H10O3；
3. 副反应：C4H10O3+C2H4O = C6H14O4。
环氧乙烷的水合反应可以在反应精馏塔中进行，具有不需要催化剂、转化率高、选择性高、工艺简单的优点。针对以上情况，本发明提出了一种利用环氧乙烷与羧酸水溶液中的水分在反应精馏塔中发生水合反应生成乙二醇，以除去羧酸水溶液中的大量水分，降低后续精馏分离的能耗的新型组合工艺，其是一种可行的羧酸脱水提纯的新途径。
发明内容
本发明针对传统工艺存在的不足，提出了一种基于环氧乙烷水合反应精馏分离羧酸的方法，其具有无需额外添加催化剂、反应速率快、转化率高、产品分离简单、产品纯度高、能耗低等特点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于环氧乙烷水合反应精馏分离羧酸的方法，其是以羧酸粗产品水溶液和环氧乙烷为原料，利用环氧乙烷能与水发生水合反应，消耗羧酸粗产品水溶液中的水分，再经精馏分离获得羧酸纯品；其具体包括如下步骤：
1）将羧酸粗产品水溶液从反应精馏塔的反应段上部进料，将环氧乙烷从反应精馏塔的反应段下部进料；
2）在反应精馏塔内，于0.8~1.2 Mpa压力下进行水合反应生成乙二醇，然后从塔底连续采出羧酸、乙二醇、少量水和其他副产物，塔顶采用全回流操作；
3）将反应精馏塔塔底的采出液送入精制塔进行精馏提纯，从塔顶连续采出含有少量水的羧酸纯品，塔底连续采出副产品粗乙二醇。
其中，环氧乙烷的进料量与羧酸粗产品水溶液中水的摩尔比为1：1.1。
反应精馏塔中反应段的理论塔板数为8~10块，提馏段的理论塔板数为2~4块。
精制塔中精馏段的理论塔板数为3~6块，提馏段的理论塔板数为3~6块；精制塔的回流比为0.5~1.5。
本发明的优点和积极效果是：
（1）本发明在反应精馏塔中利用环氧丙烷的水合反应除去羧酸粗产品中的大量水分，在反应精馏塔塔顶进行全回流，并将反应精馏塔塔底的采出液进入精制塔，在精制塔中通过精馏获得高纯度、低含水量的羧酸产品和副产品乙二醇，具有无需额外添加催化剂、反应速率快、转化率高、产品分离简单、产品纯度高、能耗低等特点。
（2）本发明通过反应精馏塔和普通精馏塔的结合使用，实现了环氧乙烷反应精馏水合和羧酸粗产品精馏提纯的连续化生产。通过环氧乙烷水合反应除去羧酸粗产品中的水分，可以降低精馏分离过程中因需要蒸发大量水分带来的巨大能耗，同时降低了分离的难度。此外，精制塔塔底得到的粗乙二醇经过进一步提纯可得到精乙二醇，其可用做化工原料。因此，本发明在实现羧酸粗产品精馏提纯的节能，及提升综合经济效应方面具有较大贡献。
（3）较传统的直接精馏脱水工艺，本发明可以大幅度降低能耗并提升经济效益，是一种符合绿色化学发展趋势的新型技术。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
所用反应精馏塔为填料塔，其反应段和提馏段的理论塔板数为8块和4块。
所用精制塔为填料塔，其精馏段的理论塔板数为3块，提馏段的理论塔板数为3块。
环氧乙烷的进料量与羧酸粗产品水溶液中水的摩尔比为1：1.1；所述羧酸包括但不限于甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸。
实施例1
将浓度为20%的乙酸粗产品水溶液从反应精馏塔反应段上进料口连续进料，将环氧乙烷从反应精馏塔反应段下进料口连续进料，反应精馏塔操作压力为1 Mpa，使乙酸粗产品水溶液中的水与环氧乙烷在反应段进行水合反应，生成乙二醇及少量二乙二醇和三乙二醇。反应精馏塔塔顶温度为179~181℃，塔底温度为220~224℃，塔顶进行全回流，塔底连续采出羧酸、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇及少量的水。塔底采出液连续进入精制塔进一步精馏提纯，精制塔在常压下操作，回流比为1.2，塔顶温度为112~114℃，塔底温度为195~197℃，从精制塔塔顶连续采出乙酸纯品，塔底连续采出含有少量二乙二醇及三乙二醇的粗乙二醇。
经检测，反应精馏塔中环氧乙烷水合转化率≥99%，乙二醇选择性≥90%，精制塔塔顶乙酸含量≥80%。
实施例2
将浓度为40%的丁酸粗产品水溶液从反应精馏塔反应段上进料口连续进料，将环氧乙烷从反应精馏塔反应段下进料口连续进料，反应精馏塔操作压力为1 Mpa，使丁酸粗产品水溶液中的水与环氧乙烷在反应段进行水合反应，生成乙二醇及少量二乙二醇和三乙二醇。反应精馏塔塔顶温度为180~182℃，塔底温度为200~202℃，塔顶进行全回流，塔底连续采出丁酸、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇及少量的水。塔底采出液连续进入精制塔进一步精馏提纯，精制塔在常压下操作，回流比为1.5，塔顶温度为125~127℃，塔底温度为195~197℃，从精制塔塔顶连续采出丁酸纯品，塔底连续采出含有少量二乙二醇及三乙二醇的粗乙二醇。
经检测，反应精馏塔中环氧乙烷水合转化率≥99%，乙二醇选择性≥90%，精制塔塔顶丁酸含量≥90%。
实施例3
将浓度为60%的甲酸粗产品水溶液从反应精馏塔反应段上进料口连续进料，将环氧乙烷从反应精馏塔反应段下进料口连续进料，反应精馏塔操作压力为1 Mpa，使甲酸粗产品水溶液中的水与环氧乙烷在反应段进行水合反应，生成乙二醇及少量二乙二醇和三乙二醇。反应精馏塔塔顶温度为185~186℃，塔底温度为196~198℃，塔顶进行全回流，塔底连续采出甲酸、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇及少量的水。塔底采出液连续进入精制塔进一步精馏提纯，精制塔在常压下操作，回流比为0.8，塔顶温度为99~101℃，塔底温度为195~197℃，从精制塔塔顶连续采出甲酸纯品，塔底连续采出含有少量二乙二醇及三乙二醇的粗乙二醇。
经检测，反应精馏塔中环氧乙烷水合转化率≥99%，乙二醇选择性≥90%，精制塔塔顶甲酸含量≥90%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种基于环氧乙烷水合反应精馏分离羧酸的方法，是以羧酸粗产品水溶液和环氧乙烷为原料，利用环氧乙烷能与水发生水合反应，消耗羧酸粗产品水溶液中的水分，再经精馏提纯获得羧酸纯品，其特征在于：其具体是将羧酸粗产品水溶液从反应精馏塔上部进料，将环氧乙烷从反应精馏塔下部进料，经水合反应后，将从反应精馏塔塔底连续采出的采出液送入精制塔进行精馏提纯，最终从精制塔塔顶连续采出羧酸纯品；
反应精馏塔包括反应段和提馏段，其中，反应段的理论塔板数为8~10块，提馏段的理论塔板数为2~4块；
反应精馏塔采用加压操作，其压力为0.8~1.2 Mpa，塔顶全回流；
精制塔包括精馏段和提馏段，其中，精馏段的理论塔板数为3~6块，提馏段的理论塔板数为3~6块；
精制塔的回流比为0.5~1.5。
2.根据权利要求1所述基于环氧乙烷水合反应精馏分离羧酸的方法，其特征在于：环氧乙烷的进料量与羧酸粗产品水溶液中水的摩尔比为1：1.1。
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| CN106146299A (zh) * | 2015-04-13 | 2016-11-23 | 中国石油化工股份有限公司 | 生产乙酸酯和乙二醇的方法 |
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