CN111233627A - 一种丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置 - Google Patents

一种丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化工制醇技术领域，公开一种丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置，方法包括以下步骤：将氢气通入循环降膜汽化器中，且将丙酮经过丙酮预热器预热后通入循环降膜汽化器中，氢气和丙酮在循环降膜汽化器中受热汽化形成气液混合物；将混合物通向气液分离器中，气液分离器分离出气态混合物和液态混合物；液态混合物输送至循环降膜汽化器中，气态混合物经过若干过热器后，通入设有催化剂的加氢反应器中；氢气和丙酮的混合气在加氢反应器中反应生成异丙醇并释放热量；异丙醇经过过热器，和/或循环降膜汽化器，和/或丙酮预热器输送至水冷器中冷却。本发明的优点在于丙酮加氢生产异丙醇的方法，制备效率高、能源利用率高、能防止物料结焦，成本低。

Description

一种丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置
技术领域
本发明涉及化工制醇技术领域，尤其涉及一种丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置。
背景技术
异丙醇俗称火酒，常温常压下是一种无色有强烈气味的可燃液体，它可应用于电子清洗剂行业，如：PCB线路板清洗、电子元器件清洗、硅片抛光、太阳能电池片及光学精密仪器等的清洗；它也是重要的化工产品和原料，广泛应用于制药、化妆品、塑料、香料、涂料等产品中。
目前,工业上异丙醇的生产方法主要是丙烯水合法和丙酮加氢法。丙烯水合法可分为丙烯间接水合法和丙烯直接水合法两种，但由于其原料价格市场不稳定，目前多数丙烯法生产异丙醇均处于亏损局面。工业上的丙酮几乎皆由异丙苯过氧化法获得(与苯酚联产)，由于苯酚的需要量增加，联产出大量的丙酮，导致丙酮过量，使得丙酮的价格低于异丙醇的价格，目前丙酮加氢法较丙烯水合法存在较大价格优势，丙酮加氢法生产异丙醇技术成熟，产品质量稳定可控。
该反应可产生大量热量，但没有得到很好的利回收利用，造成了能源浪费。
针对现有生产异丙醇的方法和装置存在的上述不足，需要设计一种高效、节能、成本低的丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种高效、节能、防止物料结焦、成本低的丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，包括以下步骤：
S1、将氢气通入循环降膜汽化器中，且将丙酮经过丙酮预热器预热后通入循环降膜汽化器中，氢气和丙酮在循环降膜汽化器中受热汽化形成气液混合物；
S2、将混合物通向气液分离器中，气液分离器分离出气态混合物和液态混合物；液态混合物输送至循环降膜汽化器中，气态混合物经过若干过热器后，通入设有催化剂的加氢反应器中；氢气和丙酮的混合气在加氢反应器中反应生成异丙醇并释放热量；
S3、异丙醇经过所述过热器，和/或所述循环降膜汽化器，和/或所述丙酮预热器输送至水冷器中冷却。
进一步地，所述加氢反应器中的异丙醇经过加氢反应器的出口排出；
当所述出口的温度低于预设温度时，异丙醇依次经过循环降膜汽化器和丙酮预热器后，排至水冷器中冷却；
当所述出口的温度达到预设温度时，异丙醇依次经过过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器后，排至水冷器中冷却。
进一步地，所述过热器包括一级过热器和二级过热器；在步骤S2中，气态混合物依次经过一级过热器和二级过热器后输送至加氢反应器中；
当所述出口的温度达到预设温度时，加氢反应器中排出的异丙醇经过一级过热器排至循环降膜汽化器。
进一步地，所述加氢反应器中生成的异丙醇和加氢反应器中的氢气形成排出物，排出物从所述出口排出；
所述一级过热器可吸收所述排出物的热量，所述循环降膜汽化器可吸收所述排出物的热量，所述丙酮预热器可吸收所述排出物的热量。
进一步地，所述排出物经过一级过热器和/或循环降膜汽化器、丙酮预热器输送至水冷器中冷却，冷却后的排出物输送至高压分离罐中进行分离；高压分离罐分离出异丙醇输送至下一级工序，分离出氢气经过所述循环压缩机输送至循环降膜汽化器的顶部。
进一步地，在步骤S2中，所述气液分离器分离出的液态混合物经过降膜循环泵输送至循环降膜汽化器的顶部。
进一步地，在步骤S1中，氢气通过所述循环压缩机输送至循环降膜汽化器中，且丙酮通过进料泵输送至丙酮预热器中。
进一步地，在所述加氢反应器上连接有汽包，所述加氢反应器中设有用于吸收加氢反应器中反应所释放热量的冷却水；所述冷却水吸收反应所释放热量后，排至所述汽包中进行气液分离，汽包中的气态水输送至其他工序，汽包中的液态水输送至加氢反应器中。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，还提出一种用于丙酮加氢生产异丙醇的装置，包括：
水冷器和依次连通的丙酮预热器、循环降膜汽化器、气液分离器、一级过热器、第二过热器和加氢反应器；
所述丙酮预热器可用于预热丙酮；所述循环降膜汽化器可用于汽化丙酮，并将氢气和丙酮混合形成混合物；所述气液分离器可用于将所述混合物分离成气态混合物和液态混合物；所述一级过热器和第二过热器可用于加热所述气态混合物；所述丙酮和氢气在所述加氢反应器发生反应生成异丙醇并释放热量；
所述水冷器可用于冷却异丙醇；所述加氢反应器中的异丙醇可经过一级过热器和/或循环降膜汽化器、丙酮预热器输送至所述水冷器中；且所述一级过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器可吸收加氢反应器中所释放出的热量。
进一步地，还包括汽包、高压分离罐和循环压缩机；
所述循环压缩机用于将氢气输送至循环降膜汽化器中；所述高压分离罐与水冷器以及循环压缩机均连通，用于将加氢反应器中的排出物中含有的异丙醇和氢气分离；
所述汽包与所述加氢反应器连通，所述加氢反应器的壳侧设有冷却水，所述加氢反应器中的冷却水吸收热量后汽化并在汽包实现气液相分离。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明中，根据加氢工艺和酮类的特定，使用先汽化后过热的流程，合理优化了反应初期末期的换热；氢气和丙酮在加氢反应器中在催化剂的作用下，反应生成异丙醇并且产生大量的热量，在输出异丙醇时，会夹带一些氢气一起输出，而本装置中，通过一级过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器对反应产生的热量实现三级余热吸收、利用；且在反应初期，由于加氢反应器的出口温度不高，所以控制加氢反应器的排出物不经过一级过热器，直接通向循环降膜汽化器和丙酮预热器实现二级余热吸收；随着反应的进行，加氢反应器的出口温度逐渐升高，逐渐开启加氢反应器通向一级过热器的阀，排出物经过一级过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器实现三级余热吸收，控制便捷，且能源利用率高，进一步降低生产异丙醇的成本。氢气和丙酮通入循环降膜汽化器中混合受热汽化后，在输送至气液分离器中，将液态的混合物分离出来，通过降膜循环泵输送至循环降膜汽化器中，既防止了雾沫夹带，又极大的降低了物料结焦，进而提高了原料的利用率。在经过水冷器后的异丙醇和氢气的混合物，排至高压分离罐中，高压分离罐将分离出的异丙醇输送至下一工序，进行异丙醇分离；高压分离罐将分离出的氢气排至循环压缩机，进一步利用原材料氢气，提高氢气利用率，防止氢气浪费；将诸如氮气之类的气体杂质排走，使其不进一步对化学反应造成影响。
附图说明
图1为本发明的丙酮加氢生产异丙醇装置的示意图；
图2为本发明气体和液体的流向示意图；
图3为本发明的丙酮加氢生产异丙醇的方法示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-3所示，一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，包括以下步骤：
S1、将氢气通入循环降膜汽化器中，且将丙酮经过丙酮预热器预热后通入循环降膜汽化器中，氢气和丙酮在循环降膜汽化器中受热汽化形成气液混合物；
S2、将混合物通向气液分离器中，气液分离器分离出气态混合物和液态混合物；液态混合物输送至循环降膜汽化器中，气态混合物经过若干过热器后，通入设有催化剂的加氢反应器中；氢气和丙酮的混合气在加氢反应器中反应生成异丙醇并释放热量；
S3、异丙醇经过所述过热器，和/或所述循环降膜汽化器，和/或所述丙酮预热器输送至水冷器中冷却。
具体地，在步骤S1中，氢气通过循环压缩机输送至循环降膜汽化器的顶部，丙酮通过进料泵输送至丙酮预热器后，在输送至循环降膜汽化器的顶部，以提高氢气和丙酮的进料效率，其中，丙酮经过丙酮预热器预热至50～80摄氏度；在循环压缩机的顶部，氢气和丙酮混合形成混合物，且随着混合物的下降，丙酮被汽化，丙酮和氢气一同在循环降膜汽化器中在60～75摄氏度之间实现汽化，而丙酮汽化需要吸收热量，该热量来自加氢反应器中氢气和丙酮反应所释放的热量，以减少能源消耗，也充分利用其反应产热。
在步骤S2中，在循环降膜汽化器上连接一个高效的气液分离器，从循环降膜汽化器输送至气液分离器中的混合物，在气液分离器中进行分离，所述气液分离器分离出的气态混合物输送至一级过热器；所述气液分离器分离出的液态混合物经过降膜循环泵输送至循环降膜汽化器的顶部，一方面，可防止液体的混合物进入一级过热器中，既防止雾沫夹带，又降低了物料结焦，进而提高了原料利用率；另一方面，液态的混合物又被输送至循环降膜汽化器中，充分利用原材料，不造成原材料的浪费。需要解释的是，循环降膜汽化器的作用主要是使氢气和丙酮混合物进行降膜蒸发工艺，而降膜蒸发指的是将料液自降膜蒸发器加热室上管箱加入，经液体分布及成膜装置，均匀分配到各换热管内，并沿换热管内壁呈均匀膜状流下。
优选地，所述加氢反应器中的异丙醇经过加氢反应器的出口排出；当所述出口的温度低于预设温度时，异丙醇依次经过循环降膜汽化器和丙酮预热器后，排至水冷器中冷却；即，此时加氢反应器中的氢气和丙酮处于发生化学反应的初期，产生的热量并不多，所以加氢反应器的出口温度不高，此时排出的异丙醇(夹带有氢气)不经过一级过热器，直接排至循环降膜汽化器，防止一级过热器吸收热量，而造成后续的循环降膜汽化器和丙酮预热器的热量提供不足的情况，即此时的余热吸收主要用于循环降膜汽化器和丙酮预热器上。当所述出口的温度达到预设温度时，异丙醇依次经过过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器后，排至水冷器中冷却；即随着氢气和丙酮化学反应的逐步进行，产生的热量逐渐增多，加氢反应器的出口温度升高，达到预设值后，便可以逐渐开启控制排出物排至一级过热器的阀，使得排出物先经过一级过热器后在排至循环降膜汽化器中，也就是让一级过热器工作所需的热量通过吸收加氢反应生成的热量，此时的余热吸收主要用于一级过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器上，实现反应生成热的三级回收，使得反应产生的热量得到充分利用，其中，一级过热器可回收110～150摄氏度之间的高位余热。具体地为，所述加氢反应器中生成的异丙醇和加氢反应器中的氢气形成排出物，排出物从所述出口排出，排出物中还具有部分杂质气体；所述一级过热器可吸收所述排出物的热量，所述循环降膜汽化器可吸收所述排出物的热量，所述丙酮预热器可吸收所述排出物的热量，进而能实现三级余热吸收。需要解释的是，加氢反应器中设置有高活性的酮系催化剂，在催化剂的作用下，以及在110～150摄氏度的温度下，氢气和丙酮发生化学反应，生成异丙醇。
对于加氢反应的反应热的利用还体现在另一方面上，在所述加氢反应器上连接有汽包，所述加氢反应器中设有用于吸收加氢反应器中反应所释放热量的冷却水，且加氢反应热被水热虹吸移出，排至汽包中；即所述冷却水吸收反应所释放热量后，排至所述汽包中进行气液分离，汽包中分离出来的气态水输送至其他工序，供其他工序使用，汽包中分离出来的液态水输送至加氢反应器中，由于加氢反应器中的水会有部分变成水蒸气排走，其中水量会逐渐减少，需要定期在加氢反应器中补充水。而且，由于汽包中的温度与压强有关，可以通过控制汽包压力来控制移热的水温，进而也可实现对催化反应温度的精确控制。
在方案中，所述过热器包括一级过热器和二级过热器；在步骤S2中，气态混合物依次经过一级过热器和二级过热器后输送至加氢反应器中；混合器经过一级过热器加热后，输送至二级过热器，在二级过热器中加热使温度达到反应需要的温度。
优选地，在水冷器上还连接有高压分离罐，所述排出物经过一级过热器和/或循环降膜汽化器、丙酮预热器输送至水冷器中冷却，在水冷器中冷却至40摄氏度，冷却后的排出物输送至高压分离罐中进行分离；高压分离罐分离出异丙醇输送至下一级工序(如：粗品去分离工序)，分离出氢气经过所述循环压缩机输送至循环降膜汽化器的顶部，来自上游工段0.8～1.5Mpa的新鲜氢气进入循环压缩机，与来自高压分离罐的氢气汇合。由于排出物中会夹带大量的氢气，高压分离罐将该氢气回收利用，提高原材料利用率，降低生产成本，高压分离罐可将例如氮气之类的杂质气体排出，避免其在进入反应系统中。
本方案还提出一种用于丙酮加氢生产异丙醇的装置，包括：
水冷器和依次连通的丙酮预热器、循环降膜汽化器、气液分离器、一级过热器、第二过热器和加氢反应器；
所述丙酮预热器可用于预热丙酮；所述循环降膜汽化器可用于汽化丙酮，并将氢气和丙酮混合形成混合物；所述气液分离器可用于将所述混合物分离成气态混合物和液态混合物；所述一级过热器和第二过热器可用于加热所述气态混合物；所述丙酮和氢气在所述加氢反应器发生反应生成异丙醇并释放热量；
所述水冷器可用于冷却异丙醇；所述加氢反应器中的异丙醇可经过一级过热器和/或循环降膜汽化器、丙酮预热器输送至所述水冷器中；且所述一级过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器可吸收加氢反应器中所释放出的热量。
其中，该装置还包括汽包、高压分离罐和循环压缩机；
所述循环压缩机用于将氢气输送至循环降膜汽化器中；所述高压分离罐与水冷器以及循环压缩机均连通，用于将加氢反应器中的排出物中含有的异丙醇和氢气分离；所述汽包与所述加氢反应器连通，所述加氢反应器壳侧设有冷却水，所述加氢反应器中的冷却水吸收热量后汽化并在汽包实现气液相分离。
本方案的丙酮加氢生产异丙醇的方法主要依靠本装置而实现，其过程和各器件功能，在上已经详细描述，在此不再冗述。
本方案的丙酮加氢生产异丙醇的方法及装置，制备异丙醇的效率高，且能源的利用率高，制造成本低。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将氢气通入循环降膜汽化器中，且将丙酮经过丙酮预热器预热后通入循环降膜汽化器中，氢气和丙酮在循环降膜汽化器中受热汽化形成气液混合物；
S2、将混合物通向气液分离器中，气液分离器分离出气态混合物和液态混合物；液态混合物输送至循环降膜汽化器中，气态混合物经过若干过热器后，通入设有催化剂的加氢反应器中；氢气和丙酮的混合气在加氢反应器中反应生成异丙醇并释放热量；
S3、异丙醇经过所述过热器，和/或所述循环降膜汽化器，和/或所述丙酮预热器输送至水冷器中冷却。
2.根据权利要求1所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，所述加氢反应器中的异丙醇经过加氢反应器的出口排出；
当所述出口的温度低于预设温度时，异丙醇依次经过循环降膜汽化器和丙酮预热器后，排至水冷器中冷却；
当所述出口的温度达到预设温度时，异丙醇依次经过过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器后，排至水冷器中冷却。
3.根据权利要求2所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，所述过热器包括一级过热器和二级过热器；在步骤S2中，气态混合物依次经过一级过热器和二级过热器后输送至加氢反应器中；
当所述出口的温度达到预设温度时，加氢反应器中排出的异丙醇经过一级过热器排至循环降膜汽化器。
4.根据权利要求3所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，所述加氢反应器中生成的异丙醇和加氢反应器中的氢气形成排出物，排出物从所述出口排出；
所述一级过热器可吸收所述排出物的热量，所述循环降膜汽化器可吸收所述排出物的热量，所述丙酮预热器可吸收所述排出物的热量。
5.根据权利要求4所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，所述排出物经过一级过热器和/或循环降膜汽化器、丙酮预热器输送至水冷器中冷却，冷却后的排出物输送至高压分离罐中进行分离；高压分离罐分离出异丙醇输送至下一级工序，分离出氢气经过所述循环压缩机输送至循环降膜汽化器的顶部。
6.根据权利要求1或5所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述气液分离器分离出的液态混合物经过降膜循环泵输送至循环降膜汽化器的顶部。
7.根据权利要求5所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，在步骤S1中，氢气通过所述循环压缩机输送至循环降膜汽化器中，且丙酮通过进料泵输送至丙酮预热器中。
8.根据权利要求1所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的方法，其特征在于，在所述加氢反应器上连接有汽包，所述加氢反应器中设有用于吸收加氢反应器中反应所释放热量的冷却水；所述冷却水吸收反应所释放热量后，排至所述汽包中进行气液分离，汽包中的气态水输送至其他工序，汽包中的液态水返回至加氢反应器中。
9.一种用于丙酮加氢生产异丙醇的装置，其特征在于，包括：
水冷器和依次连通的丙酮预热器、循环降膜汽化器、气液分离器、一级过热器、第二过热器和加氢反应器；
所述丙酮预热器可用于预热丙酮；所述循环降膜汽化器可用于汽化丙酮，并将氢气和丙酮混合形成混合物；所述气液分离器可用于将所述混合物分离成气态混合物和液态混合物；所述一级过热器和第二过热器可用于加热所述气态混合物；所述丙酮和氢气在所述加氢反应器发生反应生成异丙醇并释放热量；
所述水冷器可用于冷却异丙醇；所述加氢反应器中的异丙醇可经过一级过热器和/或循环降膜汽化器、丙酮预热器输送至所述水冷器中；且所述一级过热器、循环降膜汽化器和丙酮预热器可吸收加氢反应器中所释放出的热量。
10.根据权利要求9所述的一种丙酮加氢生产异丙醇的装置，其特征在于，还包括汽包、高压分离罐和循环压缩机；
所述循环压缩机用于将氢气输送至循环降膜汽化器中；所述高压分离罐与水冷器以及循环压缩机均连通，用于将加氢反应器中的排出物中含有的异丙醇和氢气分离；
所述汽包与所述加氢反应器连通，所述加氢反应器的壳侧设有冷却水，所述加氢反应器中的冷却水吸收热量后汽化并在汽包实现气液相分离。
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邓建平等: "基于异丙醇 /丙酮 /氢气化学热泵的研究进展", 《应用化工》 *

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