CN1757627A - 甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺中反应热平衡调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺中反应热平衡调节方法，用甲醇和一氧化碳合成生产醋酸的工艺路线中，通过一循环母液泵将低于反应温度的闪蒸母液作为循环物料来平衡合成反应器的热量，其特征在于，在循环母液泵之后，设置一个热交换器，将循环母液的温度从124℃～126℃降到80℃～110℃，通过降低循环母液的温度来平衡反应系统的反应热。本发明方法与反应器外循环热交换法相比，避免了高温下的催化剂在热交换器中由于一氧化碳不足而产生沉淀，同时也避免循环泵在高温介质下的腐蚀。
Description
发明所属领域
本发明属于有机合成化工领域。
背景技术
甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺自1970年11月18日投产以来，现已成为世界醋酸生产的主要方法。该方法是以碘化铑为催化剂，碘甲烷为助催化剂，在2.8～3.0MPa，175℃～185℃下实现甲醇与一氧化碳合成醋酸。
甲醇和一氧化碳合成醋酸是一个放热反应。
Monsanto工艺中反应热的导出，是通过用20倍于甲醇加入量、低于反应温度的循环物料来平衡的，循环物料中最多的组分是闪蒸母液。175℃～185℃的反应液进入闪蒸器后，分为气-液两相，液相称为母液。由于部分汽化带出热量，母液温度下降到124℃～126℃，低于合成反应的185℃，它返回反应器可以平衡绝大部分的反应热。从蒸馏塔返回的部分物料，以及新加入的甲醇，它们的温度都低于185℃，也可用来平衡一部分反应热量。通过上述方法可以保持反应器温度的稳定。因此采用大量的循环物料和利用闪蒸降温是Monsanto醋酸工艺的特色，也是其平衡反应器热量的方法。
图1描述了Monsanto工艺中反应系统的温度分布。
随着羰基合成工艺技术的进步，国内外生产企业和公司在原有Monsanto工艺上进行了一些改进，其一是降低配比中的水含量，由15％(wt％)的水含量降低到10％～12％。水含量下降后，有利于闪蒸率(闪蒸气相质量/闪蒸后液相质量)的提高，同时增加通过气相取出粗醋酸的量，结果是可以提高装置的生产能力。当相应增加甲醇投入量以平衡系统物衡时，实际就是减少了循环物料量与甲醇投入量之比。由于反应量的加大，循环物料量的减少，就导致反应器中热量的不平衡，必须导出一部分热量。
新近出现的一些羰基合成醋酸的工艺，例如中国发明专利(ZL92108244.4)采用反应-转化-闪蒸-蒸发的工艺流程，在反应器后增加一个转化器，使反应液中催化活性络合物[Rh(CO)2I2]-转化为[Rh(CO)I5]2-、[Rh(CO)I4]-等多碘羰基络合物，因此可以采用闪蒸加蒸发的方法取出粗产品。增加蒸发过程，可以取出更多的醋酸，因而可以增加甲醇投入量以提高产量，同时也降低了循环物料量与甲醇投入量之比，但这将引起反应器中热量的不平衡。
利用负载型催化剂进行的低压羰基合成醋酸工艺中，由于催化剂不进入蒸发系统，因而取出粗产品完全不受闪蒸工艺的限制，可以采用闪蒸-蒸发工艺。其循环物料量可明显下降，因而一定存在反应器中热量导出问题。
对于利用铱-铼络合物为催化剂的羰基合成工艺，可以进一步将水含量降低到5％～6％，其循环物料量与甲醇投入量之比也较小，因此同样将引起反应器中热量的不平衡。
通常采用的方法是在反应器外加一个其入口和出口都与其自身相通的外循环热交换器，以便将一部分反应热导出，但因为反应器处于高温状态，一方面易使高温下的催化剂在热交换器中由于一氧化碳不足而产生沉淀，另一方面也易使循环泵在高温介质下的腐蚀。
发明内容
本发明的目的，是设计一种更为良好的热量平衡方法，使之能克服现有技术的以上缺点。
本发明的目的是通过如下的手段实现的。
甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺中反应热平衡调节方法，用甲醇和一氧化碳合成生产醋酸的工艺中，通过一循环母液泵将低于反应温度的闪蒸母液作为循环物料来平衡合成反应器的热量，在循环母液泵之后，设置一个热交换器，将循环母液的温度从124℃～126℃降到80℃～110℃，通过降低循环母液的温度来平衡反应系统的反应热。
本发明方法与反应器外循环热交换法相比，避免了高温下的催化剂在热交换器中由于一氧化碳不足而产生沉淀，同时也避免循环泵在高温介质下的腐蚀。
热交换器可以是单程式列管热交换器、双程浮头式热交换器或U型管热交换器。由于母液走管程，因此换热器管程材质应耐母液的腐蚀，采用锆、Hastelloy B3管材制成。换热介质应采用软水。同时，在换热器的入口处，应增加一氧化碳的支线。
附图说明如下。
图1为Monsanto工艺中反应系统的温度分布图。
图2：本发明方法用于中国发明专利(ZL92108244.4)工艺的流程。
图3：本发明方法用于Monsanto工艺、铱催化剂工艺和负载型催化剂工艺的流程。
具体实施方式
在中国发明专利(ZL92108244.4)工艺的流程中，本发明方法采用图2中的工艺：图中，1为反应器，2为转化釜，3为闪蒸-蒸发器，4为分离器，5为冷凝器，6为母液热交换器，7为母液循环泵。一氧化碳和甲醇在反应器和转化釜内完成羰基合成反应后进入闪蒸-蒸发器，由于闪蒸作用发生汽液分离。含有催化剂的闪蒸液相用母液循环泵返回反应器，在母液循环泵和反应器之间，用母液热交换器降低母液温度，以调节反应器的热平衡。母液热交换器可以是单程式列管热交换器、双程浮头式热交换器或U型管热交换器。由于母液走管程，因此换热器管程材质应耐母液的腐蚀，采用锆、Hastelloy B3管材制成。换热介质应采用软水。为了避免催化剂的沉淀，在母液热交换器入口管线上有一添加一氧化碳的支线。
在Monsanto工艺、铱催化剂工艺和负载型催化剂工艺的流程中，本发明采用图3中的工艺：一氧化碳和甲醇在反应器中完成羰基合成反应后进入闪蒸器8，由于闪蒸作用发生汽液分离。闪蒸液相用母液循环泵返回反应器，在母液循环泵和反应器之间，母液热交换器降低母液温度，以调节反应器的热平衡。为了避免催化剂的沉淀，在母液热交换器入口管线上有一添加一氧化碳的支线。
实施例1
500kmol/h的一氧化碳、310kmol/h的甲醇和3220kmol/h的循环母液在反应器和转化釜中进行羰基合成醋酸反应，反应结束后物料以186℃进入闪蒸-蒸发器，在其中进行汽液分离。在闪蒸-蒸发器的液相出口处，含有催化剂等的闪蒸液相温度为124℃，经过母液热交换器降温至106℃后返回反应器。
实施例2
270kmol/h的一氧化碳、210kmol/h的甲醇和2225kmol/h的循环母液在反应器中进行羰基合成醋酸反应，反应结束后物料以185℃进入闪蒸器，在其中进行汽液分离。在闪蒸器的液相出口处，闪蒸液相温度为125℃，经过母液热交换器降温至100℃后返回反应器。
Claims (4)
1.甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺中反应热平衡调节方法，用甲醇和一氧化碳合成生产醋酸的工艺路线中，通过一循环母液泵将低于反应温度的闪蒸母液作为循环物料来平衡合成反应器的热量，其特征在于，在循环母液泵之后，设置一个热交换器，将循环母液的温度从124℃～126℃降到80℃～110℃，通过降低循环母液的温度来平衡反应系统的反应热。
2.根据权利要求1所述之甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺中反应热平衡调节方法，其特征在于换热器冷却介质选用软水，循环母液走管内，冷却介质走管壳之间。
3.根据权利要求2所述之甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺中反应热平衡调节方法，其特征在于，所述换热器可为单程列管式热交换器、双程浮头式热交换器或U型管热交换器。
4.根据权利要求1所述之甲醇低压液相羰基合成醋酸工艺中反应热平衡调节方法，其特征在于，在所述换热器的入口设置一一氧化碳供气支线，防止或溶解催化剂沉淀。
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