CN210736610U - 碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇制备系统 - Google Patents

Abstract

本专利申请提供了一种碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇制备系统。其制备系统组成包括水合反应器、催化蒸馏塔和叔丁醇精馏塔，水合反应器中进行碳四异丁烯组份水合反应，反应出料进入催化蒸馏塔反应段下部继续反应，塔精馏段连接有外补水管线，催化蒸馏塔塔釜管线分两支路，分别连接至本塔反应段上部和回送至水合反应器进料；催化蒸馏塔提馏段抽出侧线连接至叔丁醇精馏塔，叔丁醇精馏塔塔顶管线为叔丁醇出料管线，塔釜连接排水管线。本实用新型的解决了现有异丁烯水合转化率低、工艺和流程复杂、能源高的技术问题，无需添加料提高异丁转化率，并具有水合工艺简单、流程短、能耗低、产品指标优异、工艺环保的技术优点。

Description

碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇制备系统

技术领域

本专利申请涉及石油化工领域中叔丁醇制备系统，尤其涉及混合碳四的异丁烯组份水合制备叔丁醇制备系统。

背景技术

异丁烯水合是一种重要的有机水合反应。叔丁醇是重要的有机化工原料和溶剂之一，在药物合成、橡胶合成、涂料、染料、香料和农药等行业有着广泛的用途。叔丁醇主要是通过异丁烯水合反应的生产工艺获得。

异丁烯水合反应制取叔丁醇属酸催化反应。现有的叔丁醇生产工艺方法主要有硫酸水合法和离子交换树脂水合法两种。硫酸水合法较为传统，其方法是使用硫酸使异丁烯酯化，再水解生产叔丁醇，其优点是转化率高，不足是流程长、能耗大、设备腐蚀严重，并产生大量废酸，因此已逐渐被淘汰，取而代之的是70年代发展起来的离子树脂水合法。离子树脂水合法虽流程较前者简单、三废排放少、基本无设备腐蚀问题，但普遍存在异丁烯转化率较低的技术问题。直到现在，离子树脂水合法一直是国内外叔丁醇生产的最主要方法。

多年来，技术人员在提高离子树脂水合法的异丁烯转化率和选择性方面开展了许多研究工作。如专利CN1511814A公开了一种制备叔丁醇的方法，其方法是在水合中增加粘均分子量为200～800的聚醚类非离子型表面活性剂。但这种非离子型表面活性剂“混迹”水中，采用水循环工艺就会很快堵塞催化剂孔道，影响催化剂使用寿命，若不实施水循环利用，水资源则耗费巨大，而且还存在水净化处理困难的技术问题。

USP4982022公开了一种催化蒸馏水合制叔丁醇的方法，是通过在催化蒸馏塔反应段上部外进一定量水来提高异丁烯的转化率，但是外加水和碳四的混合很差，导致不可避免存在丁烯聚合问题。

专利CN208562191公开了一种异丁烯水合制备叔丁醇的装置，其方案设有串联的三个反应器和一碳四分馏塔，其中碳四分馏塔塔釜物料一部分返回第一反应器做增溶剂使用，该方法存在碳四分馏塔塔釜物料返回导致整套系统负荷增大，返回的叔丁醇浓度过高，破坏了反应平衡而影响转化率，异丁烯总转化率不理想，同时为了保证异丁烯转化率，其反应器、管线及辅助装置过多、流程长、运行管理复杂。

发明内容

本专利申请的发明目的在于避开外加增溶剂来提高异丁烯转化率的方法，以及由此产生高能耗反应运行的技术问题，提供一种全面简化工艺、缩短制备流程、简化系统构造、并大幅度减少工艺废水的碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇制备系统。

本专利申请提供的碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇制备系统技术方案，其主要技术内容是：一种碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇的制备系统，其系统组成包括水合反应器、催化蒸馏塔和叔丁醇精馏塔，水合反应器的反应出料管线连接至催化蒸馏塔反应段下部，催化蒸馏塔塔顶连接剩余碳四输出管线，塔精馏段连接有外补水管线，塔釜管线分两支路，一为补充支路连接至本塔反应段上部，另一为循环支路进料回送至水合反应器；催化蒸馏塔提馏段抽出侧线连接至叔丁醇精馏塔，叔丁醇精馏塔塔顶管线为叔丁醇出料管线，塔釜连接排水管线。

上述整体技术方案的之一优选技术手段，水合反应器为并流反应器，混合碳四和原料水经混合器混合，连接进入水合反应器顶部进料管，循环支路回送至混合器进料端。

上述整体技术方案的之一优选技术手段，水合反应器为逆流反应器，水合反应器的催化剂下部连接有混合碳四管线，水合反应器上部于原料水与混合碳四分层段的水相层处连接有原料水管线，循环支路回送连接至水合反应器催化剂最上部。

本专利申请公开的碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇的制备系统技术方案，具有水合工艺简单、流程短、能耗低、产品指标优异、工艺环保的技术优点。制备系统由水合反应器、催化蒸馏塔、叔丁醇精馏塔串联组成，反应器出料中剩余异丁烯继续水合反应生成叔丁醇，并于塔内完成碳四与叔丁醇水溶液分离，在叔丁醇精馏塔完成叔丁醇的提取，其中，催化蒸馏塔精馏段接受外来补水，是于催化蒸馏塔耦合叔丁醇水萃取工艺，降低碳四产品中叔丁醇的含量，提高碳四产品的质量，同时利用外来补水打破异丁烯水合反应平衡，使异丁烯深度转化，提高异丁烯转化率；再者，叔丁醇精馏塔进料来自于催化蒸馏塔提馏段抽出侧线，充分利用了提馏段叔丁醇和水共沸形成叔丁醇富集区，从而大幅度降低叔丁醇精馏塔作业负荷，减少了叔丁醇精馏塔进料量，从而有效降低运行能耗；其三，从催化蒸馏塔塔釜引出管线，一部分引至水合反应器进料、一部分引至催化蒸馏塔反应段上部，因由此引出的叔丁醇水溶液的叔丁醇含量低，只有2%～4%，温度较高，其乳化的比较好，叔丁醇的叔丁基为亲油基、羟基为亲水基，能够有效改善原料水与碳四互溶度，增大异丁烯和原料水接触，提高异丁烯的转化率，同时避免副反应的发生，抑制二聚物和多聚物杂质的生成，循环水中不含有副反应生成的聚合物，因而解决了水循环利用中因聚合物的存在堵塞催化剂的技术问题，有效延长了催化剂的使用周期，实现了水资源可靠循环运行、减少了水资源消耗；其四，叔丁醇精馏塔塔釜排水管线的排水既可以作为原料水的补充循环利用，多余的部分还易于净化处理、环保排放，本技术方案于水合反应器的异丁烯转化率可达75%以上，再经催化蒸馏塔，异丁烯的转化率可进一步提升达到90%以上。因此，进一步减少了水资料消耗，具有水资源环保排放的技术优点。

附图说明

图1和图2分别为本专利申请制备系统的两实施构成图。

具体实施方式

本申请公开的碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇的制备系统，其系统组成包括水合反应器3、催化蒸馏塔4和叔丁醇精馏塔5。在本实施例中，水合反应器3采用固定反应床，内部填装强酸型树脂催化剂，如丹东明珠特种树脂有限公司生产的DT-012型催化剂或DT-017树脂催化剂。催化蒸馏塔4填装有模块化催化剂。具体如选用丹东明珠特种树脂有限公司的CDM-142型模块，模块内装填DT-012型催化剂或DT-017树脂催化剂。

图1所示的是混合碳四和原料水并流进料的水合反应连接结构，含有异丁烯的混合碳四管线1、原料水管线2经混合器12混合后，预热到水合反应器3反应温度，送入水合反应器3，原料水包括后面所述的外补水最好为去盐水。水合反应器3的反应条件为：原料进口温度50℃～60℃、压力0.8～2.0Mpa、碳四空速为0.2～0.6h^～1、去盐水与碳四的体积比为（1～2）:1。在催化剂的作用下，碳四的异丁烯水合生成叔丁醇。

水合反应器3的反应出料管线13连接至催化蒸馏塔4的反应段最下部。催化蒸馏塔4塔顶连接剩余碳四输出管线8。催化蒸馏塔4塔釜管线分两路，一为补充支路7连接至本塔反应段最上部，另一为循环支路6回送至的混合器12进料端，催化蒸馏塔4精馏段连接有外补水管线11。催化蒸馏塔4的工艺运行条件为：压力0.6～0.8Mpa、回流比（1～2）:1，塔顶温度为55℃～65℃，循环支路6的循回量与碳四进料的体积比为（0.2～0.4）:1，由催化蒸馏塔4塔釜引出的叔丁醇水溶液，其叔丁醇含量低，浓度只有2%～4%，并伴随着较高温度，其乳化的比较好，叔丁醇的亲油叔丁基和亲水羟基能够极大的改善原料水与碳四互溶度，从而增强异丁烯和原料水接触性能，促进异丁烯反应、提高异丁烯转化率，同时避免副反应的发生、抑制二聚物和多聚物杂质的生成，使循环支路6的循回水和补充支路7的补充水不含有副反应聚合物产物，保证了水循回使用不再因聚合物的存在堵塞催化剂，有效延长了催化剂的使用周期，减少了水资源额外消耗。外补水管线11的去盐水量与碳四进料量的体积比为（0.5～1）:1。外来补水进入催化蒸馏塔4精馏段，相当于在催化蒸馏塔中耦合有叔丁醇水萃取工艺，从而降低碳四产品中叔丁醇的含量，提高碳四产品的质量，更重要的是，利用外来补水打破异丁烯水合反应平衡，促使异丁烯深度转化，从而提高异丁烯转化率。

催化蒸馏塔4提馏段抽出侧线14连接至叔丁醇精馏塔5。叔丁醇精馏塔4的运行条件为：常压、回流比（1～3）:1，塔顶温度为85℃～90℃，其塔顶管线9为叔丁醇出料管线，塔釜连接排水管线10。

图2所示的是混合碳四和原料水以逆流法进料的水合反应连接结构，催化蒸馏塔4和叔丁醇精馏塔5的系统结构与图1相同。含有异丁烯的混合碳四管线1连接至水合反应器3催化剂下部，原料水管线2连接至水合反应器3上部水与碳四分层段的水相层处，原料水包括后面所述的外补水最好为去盐水。水合反应器3中最好装填耐温型强酸树脂催化剂，如丹东明珠特种树脂有限公司生产的DT～017型催化剂。水合反应器3的反应条件为：催化剂床层温度70℃～80℃、压力0.8～2.0Mpa、碳四空速为0.2～0.6h^～1、去盐水与碳四的进料体积比为1～2:1。

水合反应器3反应出料由反应出料管线13连接至催化蒸馏塔4反应段最下部，按工艺条件：压力0.6～0.8Mpa、回流比1～2:1、塔顶温度为55℃～65℃，在催化蒸馏塔4中继续反应。催化蒸馏塔4填装有模块化催化剂，具体如选用丹东明珠特种树脂有限公司的CDM～142型模块，模块内最好装填耐温型强酸催化剂，如丹东明珠特种树脂有限公司生产的DT～017型耐温型强酸催化剂。

催化蒸馏塔4塔顶连接剩余碳四输出管线8，塔釜管线分两路，一为补充支路7连接至本塔反应段最上部，另一为循环支路6回送至水合反应器3的催化剂最上部，循环支路6的循回量与碳四进料的体积比为（0.2～0.4）:1；由催化蒸馏塔4塔釜引出的叔丁醇水溶液，其叔丁醇含量低，浓度只有2%～4%，并伴随着较高温度，其乳化的比较好，叔丁醇的亲油叔丁基和亲水羟基能够极大的改善原料水与碳四互溶度，从而增强异丁烯和原料水接触性能，促进异丁烯反应、提高异丁烯转化率，同时避免副反应的发生、抑制二聚物和多聚物杂质的生成，使循环支路6的循回水和补充支路7的补充水不含有副反应聚合物产物，保证了水循回使用不再因聚合物的存在堵塞催化剂，有效延长了催化剂的使用周期，减少了水资源额外消耗。催化蒸馏塔4精馏段连接有外补水管线11，外补水管线11的去盐水与碳四进料的体积比为（0.5～1）:1。外来补水进入催化蒸馏塔4精馏段，相当于在催化蒸馏塔中耦合有叔丁醇水萃取工艺，从而降低碳四产品中叔丁醇的含量，提高碳四产品的质量，更重要的是，利用外来补水打破异丁烯水合反应平衡，促使异丁烯深度转化，从而提高异丁烯转化率。

催化蒸馏塔4提馏段抽出侧线14连接至叔丁醇精馏塔5。叔丁醇精馏塔4的运行条件为：常压、回流比（1～3）:1，塔顶温度为85℃～90℃，其塔顶管线9为叔丁醇出料管线，塔釜连接排水管线10。

Claims (3)

1.一种碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇制备系统，其特征在于本系统组成包括水合反应器（3）、催化蒸馏塔（4）和叔丁醇精馏塔（5），水合反应器（3）的反应出料管线连接至催化蒸馏塔（4）反应段下部，催化蒸馏塔塔顶连接剩余碳四输出管线（8），塔精馏段连接有外补水管线（11），塔釜管线分两支路，一为补充支路（7）连接至本塔反应段上部，另一为循环支路（6）进料回送至水合反应器；催化蒸馏塔提馏段抽出侧线连接至叔丁醇精馏塔（5），叔丁醇精馏塔塔顶管线（9）为叔丁醇出料管线，塔釜连接排水管线（10）。

2.根据权利要求1所述的碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇的制备系统，其特征在于，水合反应器为并流反应器，混合碳四和原料水经混合器（12）混合，连接进入水合反应器顶部进料管，循环支路（6）回送至混合器进料端。

3.根据权利要求1所述的碳四异丁烯组份水合制备叔丁醇的制备系统，其特征在于，水合反应器为逆流反应器，水合反应器的催化剂下部连接有混合碳四管线（1），水合反应器上部于原料水与混合碳四分层段的水相层处连接有原料水管线（2），循环支路（6）回送连接至水合反应器催化剂最上部。

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