CN215102939U - 一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置；包括与煤制乙二醇系统相连的草酸酯进料槽，草酸酯进料槽与带负压引风单元的水解反应釜相连，水解反应釜的液相出口通过结晶干燥单元与草酸储罐相连；所述水解反应釜的进口与原料水罐相连；水解反应釜的外部设有第一换热夹套；具有结构简单、操作方便、流程设计合理、能耗低、设备购置成本和生产本低、后期维护强度低、不易发生副反应以及环境友好的优点。

Description

一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置

技术领域

本实用新型属于草酸制备技术领域，具体涉及一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置。

背景技术

草酸，又名乙二酸，最简单的有机二元酸之一。草酸是合成化学品的中间体或必要试剂，主要用于制备各种染料、萃取剂以及中间体等精细化工产品。此外，草酸也是提炼稀有金属的溶剂、染料还原剂及用于生产抗菌素和冰片等药物的原料，市场需求广泛。因此，研究和推动草酸的生产是非常必要的。

国内的企业多采用的是甲酸钠法和多糖氧化法生产草酸，但甲酸钠法受到工艺和环保因素制约，目前已经基本淘汰；淀粉氧化法采用采用玉米等粮食作物作为原料，且需要配套硝酸厂，成本和环保压力很大，基于成本、市场以及环保等方面考虑，该种制备方法也面临着淘汰。目前最具有发展前景的草酸生产方法是一氧化碳气相偶联法，该法主要分为两步:首先由原料一氧化碳与亚硝酸甲酯或亚硝酸乙酯在氧化偶联反应器中反应生成草酸酯，然后再经过水解反应生成草酸，整个生产过程中无其它杂质或催化剂添加,因此草酸产品纯度高,杂质少，上述方法原料是CO、O₂、甲醇和水,几乎不含硫酸根；但由于一氧化碳氧化羰化法制草酸反应复杂，流程长，投资大，不适合单独制备草酸，一直以来难以大规模工业化。近年来随着煤制乙二醇装置的大量投产，其副产的草酸酯产量越来越多，利用副产草酸酯水解制草酸越来越具有工业化前景。为了解决上述问题部分企业尝试利用水直接与草酸酯接触进行水解用于生产草酸酯，但现有的生产系统一般需要使用填料塔，其内部结构复杂，购置成本高，且在使用过程中需要使用填料无形中提高了维护难度，增加了生产成本；并且现有的生产系统普遍存在着能耗高、反应流程长、易发生副反应以及造成环境污染等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种结构简单、操作方便、流程设计合理、能耗低、设备购置成本和生产本低、后期维护强度低、不易发生副反应以及环境友好的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置及方法。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，包括与煤制乙二醇系统相连的草酸酯进料槽，草酸酯进料槽与带负压引风单元的水解反应釜相连，水解反应釜的液相出口通过结晶干燥单元与草酸储罐相连；

所述水解反应釜的进口与原料水罐相连；水解反应釜的外部设有第一换热夹套。

优选的，所述负压引风单元包括与水解反应釜气相出口相连的换热器，第一换热器与气液分离器相连，气液分离器的气相出口通过真空泵与尾气水洗塔的进气口相连。

优选的，所述气液分离器的液相进口与粗醇储罐相连。

优选的，所述尾气水洗塔的顶部设有气体外排管道，尾气水洗塔的上部设有水洗管道，尾气水洗塔的底部设有与原料水罐进口相连的回收水管道。

优选的，还包括脱盐水补充管道，脱盐水补充管道分别与水洗管道和回收水管道相连。

优选的，结晶干燥单元包括与水解反应釜的液相出口相连带第二换热夹套的冷却结晶器，冷却结晶器的底部出口通过冷凝器与固液分离器和干燥器相连，所述干燥器的固相出口与草酸储罐相连。

优选的，所述固液分离器的液相出口通过母液罐与水解反应釜的进口相连；所述干燥器的气相出口与尾气水洗塔的进气口相连。

优选的，所述水解反应釜内设有水解反应釜搅拌装置，冷却结晶器内设有冷却结晶器搅拌装置。

优选的，水解反应釜的液相出口和冷却结晶器之间设有第一调节阀，草酸酯进料槽和水解反应釜之间设有第二调节阀。

按照上述方案制成的一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，通过设置在水解反应釜上设置第一换热夹套以及负压引风单元能够有效的提高反应速度，同时避免甲醇/乙醇在直接蒸出并留存至水解反应釜内，从而影响反应速率以及造成副反应的发生，同时通过负压引风单元提供负压能够有效降低甲醇/乙醇的沸点，不仅额能够使其在较低的温度下蒸出，且有利于后续工段中对甲醇/乙醇的回收；进一步的，在水解反应釜内设置搅拌装置能够在配合第一换热夹套以及负压引风单元工作过程中进一步提高水解反应效率，加快反应进程；本实用新型中还设置有负压引风单元，通过二级换热实现对甲醇/乙醇的回收，并通过真空泵将尾气输送至水洗塔内进行水洗，以实现尾气达标排放的目的，进一步的通过对水洗塔内水洗后的水进行回收再利用，不仅有效的节约了水资源，防止少量的甲醇/乙醇外泄以及实现对其进行循环吸收的目的，同时还能够省去水洗废水后续处理设备的购置；同时本实用新型设置有结晶干燥单元以实现草酸的快速结晶、干燥回收的目的；具体的说本实用新型通过设置带有第二换热夹套以及搅拌装置的冷却结晶器以实现物料的快速结晶，同时通过设置冷凝器能够实现物料的进一步结晶，以达到提高草酸回收率的作用；同时本实用新型中还能够对固液分离器中的液相进行回收利用，对干燥器产生的尾气进行有效处理；本实用新型中的水解反应釜采用反应釜的形式，具有结构简单，设备造价低，制造容易以及节省后期运行成本的特点；反应过程中使用真空泵降低釜内压力，将反应生成的甲醇或乙醇在较低温度下从反应液中蒸出，降低了能耗、减少了副反应，同时尾气经过水洗后放空，减少污染，洗涤水可作为原料水重复利用，整个反应无废水、废渣产生，工艺绿色环保节能；具有可实现草酸的绿色工业化生产，相比于目前工业生产草酸的淀粉氧化法工艺具有以下优点：不再使用粮食而是使用煤制乙二醇的中间体草酸酯，原料廉价易得；不需要配套硝酸生产装置，减少了设备投资和能源消耗；生产过程无固废及废水产生，废气主要为不凝气，成分主要是空气和水，绿色环保，对环境友好；反应不需要使用催化剂，水即是反应原料又能够作为溶剂，可实现完全回收利用，减少了草酸成品中的杂质，产品纯度高；反应过程温和，无需高温高压等条件，降低了反应设备材质要求，提高了系统的安全性；水解反应过程中生成的甲醇或乙醇直接气化，使反应不断向正方向移动，草酸铵转化率达99.9％以上；副产的甲醇或乙醇可直接用于煤制乙二醇系统作为原料，也可以作为产品直接外售，其生产成本可较传统工艺降低10～30％，具有良好的工业化推广前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

如图1所示，本实用新型为一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，包括与煤制乙二醇系统相连的草酸酯进料槽1，草酸酯进料槽1与带负压引风单元的水解反应釜2相连，水解反应釜2的液相出口通过结晶干燥单元与草酸储罐3相连；所述水解反应釜2的进口与原料水罐12相连；水解反应釜2的外部设有第一换热夹套4。本实用新型通过设置水解反应釜2能够有效节约购置成本、生产成本以及降低维护难度和强度，并通过设置第一换热夹套4以及负压引风单元能够有效提高反应速率，并且保证反应不断向正方向移动，不仅有利于提高反应速率还能够防止副反应的发生，有利于提高产品的纯度(能够降低降低甲醇/乙醇的沸点，并使甲醇/乙醇及时移出，为后续对其回收创造了条件)，进一步的，上述反应过程温和，无需高温高压等条件，其不仅能够降低反应设备材质要求，还提高系统的安全性和稳定性。

进一步的，所述负压引风单元包括与水解反应釜2气相出口相连的换热器5，第一换热器5与气液分离器6相连，气液分离器6的气相出口通过真空泵7与尾气水洗塔8的进气口相连。通过设置负压引风单元能够使水解反应釜2中的甲醇/乙醇及时移出避免影响水解反应，同时还能够实现对甲醇/乙醇的回收以及解决尾气处理问题。

进一步的，所述气液分离器6的液相进口与粗醇储罐9相连。本实用新型通过在负压的条件下降低气体的温度，且与气液分离器6相配合实现了对液相物料的回收，以达到在降低回收工艺条件下提高物料回收效率的目的，进一步的为后续对尾气的水洗回收奠定了基础，保证了后续尾气达标排放的目的。

进一步的，所述尾气水洗塔8的顶部设有气体外排管道10，尾气水洗塔8的上部设有水洗管道11，尾气水洗塔8的底部设有与原料水罐12进口相连的回收水管道13。通过上述设置不仅实现了脱盐水与尾气的逆流接触提高水洗效果，还实现了对水资源的回收利用以及对可溶性气体的循环回收，以达到节约资源以及环境友好的目的。

进一步的，还包括脱盐水补充管道14，脱盐水补充管道14分别与水洗管道11和回收水管道13相连。本实用新型中的脱盐水可采用统一供给的方式，该方式能够保证在系统运行时脱盐水的有效供给，以及脱盐水整体的有效调配，不仅具有操作控制方便，且能够实现水资源有效利用的目的。

进一步的，结晶干燥单元包括与水解反应釜2的液相出口相连带第二换热夹套15的冷却结晶器16，冷却结晶器16的底部出口通过冷凝器17与固液分离器18和干燥器19相连，所述干燥器19的固相出口与草酸储罐3相连。本实用新型通过结晶干燥单元对水解反应后的物料进行结晶、干燥，并产出草酸固体；上述过程中，通过设置第二换热夹套15以及冷凝器17，能够实现物料的匀速、快速降温，以达到实现其快速完成结晶反应的目的。

进一步的，所述固液分离器18的液相出口通过母液罐20与水解反应釜2的进口相连；干燥器19的气相出口与尾气水洗塔8的进气口相连。通过上述结构设置能够实现对固液分离器18中母液的回收再利用，通过干燥器19的气相出口与尾气水洗塔8相连，能够实现对尾气的水洗，不仅能够实现达标排放的特点，还能够实现对可溶性气体实现循环回收的特点。

进一步的，所述水解反应釜2内设有水解反应釜搅拌装置23，冷却结晶器16内设有冷却结晶器搅拌装置24。通过在水解反应釜2和冷却结晶器16内设置搅拌装置，能够加速物料的混合，并配合相应附属设备能够达到提高反应速率的特点。

进一步的，水解反应釜2的液相出口和冷却结晶器16之间设有第一调节阀21，草酸酯进料槽1和水解反应釜2之间设有第二调节阀22。

一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：脱盐水补充管道14通过回收水管道13向原料水罐12补水，使原料水罐12内的液位达到原料水罐12的30％～80％，并在运行中保证原料水罐12液位不低于30％；

步骤2：将原料水罐12中的原料水送至水解反应釜2内，同时开启水解反应釜搅拌装置23，并通过第一换热夹套4对水解反应釜2内原料水进行换热，保证运行过程中原料水的温度处于20℃～90℃；

步骤3：煤制乙二醇系统中的副产品草酸酯通过草酸酯进料槽1进入水解反应釜2内，送料完毕后关闭第二调节阀22；所述草酸酯和水的摩尔比为1:2～5；

步骤4：调节真空泵7使操作压力为：0.01～0.25MPa，并保持20～90分钟，反应结束后打开第一调节阀21，并使物料进入冷却结晶器16内；反应过程中生成的甲醇或乙醇气化后经真空泵7输送至换热器5内进行换热冷凝；

步骤5：物料进入冷却结晶器16后，开启冷却结晶器搅拌装置24，并通过第二换热夹套15对冷却结晶器16内的物料进行换热，使结晶器内物料温度降至30℃～40℃，并保温析晶10～30分钟，待冷却结晶器16内的物料析晶结束后，将物料输送至冷凝器17中并冷凝至15～25℃；

步骤6：将步骤5中冷凝至15～25℃的物料输送至固液分离器18中进行固液分离，固液分离后的草酸固体送至干燥机19中进行干燥，液相送至母液罐20内，母液罐20中的母液后期作为水解反应釜2的原料水可重复使用；

步骤7：草酸固体在干燥机19中干燥后，送入草酸储罐3内储存或直接进行包装储存；

步骤8：草酸固体在干燥机19中干燥后的气相由尾气水洗塔8的进气口进入尾气水洗塔8内；

步骤9：使步骤四中冷凝后的甲醇或乙醇进入气液分离器6中进行气液分离，气液分离后的液相进入粗醇储罐9回收，气相通过真空泵7输送至尾气水洗塔8的进气口；

步骤10：步骤8中干燥后的气相和步骤9中气液分离后的气相共同进入尾气水洗塔8内，并与水洗管道11中的脱盐水逆流接触对尾气进行清洗，清洗后的气相通过气体外排管道10外排；清洗后的液相通过尾气水洗塔8的底部、回收水管道13以及原料水罐12进口进入到原料水罐12中重复利用。

本实用新型以现有的煤制乙二醇的系统为基础并实现了其副产品草酸酯的再利用，其具有原料来源广、生产成本低的特点，并减少了粮食的消耗，同时本实用新型废弃了传统水解反应需要使用填料塔等大型消耗性设备，而采用了反应釜的形式，通过设置第一换热夹套4、搅拌装置以及负压引风单元能够实现物料的充分混合、满足水解反应的需求以及降低甲醇/乙醇对水解反应的影响，同时，通过设置负压引风单元能够实现对甲醇/乙醇回收，以及及时对尾气的处理；本实用新型的整个生产过程无固废及废水产生，废气主要为不凝气，成分主要是空气和水，绿色环保，对环境友好；反应不需要使用催化剂，水即是反应原料又能够作为溶剂，可实现完全回收利用，减少了草酸成品中的杂质，产品纯度高；反应过程温和，无需高温高压等条件，降低了反应设备材质要求，提高了系统的安全性；水解反应过程中生成的甲醇或乙醇直接气化，使反应不断向正方向移动，草酸铵转化率达99.9％以上；副产的甲醇或乙醇可直接用于煤制乙二醇系统作为原料，也可以作为产品直接外售，其生产成本可较传统工艺降低10～30％，具有良好的工业化推广前景。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。上文的示例仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，包括与煤制乙二醇系统相连的草酸酯进料槽(1)，其特征在于：草酸酯进料槽(1)与带负压引风单元的水解反应釜(2)相连，水解反应釜(2)的液相出口通过结晶干燥单元与草酸储罐(3)相连；

所述水解反应釜(2)的进口与原料水罐(12)相连；水解反应釜(2)的外部设有第一换热夹套(4)。

2.根据权利要求1所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：所述负压引风单元包括与水解反应釜(2)气相出口相连的换热器(5)，第一换热器(5)与气液分离器(6)相连，气液分离器(6)的气相出口通过真空泵(7)与尾气水洗塔(8)的进气口相连。

3.根据权利要求2所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：所述气液分离器(6)的液相进口与粗醇储罐(9)相连。

4.根据权利要求2所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：所述尾气水洗塔(8)的顶部设有气体外排管道(10)，尾气水洗塔(8)的上部设有水洗管道(11)，尾气水洗塔(8)的底部设有与原料水罐(12)进口相连的回收水管道(13)。

5.根据权利要求1所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：还包括脱盐水补充管道(14)，脱盐水补充管道(14)分别与水洗管道(11)和回收水管道(13)相连。

6.根据权利要求1所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：结晶干燥单元包括与水解反应釜(2)的液相出口相连带第二换热夹套(15)的冷却结晶器(16)，冷却结晶器(16)的底部出口通过冷凝器(17)与固液分离器(18)和干燥器(19)相连，所述干燥器(19)的固相出口与草酸储罐(3)相连。

7.根据权利要求6所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：所述固液分离器(18)的液相出口通过母液罐(20)与水解反应釜(2)的进口相连；干燥器(19)的气相出口与尾气水洗塔(8)的进气口相连。

8.根据权利要求6所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：所述水解反应釜(2)内设有水解反应釜搅拌装置(23)，冷却结晶器(16)内设有冷却结晶器搅拌装置(24)。

9.根据权利要求6所述的利用煤制乙二醇副产草酸酯生产草酸的装置，其特征在于：水解反应釜(2)的液相出口和冷却结晶器(16)之间设有第一调节阀(21)，草酸酯进料槽(1)和水解反应釜(2)之间设有第二调节阀(22)。

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