CN215209193U - 一种戊醇的合成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种戊醇的合成装置，其特征在于，包括用于将甲烷、二氧化碳重整为合成气的重整反应器，用于产生氢甲酰化反应的氢甲酰化反应器，用于将氢甲酰化反应器得到的产物粗戊醛分离提纯的分离装置一，用于将分离装置一分离出的戊醛进行加氢反应的加氢反应器，以及精馏塔二；所述重整反应器上连接有甲烷管道及二氧化碳管道，氢甲酰化反应器上连接有氢气管道、一氧化碳管道及C4烯烃管道，加氢反应器上同样设有氢气管道。本实用新型采用甲烷二氧化碳重整技术在催化剂的作用下制取合成气，将该合成气与C4烯烃混合，经由Rh/膦配合物催化制得正构醛，该正构醛分离提纯后经由Cu/Zn/Al催化剂加氢制得戊醇。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种戊醇的合成装置，属于石油化工技术领域。
背景技术
戊醇主要作为原料生产香料、医药、有机原料中间体等高附加值的产品，能溶解脂肪、天然树脂、合成树脂、石蜡等而应用于涂料、印刷、油墨等行业。戊醇具有油溶性进而用作润滑油、液压油和其它石油产品的添加剂，具有重要的日常使用需求和极高的经济价值。
戊醇的生产方法主要有戊烷氯化法、羰基合成法、醛或酸还原法、格利雅法等四种，另外也可从淀粉发酵制酒精的副产杂醇油中提取，但来源有限，数量不多。戊醇合成工艺的流程长，设备复杂，投入大，我目前国戊醇产品依赖进口，是国内紧缺的精细化学品，因此急需开发新的、整体戊醇制备工艺以满足市场需求。
二氧化碳和甲烷作为两种对环境具有不利影响的“温室气体”，近年来排放量日渐增多，对气候及生态平衡造成极大的负面效应。因此需要有效的将这两种气体进行工业化利用，将其“变废为宝”，转变为具有一定工业价值的产品。如何有效的解决二氧化碳的大量排放和实现甲烷高效的利用，也是实现国家碳中和目标而亟需解决的问题。
甲烷二氧化碳重整在消除两种温室气体的同时，结合烯烃氢甲酰化、醛加氢制醇，可以有效的将两种气体转化为具有高附加经济价值的化工产品，同时为我国目前戊醇及其衍生物产品产量不足的问题提供新的生产技术，具有非常重要的意义。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能对二氧化碳和甲烷再次利用的装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种戊醇的合成装置，其特征在于，包括用于将甲烷、二氧化碳重整为合成气一的重整反应器，用于使合成气一、氢气、一氧化碳产生氢甲酰化反应的氢甲酰化反应器，用于将氢甲酰化反应器得到的产物粗戊醛分离提纯的分离装置一，用于将分离装置一分离出的戊醛在加氢条件下反应的反应器，以及用于将反应器得到的产物粗戊醇分离提纯的精馏塔二；所述重整反应器上连接有甲烷管道及二氧化碳管道，氢甲酰化反应器上连接有氢气管道、一氧化碳管道及C4烯烃管道，加氢反应器上同样设有氢气管道。
优选地，所述氢甲酰化反应器产生的未反应的合成气二通过C4烯烃管道与氢甲酰化反应器内部连通，产物粗戊醛中含有的未反应的C4烯烃及催化剂通过管道与氢甲酰化反应器内部连通。
优选地，所述加氢反应器产生的未反应的氢气通过反应器上的氢气管道与反应器内部连通。
优选地，与所述重整反应器连接的甲烷管道、二氧化碳管道上分别设有甲烷流量计、二氧化碳流量计；与所述氢甲酰化反应器连接的氢气管道、一氧化碳管道上、C4烯烃管道上分别设有氢气流量计一、一氧化碳流量计、丁烯输送泵；与所述加氢反应器连接的氢气管道上设有氢气流量计二。
优选地，所述重整反应器依次通过冷凝器一、气液分离罐、循环压缩机一与氢甲酰化反应器连接，氢甲酰化反应器连接顶部的出口依次经冷凝器二10、循环压缩机二与入口形成回路，冷凝器二的出口端分两路，一路与循环压缩机二连接，另一路与背压阀一连接，氢甲酰化反应器底部通过氢甲酰化反应液输送泵连接分离罐，分离罐的两个出口分别连接未反应丁烯和催化剂输送泵、粗戊醛输送泵，未反应丁烯和催化剂输送泵连接氢甲酰化反应器顶部的入口，粗戊醛输送泵依次连接精馏塔一、戊醛输送泵、反应器顶部的入口，反应器顶部的出口依次连接冷凝器三、循环压缩机三、反应器顶部入口形成回路，冷凝器三的出口端分为两路，一路连接循环压缩机三，另一路连接背压阀二，反应器顶部依次连接粗戊醛输送泵、精馏塔二。
更优选地，所述重整反应器的温度为800～900℃，压力为0.1～2MPa；甲烷和二氧化碳形成的混合气的空速为50000～150000h-1，甲烷与二氧化碳的摩尔比为1:(1～2)，合成气一中氢气与一氧化碳的摩尔比为0.8～1.2：1；合成气一、氢气、一氧化碳混合后进入氢甲酰化反应器时氢气与一氧化碳的摩尔比为0.95～1.05： 1。
更优选地，所述氢甲酰化反应器的温度为90～110℃，压力为0.5～3MPa。
更优选地，所述反应器的温度为150～200℃，压力为4～6MPa。
本实用新型采用甲烷二氧化碳重整技术在Ni/Al/Ce或Ni/Al/Mg催化剂的作用下制取合成气，调节合成气中H2/CO的比例维持在0.9～1.1。之后，将该合成气与C4烯烃按一定比例混合，经由Rh/膦配合物催化制得正构醛。最后将正构醛在Cu/Zn/Al催化剂的催化加氢作用下制得高纯度的正构醇。此方法利用甲烷和二氧化碳作为原料，结合重整、烯烃氢甲酰化、醛制醇三种技术，无需分离提纯中间产物制得醇，有效降低能耗和生产成本，提供了一种制备戊醇的整体生产装置。
本实用新型将甲烷二氧化碳重整制合成气、烯烃氢甲酰化制醛、醛加氢制醇三个工艺结合起来，通过控制上游工艺技术，使其能够产出满足下游工艺的原料，有效的提高了从甲烷和二氧化碳到戊醇的效率，同时也提供新的戊醇生产技术路线，有利于解决目前国内市场戊醇产量不足的问题。该装置不仅产生明显的经济效益和社会效益，对能源结构调整也具有重要意义。
附图说明
图1为本实用新型提供的戊醇的合成装置的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，为本实用新型提供的一种戊醇的合成装置，其包括用于将甲烷、二氧化碳重整为合成气一的重整反应器5，用于使合成气一、氢气、一氧化碳产生氢甲酰化反应的氢甲酰化反应器9，用于将氢甲酰化反应器9得到的产物粗戊醛分离提纯的分离罐14，用于将分离罐14分离出的戊醛进行加氢反应的加氢反应器19，以及用于将加氢反应器19得到的产物粗戊醇分离提纯的精馏塔二24；所述重整反应器5上连接有甲烷管道及二氧化碳管道，氢甲酰化反应器9上连接有氢气管道、一氧化碳管道及C4烯烃管道，加氢反应器19上同样设有氢气管道。
所述氢甲酰化反应器9产生的未反应的合成气二通过C4烯烃管道与氢甲酰化反应器9内部连通，产物粗戊醛中含有的未反应的C4烯烃及催化剂通过管道与氢甲酰化反应器9内部连通。所述加氢反应器19产生的未反应的氢气通过反应器19上的氢气管道与反应器19内部连通。
与所述氢甲酰化反应器9连接的氢气管道、一氧化碳管道上、C4烯烃管道上分别设有氢气流量计一1、一氧化碳流量计2、丁烯输送泵26；与所述重整反应器5连接的甲烷管道、二氧化碳管道上分别设有甲烷流量计3、二氧化碳流量计4；与所述加氢反应器19连接的氢气管道上设有氢气流量计二25。
所述重整反应器5依次通过冷凝器一6、气液分离罐7、循环压缩机一8与氢甲酰化反应器9连接，氢甲酰化反应器9连接顶部的出口依次经冷凝器二10、循环压缩机二12与入口形成回路，冷凝器二10的出口端分两路，一路与循环压缩机二12连接，另一路与背压阀一11连接，氢甲酰化反应器9底部通过氢甲酰化反应液输送泵13连接分离罐14，分离罐14的两个出口分别连接未反应丁烯和催化剂输送泵15、粗戊醛输送泵16，未反应丁烯和催化剂输送泵15连接氢甲酰化反应器9顶部的入口，粗戊醛输送泵16依次连接精馏塔一17、戊醛输送泵 18、加氢反应器19顶部的入口，加氢反应器19顶部的出口依次连接冷凝器三 20、循环压缩机三21、加氢反应器19顶部入口形成回路，冷凝器三20的出口端分为两路，一路连接循环压缩机三21，另一路连接背压阀二22，反应器19顶部依次连接粗戊醛输送泵23、精馏塔二24。
实施例1、2分别提供了一种戊醇的合成方法，其包括以下步骤：
(1)将甲烷、二氧化碳按一定比例通入重整反应器内进行重整反应制得合成气一A；
(2)将上述步骤(1)中的合成气一A、H2、CO和C4烯烃同时通入氢甲酰化反应器内反应，制得粗戊醛，催化剂及未反应的C4烯烃与戊醛经分离后，随液相返回氢甲酰化反应器，未反应完的合成气二B返回氢甲酰化反应器。粗戊醛经分离除去杂质后，得到戊醛。
(3)上述步骤(2)中的戊醛与氢气进行反应得到粗戊醇，未反应的氢气循环回到反应器。粗戊醇经分离、纯化后得到戊醇。
上述步骤(1)中甲烷和二氧化碳重整反应所使用的催化剂为Ni/Al/Ce或 Ni/Al/Mg催化剂，反应条件为：反应温度为800～900℃，反应压力为0.1～2MPa，甲烷和二氧化碳形成的混合气的空速为50000～150000h-1，CH4/CO2的摩尔比为 1:(1～2)。
上述步骤(1)中甲烷、二氧化碳重整反应后二氧化碳转化率高于90％，甲烷转化率高于95％，并且合成气一中H2/CO的摩尔比为0.8～1.2。
上述步骤(2)中合成气一、H2、CO混合后进入氢甲酰化反应器时H2/CO 的摩尔比为0.95～1.05。
上述步骤(2)中烯烃氢甲酰化所使用的催化剂为Rh/膦催化剂，所使用的 Rh/膦催化剂中膦为Biphephos。反应条件为：反应温度90～110℃，反应压力 0.5～3MPa，反应时间为2～4h，铑：膦：烯烃的摩尔比为1：(1～50)：(500～4000)。
上述步骤(2)中烯烃氢甲酰化步骤中所使用的C4烯烃为混合丁烯，烯烃转化率高于90％，正构醛的选择性高于95％，正异比大于20，催化剂循环使用。
上述步骤(3)中戊醛加氢制戊醇所使用的催化剂为：Cu/Zn/Al催化剂，反应条件为：反应温度150～200℃，反应压力为4～6MPa，反应时间4～6h。
上述步骤(3)中戊醛加氢制戊醇步骤中醛转化率高于95％，产物中戊醇的浓度高于98％。
实施例1
将甲烷：二氧化碳按摩尔比1：2通入重整反应器内，在反应温度850℃、反应压力0.5MPa、空速为80000h-1，Ni/Mg/Al催化剂的作用下进行重整反应，制得合成气一，其中H2/CO摩尔比为0.88。将合成气一、H2、CO和C4烯烃同时通入氢甲酰化反应器内，控制合成气一与H2、CO混合后得H2/CO摩尔比为 1.0，在Rh/膦催化剂作用下反应得到粗戊醛，反应过程中控制反应温度100℃，反应压力1.0MPa，反应时间为4h，铑：膦：C4烯烃的摩尔比为1：5：2000。反应完成后Rh/膦催化剂及未反应的C4烯烃经分离后随液相返回氢甲酰化反应器，未反应完的合成气二返回氢甲酰化反应器，粗戊醛经分离除去杂质后得戊醛。戊醛进入反应器中，在Cu/Zn/Al催化剂作用下与氢气进行反应得到粗戊醇，反应过程中控制反应温度150℃，反应压力为4.0MPa，反应时间4h。未反应的氢气循环回到反应器，粗戊醇经分离、纯化后得到戊醇，其中戊醇的浓度为98.5％。
实施例2
将甲烷：二氧化碳按摩尔比1：1.2通入重整反应器内，在反应温度900℃、反应压力1.5MPa、空速为120000h-1，Ni/Mg/Al催化剂的作用下进行重整反应，制得合成气一，其中H2/CO摩尔比为1.2。将合成气一、H2、CO和C4烯烃同时通入氢甲酰化反应器内，控制合成气一与H2、CO混合后得H2/CO摩尔比为1.05，在Rh/膦催化剂作用下反应得到粗戊醛，反应过程中控制反应温度110℃，反应压力2.0MPa，反应时间为2h，铑：膦：C4烯烃的摩尔比为1：20：4000。反应完成后Rh/膦催化剂及未反应的C4烯烃经分离后随液相返回氢甲酰化反应器，未反应完的合成气二返回氢甲酰化反应器，粗戊醛经分离除去杂质后得戊醛。戊醛进入反应器中，在Cu/Zn/Al催化剂作用下与氢气进行反应得到粗戊醇，反应过程中控制反应温度200℃，反应压力为3.0MPa，反应时间3h。未反应的氢气循环回到反应器，粗戊醇经分离、纯化后得到戊醇，其中戊醇的浓度为99％。
Claims (5)
1.一种戊醇的合成装置，其特征在于，包括用于将甲烷、二氧化碳重整为合成气一的重整反应器(5)，用于使合成气一、氢气、一氧化碳产生氢甲酰化反应的氢甲酰化反应器(9)，用于将氢甲酰化反应器(9)得到的产物粗戊醛分离提纯的分离罐(14)，用于将分离罐(14)分离出的戊醛进行加氢反应的加氢反应器(19)，以及用于将加氢反应器(19)得到的产物粗戊醇分离提纯的精馏塔二(24)；所述重整反应器(5)上连接有甲烷管道及二氧化碳管道，氢甲酰化反应器(9)上连接有氢气管道、一氧化碳管道及C4烯烃管道，加氢反应器(19)上同样设有氢气管道。
2.如权利要求1所述的戊醇的合成装置，其特征在于，所述氢甲酰化反应器(9)产生的未反应的合成气二通过C4烯烃管道与氢甲酰化反应器(9)内部连通，产物粗戊醛中含有的未反应的C4烯烃及催化剂通过管道与氢甲酰化反应器(9)内部连通。
3.如权利要求1所述的戊醇的合成装置，其特征在于，所述加氢反应器(19)产生的产物粗戊醇中含有的未反应的氢气通过加氢反应器(19)上的氢气管道与加氢反应器(19)内部连通。
4.如权利要求1所述的戊醇的合成装置，其特征在于，与所述氢甲酰化反应器(9)连接的氢气管道、一氧化碳管道上、C4烯烃管道上分别设有氢气流量计一(1)、一氧化碳流量计(2)、丁烯输送泵(26)；与所述重整反应器(5)连接的甲烷管道、二氧化碳管道上分别设有甲烷流量计(3)、二氧化碳流量计(4)；与所述加氢反应器(19)连接的氢气管道上设有氢气流量计二(25)。
5.如权利要求1所述的戊醇的合成装置，其特征在于，所述重整反应器(5)依次通过冷凝器一(6)、气液分离罐(7)、循环压缩机一(8)与氢甲酰化反应器(9)连接，氢甲酰化反应器(9)连接顶部的出口依次经冷凝器二(10)、循环压缩机二(12)与入口形成回路，冷凝器二(10)的出口端分两路，一路与循环压缩机二(12)连接，另一路与背压阀一(11)连接，氢甲酰化反应器(9)底部通过氢甲酰化反应液输送泵(13)连接分离罐(14)，分离罐(14)的两个出口分别连接未反应丁烯和催化剂输送泵(15)、粗戊醛输送泵(16)，未反应丁烯和催化剂输送泵(15)连接氢甲酰化反应器(9)顶部的入口，粗戊醛输送泵(16) 依次连接精馏塔一(17)、戊醛输送泵(18)、加氢反应器(19)顶部的入口，加氢反应器(19)顶部的出口依次连接冷凝器三(20)、循环压缩机三(21)、加氢反应器(19)顶部入口形成回路，冷凝器三(20)的出口端分为两路，一路连接循环压缩机三(21)，另一路连接背压阀二(22)，加氢反应器(19)顶部依次连接粗戊醛输送泵(23)、精馏塔二(24)。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116422261A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-07-14 | 广东仁康达材料科技有限公司 | 一种高碳醇分离提纯设备 |
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- 2021-04-20 CN CN202120805273.9U patent/CN215209193U/zh active Active
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