一種提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，具體步驟如下：丙酮經(jīng)蒸發(fā)后，與氫氣混合送入加氫反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物異丙醇及其他副產(chǎn)物與部分未反應(yīng)丙酮及氫氣經(jīng)冷凝、氣液分離后送入精餾塔分離輕組分；采用滲透汽化膜分離裝備與輕組分分離塔耦合脫除水分，并將丙酮返回至反應(yīng)器參與加氫反應(yīng)，提高丙酮轉(zhuǎn)化率，減少異丙醇損失。本發(fā)明方法丙酮的轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.9%，異丙醇的收率可達(dá)99.5%，且過程無有機(jī)廢液排放，顯著緩解環(huán)保壓力。
【專利說明】—種提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝及裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本專利涉及一種提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]異丙醇是重要的化工產(chǎn)品和原料，用途十分廣泛。中國是亞洲地區(qū)最大的異丙醇進(jìn)口國，目前我國異丙醇年產(chǎn)約16萬噸，由于異丙醇的生產(chǎn)受原材料供應(yīng)、生產(chǎn)工藝、環(huán)保治理等諸多因素的制約，國內(nèi)年產(chǎn)量遠(yuǎn)小于市場年需求量。2010年異丙醇進(jìn)口量為11.5萬噸，2011年異丙醇進(jìn)口量為10萬噸。丙烯直接水合法是工業(yè)上生產(chǎn)異丙醇的主要方法，它是使丙烯在催化劑存在下直接發(fā)生水合反應(yīng)生成異丙醇，同時副產(chǎn)正丙醇。由于國內(nèi)丙烯資源緊張，丙烯水合工藝生產(chǎn) 異丙醇的丙烯消耗量和能耗很高，生產(chǎn)成本很高。與丙烯情況相反，國內(nèi)丙酮產(chǎn)能較大，市場量富足，價格較低。工業(yè)上的丙酮幾乎皆由異丙苯過氧化法獲得(與苯酚聯(lián)產(chǎn))。由于苯酚的需要量的增加，聯(lián)產(chǎn)出大量的丙酮，出現(xiàn)需求的不平衡，經(jīng)常導(dǎo)致丙酮過量的局面，使得丙酮的價格低于異丙醇及丙烯的價格，開發(fā)丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]在丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇的過程中伴隨少量的副反應(yīng)，副反應(yīng)產(chǎn)物主要有水、二異丙醚、雙丙酮醇以及4-甲基戊醇等，在后續(xù)異丙醇精制過程中需要分離這些副產(chǎn)物。異丙醇精制一般采用兩個精餾塔分離操作；在第一個塔中塔頂除去副產(chǎn)物水及少量未反應(yīng)完全的丙酮，塔釜得到異丙醇和其他重組分副產(chǎn)物，在第二個塔中塔頂?shù)玫胶俊?.03wt.%的異丙醇產(chǎn)品，其余重組分在塔釜除去。由于異丙醇與水、丙酮形成三元共沸物(丙酮8wt.%，異丙醇81wt.%，水Ilwt.%)，傳統(tǒng)共沸精餾、萃取精餾等脫水分離工藝操作復(fù)雜，成本過高且環(huán)境污染嚴(yán)重，使得目前生產(chǎn)廠家一般將其作為廢液出售，造成異丙醇收率下降、生產(chǎn)成本過高。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝方法，優(yōu)化異丙醇的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，達(dá)到低成本、高收率、過程清潔無污染的目的。具體的技術(shù)方案是指:一種提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，包括如下步驟:
步驟1、丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇的反應(yīng)所得物料進(jìn)行氣液分離，液相進(jìn)入第一精餾塔進(jìn)行分離；
步驟2、步驟I精餾后，第一精餾塔的塔底粗異丙醇送入第二精餾塔，輕組分從塔頂采出后，送入滲透汽化膜分離裝置，滲透側(cè)是水，截留側(cè)為有機(jī)物，截留側(cè)的物料送入加氫反應(yīng)；步驟3、第二精餾塔對粗異丙醇進(jìn)行分離，塔頂產(chǎn)出精制的異丙醇，塔底是重組分。
[0008]在步驟I中，丙酮原料經(jīng)蒸發(fā)、過熱后，與氫氣進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器，在催化劑的作用下丙酮與氫氣反應(yīng)，得到以異丙醇產(chǎn)物和未反應(yīng)的氫氣為主的物料；來自反應(yīng)器的以異丙醇和氫氣為主的物料冷卻進(jìn)入氣液分離器，將未反應(yīng)的氫氣分出并通過壓縮機(jī)送回反應(yīng)器入口以循環(huán)使用，液相進(jìn)入第一精餾塔分離水、未反應(yīng)的丙酮等輕組分。丙酮加氫反應(yīng)采用常規(guī)的工藝參數(shù)及催化劑即可。
[0009]在步驟2中，第一精餾塔的作用是將反應(yīng)生成的異丙醇和水、丙酮等輕組分進(jìn)行分離，一般來說，如果第一精餾塔的分離過程充分時，塔頂會餾出異丙醇、丙酮和水的共沸物，在工業(yè)實際上，對該物料進(jìn)行破共沸的處理非常復(fù)雜，會導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜或者是在體系中引入新的雜質(zhì)和組分。本發(fā)明通過在對該體系通過滲透汽化裝置進(jìn)行分離，膜滲透側(cè)出口物料為水，截留側(cè)出口物料主要為丙酮和異丙醇。第一精餾塔的塔頂采出的物料可以是以蒸汽或者是液體形式進(jìn)入到滲透汽化裝置。滲透汽化膜一般是采用優(yōu)先透水膜，在滲透側(cè)得到分離的水，而在截留側(cè)得到了異丙醇、丙酮等有機(jī)物，這部分有機(jī)物送回至反應(yīng)體系中，使其中未反應(yīng)完全的組分繼續(xù)反應(yīng)，并使異丙醇再進(jìn)行分離純化，這可以提高反應(yīng)的收率和丙酮的轉(zhuǎn)化率。
[0010]在第一精餾塔中，回流比可以控制在2-8，第一精餾塔的理論塔板數(shù)為15-40塊，精餾塔在常壓或加壓下操作，塔底溫度約85-90°C，塔頂溫度約54-58°C。滲透汽化膜裝置原料側(cè)壓力(絕壓)操作范圍為0.15-0.25MPa，滲透側(cè)壓力(絕壓)操作范圍為1000-3000Pa，溫度操作范圍為110-130°C。
[0011]步驟3的作用是將來自第一精餾塔塔釜的物流進(jìn)入異丙醇產(chǎn)品精制塔，經(jīng)精餾分離從塔頂采出異丙醇產(chǎn)品，從塔釜采出重組分副產(chǎn)物。采用常規(guī)的工藝參數(shù)即可，例如:理論塔板數(shù)為15-40塊，在常壓或加壓下操作，塔頂溫度和塔底溫度分別為80-84°C、98-102。。。
``[0012]所述的滲透汽化膜分離裝置采用的分離膜是殼聚糖膜、聚乙烯醇膜、海藻酸鈉膜、二氧化硅膜或分子篩膜。
[0013]本發(fā)明的另一個目的是提供一種丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的裝置，包括有加氫反應(yīng)釜、第一精餾塔、第二精餾塔，加氫反應(yīng)釜的出料口通過氣液分離器連接于第一精餾塔，第一精餾塔的塔頂采出口連接于滲透汽化裝置，滲透汽化裝置的截留側(cè)連接于加氫反應(yīng)釜的進(jìn)料口，滲透汽化裝置截留側(cè)連接有滲透液罐和真空泵，第一精餾塔的塔底出料口連接至第二精餾塔，第二精餾塔的塔底是異丙醇的出料口。
[0014]對于上述的裝置，加氫反應(yīng)釜前設(shè)置蒸發(fā)器，是將進(jìn)料丙酮液體氣化和防止液體物料夾帶到加氫反應(yīng)器，造成催化劑損壞。同時蒸發(fā)器還有濃縮系統(tǒng)中可能產(chǎn)生重組分的作用。
[0015]作為對上述裝置的改進(jìn)，蒸發(fā)器頂部出口通過過熱器連接于加氫反應(yīng)器?？梢赃M(jìn)一步加熱物料，在保證沒有液體帶入加氫反應(yīng)器催化劑床層的同時，也保證進(jìn)入反應(yīng)器后能夠迅速發(fā)生反應(yīng)。
[0016]技術(shù)效果
1.從輕組分分離塔塔頂出口的氣相直接進(jìn)入蒸汽滲透膜裝備進(jìn)行處理，符合滲透汽化膜裝備進(jìn)料要求，節(jié)約能源。[0017]2.采用滲透汽化膜裝備利用膜滲透方法實現(xiàn)對異丙醇、丙酮和水的混合組分的脫水處理，與傳統(tǒng)的恒沸精餾、萃取精餾等方法相比，能夠更為有效地分離異丙醇中的水分，得到純度更高的異丙醇丙酮溶液，且降低能耗，不引入第三種組分，避免了環(huán)境污染。
[0018]3.反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)脫水、回收輕組分中丙酮及異丙醇后，整個工藝流程中丙酮的轉(zhuǎn)化率≥99.9%，異丙醇的收率≥99.5%。
[0019]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是工藝流程不意圖；
A-蒸發(fā)器，B-過熱器，C-加氫反應(yīng)釜，D-氣液分離器，E-第一精餾塔，F(xiàn)-第二精餾塔，G-滲透汽化裝置，H-冷凝器，1-滲透液罐，J-真空泵。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]實施例1
如圖1所示，一種丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的裝置，包括有加氫反應(yīng)釜C、第一精餾塔E、第二精餾塔F，加氫反應(yīng)釜C的出料口通過氣液分離器D連接于第一精餾塔E，第一精餾塔E的塔頂采出口連接于滲透汽化裝置，滲透汽化裝置G的截留側(cè)連接于加氫反應(yīng)釜C的進(jìn)料口，滲透汽化裝置G截留側(cè)連接有滲透液罐I和真空泵J，第一精餾塔E的塔底出料口連接至第二精餾塔F，第二精餾塔F的塔底是異丙醇的出料口，加氫反應(yīng)釜C前設(shè)置蒸發(fā)器A，蒸發(fā)器A頂部出口通過過熱器B連接于加氫反應(yīng)器C。
[0023]反應(yīng)原料丙酮(5000kg/h)進(jìn)入蒸發(fā)器A被汽化，被汽化的原料物流I進(jìn)入過熱器B，被進(jìn)一步過熱，避免少量夾帶液沫進(jìn)入加氫反應(yīng)器造成催化劑的破壞。過熱后的丙酮蒸汽2和氫氣與循環(huán)氫氣12 —起進(jìn)入加氫反應(yīng)釜C，氫氣和丙酮的進(jìn)料比是4:1，在催化劑存在下進(jìn)行加氫反應(yīng)，丙酮主要生成異丙醇，同時生成微量二異丙醚、水和4-甲基戊醇等副產(chǎn)物。反應(yīng)器的流出物3經(jīng)過冷凝后進(jìn)入氣液分離器D，分離出未反應(yīng)的氫氣，壓縮后作為循環(huán)氫氣4循環(huán)使用。冷凝液5送入第一精餾塔E，分離塔的理論塔板數(shù)為30塊，該分離塔在常壓壓條件下操作，回流比控制在4，塔底溫度約88°C，塔頂溫度約56°C。塔釜采出含異丙醇及重組分的物流6，該股塔釜物流進(jìn)入第二精餾塔F，理論塔板數(shù)為30塊，在常壓下操作，塔頂溫度和塔底溫度分別為82°C、100°C。從塔頂分離出異丙醇產(chǎn)品8，含水量低于0.0lwt.%，從塔釜采出含4-甲基戊醇等沸點(diǎn)高于異丙醇沸點(diǎn)的重組分9。從第一精餾塔E塔頂采出由異丙醇(81wt.%)、丙酮(8wt.%)及水(llwt.%)組成的三元共沸物7，流量為300kg/h。該共沸物被送入滲透汽化裝置G進(jìn)行脫水。滲透汽化膜分離裝備由3個NaA分子篩膜組件串聯(lián)構(gòu)成，總膜面積為15m2。滲透汽化裝置原料側(cè)壓力為(絕壓)0.2MPa，滲透側(cè)壓力(絕壓)操作范圍為2000Pa，溫度操作范圍為120°C。水組分透過分子篩膜經(jīng)冷凝器H冷凝后去廢水處理系統(tǒng)；膜滲透側(cè)通過真空泵J為滲透過程提供動力。經(jīng)膜脫水后的三元共沸物含水量降低至0.5wt.%,流量為265kg/h,進(jìn)入丙酮加氫反應(yīng)爸,作為原料參與加氫反應(yīng)。
[0024]該實施例中，最終得到的異丙醇廣品的純度是99.99wt.%,丙麗的轉(zhuǎn)化率是99.9%，異丙醇的收率是99.5%。
[0025]對照例
對照例I與實施例1的區(qū)別在于:沒有設(shè)置有滲透汽化裝置，第一精餾塔的塔頂產(chǎn)物經(jīng)部分冷凝回流后，采出作為廢料，即與傳統(tǒng)工藝完全相同。對照例I中流程的其它工藝參數(shù)與實施例1皆相同。在此條件下，丙酮的轉(zhuǎn)化率是98.5%，異丙醇的收率是98.5%。
[0026]實施例2
采用如圖1所示的裝置，反應(yīng)原料丙酮(5000kg/h)進(jìn)入蒸發(fā)器A被汽化，被汽化的原料物流I進(jìn)入過熱器B，被進(jìn)一步過熱，避免少量夾帶液沫進(jìn)入加氫反應(yīng)器造成催化劑的破壞。過熱后的丙酮蒸汽2和氫氣與循環(huán)氫氣12—起進(jìn)入加氫反應(yīng)釜C，氫氣和丙酮的進(jìn)料比是2:1，在催化劑存在下進(jìn)行加氫反應(yīng)，丙酮主要生成異丙醇，同時生成微量二異丙醚、水和4-甲基戊醇等副產(chǎn)物。反應(yīng)器的流出物3經(jīng)過冷凝后進(jìn)入氣液分離器D，分離出未反應(yīng)的氫氣，壓縮后作為循環(huán)氫氣4循環(huán)使用。冷凝液5送入第一精餾塔E，分離塔的理論塔板數(shù)為15塊，該分離塔在常壓壓條件下操作，回流比控制在2，塔底溫度約85°C，塔頂溫度約54°C。塔釜采出含異丙醇及重組分的物流6，該股塔釜物流進(jìn)入第二精餾塔F，理論塔板數(shù)為15塊，在常壓下操作，塔頂溫度和塔底溫度分別為80°C、98°C。從塔頂分離出異丙醇產(chǎn)品8，含水量低于0.0lwt.%，從塔釜采出含4-甲基戊醇等沸點(diǎn)高于異丙醇沸點(diǎn)的重組分9。從第一精懼塔E塔頂采出由異丙醇(81wt.%)、丙酮(8wt.%)及水(Ilwt.%)組成的三元共沸物7，流量為300kg/h。該共沸物被送入滲透汽化裝置G進(jìn)行脫水。滲透汽化膜分離裝備由3個聚乙烯醇膜組件串聯(lián)構(gòu)成，總膜面積為15m2。滲透汽化裝置原料側(cè)壓力為(絕壓)0.15MPa，滲透側(cè)壓力(絕壓)操作范圍為lOOOPa，溫度操作范圍為110°C。水組分透過分子篩膜經(jīng)冷凝器H冷凝后去廢水處理系統(tǒng)；膜滲透側(cè)通過真空泵J為滲透過程提供動力。經(jīng)膜脫水后的三元共沸物含水量降低至0.6wt.%，流量為245kg/h，進(jìn)入丙酮加氫反應(yīng)釜，作為原料參與加氫反應(yīng)。
`[0027]該實施例中，最終得到的異丙醇產(chǎn)品的純度是99.9 Iwt.%，丙酮的轉(zhuǎn)化率是99.5%，異丙醇的收率是99.5%。
[0028]實施例3
采用如圖1所示的裝置，反應(yīng)原料丙酮(5000kg/h)進(jìn)入蒸發(fā)器A被汽化，被汽化的原料物流I進(jìn)入過熱器B，被進(jìn)一步過熱，避免少量夾帶液沫進(jìn)入加氫反應(yīng)器造成催化劑的破壞。過熱后的丙酮蒸汽2和氫氣與循環(huán)氫氣12 —起進(jìn)入加氫反應(yīng)釜C，氫氣和丙酮的進(jìn)料比是6:1，在催化劑存在下進(jìn)行加氫反應(yīng)，丙酮主要生成異丙醇，同時生成微量二異丙醚、水和4-甲基戊醇等副產(chǎn)物。反應(yīng)器的流出物3經(jīng)過冷凝后進(jìn)入氣液分離器D，分離出未反應(yīng)的氫氣，壓縮后作為循環(huán)氫氣4循環(huán)使用。冷凝液5送入第一精餾塔E，分離塔的理論塔板數(shù)為40塊，該分離塔在常壓壓條件下操作，回流比控制在4，塔底溫度約90°C，塔頂溫度約58°C。塔釜采出含異丙醇及重組分的物流6，該股塔釜物流進(jìn)入第二精餾塔F，理論塔板數(shù)為40塊，在常壓下操作，塔頂溫度和塔底溫度分別為84°C、102°C。從塔頂分離出異丙醇產(chǎn)品8，含水量低于0.0lwt.%，從塔釜采出含4-甲基戊醇等沸點(diǎn)高于異丙醇沸點(diǎn)的重組分
9。從第一精懼塔E塔頂采出由異丙醇(81wt.%)、丙酮(8wt.%)及水(llwt.%)組成的三元共沸物7，流量為290kg/h。該共沸物被送入滲透汽化裝置G進(jìn)行脫水。滲透汽化膜分離裝備由3個二氧化硅膜組件串聯(lián)構(gòu)成，總膜面積為15m2。滲透汽化裝置原料側(cè)壓力為(絕壓)0.25MPa，滲透側(cè)壓力(絕壓)操作范圍為3000Pa，溫度操作范圍為130°C。水組分透過分子篩膜經(jīng)冷凝器H冷凝后去廢水處理系統(tǒng)；膜滲透側(cè)通過真空泵J為滲透過程提供動力。經(jīng)膜脫水后的三元共沸物含水量降低至0.5wt.%，流量為255kg/h，進(jìn)入丙酮加氫反應(yīng)爸，作為原料參與加氫反應(yīng)。[0029]該實施例中，最終得到的異丙醇產(chǎn)品的純度是99.94wt.%，丙酮的轉(zhuǎn)化率是99.6%，異丙醇的收率是99.4%。
【權(quán)利要求】
1.一種提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，包括如下步驟: 步驟1、丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇的反應(yīng)所得物料進(jìn)行氣液分離，液相進(jìn)入第一精餾塔進(jìn)行分離； 步驟2、步驟I精餾后，第一精餾塔的塔底粗異丙醇送入第二精餾塔，輕組分從塔頂采出后，送入滲透汽化膜分離裝置，滲透側(cè)是水，截留側(cè)為有機(jī)物，截留側(cè)的物料送入加氫反應(yīng)； 步驟3、第二精餾塔對粗異丙醇進(jìn)行分離，塔頂產(chǎn)出精制的異丙醇，塔底是重組分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，其特征在于:所述的第一精餾塔的回流比是2-8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，其特征在于:第一精餾塔的理論塔板數(shù)為15-40塊，塔底溫度85-90°C，塔頂溫度54-58°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，其特征在于:第二精餾塔理論塔板數(shù)為15-40塊，塔頂溫度80-84°C、塔底溫度為98-102°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，其特征在于:所述的滲透汽化膜分離裝置采用的分離膜是殼聚糖膜、聚乙烯醇膜、海藻酸鈉膜、二氧化硅膜或分子篩膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，其特征在于:所述的滲透汽化膜分離裝備由f200個膜組件組成，膜組件之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高 丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的工藝，其特征在于:所述的滲透汽化分離裝置的操作參數(shù)是:原料側(cè)壓力操作范圍為0.15-0.25MPa，滲透側(cè)壓力操作范圍為1000-3000Pa，溫度操作范圍為110-130°C。
8.一種丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的裝置，包括有加氫反應(yīng)釜(C)、第一精餾塔(E)、第二精餾塔(F)，加氫反應(yīng)釜(C)的出料口通過氣液分離器(D)連接于第一精餾塔(E)，第一精餾塔(E)的塔頂采出口連接于滲透汽化裝置，滲透汽化裝置(G)的截留側(cè)連接于加氫反應(yīng)釜(C)的進(jìn)料口，滲透汽化裝置(G)截留側(cè)連接有滲透液罐(I)和真空泵(J)，第一精餾塔(E)的塔底出料口連接至第二精餾塔(F)，第二精餾塔(F)的塔底是異丙醇的出料口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的裝置，其特征在于:所述的加氫反應(yīng)釜(C)前設(shè)置蒸發(fā)器(A)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇收率的裝置，其特征在于:所述的蒸發(fā)器(A)頂部出口通過過熱器(B)連接于加氫反應(yīng)器(C)。
【文檔編號】C07C31/10GK103449967SQ201310364054
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】顧學(xué)紅, 孔維芳, 余叢立, 慶祖森 申請人:江蘇九天高科技股份有限公司