专利名称：一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法
技术领域：
本发明涉及一种石油化工物料，丙烯酸水溶液脱水的方法。
背景技术：
两种(或几种)液体形成的恒沸点混合物称为恒沸混合物，是指处于平衡状态下， 气相和液相组成完全相同时的混合溶液。
丙烯酸作为一种重要的化工基础原料，目前主要通过丙烯两步氧化法制得。氧化后得到的混合气体经水吸收后制得粗丙烯酸水溶液，其中丙烯酸浓度为35-60% (重量)， 由于氢键强度强，造成脱水困难，而且丙烯酸极易发生自聚现象，造成收率下降。目前比较经济方法是通过共沸精馏法来获得纯度较高的丙烯酸产品。共沸精馏法通常采用与水共沸精馏的有机溶剂(称其为恒沸剂)使水脱水精馏，从而达到分离的效果。目前常用的恒沸剂包括芳烃，如苯、甲苯、二甲苯等；酯族烃，如庚烷、环己烷等；酮类，如甲基异丁基酮、甲基丙基酮等；醚类，如二丁基醚、异丁醚等；酯类，如醋酸丁酯、醋酸丙脂、丁酸乙酯等。探索新的，具有较高脱水率的单一或复配恒沸剂，已经成为该领域的研究重心。
现有的丙烯酸水溶液脱水方法，各有优点，然而，普遍存在脱水率 低，丙烯酸易聚合，回收成本较高的缺点。发明内容
本发明的目的在于提供一种新的丙烯酸水溶液脱水方法。采用单一或复配恒沸剂与丙烯酸水溶液中的水分形成最低恒沸物。通过加热一定配比的恒沸剂与丙烯酸水溶液液相，使恒沸剂与丙烯酸水溶液中的水所形成最低恒沸物汽化，汽化后的恒沸物从溶液体系中分离出来，被冷凝成液相，冷凝液相分为恒沸物层和水层，将水层采出，离开体系，恒沸物层返回丙烯酸溶液体系中循环使用。
本发明所述的一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法，采用单一或复配恒沸剂与丙烯酸水溶液中的水分形成最低恒沸物。通过加热一定配比的恒沸剂与丙烯酸水溶液液相， 在真空条件下，加热蒸发，塔顶温度为恒沸剂在此压力下与水的最低恒沸温度，使恒沸剂与丙烯酸水溶液中的水所形成最低恒沸物汽化，汽化后的恒沸物从溶液体系中分离出来，经冷凝冷却器，被冷凝成液相，冷凝液相分为恒沸物层和水层，将水层采出，离开体系，恒沸物层返回丙烯酸溶液体系中循环使用。
所述恒沸剂为间二甲苯、2-戊酮、2-戊酮-环己烷、甲苯-环己烷、环己烷-甲乙酮、环己烷-甲基环己烷中的一种。
所述的恒沸剂用量为恒沸剂与水分的质量比为20 :1 1: 20。
所述的复配恒沸剂2-戊酮-环己烷、甲苯-环己烷、环己烷-甲乙酮、环己烷-甲基环己烷中两物质的摩尔比为10 :1 1: 10。
所述的加热方式可以采用蒸汽、导热油、电加热形式。其中的电加热可以采用直接电加热、微波、电磁、远红外方式。
所述的冷凝方式可以采用水冷、空冷、冷冻盐水方式。
本发明的优点在于，通过加热一定配比的恒沸剂与丙烯酸水溶液液相，使恒沸剂与丙烯酸水溶液中的水所形成最低恒沸物汽化，汽化后的恒沸物从溶液体系中分离出来， 被冷凝器冷凝成液相，液相中恒沸剂与水静置一段时间分层，将下层的水分采出，离开体系，恒沸剂返回丙烯酸溶液体系中循环使用。该方法具有高的脱水率，加热冷却能耗低、恒沸剂易回收以保证低成本循环使用。
单一或复配恒沸剂的效果优劣直接衡量指标为脱水率、回收率。脱水率和回收率越高，则表明该溶剂脱水效果越好。
进行试验，选用不同的恒沸剂，控制塔的真空度，在真空状态下加热蒸发，塔顶温度值为该操作压力下的共沸温度值。试验中加入的醋酸，绝大部分留在蒸发后的丙烯酸水溶液中，在丙烯酸装置中的脱醋酸塔中处理；结果证明丙烯酸水溶液中的水含量均降到 O. 1% (wt)以下。
当采用本发明进行丙烯酸水溶液脱除水分操作时，可高效脱除水分，低能耗回收恒沸剂，恒沸剂回收率达到90%。
图1 一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法工艺流程图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例，对本发明作出进一步地详细描述。
实施例1 :
一种含有约56. 88% (摩尔浓度)丙烯酸，41. 91% (摩尔浓度)水和1. 21% (摩尔浓度)醋酸的丙烯酸水溶液。采用单一间二甲苯为恒沸剂，恒沸剂投加质量为水分总质量的20倍，在O. 085MPa真空度下，采用蒸汽加热方式对体系进行加热蒸发，在塔釜温度达到55°C时，间二甲苯与水的最低恒沸物从体系出来，可将丙烯酸水溶液中的水分含量降到 O. 1%以下。间二甲苯与水的最低恒沸物蒸汽被水冷却成液相，塔顶温度达到53°C，为在此压力下的恒沸点，冷凝冷却器流出物进分层器，冷凝液分为两层，水在下层，间二甲苯在上层，将下层水分采出，上层间二甲苯返回新的丙烯酸水溶液中，进行下一批次脱水操作。
实施例2
一种含有约56. 88% (摩尔浓度)丙烯酸，41. 91% (摩尔浓度)水和1. 21% (摩尔浓度)醋酸的丙烯酸水溶液。采用单一间二甲苯为恒沸剂，恒沸剂投加质量与水分总质量比为1: 1，在O. 085MPa真空度下，采用蒸汽加热的方式对体系进行加热蒸发，在塔釜温度达到55°C时，间二甲苯与水的最低共沸物从体系蒸发出来，可将丙烯酸水溶液中的水分含量降到O. 1%以下。间二甲苯与水的最低共沸物蒸汽被水冷却成液相，塔顶温度达到 53°C，为在此压力下的共沸点，冷凝冷却器流出物进分层器，冷凝液分为两层，水在下层，间二甲苯在上层，将下层水分采出，上层间二甲苯返回新的丙烯酸水溶液中，进行下一批次脱水操作。
实施例3
一种含有约56. 88% (摩尔浓度)丙烯酸，41. 91% (摩尔浓度)水和1. 21% (摩尔浓度)醋酸的丙烯酸水溶液。采用单一间二甲苯为恒沸剂，恒沸剂投加质量与水分总质量比为1: 20，在O. 085MPa真空度下，采用蒸汽加热方式对体系进行加热蒸发，在塔釜温度达到55°C时，间二甲苯与水的最低共沸物从体系出来，可将丙烯酸水溶液中的水分含量降到O. 1%以下。间二甲苯与水的最低共沸物蒸汽被水冷却成液相，分为两层，水在下层，间二甲苯在上层，将下层水分采出，上层间二甲苯返回原丙烯酸水溶液中，继续采用蒸汽加热蒸发最低共沸物，最终使得丙烯酸水溶液中的水分含量降到O. 1%以下。间二甲苯与水的最低共沸物蒸汽被水冷却成液相，塔顶温度达到53°C，为在此压力下的共沸点，冷凝冷却器流出物进分层器，冷凝液分为两层，水在下层，间二甲苯在上层，将下层水分采出，上层间二甲苯返回新丙烯酸水溶液中，进行下一批次脱水操作。
实施例4
条件与实施例1相同，将单一间二甲苯恒沸剂改为2-戊酮。
实施例5
条件与实施例2相同，将单一间二甲苯恒沸剂改为2-戊酮。
实施例6
条件与实施例3相同，将单一间二甲苯恒沸剂改为2-戊酮。
实施例7
条件与实施例1相同，将单一间二甲苯恒沸剂改为2-戊酮-环己烷复配恒沸剂，两者摩尔比为10 I。
实施例8
条件与实施例2相同，将单一间二甲苯恒沸剂改为2-戊酮-环己烷复配恒沸剂，两者摩尔比为10 I。
实施例9
条件与实施例3相同，将单一间二甲苯恒沸剂改为2-戊酮-环己烷复配恒沸剂，两者摩尔比为10 I。
实施例10
条件与实施例8相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂的摩尔比改为1:1o
实施例11
条件与实施例9相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂的摩尔比改为1:1o
实施例12
条件与实施例10相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂的摩尔比改为IIo
实施例13
条件与实施例8相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂的摩尔比改为1:10。
实施例14
条件与实施例9相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂的摩尔比改为1:10。
实施例15
条件与实施例10相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂的摩尔比改为I10。
实施例16
条件与实施例7相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。
实施例17
条件与实施例8相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例18 条件与实施例9相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例19 条件与实施例10相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例20 条件与实施例11相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例21 条件与实施例12相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例22 条件与实施例13相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例23 条件与实施例14相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例24 条件与实施例15相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为甲苯-环己烷。实施例25 条件与实施例7相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例26 条件与实施例8相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例27 条件与实施例9相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例28 条件与实施例10相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例29 条件与实施例11相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例30 条件与实施例12相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例31 条件与实施例13相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例32 条件与实施例14相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例33 条件与实施例15相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲乙酮。实施例34 条件与实施例7相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。实施例35 条件与实施例8相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。实施例36 条件与实施例9相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。
实施例37
条件与实施例10相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。
实施例38
条件与实施例11相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。
实施例39
条件与实施例12相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。
实施例40
条件与实施例13相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。
实施例41
条件与实施例14相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。
实施例42:
条件与实施例15相同，将2-戊酮-环己烷复配恒沸剂改为环己烷-甲基环己烷。
上述实施例4 42，均在真空状态下加热蒸发，因恒沸剂不同，真空度也不同，塔中温度也不同，为避免繁琐，真空度、温度值未加表述，而塔顶温度值为该操作压力下的共沸温度值。试验中加入的醋酸，绝大部分留在蒸发后的丙烯酸水溶液中，在丙烯酸装置中的脱醋酸塔中处理；本发明各实施例操作结果，证明丙烯酸水溶液中的水含量均降到O. 1% (wt)以下。
从上述实施例显然可以看出，当采用本发明进行丙烯酸水溶液脱除水分操作时， 可高效脱除水分，低能耗回收恒沸剂，恒沸剂回收率达到90%。
权利要求
1.一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法，其特征在于 (1)将单一或复配恒沸剂与丙烯酸水溶液混合，使恒沸剂与丙烯酸水溶液中的水分形成最低恒沸物； (2)在真空条件下加热蒸发恒沸剂和丙烯酸水溶液混合溶液，塔顶温度为恒沸剂在此压力下与水的恒沸温度，恒沸剂和丙烯酸水溶液中的水所形成的最低恒沸物被汽化，汽化后的最低恒沸物从溶液中分离出来； (3)最低恒沸物经冷凝冷却器，被冷凝成液相，冷凝后的液相分为恒沸剂层和水层，将水层采出，恒沸剂层返回步骤(I)与丙烯酸溶液水溶液混合循环使用。
2.如权利要求1所述的一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法，其特征在于所述恒沸剂为间二甲苯、2-戊酮、2-戊酮-环己烷、甲苯-环己烷、环己烷-甲乙酮、环己烷-甲基环己烷中的一种。
3.如权利要求1所述的一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法，其特征在于，所述的恒沸剂用量为恒沸剂与水分的质量比为20 :1 1: 20。
4.如权利要求1所述的一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法，其特征在于，所述的复配恒沸剂2-戊酮-环己烷、甲苯-环己烷、环己烷-甲乙酮、环己烷-甲基环己烷中两物质的摩尔比为10 :1至1: 10。
全文摘要
本发明涉及一种脱除丙烯酸水溶液中水分的方法；将单一或复配恒沸剂与丙烯酸水溶液混合，使恒沸剂与丙烯酸水溶液中的水分形成最低恒沸物；在真空条件下加热蒸发恒沸剂和丙烯酸水溶液混合溶液，塔顶温度为恒沸剂在此压力下与水的恒沸温度，恒沸剂和丙烯酸水溶液中的水所形成的最低恒沸物被汽化，汽化后的最低恒沸物从溶液中分离出来；最低恒沸物经冷凝冷却器，被冷凝成液相，冷凝后的液相分为恒沸剂层和水层，将水层采出，恒沸剂层返回与丙烯酸溶液水溶液混合循环使用；本方法可高效脱除水分，丙烯酸水溶液中的水含量均降到0.1％(wt)以下，低能耗回收恒沸剂，恒沸剂回收率达到90％。
文档编号C07C51/44GK103012108SQ201110288820
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者刘利, 巩传志, 李欣平, 张木兰, 刘学线, 郭晓宇, 王伟东, 刘丽艳 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 中石油东北炼化工程有限公司