一种提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，具体步骤如下：丙酮经蒸发后，与氢气混合送入加氢反应器，反应产物异丙醇及其他副产物与部分未反应丙酮及氢气经冷凝、气液分离后送入精馏塔分离轻组分；采用渗透汽化膜分离装备与轻组分分离塔耦合脱除水分，并将丙酮返回至反应器参与加氢反应，提高丙酮转化率，减少异丙醇损失。本发明方法丙酮的转化率可达99.9%，异丙醇的收率可达99.5%，且过程无有机废液排放，显著缓解环保压力。
【专利说明】—种提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺及装置
[0001]
【技术领域】
[0002]本专利涉及一种提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺。
[0003]
【背景技术】
[0004]异丙醇是重要的化工产品和原料，用途十分广泛。中国是亚洲地区最大的异丙醇进口国，目前我国异丙醇年产约16万吨，由于异丙醇的生产受原材料供应、生产工艺、环保治理等诸多因素的制约，国内年产量远小于市场年需求量。2010年异丙醇进口量为11.5万吨，2011年异丙醇进口量为10万吨。丙烯直接水合法是工业上生产异丙醇的主要方法，它是使丙烯在催化剂存在下直接发生水合反应生成异丙醇，同时副产正丙醇。由于国内丙烯资源紧张，丙烯水合工艺生产 异丙醇的丙烯消耗量和能耗很高，生产成本很高。与丙烯情况相反，国内丙酮产能较大，市场量富足，价格较低。工业上的丙酮几乎皆由异丙苯过氧化法获得(与苯酚联产)。由于苯酚的需要量的增加，联产出大量的丙酮，出现需求的不平衡，经常导致丙酮过量的局面，使得丙酮的价格低于异丙醇及丙烯的价格，开发丙酮加氢生产异丙醇技术具有广阔的应用前景。
[0005]在丙酮加氢生产异丙醇的过程中伴随少量的副反应，副反应产物主要有水、二异丙醚、双丙酮醇以及4-甲基戊醇等，在后续异丙醇精制过程中需要分离这些副产物。异丙醇精制一般采用两个精馏塔分离操作；在第一个塔中塔顶除去副产物水及少量未反应完全的丙酮，塔釜得到异丙醇和其他重组分副产物，在第二个塔中塔顶得到含水量〈0.03wt.%的异丙醇产品，其余重组分在塔釜除去。由于异丙醇与水、丙酮形成三元共沸物(丙酮8wt.%，异丙醇81wt.%，水Ilwt.%)，传统共沸精馏、萃取精馏等脱水分离工艺操作复杂，成本过高且环境污染严重，使得目前生产厂家一般将其作为废液出售，造成异丙醇收率下降、生产成本过高。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺方法，优化异丙醇的生产环节，达到低成本、高收率、过程清洁无污染的目的。具体的技术方案是指:一种提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，包括如下步骤:
步骤1、丙酮加氢生产异丙醇的反应所得物料进行气液分离，液相进入第一精馏塔进行分离；
步骤2、步骤I精馏后，第一精馏塔的塔底粗异丙醇送入第二精馏塔，轻组分从塔顶采出后，送入渗透汽化膜分离装置，渗透侧是水，截留侧为有机物，截留侧的物料送入加氢反应；步骤3、第二精馏塔对粗异丙醇进行分离，塔顶产出精制的异丙醇，塔底是重组分。
[0008]在步骤I中，丙酮原料经蒸发、过热后，与氢气进入装有催化剂的反应器，在催化剂的作用下丙酮与氢气反应，得到以异丙醇产物和未反应的氢气为主的物料；来自反应器的以异丙醇和氢气为主的物料冷却进入气液分离器，将未反应的氢气分出并通过压缩机送回反应器入口以循环使用，液相进入第一精馏塔分离水、未反应的丙酮等轻组分。丙酮加氢反应采用常规的工艺参数及催化剂即可。
[0009]在步骤2中，第一精馏塔的作用是将反应生成的异丙醇和水、丙酮等轻组分进行分离，一般来说，如果第一精馏塔的分离过程充分时，塔顶会馏出异丙醇、丙酮和水的共沸物，在工业实际上，对该物料进行破共沸的处理非常复杂，会导致设备复杂或者是在体系中引入新的杂质和组分。本发明通过在对该体系通过渗透汽化装置进行分离，膜渗透侧出口物料为水，截留侧出口物料主要为丙酮和异丙醇。第一精馏塔的塔顶采出的物料可以是以蒸汽或者是液体形式进入到渗透汽化装置。渗透汽化膜一般是采用优先透水膜，在渗透侧得到分离的水，而在截留侧得到了异丙醇、丙酮等有机物，这部分有机物送回至反应体系中，使其中未反应完全的组分继续反应，并使异丙醇再进行分离纯化，这可以提高反应的收率和丙酮的转化率。
[0010]在第一精馏塔中，回流比可以控制在2-8，第一精馏塔的理论塔板数为15-40块，精馏塔在常压或加压下操作，塔底温度约85-90°C，塔顶温度约54-58°C。渗透汽化膜装置原料侧压力(绝压)操作范围为0.15-0.25MPa，渗透侧压力(绝压)操作范围为1000-3000Pa，温度操作范围为110-130°C。
[0011]步骤3的作用是将来自第一精馏塔塔釜的物流进入异丙醇产品精制塔，经精馏分离从塔顶采出异丙醇产品，从塔釜采出重组分副产物。采用常规的工艺参数即可，例如:理论塔板数为15-40块，在常压或加压下操作，塔顶温度和塔底温度分别为80-84°C、98-102。。。
``[0012]所述的渗透汽化膜分离装置采用的分离膜是壳聚糖膜、聚乙烯醇膜、海藻酸钠膜、二氧化硅膜或分子筛膜。
[0013]本发明的另一个目的是提供一种丙酮加氢生产异丙醇收率的装置，包括有加氢反应釜、第一精馏塔、第二精馏塔，加氢反应釜的出料口通过气液分离器连接于第一精馏塔，第一精馏塔的塔顶采出口连接于渗透汽化装置，渗透汽化装置的截留侧连接于加氢反应釜的进料口，渗透汽化装置截留侧连接有渗透液罐和真空泵，第一精馏塔的塔底出料口连接至第二精馏塔，第二精馏塔的塔底是异丙醇的出料口。
[0014]对于上述的装置，加氢反应釜前设置蒸发器，是将进料丙酮液体气化和防止液体物料夹带到加氢反应器，造成催化剂损坏。同时蒸发器还有浓缩系统中可能产生重组分的作用。
[0015]作为对上述装置的改进，蒸发器顶部出口通过过热器连接于加氢反应器。可以进一步加热物料，在保证没有液体带入加氢反应器催化剂床层的同时，也保证进入反应器后能够迅速发生反应。
[0016]技术效果
1.从轻组分分离塔塔顶出口的气相直接进入蒸汽渗透膜装备进行处理，符合渗透汽化膜装备进料要求，节约能源。[0017]2.采用渗透汽化膜装备利用膜渗透方法实现对异丙醇、丙酮和水的混合组分的脱水处理，与传统的恒沸精馏、萃取精馏等方法相比，能够更为有效地分离异丙醇中的水分，得到纯度更高的异丙醇丙酮溶液，且降低能耗，不引入第三种组分，避免了环境污染。
[0018]3.反应产物经脱水、回收轻组分中丙酮及异丙醇后，整个工艺流程中丙酮的转化率≥99.9%，异丙醇的收率≥99.5%。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是工艺流程不意图；
A-蒸发器，B-过热器，C-加氢反应釜，D-气液分离器，E-第一精馏塔，F-第二精馏塔，G-渗透汽化装置，H-冷凝器，1-渗透液罐，J-真空泵。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]实施例1
如图1所示，一种丙酮加氢生产异丙醇收率的装置，包括有加氢反应釜C、第一精馏塔E、第二精馏塔F，加氢反应釜C的出料口通过气液分离器D连接于第一精馏塔E，第一精馏塔E的塔顶采出口连接于渗透汽化装置，渗透汽化装置G的截留侧连接于加氢反应釜C的进料口，渗透汽化装置G截留侧连接有渗透液罐I和真空泵J，第一精馏塔E的塔底出料口连接至第二精馏塔F，第二精馏塔F的塔底是异丙醇的出料口，加氢反应釜C前设置蒸发器A，蒸发器A顶部出口通过过热器B连接于加氢反应器C。
[0023]反应原料丙酮(5000kg/h)进入蒸发器A被汽化，被汽化的原料物流I进入过热器B，被进一步过热，避免少量夹带液沫进入加氢反应器造成催化剂的破坏。过热后的丙酮蒸汽2和氢气与循环氢气12 —起进入加氢反应釜C，氢气和丙酮的进料比是4:1，在催化剂存在下进行加氢反应，丙酮主要生成异丙醇，同时生成微量二异丙醚、水和4-甲基戊醇等副产物。反应器的流出物3经过冷凝后进入气液分离器D，分离出未反应的氢气，压缩后作为循环氢气4循环使用。冷凝液5送入第一精馏塔E，分离塔的理论塔板数为30块，该分离塔在常压压条件下操作，回流比控制在4，塔底温度约88°C，塔顶温度约56°C。塔釜采出含异丙醇及重组分的物流6，该股塔釜物流进入第二精馏塔F，理论塔板数为30块，在常压下操作，塔顶温度和塔底温度分别为82°C、100°C。从塔顶分离出异丙醇产品8，含水量低于0.0lwt.%，从塔釜采出含4-甲基戊醇等沸点高于异丙醇沸点的重组分9。从第一精馏塔E塔顶采出由异丙醇(81wt.%)、丙酮(8wt.%)及水(llwt.%)组成的三元共沸物7，流量为300kg/h。该共沸物被送入渗透汽化装置G进行脱水。渗透汽化膜分离装备由3个NaA分子筛膜组件串联构成，总膜面积为15m2。渗透汽化装置原料侧压力为(绝压)0.2MPa，渗透侧压力(绝压)操作范围为2000Pa，温度操作范围为120°C。水组分透过分子筛膜经冷凝器H冷凝后去废水处理系统；膜渗透侧通过真空泵J为渗透过程提供动力。经膜脱水后的三元共沸物含水量降低至0.5wt.%,流量为265kg/h,进入丙酮加氢反应爸,作为原料参与加氢反应。
[0024]该实施例中，最终得到的异丙醇广品的纯度是99.99wt.%,丙丽的转化率是99.9%，异丙醇的收率是99.5%。
[0025]对照例
对照例I与实施例1的区别在于:没有设置有渗透汽化装置，第一精馏塔的塔顶产物经部分冷凝回流后，采出作为废料，即与传统工艺完全相同。对照例I中流程的其它工艺参数与实施例1皆相同。在此条件下，丙酮的转化率是98.5%，异丙醇的收率是98.5%。
[0026]实施例2
采用如图1所示的装置，反应原料丙酮(5000kg/h)进入蒸发器A被汽化，被汽化的原料物流I进入过热器B，被进一步过热，避免少量夹带液沫进入加氢反应器造成催化剂的破坏。过热后的丙酮蒸汽2和氢气与循环氢气12—起进入加氢反应釜C，氢气和丙酮的进料比是2:1，在催化剂存在下进行加氢反应，丙酮主要生成异丙醇，同时生成微量二异丙醚、水和4-甲基戊醇等副产物。反应器的流出物3经过冷凝后进入气液分离器D，分离出未反应的氢气，压缩后作为循环氢气4循环使用。冷凝液5送入第一精馏塔E，分离塔的理论塔板数为15块，该分离塔在常压压条件下操作，回流比控制在2，塔底温度约85°C，塔顶温度约54°C。塔釜采出含异丙醇及重组分的物流6，该股塔釜物流进入第二精馏塔F，理论塔板数为15块，在常压下操作，塔顶温度和塔底温度分别为80°C、98°C。从塔顶分离出异丙醇产品8，含水量低于0.0lwt.%，从塔釜采出含4-甲基戊醇等沸点高于异丙醇沸点的重组分9。从第一精懼塔E塔顶采出由异丙醇(81wt.%)、丙酮(8wt.%)及水(Ilwt.%)组成的三元共沸物7，流量为300kg/h。该共沸物被送入渗透汽化装置G进行脱水。渗透汽化膜分离装备由3个聚乙烯醇膜组件串联构成，总膜面积为15m2。渗透汽化装置原料侧压力为(绝压)0.15MPa，渗透侧压力(绝压)操作范围为lOOOPa，温度操作范围为110°C。水组分透过分子筛膜经冷凝器H冷凝后去废水处理系统；膜渗透侧通过真空泵J为渗透过程提供动力。经膜脱水后的三元共沸物含水量降低至0.6wt.%，流量为245kg/h，进入丙酮加氢反应釜，作为原料参与加氢反应。
`[0027]该实施例中，最终得到的异丙醇产品的纯度是99.9 Iwt.%，丙酮的转化率是99.5%，异丙醇的收率是99.5%。
[0028]实施例3
采用如图1所示的装置，反应原料丙酮(5000kg/h)进入蒸发器A被汽化，被汽化的原料物流I进入过热器B，被进一步过热，避免少量夹带液沫进入加氢反应器造成催化剂的破坏。过热后的丙酮蒸汽2和氢气与循环氢气12 —起进入加氢反应釜C，氢气和丙酮的进料比是6:1，在催化剂存在下进行加氢反应，丙酮主要生成异丙醇，同时生成微量二异丙醚、水和4-甲基戊醇等副产物。反应器的流出物3经过冷凝后进入气液分离器D，分离出未反应的氢气，压缩后作为循环氢气4循环使用。冷凝液5送入第一精馏塔E，分离塔的理论塔板数为40块，该分离塔在常压压条件下操作，回流比控制在4，塔底温度约90°C，塔顶温度约58°C。塔釜采出含异丙醇及重组分的物流6，该股塔釜物流进入第二精馏塔F，理论塔板数为40块，在常压下操作，塔顶温度和塔底温度分别为84°C、102°C。从塔顶分离出异丙醇产品8，含水量低于0.0lwt.%，从塔釜采出含4-甲基戊醇等沸点高于异丙醇沸点的重组分
9。从第一精懼塔E塔顶采出由异丙醇(81wt.%)、丙酮(8wt.%)及水(llwt.%)组成的三元共沸物7，流量为290kg/h。该共沸物被送入渗透汽化装置G进行脱水。渗透汽化膜分离装备由3个二氧化硅膜组件串联构成，总膜面积为15m2。渗透汽化装置原料侧压力为(绝压)0.25MPa，渗透侧压力(绝压)操作范围为3000Pa，温度操作范围为130°C。水组分透过分子筛膜经冷凝器H冷凝后去废水处理系统；膜渗透侧通过真空泵J为渗透过程提供动力。经膜脱水后的三元共沸物含水量降低至0.5wt.%，流量为255kg/h，进入丙酮加氢反应爸，作为原料参与加氢反应。[0029]该实施例中，最终得到的异丙醇产品的纯度是99.94wt.%，丙酮的转化率是99.6%，异丙醇的收率是99.4%。
【权利要求】
1.一种提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，包括如下步骤: 步骤1、丙酮加氢生产异丙醇的反应所得物料进行气液分离，液相进入第一精馏塔进行分离； 步骤2、步骤I精馏后，第一精馏塔的塔底粗异丙醇送入第二精馏塔，轻组分从塔顶采出后，送入渗透汽化膜分离装置，渗透侧是水，截留侧为有机物，截留侧的物料送入加氢反应； 步骤3、第二精馏塔对粗异丙醇进行分离，塔顶产出精制的异丙醇，塔底是重组分。
2.根据权利要求1所述的提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，其特征在于:所述的第一精馏塔的回流比是2-8。
3.根据权利要求1所述的提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，其特征在于:第一精馏塔的理论塔板数为15-40块，塔底温度85-90°C，塔顶温度54-58°C。
4.根据权利要求1所述的提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，其特征在于:第二精馏塔理论塔板数为15-40块，塔顶温度80-84°C、塔底温度为98-102°C。
5.根据权利要求1所述的提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，其特征在于:所述的渗透汽化膜分离装置采用的分离膜是壳聚糖膜、聚乙烯醇膜、海藻酸钠膜、二氧化硅膜或分子筛膜。
6.根据权利要求1所述的提高丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，其特征在于:所述的渗透汽化膜分离装备由f200个膜组件组成，膜组件之间通过串联、并联或混联连接。
7.根据权利要求1所述的提高 丙酮加氢生产异丙醇收率的工艺，其特征在于:所述的渗透汽化分离装置的操作参数是:原料侧压力操作范围为0.15-0.25MPa，渗透侧压力操作范围为1000-3000Pa，温度操作范围为110-130°C。
8.一种丙酮加氢生产异丙醇收率的装置，包括有加氢反应釜(C)、第一精馏塔(E)、第二精馏塔(F)，加氢反应釜(C)的出料口通过气液分离器(D)连接于第一精馏塔(E)，第一精馏塔(E)的塔顶采出口连接于渗透汽化装置，渗透汽化装置(G)的截留侧连接于加氢反应釜(C)的进料口，渗透汽化装置(G)截留侧连接有渗透液罐(I)和真空泵(J)，第一精馏塔(E)的塔底出料口连接至第二精馏塔(F)，第二精馏塔(F)的塔底是异丙醇的出料口。
9.根据权利要求8所述的丙酮加氢生产异丙醇收率的装置，其特征在于:所述的加氢反应釜(C)前设置蒸发器(A)。
10.根据权利要求9所述的丙酮加氢生产异丙醇收率的装置，其特征在于:所述的蒸发器(A)顶部出口通过过热器(B)连接于加氢反应器(C)。
【文档编号】C07C31/10GK103449967SQ201310364054
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】顾学红, 孔维芳, 余丛立, 庆祖森 申请人:江苏九天高科技股份有限公司