一种节能高效的乙酰丙酮合成工艺的制作方法

本发明属于乙酰丙酮合成技术领域，具体涉及一种节能高效的乙酰丙酮合成工艺。

背景技术：

乙酰丙酮，其标准命名为2,4-戊二酮，又称二乙酰基甲烷，是丙酮的一种衍生物,分子式CH3COCH2COCH3。无色或微黄易流动的透明液体，有酯的气味，冷却时凝成有光泽的晶体。受光作用时，转化成褐色液体，并且生成树脂。熔点-23℃，沸点140.5℃，相对密度0.9753，折射率1.4494，闪点40.56℃，溶于水、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮、苯、冰醋酸。乙酰丙酮通常是烯醇式和酮式两种互变异构体的混合物，两者处于动态平衡中。常用做金属萃取剂分离三、四价离子，油漆及油墨干燥剂，农药杀虫剂、杀菌剂，高聚物的溶剂，测定铊、铁、氟的试剂及有机合成中间体等。乙酰丙酮与胍生成氨基-4,6-二甲基嘧啶，是重要的制药原料。可作醋酸纤维素的溶剂，汽油及润滑剂的添加剂，油漆和清漆的干燥剂、杀菌剂，杀虫剂等。乙酰丙酮还可作为石油裂解、加氢反应和羰基化反应的催化剂，氧气的氧化促进剂等。可用来脱除多孔固体中的金属氧化物及用于处理聚丙烯触媒等。在欧美国家50％以上用于牲畜止泻药和饲料添加剂。

乙酰丙酮最常用的工业化的生产方法是：乙酸在700～800度高温下催化裂解生成乙烯酮，离开裂解炉的乙烯酮反应气的温度大约500～600度，经多级冷却、净化后，乙烯酮气体通入到反应釜内加热至回流状态的丙酮溶液中，乙烯酮溶解在丙酮中并在催化剂作用下与丙酮酯化生成乙酸异丙烯酯。未溶解的乙烯酮与被蒸发的丙酮蒸汽一起进入多级冷凝器冷凝回收循环使用；反应得到的乙酸异丙烯酯丙酮溶液，经浓缩、精制，得中间体乙酸异丙烯酯。乙酸异丙烯酯经计量后进入蒸发器，被重新加热蒸发为气体；水经计量后进入水的蒸发器蒸发为水蒸气；乙酸异丙烯酯气体与水蒸气混合进入加热炉，被快速升温至400度以上，然后进入转位炉，于500～600度转位成乙酰丙酮，经分级冷却、冷凝得到乙酰丙酮粗品，再经精制得到乙酰丙酮产品。该生产工艺过程复杂，合成过程持续性差，能耗大，乙酰丙酮收率低。

技术实现要素：

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种节能高效的乙酰丙酮合成工艺，降低能耗，合成过程持续性良好，提高乙酰丙酮收率，具有显著的经济效益。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种节能高效的乙酰丙酮合成工艺，其特征在于包括如下步骤：

(a)乙酸裂解生成乙烯酮：将乙酸投入到裂解炉中，同时开启预热锅炉，乙酸在对流段预热，再通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管，控制乙酸物料由下向上流动，同时持续性通入磷酸三乙酯催化剂，裂解炉内温度控制在700～800℃，压强控制在10～12kPa，乙酸在裂解炉中催化裂解生成乙烯酮和水蒸气；

(b)导入并预存乙烯酮：在裂解炉的出料口处连接一个三通阀，再在三通阀上设置两根连接管道，接着通过其中一根连接管道将乙烯酮和水蒸气直接导入到反应炉，同时通过另一根连接管道将乙烯酮与冷凝剂液氮混合，并通入到三级冷凝器中，再将冷却后的乙烯酮气体通入填料塔的底部，乙烯酮气体逆流上升，接着开启循环泵泵入粗双乙烯酮，然后将粗双乙烯酮通过喷淋装置洒落到液体分布装置，粗双乙烯酮通过液体分布装置均匀喷洒到填料层上，并在填料的表面呈膜状流下，粗双乙烯酮作为吸收剂与乙烯酮气体在填料层中吸收，吸收后的溶液落到填料塔底部，然后通过计量泵将吸收后的溶液通入到储罐中，乙烯酮在储罐中保持10～20℃稳定温度下聚合成双乙烯酮粗品，然后采用惰性溶剂对双乙烯酮粗品洗涤，洗涤后的双乙烯酮粗品通入精制系统进行蒸馏提纯，完成预存乙烯酮操作；

(c)混合搅拌丙酮与催化剂：将丙酮溶液连续通入搅拌装置中，在搅拌装置开启搅拌桨，搅拌桨运转速度控制在20～140P/min，搅拌叶片与丙酮液面形成10～30°夹角，搅拌叶片采用双层结构，丙酮通入搅拌装置前10min，搅拌桨采用低速搅拌，然后逐渐增加搅拌速度，同时加入酯化反应所需的催化剂，在通入催化剂10～15min后，搅拌叶片采用匀速搅拌，同时通过计量泵增加丙酮通入搅拌装置的量，丙酮连续通入搅拌装置大于20min时，逐渐减小搅拌速度，然后将丙酮溶液通入到预热装置中预热，直接喷入反应炉；

(d)乙烯酮和丙酮反应：将反应炉的温度控制在500～600℃，通入反应炉的乙烯酮气体和丙酮蒸汽在催化剂作用下反应生成乙酸异丙烯酯，然后将反应生成的水蒸气通入到反应炉的夹套中，夹套控制反应炉的反应温度；

(e)向反应炉通入预存乙烯酮：将双乙烯酮导入加热炉，采用电加热方式对加热炉加热，控制炉内温度300～600℃，将双乙烯酮分解为乙烯酮，然后直接将乙烯酮气体导入到反应炉中，补充乙烯酮气体；

(f)制得乙酰丙酮粗品；

(g)精制乙酰丙酮粗品。

进一步，步骤(b)导入并预存乙烯酮中，惰性溶剂选用苯、二甲苯、正丁醚的其中一种。

进一步，步骤(c)混合搅拌丙酮与催化剂中，催化剂选用硫酸。

进一步，步骤(f)制得乙酰丙酮粗品具体为将反应炉反应生成的混合气体通入到冷却器中，然后管道的一侧通入冷却水，管道的另一侧通入空气，冷却水与空气以相反方向通过冷却器，对混合气体进行冷却、冷凝作用，制得乙酰丙酮粗品。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明将乙酸在裂解炉中催化裂解生成乙烯酮，再用粗双乙烯酮作为吸收剂与乙烯酮气体在填料层中吸收，乙烯酮在储罐中保持10～20℃稳定温度下聚合成双乙烯酮粗品，并对双乙烯酮粗品进行蒸馏提纯，由于乙烯酮稳定性能差，而双乙烯酮稳定性良好，可对双乙烯酮进行储存，进而间接将乙烯酮进行储存，当乙烯酮和丙酮在反应炉中反应时，可采用电加热方式对储存的双乙烯酮加热，将双乙烯酮分解为乙烯酮，然后直接将乙烯酮气体导入到反应炉中，用于补充反应炉中的乙烯酮气体，而乙酸裂解生成乙烯酮直接导入到反应炉，丙酮直接喷入反应炉，提高反应炉中反应的连续性，提高反应效率。

2、本发明在丙酮溶液中混入硫酸催化剂，分三个阶段配合搅拌叶片进行添加催化剂，具体为丙酮通入搅拌装置前10min，搅拌桨采用低速搅拌，然后逐渐增加搅拌速度，同时加入酯化反应所需的催化剂，在通入催化剂10～15min后，搅拌叶片采用匀速搅拌，同时通过计量泵增加丙酮通入储罐的量，丙酮连续通入储罐大于20min时，逐渐减小搅拌速度，能强化催化剂的均匀分布，使得丙酮与催化剂混合均匀，因为选择性高、活性强的催化剂若分布不均，不但浪费催化剂，还会严重影响产物的转化率及选择性，有利于乙烯酮和丙酮在反应炉中充分反应，提高乙酰丙酮收率。

3、本发明乙烯酮气体和丙酮蒸汽在高温和催化剂存在下快速反应成乙酸异丙烯酯，由于该反应本身是吸热反应，高温有利于反应的进行和反应得更彻底，反应生成的乙酸异丙烯酯和原乙酸裂解产生的水蒸气在高温下又直接转位成乙酰丙酮，该反应同时又促进乙烯酮和丙酮反应的进行，降低能耗，提高反应效率。

4、本发明工艺工序少，设备大大简化，能量充分利用，极大程度地节能，生产效率明显提高，乙酰丙酮收率达到92.8％，与现有技术相比乙酰丙酮收率明显提高，具有显著的经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种节能高效的乙酰丙酮合成工艺的流程图；

图2为本发明一种节能高效的乙酰丙酮合成装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本发明一种节能高效的乙酰丙酮合成工艺，包括如下步骤：

(a)乙酸裂解生成乙烯酮：将乙酸投入到裂解炉1中，裂解炉1通常由对流室和辐射室两部分组成，为了提高安全性，一般辐射室由耐火砖和隔热砖砌成，耐火砖呈交叉砌筑在裂解炉1里层，而隔热砖竖向对齐砌筑在裂解炉1外层。开启预热锅炉，乙酸在对流段预热，再通过横跨管和猪尾管由裂解炉1底部送入辐射管，横跨管和猪尾管的布置和尺寸根据裂解炉1的形状而变。控制乙酸物料由下向上流动，同时持续性通入磷酸三乙酯催化剂，磷酸三乙酯催化剂为一种高效、选择性高、活性强的催化剂，可以用磷酸取代，起到节能环保作用。裂解炉1内温度控制在700～800℃，压强控制在10～12kPa，乙酸的投料量为295kg/h，乙酸在裂解炉1中催化裂解生成乙烯酮和水蒸气，必要时可进行热能的回收。

(b)导入并预存乙烯酮：在裂解炉1的出料口处连接一个三通阀2，再在三通阀2上设置两根连接管道，接着通过其中一根连接管道将乙烯酮和水蒸气直接导入到反应炉3，同时通过另一根连接管道将乙烯酮与冷凝剂液氮混合，并通入到三级冷凝器4中，再将冷却后的乙烯酮气体通入填料塔5的底部，乙烯酮气体逆流上升，接着开启循环泵泵入粗双乙烯酮，然后将粗双乙烯酮通过喷淋装置洒落到液体分布装置，粗双乙烯酮通过液体分布装置均匀喷洒到填料层上，并在填料的表面呈膜状流下，粗双乙烯酮作为吸收剂与乙烯酮气体在填料层中吸收，吸收后的溶液落到填料塔5底部，然后通过计量泵将吸收后的溶液通入到储罐6中，乙烯酮在储罐6中保持10～20℃稳定温度下聚合成双乙烯酮粗品，然后采用惰性溶剂对双乙烯酮粗品洗涤，惰性溶剂选用苯、二甲苯、正丁醚的其中一种，洗涤后的双乙烯酮粗品通入精制系统进行蒸馏提纯，完成预存乙烯酮操作。

(c)混合搅拌丙酮与催化剂：将丙酮溶液连续通入搅拌装置7中，在搅拌装置7开启搅拌桨，搅拌桨运转速度控制在20～140P/min，搅拌叶片与丙酮液面形成10～30°夹角，搅拌叶片采用双层结构，丙酮通入搅拌装置7前10min，搅拌桨采用低速搅拌，然后逐渐增加搅拌速度，同时加入酯化反应所需的催化剂，催化剂选用硫酸，在通入催化剂10～15min后，搅拌叶片采用匀速搅拌，同时通过计量泵增加丙酮通入搅拌装置7的量，丙酮连续通入搅拌装置7大于20min时，逐渐减小搅拌速度，然后将丙酮溶液通入到预热装置8中预热，直接喷入反应炉3。

(d)乙烯酮和丙酮反应：将反应炉3的温度控制在500～600℃，通入反应炉3的乙烯酮气体和丙酮蒸汽在催化剂作用下反应生成乙酸异丙烯酯，然后将反应生成的水蒸气通入到反应炉3的夹套中，夹套控制反应炉3的反应温度。

(e)向反应炉3通入预存乙烯酮：将双乙烯酮导入加热炉9，采用电加热方式对加热炉9加热，控制炉内温度300～600℃，将双乙烯酮分解为乙烯酮，然后直接将乙烯酮气体导入到反应炉3中，补充乙烯酮气体。

(f)制得乙酰丙酮粗品：将反应炉3反应生成的混合气体通入到冷却器中，然后管道的一侧通入冷却水，管道的另一侧通入空气，冷却水与空气以相反方向通过冷却器，对混合气体进行冷却、冷凝作用，制得乙酰丙酮粗品。

(g)精制乙酰丙酮粗品。

本发明将乙酸在裂解炉中催化裂解生成乙烯酮，再用粗双乙烯酮作为吸收剂与乙烯酮气体在填料层中吸收，乙烯酮在储罐中保持10～20℃稳定温度下聚合成双乙烯酮粗品，并对双乙烯酮粗品进行蒸馏提纯，由于乙烯酮稳定性能差，而双乙烯酮稳定性良好，可对双乙烯酮进行储存，进而间接将乙烯酮进行储存，当乙烯酮和丙酮在反应炉中反应时，可采用电加热方式对储存的双乙烯酮加热，将双乙烯酮分解为乙烯酮，然后直接将乙烯酮气体导入到反应炉中，用于补充反应炉中的乙烯酮气体，而乙酸裂解生成乙烯酮直接导入到反应炉，丙酮直接喷入反应炉，提高反应炉中反应的连续性，提高反应效率。本发明在丙酮溶液中混入硫酸催化剂，分三个阶段配合搅拌叶片进行添加催化剂，具体为丙酮通入搅拌装置前10min，搅拌桨采用低速搅拌，然后逐渐增加搅拌速度，同时加入酯化反应所需的催化剂，在通入催化剂10～15min后，搅拌叶片采用匀速搅拌，同时通过计量泵增加丙酮通入搅拌装置的量，丙酮连续通入搅拌装置大于20min时，逐渐减小搅拌速度，能强化催化剂的均匀分布，使得丙酮与催化剂混合均匀，因为选择性高、活性强的催化剂若分布不均，不但浪费催化剂，还会严重影响产物的转化率及选择性，有利于乙烯酮和丙酮在反应炉中充分反应，提高乙酰丙酮收率。本发明乙烯酮气体和丙酮蒸汽在高温和催化剂存在下快速反应成乙酸异丙烯酯，由于该反应本身是吸热反应，高温有利于反应的进行和反应得更彻底，反应生成的乙酸异丙烯酯和原乙酸裂解产生的水蒸气在高温下又直接转位成乙酰丙酮，该反应同时又促进乙烯酮和丙酮反应的进行，降低能耗，提高反应效率。本发明工艺工序少，设备大大简化，能量充分利用，极大程度地节能，生产效率明显提高，乙酰丙酮收率由原先的82.3％达到92.8％，与现有技术相比乙酰丙酮收率明显提高，具有显著的经济效益。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。