从木材乙酰化回收乙酸的制作方法

发明领域

本发明涉及纯化从木材乙酰化过程回收的乙酸的方法。特别地，本发明涉及将木材的乙酰化与由乙酸至乙酸酐的产生整合的方法，以及整合的设备。

发明背景

熟知的由乙酸产生乙酸酐的方法涉及烯酮(乙烯酮)的形成。由此通过在高温下将乙酸脱水来产生烯酮(通常在700℃至750℃量级的温度下操作的烯酮炉中进行)。之后，在导致乙酸酐形成的放热反应中使烯酮与乙酸反应。

有趣的是，乙酸和乙酸酐均用于木材的乙酰化方法。这些方法(其需求不断增长)用于提供具有改善的材料性质的木材，所述改善的材料性质例如尺寸稳定性、硬度、耐久性等。在这些方法中，最终从木材中去除过量的乙酰化介质，其通常是乙酸酐与乙酸的混合物。从而希望避免浪费去除的乙酰化介质，并且优选地希望将其在木材乙酰化中再循环和重新使用。

存在回收乙酸酐的适合的技术，通过将乙酸酐与乙酸分离，之后该乙酸酐可以重新用于木材乙酰化。然而，在木材乙酰化后，由于乙酸作为乙酰化的副产物形成，其以过量的比例得到，并且希望将所述乙酸应用于不同的用途，将其作为化学品销售，和/或将其用于烯酮的产生。然而，所述乙酸的特定来源，即，来自木材的乙酰化，会由于存在杂质而对其进一步的使用带来固有限制，所述杂质例如来自木材的萜烯和萜类杂质。尤其是难以去除萜烯和萜类。这限制了从木材乙酰化回收的乙酸的用途。例如，在烯酮炉中不希望使用所述回收的乙酸，其原因是，由于在炉中应用的高温，上述杂质容易导致在所述炉中形成焦炭。

在wo2009/120257中，通过共沸蒸馏解决了前述问题，其中将包含上述杂质的乙酸与水一起供应至蒸馏柱。虽然该参考文献由此教导了从木材乙酰化获得纯化乙酸的方法，但其不涉及乙酸酐的产生，并且特别地，其不教导如何有效地整合乙酸酐的产生与木材的乙酰化。并且，将水加入蒸馏柱降低了该方法的经济可行性。

希望提供可以将木材的乙酰化与乙酸酐的产生有效整合的方法。并且，希望由此最优地使用从木材乙酰化中可获得的液体来源。

发明概述

为了更好的满足前述期望中的一个或多个，本发明一方面涉及纯化从木材乙酰化过程回收的乙酸的方法，其中使从木材乙酰化过程获得的木材乙酰化流体(所述流体包含乙酸和乙酸酐)经受乙酸回收(例如通过蒸馏)，并且其中将由此回收的乙酸与来自由乙酸产生烯酮的单元的残余含水乙酸流混合，并且使所得的混合物经受蒸馏以便产生纯化的乙酸。

在另一方面，本发明示出了包含木材乙酰化单元和烯酮产生单元的系统，所述烯酮产生单元包含从残余的含水乙酸流回收乙酸的处理部分，所述系统包含用于分离从木材乙酰化单元获得的乙酸的分离单元，所述分离单元与处理部分流体连通，并且其中所述处理部分包含蒸馏单元。

附图简述

图1示出了不根据本发明，在没有额外措施的情况下，与木材乙酰化单元整合的基于烯酮的产生单元的方案；

图2示出了与根据本发明的实施方案结合的与木材乙酰化单元整合的基于烯酮的产生单元的方案；

图3示出了根据本发明的另一实施方案的图2的方案。

发明详述

广义上，本发明基于以下明智的认识：在木材乙酰化与乙酸酐产生的整合中使用萜烯的共沸蒸馏。因此，从回收的木材乙酰化流体中分离乙酸，并且将其送至由乙酸产生烯酮的单元的部分，其中将残余的含水乙酸进行处理以便回收乙酸。由于其为含水流，因此通过蒸馏对其进行的处理将使得萜烯和/或萜类通过共沸去除。

残余的含水乙酸流由以下事实造成：通过限定，由乙酸产生烯酮的单元(例如烯酮炉)不会将乙酸完全转化为烯酮。即，从所述单元获得至少两股流。一股为包含所形成的烯酮的产物流，另一股为所述残余的流。

作为本发明的结果，实现了整合的方法，其中可以将木材经受乙酰化并且将回收的乙酰化流体重新使用。乙酰化流体(该流体包含乙酸和乙酸酐的混合物)的回收包括将所述流体经受乙酸回收的步骤。此类回收通常可以通过蒸馏来完成，但是将乙酸与乙酸酐分离的其它方法也是适合的。该步骤导致回收乙酸和乙酸酐。

由此回收的乙酸酐可以被分离并且用于任何所需用途。在本发明中，优选将回收的乙酸酐再循环至用于木材乙酰化方法的乙酰化流体的进料流中。

将回收的乙酸(其通常含有上述萜烯和萜类杂质)与残余的含水乙酸流混合，所述残余的含水乙酸流通常作为侧流在由乙酸至烯酮的产生中获得。可以将由此获得的纯化乙酸用于任何用途。然而，优选地，将其再循环至用于产生烯酮和/或产生乙酸酐的乙酸的进料流中。

所产生的烯酮可以用于任何用途。然而，根据本发明，优选提供整合的方法，其中所形成的烯酮基本上用于产生乙酸酐的方法中。烯酮由此与乙酸反应。如以上所示，在烯酮产生和随后的乙酸酐产生之一或两者中的乙酸的进料流可以包含从来自烯酮产生的残余的含水乙酸流中获得的纯化乙酸。

由此产生的乙酸酐可以用于任何用途。然而，根据本发明，优选提供完全整合的方法，其中将所形成的乙酸酐再循环至用于木材乙酰化单元的乙酰化流体的进料流中，所述木材乙酰化单元优选为乙酰化流体如前述实施方案所述从中回收的同一单元。

因此，在本发明的优选实施方案中，获得了整合的方法，其中将从木材乙酰化回收的乙酰化流体重新用于一个或多个最终返回木材乙酰化的方法步骤中。优选将从回收的乙酰化流体中分离的乙酸酐直接再循环至乙酰化流体进料流中。从回收的乙酰化流体中分离的乙酸，在根据跟发明进行纯化之后，最终用于乙酸酐的产生中，所述乙酸酐转而用于乙酰化流体进料流体中。乙酸在乙酸酐产生中的所述用途为在由乙酸和烯酮至乙酸酐的合成中直接作为反应物，或者间接地在前述由乙酸至烯酮的形成中作为反应物。

在有趣的实施方案中，本发明明智地利用以下可能的情况：乙酸酐产生单元的输出可需要调节乙酸酐与乙酸的比例，以便使乙酸酐更加富集。这涉及以下事实：在实践中通常不会实现乙酸完全转化为乙酸酐。使用分离乙酸和乙酸酐的单元(通常是蒸馏柱，有时被称为“粗酸酐柱”)，以便调节来自乙酸酐产生单元的产物流中的乙酸酐与乙酸的比例。所述分离单元的输出将优选地适于作为木材乙酰化流体，此流体优选地包含以下比例的乙酸酐(anh)和乙酸(aca)：anh:aca为80:20至100:0，优选为90:10至95:5。

因此这种调节(通常通过从所产生的乙酸酐中蒸馏出乙酸)将产生单独的乙酸流。现在本发明人已经认识到，木材乙酰化与乙酸酐产生的整合可以就装备成本和操作成本方面来优化。考虑到乙酸酐产生单元之后通常有将乙酸与乙酸酐分离(例如，通过蒸馏)的部分，这种相同的部分可以用于从木材乙酰化回收的乙酰化流体中分离乙酸和乙酸酐。

因此，在本发明的这种实施方案中，产生了粗乙酸酐，该粗乙酸酐通过在分离乙酸和乙酸酐的单元中分离其中的乙酸而增加浓度，并且其中将同一分离单元用于从木材乙酰化流体中回收乙酸。

根据本发明的木材乙酰化和乙酸酐产生的整合可以在现有设备和设计的新设备中进行。例如，可以将新型基于烯酮的乙酸酐产生单元紧邻现有的木材乙酰化单元构建，并且根据本发明的一个或多个实施方案与其结合。此外，可以将新型木材乙酰化单元紧邻现有的基于烯酮的乙酸酐产生单元构建。或者，在木材乙酰化单元与基于烯酮的乙酸酐产生单元已经彼此紧邻存在的情况下，可以将其整合。在所述单元已经以另一方式整合的情况下，可以改变此类设备结合的方式，以便与本文先前所述的本发明一致。

根据本发明将回收的乙酰化流体分离成乙酸和乙酸酐可以特别有利于因为其它原因已经含有用于回收的乙酰化流体的蒸馏单元的木材乙酰化设备。在那种情况下，可以通过布置适当的流动管线有利地进行此类现有木材乙酰化单元与基于烯酮的乙酸酐产生单元的整合，以便使在所述蒸馏单元取回的乙酸与来自烯酮产生的残余含水乙酸流合并。

应用的装备和技术是技术人员所熟知的。其涉及木材的乙酰化单元(例如木材乙酰化反应器)及其惯用辅助装备，例如用于从回收的乙酰化流体中去除木材残余物的过滤器部分。类似地，其涉及诸如蒸馏单元的分离单元(例如，诸如蒸馏柱的蒸馏装备)、烯酮产生部分(通常为烯酮炉)、乙酸酐产生部分(通常为适用于烯酮与乙酸反应的反应器)。

用于本发明的木材乙酰化单元可以是适用于固体木材(例如木梁或木板)的乙酰化的那些单元。所述木材乙酰化单元还可以是适用于诸如粉、纤维、束或片的木材元件的乙酰化的那些单元。因此应用于本发明的木材乙酰化方法不限于木材的任何大小、形状或种类。各种此类方法是技术人员所熟知的。

本发明还涉及包含木材乙酰化部分和烯酮产生单元的系统，所述烯酮产生单元包含从残余的含水乙酸流回收乙酸的处理部分，所述系统包含用于分离从木材乙酰化单元获得的乙酸的分离部分，所述分离部分与所述处理部分流体连通，并且其中处理部分包含蒸馏单元。后者用于允许从木材乙酰化回收的乙酸通过使萜烯和/或萜类由于与水共沸蒸馏而去除来纯化。

在前述系统的有趣的实施方案中，烯酮产生单元包含在乙酸酐产生部分中。所述部分包含烯酮产生单元及其下游的乙酸酐产生单元。

优选地，本发明的系统包含通过以下方式与乙酸酐产生部分整合的木材乙酰化部分。其中所述木材乙酰化部分包含用于乙酰化流体的入口和出口，并且所述乙酸酐产生部分包含由乙酸产生烯酮的单元及其下游的由烯酮和乙酸产生乙酸酐的单元。所述乙酸酐产生单元包含用于烯酮的入口、用于乙酸的入口和用于乙酸酐的出口，并且所述烯酮产生单元包含用于乙酸的入口和用于烯酮的出口。用于烯酮的出口与乙酸酐产生单元的用于烯酮的入口流体连通(例如通过气流管线)。烯酮产生单元包含通向残余含水乙酸的处理部分的单独出口。根据本发明，木材乙酰化部分的用于乙酰化流体的出口与分离乙酸和乙酸酐的部分流体连通；所述部分的乙酸出口与残余含水乙酸的处理部分的入口流体连通。后一部分具有用于纯化乙酸的出口，所述出口与乙酸酐产生部分的用于乙酸的入口流体连通。所述入口可以为通向烯酮产生单元的入口、通向乙酸酐产生单元的入口或者为两者。

在本发明的系统的实施方案中，乙酸酐产生单元的用于乙酸酐的出口与分离乙酸和乙酸酐的部分(例如蒸馏单元)流体连通。后一分离部分具有乙酸酐出口，其可以与木材乙酰化部分的用于乙酰化流体的入口流体连通。在有趣的实施方案中，所述分离部分还用作从回收自木材乙酰化部分的乙酰化流体中分离乙酸和乙酸酐的部分。为了此目的，所述分离部分具有用于乙酸的出口，其与来自烯酮产生单元的残余含水乙酸的处理部分的入口流体连通。

将参考附图在下文进一步解释本发明。这些附图不限制本发明。由于所述附图可以涉及本发明的具体实施方案，技术人员应理解，本发明可以更普遍地应用，并且附图中的公开内容不限于其中所给的任何具体设计或数字。

在附图中，示出了以下元件。

装备部件：

(1)木材乙酰化设备

(2)乙酸/乙酸酐分离单元

(3)烯酮产生单元

(4)乙酸酐产生单元

(5)用于回收残余的含水乙酸的处理部分

(6)乙酸酐蒸馏单元

(7)乙酸酐纯化单元

工艺流：

(a)新鲜的乙酰化流体

(b)从木材乙酰化中回收的乙酰化流体

(c)乙酸

(d)从乙酸中分离的乙酸酐

(e)烯酮

(f)残余的含水乙酸

(g)回收的乙酸

(h)粗乙酸酐(与乙酸的混合物)

(i)富集的乙酸酐(降低乙酸含量)

图1示出了基于烯酮的乙酸酐产生设备的方案，其包含与木材乙酰化设备(1)整合的烯酮产生单元(3)和乙酸酐产生单元(4)。其中，所述设备在无任何额外措施下进行结合，即不根据本发明。将乙酰化流体(流a)供给至木材乙酰化设备(1)。将回收的乙酰化流体(b)在第一乙酸/乙酸酐分离单元(2)中经受乙酸分离，产生与乙酸酐分离的乙酸流(c)和与乙酸分离的乙酸酐流(d)。将与乙酸酐分离的乙酸流(c)送至包含烯酮产生单元(3)和乙酸酐产生单元(4)的乙酸酐产生部分。烯酮产生单元(3)与其下游的用于回收残余的含水乙酸(f)的处理部分(5)连接。将从其中回收的乙酸(g)送至烯酮产生单元(3)和/或乙酸酐产生单元(4)。将产生的烯酮(e)送至乙酸酐产生单元(4)。将产生的粗酸酐(h)送至乙酸酐蒸馏单元(6)。将从其中获得的乙酸(c)送至上述乙酸酐产生部分。将富集的乙酸酐(i)(具有降低的乙酸含量)送至纯化单元(7)，并且将由此获得的纯化的乙酰化流体(i)作为新鲜的乙酰化流体(a)供给至木材乙酰化部分(1)。

图2示出了根据本发明的实施方案与木材乙酰化设备整合的基于烯酮的产生设备的方案。其中，将与乙酸酐分离的乙酸的流(c)送至用于回收残余的含水乙酸的处理部分(5)。

图3示出了根据本发明的另一实施方案的方案。其中，将从木材乙酰化回收的乙酰化流体(b)送至位于乙酸酐产生单元(4)下游的乙酸/乙酸酐分离单元(6)。省略了最初位于乙酰化单元下游的乙酸/乙酸酐分离单元(2)。

应当理解，示意图根据需要用于说明一部分装备和产生单元，以进一步说明本发明一些实施方案。技术人员应充分了解现在示出的装备部件和流动管线，例如用于提供热的装置，用于提供压力的装置、用于排气的通风孔等。

其中，在本说明书中，提及了“流体连通”，其是指在设备的第一部件或部分与设备的第二部件或部分之间，流体(包括液体和气体)经由其可以从设备的第一部件流动至设备的第二部件的任何连接。在液体的情况下，通常通过管道系统、软管或用于运输流体的技术人员熟知的其它装置来提供此类流体连通。在气体的情况下，通常通过气体流动管线来提供此类流体连通。如果需要在高于大气压或低于大气压(真空)的压力下，此类气体流动管线通常包含管道系统或用于运输气体的技术人员熟知的其它装置。

虽然附图和前述描述已经详细说明和描述了本发明，但是此类说明和描述被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。

例如，可能在以下实施方案中操作本发明：其中所述单元(例如木材乙酰化单元、反应器单元或蒸馏单元)包含并联或串联布置的多个此类单元。

在实践所要求保护的本发明时，本领域技术人员可以通过研究附图、公开内容和所附权利要求来理解和实现所公开实施方案的其它变化。在权利要求中，词语“包含”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一个/一种(a)”或“一个/一种(an)”不排除复数。在互不相同的从属权利要求中陈述了本发明的某些特征，仅此事实并不表明这些特征的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考标记不应解释为限制本发明的范围。