一种羰基合成生产丙酸的装置及方法与流程

1.本发明属于化工制备丙酸技术领域，特别是涉及一种羟基合成生产丙酸的装置及方法。


背景技术：

2.丙酸是一种三碳羧酸，具有低碳羧酸的典型化学性质，可以制备多种丙酸衍生物，是重要的精细化学品和其他许多精细化学品的中间体。丙酸能够抑制真菌的生长，被认为是当前世界上最经济实惠、安全有效的食用性防腐剂与防霉剂。丙酸广泛应用于食品、饲料、医药、香料、电镀、农业轻纺等领域。
3.丙酸生产主要分为天然发酵法和化学合成法两种。天然丙酸的合成主要采用发酵方法，但该方法丙酸收率低、分离成本高。丙酸实现了工业化生产的化学合成法有 reppe法、丙醛氧化法和轻质烃氧化法，但同样存在生产成本高的问题。全球丙酸产量大约在40万吨/年，随着工业规模化的发展，丙酸的需求量快速增加，市场前景开阔，探索一种成本低的、高效的丙酸合成方法具有紧迫性和必要性。


技术实现要素：

4.本发明是针对现有合成丙酸技术存在的不足，提供一种羰基合成生产丙酸的收率高、成本低的装置及方法。
5.本发明的技术构思为：以一氧化碳和乙醇为原料，在三碘化铑催化剂和碘甲烷助催化剂的作用下生成丙酸，经闪蒸分离，再精馏分离得到丙酸产品。更为普遍的是用一氧化碳和富含乙醇的甲醇为原料，在三碘化铑催化剂和碘甲烷助催化剂的作用下生成醋酸和丙酸的混合液，经闪蒸分离，再精馏分离得到醋酸产品，同时联产丙酸产品。
6.实现本发明目的的具体技术方案为：一种羰基合成生产丙酸的装置，包括反应器，闪蒸槽，轻组分塔，干燥塔，重组分塔，汽提塔，脱醋酸塔，丙酸塔，富含乙醇的甲醇原料泵，催化剂母液泵，轻组分塔底泵，轻组分塔顶回流泵,干燥塔釜泵,干燥塔顶回流泵,重组分塔釜泵,重组分塔顶回流泵,汽提塔釜泵,脱醋酸塔釜泵,脱醋酸塔顶回流泵,丙酸塔釜泵,丙酸塔顶回流泵,轻组分塔顶冷凝器,轻组分塔顶回流槽,干燥塔底再沸器,干燥塔顶冷凝器,干燥塔顶回流槽,重组分塔底再沸器,重组分塔顶冷凝器,重组分塔顶回流槽,汽提塔底再沸器,脱醋酸塔底再沸器,脱醋酸塔顶冷凝器,脱醋酸塔顶回流槽,丙酸塔底再沸器,丙酸塔顶冷凝器,丙酸塔顶回流槽,火炬总管。反应器、闪蒸槽、轻组分塔、干燥塔、重组分塔、汽提塔、脱醋酸塔和丙酸塔通过管线相连接；富含乙醇的甲醇原料泵通过管线与反应器相连，闪蒸槽底部通过管线与催化剂母液泵和反应器相连，轻组分塔顶通过管线与轻组分塔顶冷凝器、轻组分塔顶回流槽、火炬总管相连接；轻组分塔底回流泵通过管线与轻组分塔和轻组分塔顶回流槽相连；干燥塔釜泵通过管线与干燥塔和重组分塔相连，干燥塔底部一侧连接干燥塔底再沸器；干燥塔顶通过管线连接干燥塔顶冷凝器、干燥塔顶回流槽、火炬总管，干燥塔顶回流泵连接干燥塔顶回流槽和干燥塔；重组分塔顶部连接重组分塔顶冷凝器、重组分
塔顶回流槽和火炬总管，重组分塔顶回流泵与重组分塔和重组分塔顶回流槽相连接；重组分塔釜泵通过管线与重组分塔和汽提塔相连，重组分塔一侧连接有重组分塔再沸器；汽提塔釜泵通过管线与汽提塔和脱醋酸塔相连，汽提塔一侧连接有汽提塔底再沸器；脱醋酸塔釜泵通过管线与脱醋酸塔和丙酸塔相连，脱醋酸塔顶部连接有脱醋酸塔顶冷凝器、脱醋酸塔顶回流槽，脱醋酸塔顶回流泵位于脱醋酸塔顶回流槽和脱醋酸塔之间；脱醋酸塔底部连接有脱醋酸塔底再沸器。脱醋酸塔通过管线连接丙酸塔釜泵至丙酸塔，丙酸塔顶部通过管线连接丙酸塔顶冷凝器、丙酸塔顶回流槽、火炬总管；丙酸塔顶一侧连接丙酸塔顶回流泵，丙酸塔底连接丙酸塔釜泵，丙酸塔一侧连接丙酸塔底再沸器。
7.一种羰基合成生产丙酸的方法，具体生产步骤为：以一氧化碳原料和富含乙醇的甲醇原料加入反应器中，在三碘化铑催化剂和碘甲烷助催化剂的作用下进行羰基合成反应，生成醋酸和丙酸的混合液。混合液在闪蒸槽中闪蒸，液相富含催化剂，通过催化剂母液泵泵送回反应器中循环使用。气相进入轻组分塔精馏，塔顶分离出碘甲烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、水等轻组分送回反应器继续利用。轻组分塔底部物料通过轻组分塔底泵送到干燥塔，进一步将水等轻组分脱出从塔顶返回反应器中循环使用。干燥塔底物料通过干燥塔釜泵送到重组分塔，塔顶进一步将少量水、碘甲烷等轻组分分离出来送回反应器中循环利用，塔中上部釆出醋酸产品，丙酸富集在塔釜通过重组分塔釜泵送到汽提塔。汽提塔将大部分醋酸汽提出来从塔顶以气相形式返回重组分塔中加以回收，塔釜物料通过汽提塔釜泵送到脱醋酸塔中进一步脱除丙酸中的醋酸，脱除的醋酸从塔顶返回重组分塔中加以回收。塔釜物料通过脱醋酸塔釜泵送到丙酸塔中将丙酸分离出来从塔顶采出丙酸产品，塔釜残液通过丙酸塔釜泵送出收集处理。
8.本发明具有如下有益效果：（1）利用本发明可以将富含乙醇的甲醇产品用于羰基合成生产醋酸联产丙酸，从而获得较好的经济效益。
9.（2）本发明技术生产的丙酸满足《食品安全国家标准食品添加剂丙酸》的要求，丙酸含量≥99.5（w/%），具有很好的工业应用价值。
10.（3）本发明拓宽了丙酸的生产工艺，可以将富含乙醇的甲醇物料进行充分利用，利用较低廉的原料和联产工艺获得丙酸，具有很好的成本优势。
11.（4）本发明延伸了传统羰基合成醋酸工艺，拓宽了用途，提高了效率，增加了羰基合成工艺的灵活性，增强了合成丙酸工艺的生命力。
附图说明
12.图1为本发明羰基合成生产丙酸装置的结构示意图。
13.图中：1-反应器，2-闪蒸槽，3-轻组分塔，4-干燥塔，5-重组分塔，6-汽提塔，7-脱醋酸塔，8-丙酸塔，9-富含乙醇的甲醇原料泵，10-催化剂母液泵，11-轻组分塔底泵，12-轻组分塔底回流泵，13-干燥塔釜泵，14-干燥塔顶回流泵，15-重组分塔釜泵，16-重组分塔顶回流泵，17-汽提塔釜泵，18-脱醋酸塔釜泵，19-脱醋酸塔顶回流泵，20-丙酸塔釜泵，21-丙酸塔顶回流泵，22-轻组分塔顶冷凝器，23-轻组分塔顶回流槽，24-干燥塔底再沸器，25-干燥塔顶冷凝器，26-干燥塔顶回流槽，27-重组分塔底再沸器，28-重组分塔顶冷凝器，29-重组分塔顶回流槽，30-汽提塔底再沸器，31-脱醋酸塔底再沸器，32-脱醋酸塔顶冷凝器，33-脱
醋酸塔顶回流槽，34-丙酸塔底再沸器，35-丙酸塔顶冷凝器，36-丙酸塔顶回流槽，37-火炬总管，38-富含乙醇的甲醇原料，39-一氧化碳原料，40-醋酸产品，41-丙酸产品，42
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残液。
具体实施方式
14.下面结合本发明附图对具体实施方式进行进一步阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
15.如图1所示，一种羰基合成生产丙酸的装置，包括反应器1，闪蒸槽2，轻组分塔3，干燥塔4，重组分塔5，汽提塔6，脱醋酸塔7，丙酸塔8，富含乙醇的甲醇原料泵9，催化剂母液泵10，轻组分塔底泵11，轻组分塔底回流泵12，干燥塔釜泵13，干燥塔顶回流泵14，重组分塔釜泵15，重组分塔顶回流泵16，汽提塔釜泵17，脱醋酸塔釜泵18，脱醋酸塔顶回流泵19，丙酸塔釜泵20，丙酸塔顶回流泵21，轻组分塔顶冷凝器22，轻组分塔顶回流槽23，干燥塔底再沸器24，干燥塔顶冷凝器25，干燥塔顶回流槽26，重组分塔底再沸器27，重组分塔顶冷凝器28，重组分塔顶回流槽29，汽提塔底再沸器30，脱醋酸塔底再沸器31，脱醋酸塔顶冷凝器32，脱醋酸塔顶回流槽33，丙酸塔底再沸器34，丙酸塔顶冷凝器35，丙酸塔顶回流槽36，火炬总管37。反应器1、闪蒸槽2、轻组分塔3、干燥塔4、重组分塔5、汽提塔6、脱醋酸塔7和丙酸塔8通过管线相连接；富含乙醇的甲醇原料泵9通过管线与反应器1相连，闪蒸槽2底部通过管线与催化剂母液泵11和反应器1相连，轻组分塔3顶通过管线与轻组分塔顶冷凝器22、轻组分塔顶回流槽23、火炬总管37相连接；轻组分塔底回流泵12通过管线与轻组分塔3和轻组分塔顶回流槽23相连；干燥塔釜泵13通过管线与干燥塔4和重组分塔5相连，干燥塔4底部一侧连接干燥塔底再沸器24；干燥塔4顶通过管线连接干燥塔顶冷凝器25、干燥塔顶回流槽26、火炬总管37，干燥塔顶回流泵14连接干燥塔顶回流槽26和干燥塔4；重组分塔5顶部连接重组分塔顶冷凝器28、重组分塔顶回流槽29和火炬总管37，重组分塔顶回流泵16与重组分塔5和重组分塔顶回流槽26相连接；重组分塔釜泵15通过管线与重组分塔5和汽提塔6相连，重组分塔5一侧连接有重组分塔再沸器27；汽提塔釜泵17通过管线与汽提塔6和脱醋酸塔7相连，汽提塔6一侧连接有汽提塔底再沸器30；脱醋酸塔釜泵18通过管线与脱醋酸7和丙酸塔8相连，脱醋酸塔7顶部连接有脱醋酸塔顶冷凝器32、脱醋酸塔顶回流槽33，脱醋酸塔顶回流泵19位于脱醋酸塔顶回流槽33和脱醋酸塔7之间；脱醋酸塔7底部连接有脱醋酸塔底再沸器31。脱醋酸塔7通过管线连接丙酸塔釜泵20至丙酸塔8，丙酸塔8顶部通过管线连接丙酸塔顶冷凝器35、丙酸塔顶回流槽36、火炬总管37；丙酸塔8顶一侧连接丙酸塔顶回流泵21，丙酸塔8底连接丙酸塔釜泵20，丙酸塔8一侧连接丙酸塔底再沸器34。
16.反应区主要设备包括反应器1，闪蒸槽2，甲醇原料泵9，催化剂母液泵10。富含乙醇的甲醇原料38通过甲醇原料泵9送入压力约2.7mpag的反应区中。一氧化碳原料39一般是上游通过压缩机送来的，压力通常与反应器1中2.7mpag左右压力相匹配，直接从反应器1的下部鼓入。反应器1中充填有三碘化铑络合物催化剂的溶液，碘甲烷为助催化剂，将一氧化碳和乙醇催化反应生成丙酸，将一氧化碳和甲醇催化反应生成醋酸。反应器1中溶液连续闪蒸进入闪蒸槽2中，下部富含催化剂的母液通过母液泵送回反应器1中循环使用。闪蒸槽2上部的气相物料进入醋酸精馏区进行精馏分离。
17.醋酸精馏区主要设备包括轻组分塔3，干燥塔4，重组分塔5，汽提塔6，轻组分塔底泵11，干燥塔釜泵13，重组分塔釜泵15，汽提塔釜泵17。从反应区送来的富含醋酸和丙酸的
气相物料首先送入轻组分塔3中，将醋酸甲酯、丙酸甲酯、水、碘甲烷等轻组分精馏到塔顶，泵送回反应器1中循环使用。轻组分塔3下部有一小股物料对反应区送来的富含醋酸和丙酸的气相物料进行洗涤，将其夹带的催化剂洗涤下来返回闪蒸槽减少催化剂的消耗，中下部为脱除了轻组分的物料通过轻组分塔底泵11送到干燥塔4。在干燥塔4中进一步将水、碘甲烷等轻组分分离到塔顶，泵送回反应器1中循环使用。干燥塔4下部物料通过干燥塔釜泵13送到重组分塔5中，再将少量水、碘甲烷等轻组分分离到塔顶送回反应器1中循环使用。重组分塔5中上部侧采出醋酸产品40，下部富含丙酸的物料通过重组分塔釜泵15送到汽提塔6中。汽提塔6将其中的醋酸组分汽提到塔顶返回重组分塔5中回收利用，下部物料通过汽提塔釜泵17送到丙酸精馏区。
18.丙酸精馏区主要包括脱醋酸塔7，丙酸塔8，脱醋酸塔釜泵18，丙酸塔釜泵20。从醋酸精馏区送来的富含丙酸的物料在脱醋酸塔7中将醋酸分离到塔顶返回重组分塔5中回收利用，塔釜物料通过脱醋酸塔釜泵18送到丙酸塔8中。丙酸塔8将丙酸分离到塔顶采出丙酸产品41，塔釜富集了醋酸钾等盐类，采出适当残液外送处理维持系统稳定。
19.一种羰基合成生产丙酸的方法，以一氧化碳原料39和富含乙醇的甲醇原料38加入反应器1中，在三碘化铑催化剂和碘甲烷助催化剂的作用下进行羰基合成反应，生成醋酸和丙酸的混合液。混合液在闪蒸槽2中闪蒸，液相富含催化剂，通过催化剂母液泵10泵送回反应器1中循环使用。气相进入轻组分塔3精馏，塔顶分离出碘甲烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、水等轻组分送回反应器继续利用。轻组分塔底部物料通过轻组分塔底泵11送到干燥塔4，进一步将水等轻组分脱出从塔顶返回反应器1中循环使用。干燥塔底物料通过干燥塔釜泵13送到重组分塔5，塔顶进一步将少量水、碘甲烷等轻组分分离出来送回反应器1中循环利用，塔中上部釆出醋酸产品40，丙酸富集在塔釜通过重组分塔釜泵15送到汽提塔6。汽提塔6将大部分醋酸汽提出来从塔顶以气相形式返回重组分塔5中加以回收，塔釜物料通过汽提塔釜泵17送到脱醋酸塔7中进一步脱除丙酸中的醋酸，脱除的醋酸从塔顶返回重组分塔5中加以回收。塔釜物料通过脱醋酸塔釜泵18送到丙酸塔8中将丙酸分离出来从塔顶采出丙酸产品41，塔釜残液42通过丙酸塔釜泵20送出收集处理。
20.本发明技术反应步骤中，若单纯将乙醇和一氧化碳加入反应器1中进行羰基合成反应生成丙酸，其速度相对较慢些，若将甲醇和乙醇以适当的比例混合进料，反应速度可以明显得到提升，并完全具备工业化生产的条件。反复探索得知，当甲醇与乙醇进料比为 18.6至22.7 之间时，可以同时满足较高的醋酸联产丙酸的反应速率。以醋酸生产装置 50 万吨 /年负荷进行计算，可以联产丙酸2至2.5万吨/年。若富含乙醇的甲醇原料中，甲醇与乙醇的比值高于18.6到22.7之间，说明乙醇的比率偏低。如果需要多产丙酸，可以向原料中掺入适当数量的乙醇来实现调节。
21.本发明技术分离步骤中，脱醋酸塔7顶部分离出来的醋酸有两条途径回收利用，一条途径是送回重组分塔5中加以回收利用，另一条途径也可以送回汽提塔6中加以回收利用。若重组分塔5操作弹性较大，对丙酸的分离能力较强，脱醋酸塔7顶部分离出来的醋酸宜选择送回重组分塔5中加以回收利用。反之，则宜送回汽提塔6中加以回收利用。
22.以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明权利要求书、说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。