一種芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法
2023-07-26 06:06:41 2
一種芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法
【專利摘要】一種芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，以製備芳香酸對應的芳香烴為共沸劑，經溶劑脫水塔共沸精餾，塔釜液採出醋酸，塔頂冷凝液分相後，油相和水相經過共沸劑精製塔和醋酸甲酯回收塔分離醋酸甲酯後，分別回流至溶劑脫水塔，在溶劑脫水塔的頂部設置油相回流，上部和下部設置水相回流，通過調節溶劑脫水塔上部水相回流量，降低油相回流量，減少溶劑脫水塔的能耗；通過下部水相回流將溶劑脫水塔下部的共沸劑帶至上部，防止共沸劑進入溶劑脫水塔塔釜濃縮醋酸中，保證返回氧化系統的醋酸含量穩定。
【專利說明】一種芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種芳香羧酸生產過程中氧化單元產生的醋酸水溶液分離醋酸和醋酸甲酯的方法，特別是涉及一種芳香羧酸生產過程中，採用與製備芳香酸原料相同的芳香烴為共沸劑的溶劑脫水系統優化運行的方法。
【背景技術】
[0002]溶劑脫水系統是芳香酸生產過程中的重要單元，用於回收氧化系統汽相及部分液相中的醋酸和醋酸甲酯。目前，工業上通常採用的溶劑脫水工藝包括普通精餾和共沸精餾。由於普通精餾能耗較高，而共沸精餾具有分離效果好、能耗低、操作穩定等特點，因此逐漸成為工業上溶劑脫水的主要工藝。
[0003]芳香羧酸生產過程中溶劑脫水常用的共沸劑為醋酸正丁酯(NBA)、醋酸異丁酯(IBA)、醋酸正丙酯(NPA)等，在實際生產過程中，當以上述酯類物質為共沸劑時，共沸劑加入量必須嚴格控制，否則會嚴重影響芳香羧酸產品質量及溶劑脫水塔的運行。以醋酸正丙酯(NPA)為例，當塔釜液濃縮的醋酸中含有NPA，並循環到氧化反應器中時，會分解為丙醇、甲醇、CO和CO2,從而會造成NPA的損耗；另外，NPA的分解物在氧化反應器中將生成其它雜質，這些雜質將會影響芳香羧酸產品的質量；而部分丙醇、甲醇及未反應的芳香烴進入共沸精餾系統後，會在溶劑脫水塔中不斷積累，導致蒸汽及冷凝水的消耗增大，降低溶劑脫水塔的分離效率。
[0004]作為反應物的芳香烴不僅能夠與水形成低沸物，並且其帶水能力也強於醋酸烷基酯類共沸劑。以對苯二甲酸的生產為例，以反應物對二甲苯(PX)為共沸劑時，PX-水共沸物含水量為33 Wt.%，而NPA-水共沸物含水量為14 Wt.%，也就是說帶出相同量的水需要PX的量僅為NPA的33% ;同時PX在水中的溶解度極低，水相中PX的損耗可以忽略；而循環至氧化反應器中的PX不僅不會分解，還能夠氧化生成對苯二甲酸，提高收率。因此，若直接以反應原料芳香烴作為共沸劑，就可以解決上述採用酯類為共沸劑時溶劑脫水工藝中存在的問題。對於上述設想，專利 US 2005/0272951 AU US 2006/0235242 AU US 2007/0027340AUCN 200610109204中已有報導。但上述專利所提及的工藝存在回流比大、酸耗高等問題，已報導的文獻中還未見對以芳香烴為共沸劑的溶劑脫水系統進行優化運行的方法。
【發明內容】
[0005]本發明針對芳香烴催化氧化生產芳香羧酸生產工藝中溶劑脫水回收方法所存在的問題，旨在提供了一種以製備芳香酸對應的芳香烴為共沸劑的溶劑脫水系統優化運行的方法。
[0006]簡言之，本發明的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，採用與製備芳香酸原料相同的芳香烴為溶劑脫水的共沸劑，經溶劑脫水塔共沸精餾，塔釜液採出溶劑(醋酸)，溶劑脫水塔塔頂冷凝液分相後，油相和水相經過共沸劑精製塔和醋酸甲酯回收塔分離醋酸甲酯後，分別回流至溶劑脫水塔，在溶劑脫水塔的頂部設置油相回流，在溶劑脫水塔的上部和下部設置水相回流，利用溶劑脫水塔頂部的油相回流、上部和下部的水相回流的調節，降低溶劑脫水塔能耗，穩定溶劑脫水系統的運行。
[0007]本發明採用如下技術方案實現:
一種芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，採用與製備芳香羧酸原料相同的芳香烴為共沸劑，其特徵在於，所述的溶劑脫水系統包括溶劑脫水塔、分相器、共沸劑精製塔以及醋酸甲酯回收塔，在溶劑脫水塔頂部設置共沸劑回流，上部和下部設置水相回流；
所述的方法包括如下步驟:
步驟I):來自氧化反應單元的醋酸水溶液進入溶劑脫水塔上部，經共沸精餾分離，溶劑脫水塔塔頂蒸汽為水和共沸劑形成的共沸物及少量醋酸甲酯，塔釜液為濃縮醋酸；
步驟2):步驟I)中的溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸直接返回氧化反應器作為溶劑，同時步驟I)中的溶劑脫水塔塔頂蒸汽冷凝後進入分相器，塔頂冷凝液在分相器中分為油相和水相；
步驟3):步驟2)中分相器的油相進入共沸劑精製塔分離，醋酸甲酯從共沸劑精製塔塔頂採出並回收，塔釜液為精製後的共沸劑，採出並回流至溶劑脫水塔頂部；分相器的水相進入醋酸甲酯回收塔分離，塔頂採出醋酸甲酯，與共沸劑精製塔塔頂醋酸甲酯合併回收，塔釜液為含微量醋Ife的水相；
步驟4):步驟3)中醋酸甲酯回收塔塔釜液含微量醋酸的水相，分別部分回流至溶劑脫水塔上部和下部，剩餘部分採出。
[0008]所述的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，步驟I)所述的溶劑脫水塔為板式塔或填料塔，理論塔板數為?(Γιοο。
[0009]所述的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，步驟3)所述的共沸劑精製塔為板式塔或填料塔，理論塔板數為1(Γ80。
[0010]所述的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，步驟3)所述的醋酸甲酯回收塔為板式塔或填料塔，理論塔板數為5-60。
[0011]所述的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，步驟3)中回流至溶劑脫水塔頂部的油相量(共沸劑)與進入溶劑脫水塔總水量之比為廣4:1，優選2?3:1。
[0012]所述的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，步驟4)中回流至溶劑脫水塔上部水相量佔醋酸甲酯回收塔塔釜液水相總量的5°/Γ40%，優選10°/Γ30%。
[0013]所述的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，當溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸中共沸劑含量低於0.5 Wt.%時，步驟4)所述的回流至溶劑脫水塔下部水相流量為O0
[0014]所述的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，當溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸中共沸劑含量高於2 wt.%時，增加溶劑脫水塔下部的水相回流，溶劑脫水塔下部水相回流量佔醋酸甲酯回收塔塔釜水相總量的0.19Γ5%，優選0.59Γ3% ;當溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸中共沸劑含量低於0.5 wt.%時，停止溶劑脫水塔下部水相回流。
[0015]本發明的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，溶劑脫水塔塔釜濃縮醋酸中水含量為I Wt.9Γ10 Wt.%，共沸劑含量為0.1 Wt.9Γ2 Wt.%。
[0016]本發明的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，共沸劑精製塔塔釜液中共沸劑含量為99.0?99.9 wt.%;醋酸甲酯回收塔塔釜水相中醋酸含量為0.0lwt.%?0.05wt.%。
[0017]本發明的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，共沸劑精製塔及醋酸甲酯回收塔塔頂採出醋酸甲酯含量為90 wt.°Γ99 wt.%。
[0018]本發明的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，通過調節溶劑脫水塔上部水相回流量，能夠降低油相回流量，減少溶劑脫水塔的能耗；通過下部水相回流能夠快速將溶劑脫水塔下部的共沸劑帶至溶劑脫水塔的上部，防止共沸劑進入溶劑脫水塔塔釜濃縮醋酸中，保證返回氧化系統的濃縮醋酸含量穩定。
[0019]有益效果:本發明的方法中，通過共沸劑精製塔能夠有效脫除回流共沸劑中的其它有機物質雜質，提高共沸劑的純度，防止有機雜質在溶劑脫水塔中的積累，影響溶劑脫水塔的分離性能；溶劑脫水塔下部水相回流的設置，可以加快溶劑脫水塔對塔頂回流的響應速度，防止大量共沸劑落入溶劑脫水塔塔釜，造成對氧化反應單元的衝擊。相反，現有技術未對回流共沸劑進行精製，其中的醋酸甲酯等有機雜質回流至溶劑脫水塔中，不僅會增大溶劑脫水塔的回流比、增加能耗，醋酸、水的分離效果也會變差，酸耗隨之增大；同時，現有技術也未見通過增加溶劑脫水塔下部水相回流而減小共沸劑落入塔釜的措施，從而增大了溶劑脫水塔操作的不穩定性，一旦共沸劑落入塔釜，只有通過大幅增加溶劑脫水塔頂部水相回流的方法置換塔釜共沸劑，並且響應時間較長，能耗較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行方法的流程示意圖，其中=Tl為溶劑脫水塔；Τ2為共沸劑精製塔；Τ3為醋酸甲酯回收塔；V1為分相器；流股I為來自氧化單元的醋酸水溶液；2為脫水塔塔頂蒸汽；3為脫水塔塔頂冷凝液；4為溶劑脫水塔塔釜採出的濃縮醋酸；5為分相器中的油相；6為分相器中的水相；7為共沸劑精製塔塔頂採出的醋酸甲酯；8為共沸劑精製塔塔釜採出的共沸劑；9為醋酸甲酯回收塔塔頂採出的醋酸甲酯；10為醋酸甲酯回收塔塔釜採出的水相；11為醋酸甲酯回收塔塔釜回流至溶劑脫水塔上部的水相；12為醋酸甲酯回收塔塔釜回流至溶劑脫水塔下部的水相。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖，通過【具體實施方式】對本發明的工藝過程作詳細的說明。但是需要指出的是，本發明的保護範圍並不受這些【具體實施方式】的限制。
[0022]一種芳香酸生產過程中溶劑脫水系統的優化運行方法，如圖1，來自氧化單元的醋酸水溶液I進入溶劑脫水塔Tl上部，經共沸精餾後溶劑脫水塔Tl塔頂蒸汽2進入塔頂冷凝器冷卻，塔釜採出濃縮醋酸4直接返回氧化反應器；溶劑脫水塔Tl塔頂蒸汽2冷凝後的冷凝液3進入分相器VI，自動分為油相和水相，分相器中油相5進入共沸劑精製塔T2，塔頂採出醋酸甲酯7並回收，塔釜採出共沸劑8並返回至溶劑脫水塔Tl頂部；分相器中水相6進入醋酸甲酯回收塔T3，塔頂採出醋酸甲酯9，與共沸劑精製塔T2塔頂採出的醋酸甲酯合併回收，塔釜採出水相；當溶劑脫水塔Tl塔釜濃縮醋酸4中共沸劑含量低於0.5 wt.%時，醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相部分回流至溶劑脫水塔Tl上部11，剩餘的部分10採出處理，回流至溶劑脫水塔Tl下部的水相12流量為O ;當溶劑脫水塔Tl塔釜濃縮醋酸中共沸劑含量高於2 wt.%時，醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相部分回流至溶劑脫水塔Tl上部11，部分回流至溶劑脫水塔Tl下部12，剩餘的部分10採出處理。
[0023]以下通過對苯二甲酸生產中溶劑脫水系統說明本發明的具體應用，但本發明的方法及其應用範圍並不受下列具體實施例的限制。本領域技術人員可以理解，本發明的方法可一般地用於芳香酸生產過程中溶劑脫水系統的優化運行，所述的芳香酸包括但不限於苯甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯三甲酸，以及苯乙酸、苯二乙酸和苯三乙酸等。
[0024]實施例1
對苯二甲酸是以對二甲苯(PX)為原料，在催化劑和一定溫度、壓力下催化氧化製得，生產過程中氧化反應器頂部蒸汽冷卻後的醋酸水溶液進入溶劑脫水塔Tl上部。
[0025]如圖1所示，溶劑脫水塔Tl理論塔板數60，共沸劑精製塔T2理論塔板數30，醋酸甲酯回收塔T3理論塔板數為30。進入溶劑脫水塔的醋酸水溶液流量為1000kg/hr，其中含醋酸70 wt.%，含水29.5 wt.%，含醋酸甲酯的質量0.5 wt.%，醋酸水溶液I從溶劑脫水塔Tl第20塊塔板進料，塔頂蒸汽2冷凝後，冷凝液3進入分相器VI，溶劑脫水塔Tl塔釜採出並返回氧化單元的濃縮醋酸4含水3.0 wt.%，含PX 0.4 wt.%。冷凝液3在分相器Vl中分相後，油相進入共沸劑精製塔T2，水相進入醋酸甲酯回收塔T3。分相器中的油相5進入共沸劑精製塔第10塊塔板，共沸劑精製塔T2塔頂採出醋酸甲酯7含量為98.5%，塔釜採出含量為99.8%的共沸劑7，即PX，PX回流至溶劑脫水塔Tl第I塊塔板，回流量為885kg/hr，共沸劑回流量與進入溶劑脫水塔Tl水的總量比3.0 ;分相器中的水相6進入醋酸甲酯回收塔T3，塔頂採出醋酸甲酯9含量為98.5%，塔底採出水相中醋酸含量為0.03 wt.%，水相部分回流11至溶劑脫水塔Tl上部第3塊塔板，部分採出10，回流量為36 kg/hr，採出流量為258kg/hr,回流量佔醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相總量的12.2%。
[0026]實施例2
保持實施例1中其它條件不變，PX回流量為740kg/hr，回流量與進入溶劑脫水塔Tl水的總量比2.5，溶劑脫水塔Tl塔釜返回氧化單元的濃縮醋酸含水3.5 wt.%，含PX 0.3wt.%，醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相中醋酸含量為0.02%，溶劑脫水塔Tl上部水相回流量為60 kg/hr，醋酸甲酯回收塔T3水相採出量為230 kg/hr，回流量佔醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相總量的20.1%，共沸劑精製塔T2塔頂採出醋酸甲酯含量為98.2%，醋酸甲酯回收塔T3塔頂採出醋酸甲酯含量為98.0%。
[0027]實施例3
保持實施例1中其它條件不變，PX回流量為590kg/hr，油相回流量與進入溶劑脫水塔Tl水的總量比2，溶劑脫水塔Tl塔釜返回氧化單元的濃縮醋酸含水4.0 wt.%，含PX 0.2wt.%，醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相中醋酸含量為0.015%，溶劑脫水塔Tl上部水相回流量為75 kg/hr，醋酸甲酯回收塔T3水相採出量為215 kg/hr，回流量佔醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相總量的25.9%，共沸劑精製塔T2塔頂採出醋酸甲酯含量為98.1%，醋酸甲酯回收塔T3塔頂採出醋酸甲酯含量為98.2%。
[0028]實施例4
保持實施例1中其它條件不變，溶劑脫水塔Tl塔釜返回氧化單元的濃縮醋酸含水3.0wt.%，含PX 2.5wt.%，增加溶劑脫水塔Tl下部水相回流，溶劑脫水塔Tl上部水相回流量為75 kg/hr，溶劑脫水塔Tl下部水相回流量為5 kg/hr，醋酸甲酯回收塔T3水相採出量為210kg/hr，水相上部回流及下部回流分別佔醋酸甲酯回收塔T3塔釜水相總量的25.9%和1.7%,共沸劑精製塔T2塔頂採出醋酸甲酯含量為98.3%，醋酸甲酯回收塔T3塔頂採出醋酸甲酯含量為98.4%ο
【權利要求】
1.一種芳香酸生產過程中溶劑脫水系統優化運行的方法，採用與製備芳香羧酸原料相同的芳香烴為共沸劑，其特徵在於，所述的溶劑脫水系統包括溶劑脫水塔、分相器、共沸劑精製塔以及醋酸甲酯回收塔，在溶劑脫水塔頂部設置共沸劑回流，上部和下部設置水相回流； 所述的方法包括如下步驟: 步驟I):來自氧化反應單元的醋酸水溶液進入溶劑脫水塔上部，經共沸精餾分離，溶劑脫水塔塔頂蒸汽為水和共沸劑形成的共沸物及少量醋酸甲酯，塔釜液為濃縮醋酸； 步驟2):步驟I)中的溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸直接返回氧化反應器作為溶劑，同時步驟I)中的溶劑脫水塔塔頂蒸汽冷凝後進入分相器，塔頂冷凝液在分相器中分為油相和水相； 步驟3):步驟2)中分相器的油相進入共沸劑精製塔分離，醋酸甲酯從共沸劑精製塔塔頂採出並回收，塔釜液為精製後的共沸劑，採出並回流至溶劑脫水塔頂部；分相器的水相進入醋酸甲酯回收塔分離，塔頂採出醋酸甲酯，與共沸劑精製塔塔頂醋酸甲酯合併回收，塔釜液為含微量醋Ife的水相； 步驟4):步驟3)中醋酸甲酯回收塔塔釜液含微量醋酸的水相，分別部分回流至溶劑脫水塔上部和下部，剩餘部分採出。
2.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，步驟3)中回流至溶劑脫水塔頂部的共沸劑與進入溶劑脫水塔總水量之比為廣4:1。
3.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，步驟4)中回流至溶劑脫水塔上部水相量佔醋酸甲酯回收塔塔釜液水相總量的59Γ40%。
4.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，當溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸中共沸劑含量低於0.5 wt.%時，步驟4)所述的回流至溶劑脫水塔下部水相流量為O。
5.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，當溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸中共沸劑含量高於2 wt.%時，增加溶劑脫水塔下部的水相回流，溶劑脫水塔下部水相回流量佔醋酸甲酯回收塔塔釜水相總量的0.19Γ5% ;當溶劑脫水塔塔釜液濃縮醋酸中共沸劑含量低於0.5 wt.%時，停止溶劑脫水塔下部水相回流。
6.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，溶劑脫水塔塔釜濃縮醋酸中水含量為I wt.9TlO Wt.%，共沸劑含量為0.1 Wt.°Γ2 wt.%。
7.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，共沸劑精製塔塔釜液中共沸劑含量為99.(Γ 99.9 wt.%。
8.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，醋酸甲酯回收塔塔釜水相中醋酸含量為0.0lwt.9Γ0.05wt.%。
9.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，共沸劑精製塔及醋酸甲酯回收塔塔頂採出醋酸甲酯含量為90 wt.°Γ99 wt.%。
10.根據權利要求1所述的溶劑脫水系統優化運行的方法，其特徵在於，所述的溶劑脫水塔為板式塔或填料塔，理論塔板數為?(Γιοο ;所述的共沸劑精製塔為板式塔或填料塔，理論塔板數為1(Γ80 ;所述的醋酸甲酯回收塔為板式塔或填料塔，理論塔板數為5-60。
【文檔編號】C07C51/46GK104513150SQ201310447448
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】劉宗健, 汪洋, 王保正, 陳韶輝, 袁浩, 任珉, 顧美娟 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化揚子石油化工有限公司