乙酸反應熱在其它工藝裝置中的利用的製作方法
2023-05-06 02:44:16 4
專利名稱：乙酸反應熱在其它工藝裝置中的利用的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及用於生產乙酸和乙酸乙烯酯單體的綜合方法和系統。
背景技術：
一種生產乙酸的重要方法是將烷基醇，特別是甲醇及其反應性衍生物與一氧化碳在液態反應介質中進行羰基化。這樣的羰基化反應一般在催化劑存在下進行，例如銠和銥之類的第VIII族金屬催化劑、如甲基碘的含滷素助催化劑和水。美國專利No.3,769,329公開了溶解或者分散在液態反應介質中或者負載在惰性固體上的銠基羰基化催化劑和以甲基碘為例的含滷素助催化劑的應用。然而，要理解的是各種催化劑體系，特別是那些包含第VIII族金屬的催化劑體系，都可以用於通過甲醇羰基化來生產乙酸。一般地，該羰基化反應在催化劑溶解於液態反應介質中的條件下進行，而一氧化碳氣體連續鼓泡通過該液態反應介質。美國專利3,769,329公開了可以將水加入反應混合物中，以有益地影響反應速率，並且所用水的濃度一般為約14wt.％-15wt.％。這有時被稱為「高水」羰基化方法。
「高水」羰基化方法的一種替代方案是如美國專利5,001,259、美國專利5,026,908和美國專利5,114,068中所述的「低水」羰基化方法。在「低水」羰基化方法中，可以使用低於14wt.％的水濃度。低水濃度的使用簡化了將期望羧酸轉化成其冰形式的下遊處理。反應流中水越多，從產物乙酸中除去水的操作成本越高，產物回收和提純設備的資本投資也越高。在非常低的水濃度下操作時獲得的效率使得在儘可能最低的水濃度下進行操作變得具有吸引力。然而，當將反應器中水減少到使操作成本和固定成本最小時，維持乙酸生產可接受的高速率和好的催化劑穩定性卻更困難了，因為隨著反應器中水的減少，反應速率降低，如美國專利5,026,908中所解釋的。
其它生產乙酸的方法包括乙烯的催化氧化。已知許多將乙烯催化氧化成乙酸的方法。參見例如美國專利6,605,739、3,792,087和3,970,697。
乙酸乙烯酯是眾所周知的工業化學品。使用常規乙酸乙烯酯催化劑，由乙烯、氧氣和乙酸生產乙酸乙烯酯是本領域已知的。乙酸乙烯酯一般用作乙烯基樹脂，例如聚乙酸乙烯酯的原料。歷史上，乙酸乙烯酯主要由乙烯、乙酸和氧氣在乙酸鋅催化劑下的氣相反應製得。最近，乙酸乙烯酯通常由乙烯、乙酸和氧氣在鈀基催化劑體系下的氣相反應製得。例如，已知通過使用包含負載在載體上的鈀和金的催化劑，使乙烯、氧氣和乙酸反應來生產乙酸乙烯酯，如美國專利6,303,537中所述的。對於其它方法例子，參見美國專利3,190,912；3,637,819；3,650,896；4,370,492；4,902,823和5,185,308。
按照慣例，乙酸和乙酸乙烯酯彼此獨立地製得。換句話說，乙酸乙烯酯常常由乙烯製得，其中第一工藝過程包括將乙烯反應成乙酸，隨後進行第二工藝過程，使乙酸和乙烯的混合物反應生成乙酸乙烯酯。
然而，已知一些方法將這兩種產品的生產以各種程度結合。例如，美國專利6,180,821描述了由乙烯或乙烷生產乙酸和/或乙酸乙烯酯，其中第一反應區使用對乙烯到乙酸的氧化有活性和/或對乙烷到乙酸、乙烯和一氧化碳的氧化有活性的催化劑，第二反應區包括對生產乙酸乙烯酯有活性的催化劑。該專利指出該綜合方法的優點是第一反應區產物的熱減少了要加熱第二反應區進料的需要。美國專利4,188,490涉及生產乙酸和乙酸乙烯酯混合物的催化氧化方法，包括將含有乙烯、氧氣和水的進料混合物作為蒸汽與催化劑組合物接觸，以生成乙酸和乙酸乙烯酯混合物的步驟。該催化劑體系包含在硫改性劑存在下處理過的氧化鋅載體上的鈀金屬。該方法要求隨後的分餾步驟，以分離乙酸乙烯酯和乙酸。
美國專利6,420,595和6,605,739公開了其它生產乙酸和乙酸乙烯酯的綜合方法。
發明簡述本公開內容涉及生產乙酸和乙酸乙烯酯的綜合方法和系統，其中將在乙酸生產過程中產生的熱部分提供或轉移到乙酸乙烯酯的生產和/或提純工藝和系統，以方便乙酸乙烯酯產物的生產和/或提純。在此描述的方法和系統適用於與任何已知的乙酸和乙酸乙烯酯的生產方法相結合。例如，在此描述的方法和系統適用於其中通過羰基化反應或通過乙烯和/或乙烷的催化氧化來生產乙酸的方法和系統。此外，在此描述的方法和系統適用於其中通過在任何類型的活性催化劑的存在下使乙酸和乙烯反應生成乙酸乙烯酯的方法和系統。
在乙酸生產過程中產生的熱可以通過任何合適的傳熱系統轉移到乙酸乙烯酯的生產和/或提純系統。根據在此描述的方法和系統所應用到的系統的特定配置，該熱可以在各種位置供給生產和/或提純系統。示例性結構包括在酯化之前將反應熱轉移到乙酸進料，以預熱該進料。或者，該熱可以轉移到乙酸乙烯酯提純區的各種組分中，例如乙酸乙烯酯共沸塔進料和乙酸乙烯酯輕餾分塔和成品塔的再沸料流。或者，在此描述的方法和系統可以用來在乙酸乙烯酯生產工藝內的一個以上的位置之間分配部分轉移的熱。
在此描述的方法和系統適用於節約乙酸乙烯酯生產工藝中的費用和能源。
附圖簡述
圖1是描繪在此描述的方法和系統的示例性實施方案的示意圖。
發明詳述在此描述的方法和系統提供了生產乙酸和乙酸乙烯酯的綜合體系。更具體地，該方法和系統將乙酸生產過程中釋放的熱能在乙酸生產工藝與乙酸乙烯酯生產和提純工藝之間綜合利用。該方法和系統能夠通過生產性地利用常規方法和系統中浪費的熱能而充分節省乙酸乙烯酯生產和提純工藝中的能源和成本。
通過羰基化反應或通過乙烯和/或乙烷的催化氧化生成乙酸是放熱工藝過程。按照慣例，乙酸生產中產生的反應熱的絕大部分被釋放掉，從而損失了產生的能量。
圖1是在此描述的綜合方法和系統的示例性實施方案的示意圖。在所描述的系統中，通過羰基化反應生產乙酸，但是要理解的是，可以通過其它反應機理來生產乙酸，例如乙烯和/或乙烷的氧化。參考圖1，烷基醇和/或其反應性衍生物和一氧化碳的連續料流分別通過管線1和2進料到攪拌反應器3，或者其它合適的反應器中，反應器中包括反應液體，其包含銠基催化劑體系的乙酸溶液、滷素助催化劑、共助催化劑/急定劑、水、未反應的烷基醇和/或其反應性衍生物和一氧化碳，以及例如乙醛和其它PRC的雜質和高級烷基碘。反應器3保持在乙酸生產中常規的溫度和壓力下。反應器3中形成的氣體通過管線4排出，並送去排氣回收，以分離適合循環到反應器的組分。反應液體通過管線5連續地從反應器3中排出，並進料到閃蒸器6；在閃蒸器中壓力降低，造成部分乙酸和大部分低沸點化合物作為蒸汽被閃蒸掉，留下催化劑體系中的重組分的冷凝物。
閃蒸工藝給反應帶來部分冷卻，並從催化劑中分離出粗乙酸產物。在所述實施方案中，將冷卻的閃蒸器冷凝物通過循環管線7導入反應器3，同時閃蒸器6的蒸汽通過管線8進料到輕餾分塔或「分離」塔9；在該塔中，從塔頂移出包含甲基碘、乙酸甲酯和乙醛的大部分低沸點組分和部分水。塔9保持在已知用來提純乙酸的常規溫度和壓力下。閃蒸器6的冷凝物可以通過常規途徑冷卻，例如冷卻水熱交換器。或者，閃蒸器6的冷凝物可以在第二閃蒸器(未示出)中閃蒸，在此在將冷凝物循環至反應器3之前，通過常規方法將其冷卻，例如在翅扇式冷凝器中冷卻。第二閃蒸器可以保持在常規溫度和壓力下。
在正常操作期間，反應器3中發生的放熱反應產生的熱比在上述閃蒸和其它工藝步驟中帶走的要多。按照慣例，這些多餘的熱在例如將直接來自反應器的料流排放和通過一系列熱交換器傳遞料流以除去多餘熱的工藝步驟中釋放。在通過熱交換器之後，冷卻的料流返回到反應器。從反應器料流中移出的料流有時被稱為反應器側線流。這些常規方法浪費了可從側線流中移出的熱能。
在此描述的方法和系統提供了生產性地利用乙酸生產過程中釋放的多餘熱能的途徑。參考圖1，在根據在此描述的方法和系統的一種實施方案中，側線流冷凝物迴路用於吸收反應器3中產生的至少部分反應熱，並結合生產和提純乙酸乙烯酯的系統來生產性地利用該熱能。以下將詳述根據本公開內容的示例性側線流冷凝物迴路的細節。然而，為了更清楚地說明側線流冷凝物迴路的應用，首先參考圖1描述示例性乙酸提純系統和示例性乙酸乙烯酯生產和提純系統的其餘部分。
粗含水乙酸液體通過管線10從輕餾分塔9中排出，並送到乙酸回收系統14；該系統的細節沒有示出。包含一些乙酸和高沸點組分的塔底餾分通過管線11從輕餾分塔9中排出，並循環直反應區。按照各種已知的附加處理步驟，將輕餾分塔的塔頂蒸汽流冷凝，並通過管線12送去進行進一步處理，然後將部分包含甲基碘、乙酸甲酯和一些乙酸的該料流循環到反應器或提純區。
然後將回收的乙酸16送往包括反應器32的乙酸乙烯酯生產單元。乙酸蒸汽16結合乙酸循環流20，形成乙酸流22。將乙烯流24、含氧流26(例如含氬的氧氣流)和乙酸流22添加到乙烯循環流28中，形成乙烯/乙酸/氧氣流30，並將該料流送入反應器32中。反應器32維持在生產乙酸乙烯酯的常規溫度和壓力下。將反應器32排出的料流34輸送到洗滌單元36。洗滌單元36排出兩股料流，一股是富含乙烯的料流38，一股是包含乙酸乙烯酯和乙酸的料流40。富含乙烯的料流38分成料流42和44。料流44進一步分成清洗料流46和可以送到脫二氧化碳單元50的料流48。移出清洗料流46。從脫二氧化碳單元50排出淨化的二氧化碳流52和無二氧化碳的乙烯流出流54。移出淨化的二氧化碳流52。將無二氧化碳的、富含乙烯的流出流54加到料流42中，形成循環流28。
乙酸乙烯酯單體和乙酸流40送往提純單元。在提純單元中，將料流40進料到共沸蒸餾塔56，從塔56中乙酸乙烯酯和水作為塔頂共沸流58移出，乙酸和重質有機副產物作為塔底料流60移出。塔56可以保持在常規溫度和壓力下。在傾析器62中塔頂料流58中的水與塔頂料流58中的乙酸乙烯酯分離，並從傾析器62中移出乙酸乙烯酯產物流64。然後將乙酸乙烯酯產物流64送往輕餾分塔66，以對乙酸乙烯酯產物進行進一步提純。塔66可以保持在常規溫度和壓力下。輕餾分從輕餾分塔的塔頂作為料流68移出，乙酸乙烯酯產物從輕餾分塔66的塔底作為料流70移出。在所述的實施方案中，設置有與輕餾分塔66連接的再沸器72。再沸器72可以保持在常規溫度和壓力下。
在最後的提純步驟中，將乙酸乙烯酯產物流70送往成品塔74，以脫除其它輕餾分料流76，並得到純化的乙酸乙烯酯產物流78。在所述的實施方案中，設置有與成品塔74連接的再沸器80。再沸器80可以保持在常規溫度和壓力下。
如上所述，圖1描述了用於移出乙酸生產中的部分反應熱並生產性利用它的示例性側線流冷凝物迴路。通過使反應器熱溶液流3A首先流過熱交換器3B，以將熱傳遞給蒸汽冷凝物流103，反應器側線流冷凝物迴路可以用來處理大部分反應熱。將蒸汽冷凝物流103送往低壓閃蒸器100。在一種實施方案中，低壓閃蒸器100維持在約150℃-約160℃的溫度和約4.0kg/cm2-約5.3kg/cm2的壓力下。低壓閃蒸器100可以用來產生其它工藝位置處需要的蒸汽。一般地，僅有小部分反應熱用來以這種方式產生蒸氣。例如，在一種實施方案中，僅有約5％的反應熱用於在閃蒸器100中產生蒸汽。
根據在此描述的方法和系統的一種實施方案，可以將乙酸生產中產生的留在低壓閃蒸器100的冷凝物流中的熱轉移到乙酸乙烯酯生產和提純系統中的不同位置，以方便該生產和提純工藝。圖1示意性地說明了在此描述的方法和系統的某些示例性實施方案。
在一種實施方案中，將乙酸生產的至少部分反應熱轉移到用於提純乙酸乙烯酯的提純區中的共沸塔進料中。在該實施方案的一個變化方案中，如圖1中所描繪的，將低壓閃蒸器100的蒸汽冷凝物的熱轉移出。如所描繪的，將該熱從冷凝物通過管線A轉移到乙酸乙烯酯共沸塔進料40中。如上所提到的，可以通過任何途徑從冷凝物中移出該熱，例如殼管式熱交換器或其它標準TEMA裝置或任何其它熱交換設備。在將熱供給共沸塔進料40之後，冷凝物作為料流A1返回到常壓閃蒸器101。
或者，可以將熱從低壓蒸汽閃蒸器100的熱蒸汽冷凝物轉移到輕鎦分塔66的再沸器72。可以通過任何途徑，例如殼管式熱交換器或其它熱交換設備從該冷凝物中移出熱，並將該熱如圖1中所描繪的通過管線B轉移到再沸器72。在將熱供給72之後，冷凝物作為料流B1返回到常壓閃蒸器101。
在另一實施方案中，可以通過任何合適的途徑，例如熱交換設備將熱從低壓蒸氣閃蒸器100的熱蒸汽冷凝物如圖1中所描繪的通過管線C轉移到與成品塔74連接的再沸器80。在將熱供給再沸器80之後，冷凝物作為料流C1返回到常壓閃蒸器101。
在另一實施方案中，可以通過任何合適的途徑，例如熱交換設備將熱從閃蒸器100的冷凝物如圖1中描繪釣通過管線D轉移，以預熱乙酸進料22。在將熱供給乙酸進料之後，冷凝物作為料流D1返回到常壓閃蒸器101。
此外，如上所述，可以將來自乙酸生產的反應熱同時轉移到乙酸乙烯酯生產和提純系統中的一個以上的位置。例如，在一種實施方案中，可以將至少部分的乙酸生產反應熱轉移，並在輕鎦分塔66的再沸器72和成品塔74的再沸器80之間分配。在另一實施方案中，可以將至少部分的反應熱轉移，並在成品塔74的再沸器80和乙酸進料22之間分配。
在一種實施方案中，常壓閃蒸器101保持在約110℃-約125℃的溫度和約0.5kg/cm2-約2.0kg/cm2的壓力下。閃蒸器101中的這種低溫使得如A1-D1所繪的冷凝物返回流能夠冷卻，並經低溫料流102送往熱交換器3B。這種低溫使得可以使用小型熱交換器3B，從而大量減少了投資費用，特別是在熱交換器3B由鋯製得的情況下。
在某些情況下，常壓閃蒸器101也可以用於接收和冷卻直接來自閃蒸器100的冷凝物。例如，如果乙酸乙烯酯生產單元沒有運行，則在將來自閃蒸器100的冷凝物送往熱交換器3B之前，可以利用閃蒸器101來額外冷卻該冷凝物。
當然，要理解的是根據在此描述的方法和系統，可以從某些實施方案中省去常壓閃蒸器101。常壓閃蒸器101的省去要求熱交換器3A和3B具有更大的冷卻容量。
要理解的是，圖1所繪和在此描述的方法和系統中的系統部件僅是示例性的，根據在此描述的方法和系統，可以結合其它更少的和/或不同的系統部件。還要理解的是，在此描述的方法和系統可以用於生產不是乙酸和乙酸乙烯酯的其它化學品的綜合系統。
相對於常規生產乙酸和乙酸乙烯酯的方法和系統，在此描述的方法和系統明顯節約了能源和成本。生產每千克乙酸乙烯酯，在此描述的方法和系統節約了至少285千卡的能量。
通過引用將在此提及的所有專利和文獻的全部內容結合於此。
儘管已經詳細描述了本發明及其優點，但應該理解到，在不偏離如下面權利要求所限定的本發明精神和範圍的條件下，可以進行各種變化、替換和更換。
權利要求
1.一種生產乙酸和乙酸乙烯酯的綜合方法，包括如下步驟(a)在第一反應區中生產包含乙酸的第一產物流；(b)在第二反應區中，使包含來自第一產物流的至少部分乙酸的乙酸反應流與含氧氣體在催化劑的存在下接觸，以生成包含乙酸乙烯酯單體的第二產物流；(c)將至少部分第二產物流送往提純區，以提純第二產物流中的至少部分乙酸乙烯酯；和(d)從至少部分第一產物流中移出熱，並將所述從第一產物流移出的熱的至少部分提供給乙酸反應流和用於提純乙酸乙烯酯的提純區中的至少之一。
2.權利要求1的方法，其中第一產物流是通過在第一反應區中將包含選自乙烯、乙烷及其混合物的烴的氣態原料與含氧氣體在催化劑的存在下接觸而生成的。
3.權利要求1的方法，其中第一產物流是通過在第一反應區中在液態反應介質中用一氧化碳羰基化烷基醇而生成的。
4.權利要求3的方法，其中將從至少部分第一產物流中移出的熱轉移到蒸汽冷凝物流，所述蒸汽冷凝物流用於將熱提供給乙酸反應流和用於提純乙酸乙烯酯的提純區中的至少之一。
5.權利要求4的方法，其中將所述蒸汽冷凝物流送往維持在約150℃-約160℃溫度下的閃蒸器中。
6.權利要求5的方法，其中所述閃蒸器維持在約4.0kg/cm2-約5.3kg/cm2的壓力下。
7.權利要求4的方法，其中將熱從所述蒸汽冷凝物轉移到乙酸乙烯酯共沸塔進料流中。
8.權利要求4的方法，其中將熱從所述蒸汽冷凝物轉移到用於提純乙酸乙烯酯的提純區中的輕餾分塔的再沸器料流中。
9.權利要求4的方法，其中將熱從所述蒸汽冷凝物轉移到用於提純乙酸乙烯酯的提純區中與成品塔相連的再沸器料流中。
10.權利要求4的方法，其中將熱從所述蒸汽冷凝物轉移到乙酸反應流中。
11.權利要求4的方法，其中將熱從所述蒸汽冷凝物轉移到用於提純乙酸乙烯酯的提純區中的輕餾分塔的再沸器料流中和用於提純乙酸乙烯酯的提純區中與成品塔相連的再沸器料流中。
12.一種生產乙酸和乙酸乙烯酯的綜合系統，其包括(a)用於通過放熱反應生產乙酸的裝置；(b)用於提純在所述乙酸生產裝置中生成的乙酸的裝置；(c)用於由至少部分在所述乙酸生產裝置中生成的乙酸來生產乙酸乙烯酯的裝置；(d)用於提純在所述乙酸乙烯酯生產裝置中生成的乙酸乙烯酯的裝置；和(e)用於將在所述乙酸生產裝置中生產乙酸所產生的至少部分熱轉移到所述乙酸乙烯酯生產裝置和所述乙酸乙烯酯提純裝置中的至少之一。
13.一種用於生產乙酸和乙酸乙烯酯的綜合系統，其包括(a)通過放熱反應生產乙酸的第一反應器；(b)提純在第一反應器中生成的乙酸的第一提純區；(c)由至少部分在第一反應器中生成的乙酸生產乙酸乙烯酯的第二反應器；(d)提純在第二反應器中生成的乙酸乙烯酯的第二提純區；和(e)將在第一反應器中乙酸生產所產生的至少部分熱轉移到第二反應器和第二提純區中至少之一的熱交換設備。
14.權利要求13的綜合系統，其中第一反應器具有在催化劑的存在下使包含選自乙烯、乙烷及其混合物的烴的氣態原料與含氧氣體反應的反應區。
15.權利要求14的綜合系統，其中第一反應器具有在液態反應介質中用一氧化碳羰基化烷基醇的反應區。
16.權利要求15的綜合系統，其包括用於將在第一反應器中生成的產物的熱轉移到蒸汽冷凝物流中的熱交換器。
17.權利要求16的綜合系統，其包括用於將所述蒸汽冷凝物流的熱轉移到乙酸乙烯酯共沸塔進料流的熱交換設備。
18.權利要求16的綜合系統，其包括用於將所述蒸汽冷凝物流的熱轉移到在提純乙酸乙烯酯的提純區中的輕餾分塔的再沸器料流中的熱交換設備。
19.權利要求16的綜合系統，其包括用於將所述蒸汽冷凝物流的熱轉移到用於提純乙酸乙烯酯的提純區中與成品塔相連的再沸器料流中的熱交換設備。
20.權利要求16的綜合系統，其包括用於將所述蒸汽冷凝物流的熱轉移到用於生產乙酸乙烯酯的至少部分乙酸中的熱交換設備。
全文摘要
本發明提供了用於生產乙酸和乙酸乙烯酯的綜合方法和系統。在該方法和系統中，將乙酸生產過程中產生的部分熱轉移到乙酸乙烯酯的生產和/或提純方法和系統中，以方便乙酸乙烯酯產物的生產和/或提純。在此描述的方法和系統適用於與任何已知的生產乙酸和乙酸乙烯酯的工藝相結合。可以將乙酸生產的反應熱通過任何合適的傳熱方法和系統轉移到乙酸乙烯酯的生產系統中。根據該方法和系統所要應用的系統的特定配置，可以將該熱在乙酸乙烯酯的生產和提純系統中的各種位置提供給提純區。在此描述的方法和系統適用於節約乙酸乙烯酯的生產工藝中的費用和能源。
文檔編號C07C53/08GK1934064SQ200580008473
公開日2007年3月21日 申請日期2005年2月24日 優先權日2004年3月17日
發明者S·巴斯卡蘭, A·K·謝卡爾 申請人:塞拉尼斯國際公司