分離醋酸和水的方法

2023-06-18 05:25:06

專利名稱：分離醋酸和水的方法
技術領域：
本發明涉及一種分離醋酸和水的方法。
背景技術：
在對二甲苯氧化生產對苯二甲酸的過程中，通常使用醋酸作為有機溶劑。氧化過程中生成的大量水稀釋了醋酸溶劑，而反應需要合適濃度的醋酸溶劑。為了保證溶劑中醋酸的濃度，通常使用醋酸脫水塔分離出溶劑中多餘的水。隨著生產規模的擴大，醋酸脫水塔的操作費用日益高漲。常規的直接精餾脫水由於在醋酸低濃度時相對揮發度較小的緣故，通常採用增加塔板數以及增大回流比的方法降低塔頂出料中醋酸的濃度，導致能耗指標高的同時還使裝置投資成本上升。工程上出於經濟性考慮，一般塔頂醋酸濃度要求低於0. 8重量％，塔頂出料作為廢水排出。文獻GB1576787公開了採用共沸精餾的方法分離醋酸和水的方法。此方法採用兩塔串聯，第一個塔以醋酸酯類為共沸劑，塔頂出料為醋酸的水溶液，其中醋酸濃度小於0. 1 重量％，醋酸酯類約為5重量％，水溶液還含有少量副產物醋酸甲酯。第二個塔回收水中的醋酸酯類共沸劑，返回一塔。應用此方法的蒸汽消耗一般是簡單精餾的60%。塔頂濃度可以控制在0.1重量％。此方法較簡單精餾大幅降低了能耗，也回收了更多的醋酸。但是二塔回收後的廢水中仍會含有微量醋酸酯類，而醋酸酯類的價格較高，因此共沸劑消耗抵消了醋酸消耗；且醋酸酯類為易燃介質，工程應用時，也需要增加安全設施的費用。熱泵精餾作為一種能有效提高精餾熱效率的節能技術，已廣泛應用於各種化工生產過程中。但是，熱泵系統中過熱蒸汽的存在會降低再沸器的換熱效率，需要增大再沸器換熱面積，從而導致設備材料費用的增加。這是因為過熱蒸汽的傳熱係數較飽和蒸汽要小很多。過熱蒸汽為汽相傳熱，而飽和蒸汽可以迅速冷凝，在蒸汽側形成液膜，大大增加傳熱速率。這對於使用價格昂貴的鈦材管換熱器這點尤為重要。而由於醋酸的腐蝕性，醋酸脫水塔恰恰需要選用昂貴的鈦鋼材質作為塔底再沸器用材。總之，現有技術中存在醋酸脫水過程能耗高及設備製造成本高的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術中存在醋酸脫水過程能耗高及設備製造成本高的問題，提供一種新的分離醋酸和水的方法。該方法具有傳熱效率高，能耗低，設備製造成本低的特點。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下一種分離醋酸和水的方法，包括以下步驟a)醋酸水溶液1從中部進入醋酸脫水塔2，經精餾分離後，塔頂得到氣相物流3，塔釜得到液相物流7 ；物流3經冷凝器4換熱冷凝後，分為物流5和物流6，物流5作為塔頂產品出料進入後續流程，物流6返回醋酸脫水塔2頂部；物流7經再沸器8換熱後，分為物流9和物流10，物流9返回醋酸脫水塔2底部，物流10作為塔釜產品出料進入後續流程；b)換熱介質在冷凝器4與氣相物流3換熱後進入壓縮機11壓縮升溫；升溫後的換熱介質進入脫過熱器13脫過熱；脫過熱的換熱介質進入再沸器8與塔釜液相物流7換熱後經節流減壓設備12減壓，回流至冷凝器4再次與塔頂氣相物流3換熱；其中，所述換熱介質為水。上述技術方案中，醋酸脫水塔2的操作條件塔板數優選範圍為60 120塊，更選範圍為80 100塊；塔釜溫度優選範圍為105 160°C，更優選範圍為110 150°C ；塔頂溫度優選範圍為100 135°C，更優選範圍為100 125°C ；操作壓力優選範圍為0. 1 0. 4MPa,更優選範圍為0. 1 0. 25MPa ；物流6與物流5的重量比優選範圍為0. 5 10，更優選範圍為2 4 ；物流9與物流10的重量比優選範圍為1 17，更優選範圍為4 9。冷凝器4的操作條件管程操作壓力優選範圍為0. 1 0. 4MPa，更優選範圍為0. 1 0. 25MPa ； 操作溫度優選範圍為100 135°C，更優選範圍100 125°C。殼程操作壓力優選範圍為 0. 1 0. 3MPa,更優選範圍為0. 1 0. 25MPa ；操作溫度優選範圍為100 125°C，更優選範圍為100 120°C。脫過熱器13的操作條件管程操作壓力優選範圍為0. 1 0. 4MPa，更優選範圍為0. 1 0. 3MPa ；操作溫度優選範圍為100 160°C，更優選範圍為100 150°C; 殼程操作壓力優選範圍為0. 1 0. 8MPa,更優選範圍為0. 15 0. SMPa ；操作溫度優選範圍為100 400°C，更優選範圍為110 400°C。再沸器8的操作條件管程操作壓力優選範圍為0. 1 0. 4MPa，更優選範圍為0. 1 0. 25MPa ；操作溫度優選範圍為105 160°C， 更優選範圍為110 150°C。殼程操作壓力優選範圍為0. 15 0. 8MPa，更優選範圍操作為 0. 25 0. 7MPa;溫度優選範圍為110 400°C，更優選範圍為130 400°C。以重量百分比計，醋酸水溶液1中醋酸的含量為20 80%，水的含量為20 80%。換熱介質水優選方案為走冷凝器4、脫過熱器13和再沸器8的殼程，物流3優選方案為走冷凝器4的管程，物流7優選方案為走再沸器8的管程。本發明方法中，換熱介質水在冷凝器4與氣相物流3換熱，換熱得到的水蒸汽的溫度優選範圍為100 125°C，壓力優選範圍為0. 1 0. 3MPa。水蒸汽經壓縮機11壓縮升溫後，溫度優選範圍為110 400°C，壓力優選範圍為0. 15 0. SMPa0升溫後的水蒸汽進入脫過熱器脫過熱後，得到飽和蒸汽。該換熱過程可用於加熱循環水以生產較低品位的副產蒸汽，或用於預熱其它的工藝物流。飽和蒸汽溫度優選範圍為140 200°C，壓力優選範圍為 0. 15 0. SMPa0飽和蒸汽進入再沸器8給塔釜液相物流7加熱後，溫度優選範圍為110 180°C，壓力優選範圍為0. 1 0. SMPa0換熱介質進入節流減壓設備12減壓後，溫度優選範圍為100 125°C，壓力優選範圍為0. 1 0. 3MPa。本發明方法在醋酸常規精餾脫水塔生產裝置的基礎上，通過對醋酸脫水塔進行加壓操作，並增設一套閉式熱泵循環系統；以水作為換熱介質，從較低溫位的塔頂冷凝器取熱，經壓縮機壓縮後提高能量品位，高品位的蒸汽通過脫過熱器換熱後轉化為飽和蒸汽，該飽和蒸汽用於塔釜再沸器供熱，達到了節能降耗的目的。飽和蒸汽可以迅速冷凝，在蒸汽側形成液膜，大大增加傳熱速率。而如果直接採用經過壓縮機壓縮後的過熱蒸汽用於再沸器換熱的話，過熱蒸汽為汽相傳熱，傳熱係數較飽和蒸汽要小很多。再沸器的換熱效率降低， 需要增大再沸器換熱面積，從而導致設備材料費用的增加。對於使用價格昂貴的鈦材管的醋酸脫水塔再沸器這點尤為重要。本發明通過增加一個脫過熱換熱器解決此問題高品位的蒸汽通過脫過熱器換熱後轉化為飽和蒸汽，該飽和蒸汽用於塔釜再沸器供熱，避免了過熱蒸汽直接進入再沸器，提高了換熱效率，減少了換熱面積，從而減少了再沸器製造中鈦材的用量，而增加的脫過熱換熱器為碳鋼設備，從而可以降低設備製造成本。採用本發明方法，與常規直接精餾脫水工藝流程相比，能耗下降50 80% ；同時，在熱泵循環流程中增加了脫過熱器後，傳熱效率可提高10 20 %，從而再沸器製造費用降低了 10 20 %，取得了較好的技術效果。


圖1為本發明工藝流程示意圖。圖1中，1為醋酸水溶液進料，2為醋酸脫水塔，3為塔頂氣相出料，4為塔頂冷凝器，5為塔頂產品出料，6為塔頂回流流股，7為塔底液相出料，8為再沸器，9為塔底回流流股，10為濃醋酸產品出料，11為壓縮機，12為節流減壓設備，13為脫過熱器，14為脫過熱器換熱介質。圖1中，對於工藝物料流程，原料稀醋酸水溶液1從中部進入醋酸脫水塔2，經常規簡單精餾分離後，塔頂得到氣相物流3，塔釜得到液相物流7。物流3經冷凝器4換熱冷凝後，分為物流5和物流6。物流5為醋酸含量< 1重量％的水溶液，它作為塔頂產品出料進入後續流程。物流6返回醋酸脫水塔2頂部。物流7經再沸器8換熱後，分為物流9和物流10。物流9返回醋酸脫水塔2底部。物流10為醋酸含量為90 95重量％的醋酸水溶液，它作為塔釜產品出料進入後續流程。對於熱泵循環流程，以水作為換熱介質。換熱介質水在冷凝器4與氣相物流3換熱後汽化為水蒸汽，水蒸汽進入壓縮機11壓縮升溫。升溫後的水蒸汽進入脫過熱器13與物流14換熱；其中，物流14為循環水或其它需要預熱的工藝物流。物流14經過脫過熱器13 換熱後產生副產蒸汽或被預熱，同時使熱泵循環中的水蒸汽變為飽和蒸汽。得到的飽和蒸汽進入再沸器8與塔釜液相物流7換熱。在再沸器8中換熱後的水蒸汽進入節流減壓設備 12(如孔板、閥門)減壓後，回流至冷凝器4再次與塔頂氣相物流3換熱。即醋酸脫水塔塔頂出料冷凝釋放的熱量通過閉式熱泵流程中的換熱介質吸收，換熱介質吸收塔頂出料的能量後經過壓縮機壓縮後溫度升高，再經脫過熱器脫過熱後，用於塔再沸器與塔底出料換熱； 同時，將脫過熱器中的熱量用以生產低品位的副產蒸汽，或將其用於預熱其它工藝物流。下面通過實施例對本發明作進一步闡述。
具體實施例方式對比例1稀醋酸水溶液採用常規精餾的方式進行脫水，無熱泵循環流程。進料稀醋酸水溶液中醋酸濃度為38質量％，醋酸脫水塔塔底出料中醋酸濃度大於94質量％，塔頂出料中醋酸濃度小於0. 1質量％。醋酸脫水塔的操作條件為塔板數為89塊，塔釜溫度為131°C，塔頂溫度為 99. 5°C，塔頂操作壓力為0. llMPa，塔釜操作壓力為0. 19MPa，塔頂冷凝器回流比為3. 2，塔釜再沸器回流比為6. 3。冷凝器4的操作條件為管程操作壓力為0. llMPa，操作溫度為99. 5°C ；殼程操作壓力0. 55MPa，入口溫度33°C，出口溫度43°C。再沸器8的操作條件為管程操作壓力為0. 19MPa，操作溫度為131°C;殼程操作壓力為0. 4MPa，操作溫度為143°C。能量消耗情況見表1，傳熱效率及設備成本見表2。實施例1採用圖1所示流程，醋酸水溶液1(其中醋酸濃度為38質量％)從中部進入醋酸脫水塔2，經精餾分離後，塔頂得到氣相物流3，塔釜得到液相物流7 ；物流3經冷凝器4換熱冷凝後，分為物流5和物流6，物流5作為塔頂產品出料進入後續流程，物流6返回醋酸脫水塔2頂部；物流7經再沸器8換熱後，分為物流9和物流10，物流9返回2底部，物流10 作為塔釜產品出料進入後續流程。醋酸脫水塔塔底出料中醋酸濃度大於94質量％，塔頂出料中醋酸濃度小於0. 1質量％。換熱介質水在冷凝器4與氣相物流3換熱後汽化為水蒸汽，水蒸汽進入壓縮機11 壓縮升溫，升溫後的水蒸汽經過脫過熱器13換熱後進入再沸器8與塔釜液相物流7換熱； 在再沸器8中換熱後的水蒸汽進入閥門12減壓後，回流至冷凝器4再次與塔頂氣相物流3 換熱。其中，醋酸醋酸脫水塔2的操作條件塔板數為89塊，塔釜溫度為139°C，塔頂溫度為111°C，塔頂操作壓力為0. 16MPa，塔釜操作壓力為0. 24MPa，物流6與物流5的重量比為3. 4，物流9與物流10的重量比為6. 5。冷凝器4的操作條件為管程操作壓力為0. 16MPa，操作溫度為111°C;殼程操作壓力0. IMPa，操作溫度為100°C。脫過熱器13的操作條件為管程操作壓力為0. 3MPa，操作溫度為133°C;殼程操作壓力0. 6MPa，操作溫度為159 363°C。再沸器8的操作條件為管程操作壓力為0. 24MPa，操作溫度為139°C;殼程操作壓力為0. 6MPa，入口溫度159°C，出口溫度159°C。能量消耗情況見表1。對比例2同實施例1，只是熱泵循環流程中，換熱介質不經過脫過熱器，直接進入再沸器， 其餘操作條件不變。即換熱介質水在冷凝器4與氣相物流3換熱後汽化為水蒸汽，水蒸汽進入壓縮機11壓縮升溫，升溫後的水蒸汽進入再沸器8與塔釜液相物流7換熱；在再沸器 8中換熱後的水蒸汽進入閥門12減壓後，回流至冷凝器4再次與塔頂氣相物流3換熱。傳熱效率及設備成本見表2。表 權利要求
1.一種分離醋酸和水的方法，包括以下步驟a)醋酸水溶液(1)從中部進入醋酸脫水塔O)，經精餾分離後，塔頂得到氣相物流(3)， 塔釜得到液相物流(7)；物流C3)經冷凝器(4)換熱冷凝後，分為物流( 和物流(6)，物流 (5)作為塔頂產品出料進入後續流程，物流(6)返回醋酸脫水塔( 頂部；物流(7)經再沸器⑶換熱後，分為物流(9)和物流(10)，物流(9)返回醋酸脫水塔(2)底部，物流(10)作為塔釜產品出料進入後續流程；b)換熱介質在冷凝器(4)與氣相物流C3)換熱後進入壓縮機(11)壓縮升溫；升溫後的換熱介質進入脫過熱器(1 脫過熱；脫過熱的換熱介質進入再沸器(8)與塔釜液相物流 (7)換熱後經節流減壓設備(1 減壓，回流至冷凝器(4)再次與塔頂氣相物流C3)換熱； 其中，所述換熱介質為水。
2.根據權利要求1所述的分離醋酸和水的方法，其特徵在於醋酸脫水塔O)的操作條件塔板數為60 120塊，塔釜溫度為105 160°C，塔頂溫度為100 135°C，操作壓力為 0. 1 0. 4MPa，物流(6)與物流(5)的重量比為0. 5 10，物流(9)與物流(10)的重量比為1 17 ；冷凝器⑷的操作條件管程操作壓力為0. 1 0. 4MPa，操作溫度為100 135°C ；殼程操作壓力0. 1 0. 3MPa，操作溫度為100 125°C ；脫過熱器(13)的操作條件管程操作壓力為0. 1 0. 4MPa，操作溫度為100 160°C; 殼程操作壓力0. 1 0. 8MPa，操作溫度為100 400°C ；再沸器(8)的操作條件管程操作壓力為0. 1 0. 4MPa，操作溫度為105 160°C ；殼程操作壓力為0. 15 0. 8MPa，操作溫度為110 400°C。
3.根據權利要求2所述的分離醋酸和水的方法，其特徵在於醋酸脫水塔O)的操作條件塔板數為80 100塊，塔釜溫度為110 150°C，塔頂溫度為100 125°C，操作壓力為 0. 1 0. 25MPa，物流(6)與物流(5)的重量比為2 4，物流(9)與物流(10)的重量比為 4 9 ；冷凝器⑷的操作條件管程操作壓力為0. 1 0. 25MPa，操作溫度為100 125°C;殼程操作壓力0. 1 0. 25MPa，操作溫度為100 120°C ；脫過熱器(13)的操作條件管程操作壓力為0. 1 0. 3MPa，操作溫度為100 150°C; 殼程操作壓力0. 15 0. 8MPa，操作溫度為110 400°C ；再沸器(8)的操作條件管程操作壓力為0. 1 0. 25MPa，操作溫度為110 150°C;殼程操作壓力為0. 25 0. 7MPa，操作溫度為130 400°C。
4.根據權利要求1所述的分離醋酸和水的方法，其特徵在於以重量百分比計，醋酸水溶液(1)中醋酸的含量為20 80%，水的含量為20 80%。
5.根據權利要求1所述的分離醋酸和水的方法，其特徵在於換熱介質水走冷凝器G)、 脫過熱器(13)和再沸器⑶的殼程，物流(3)走冷凝器⑷的管程，物流(7)走再沸器(8) 的管程。
6.根據權利要求1所述的分離醋酸和水的方法，其特徵在於節流減壓設備選自孔板或閥門。
全文摘要
本發明涉及一種分離醋酸和水的方法，主要解決現有技術中醋酸脫水過程能耗高以及設備製造成本高的問題。本發明通過採用對醋酸脫水塔加壓的方式進行精餾脫水，熱泵循環中採用水作為換熱介質，醋酸脫水塔塔頂出料冷凝釋放的熱量通過閉式熱泵流程中的換熱介質吸收，換熱介質吸收塔頂出料的能量後經過壓縮機壓縮後溫度升高，該高溫的過熱蒸汽先經脫過熱器脫過熱後形成飽和蒸汽，再通入塔釜再沸器與塔底出料換熱的技術方案較好地解決了該問題，可應用於分離醋酸和水的工業生產中。
文檔編號C07C51/44GK102452926SQ20101053047
公開日2012年5月16日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者何勤偉, 姜瀛娟, 徐涵正, 李真澤, 楊軍, 陳迎 申請人:中國石化集團上海工程有限公司, 中國石油化工股份有限公司