[发明专利]用于甲酸连续生产的多级酸化反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级酸化反应装置，特别是涉及一种用于甲酸连续生产的多级酸化反应装置。

背景技术

甲酸属基本有机化工原料，是脂肪族羧酸中酸性较强的一种，并具有醛的一些化学性质，因此用途较多，广泛应用于医药、农药、皮革、染料、橡胶、冶金和食品等行业。工业上甲酸生产主要有丁烷（或轻油）液相氧化法、甲酰胺法、甲酸甲酯水解法和甲酸钠酸化法四种工艺路线。其中丁烷（或轻油）液相氧化工艺是一种生产醋酸同时联产甲酸的生产方法，每生产1吨乙酸，副产0.05～0.25吨甲酸，上世纪70年代曾是国外生产甲酸的主要方法，后来随着甲醇低压羰基合成醋酸技术的工业化，使该法丧失发展前途；甲酰胺法因流程长、原料复杂、生产成本高，上世纪80年代也已被淘汰；甲酸甲酯水解法是国外甲酸生产的最主要方法，其特点是只消耗一氧化碳和水，产生单一的甲酸，无副产物，但该法涉及复杂的石油化工过程和分离过程，且要受石油化工原料价格剧烈上涨的影响，更重要是一次性投资较高，不适合国内甲酸生产企业。目前国内甲酸生产大多采用甲酸钠酸化法，该法传统上以硫酸为酸化剂，生产过程要消耗大量硫酸，加之副产的硫酸钠产品价格低廉，因此相较甲酸甲酯水解法缺少竞争力。但由于甲酸钠可由一氧化碳与苛性钠反应制取，而一氧化碳富含于化工、冶金工业的大量尾气中，因此将一氧化碳尾气回收与甲酸生产相结合的技术就应需而生，特别是在“黄磷行业准入条件”推出后，基于黄磷尾气资源化回收利用的甲酸钠酸化制甲酸方法便焕发了生命力。

黄磷尾气是磷矿石电炉冶炼产生的气态产物，其中一氧化碳的质量分数约为90%，其余主要是硫化物、磷化物和灰分等。以往由于黄磷尾气净化困难，大都直接燃烧排放，造成大量的能源浪费。一般，每生产1吨黄磷，约产生2800m³的尾气。以2008年为例，全国黄磷实际产能8.24x10⁵吨，排放尾气约22.3亿立方米，直接燃排就意味着浪费了23.5x10¹⁶J的热能，不符合节能环保、发展循环经济的客观要求。于是针对黄磷尾气的资源化回收利用技术便被提上日程，除利用尾气热量干燥物料、烧制热水或副产蒸汽发电外，通过深度净化的尾气与苛性钠反应制取甲酸钠，再对甲酸钠酸化制取甲酸，已成为当前黄磷尾气资源化回收的主流技术。目前根据酸化剂的不同，已出现用稀磷酸、过磷酸、聚磷酸酸化甲酸钠的不同方法。但相较之下，因聚磷酸酸化甲酸钠所制取甲酸的浓度、纯度更高，产品附加值更大，因此更具竞争力。

利用多聚磷酸酸化甲酸钠制取高品质甲酸，是在一定温度条件及酸化助剂条件下，利用酸中第一个氢离子的化学能复分解甲酸钠，使之转化为甲酸和主要含NaH₂PO₄的复合磷酸钠盐。反应完成后再用蒸馏方式进行甲酸的分离，冷凝后即得到高浓度甲酸，而固态产物复合磷酸钠盐可以通过加碱溶液调节其PH值，之后再进行聚合反应生成三聚磷酸钠。在整套工艺的实现过程中，酸化反应最为关键，反应温度、反应压力、反应时间和原料配比等都会影响甲酸的品质和收率，进而对完成酸化反应的装置提出了更高要求。

甲酸钠与聚磷酸反应过程中，物系粘度是变化的，开始时非常粘稠，随着反应的进行，粘度变小，这主要是因为生产的甲酸流动性较好。但甲酸具有挥发性，且因为反应温度与其沸点接近，伴随有甲酸汽化，这就意味着反应过程必须控制物系中甲酸的含量，保持一定的流动性，否则反应很难充分进行。因此，聚磷酸酸化甲酸钠连续化制取甲酸的装置必须同时满足以下条件：（1）要能适应反应过程体系粘度的变化并提供合理有效的搅拌；（2）要能控制体系中甲酸的含量，即对挥发或汽化的甲酸能进行及时补充；（3）要能提供有效的加热模式，创造稳定的反应温度环境；（4）要具有连续操作的功能，从进料到出料刚好反应完全。但现有各种反应设备大都间歇操作，经过一个反应周期后再加料、再反应，如此往复，不适合大规模生产。在现有关于甲酸钠酸化制甲酸的各专利中，大都未对所用酸化装置进行介绍，仅专利200710078073.2提及采用市售RDS-0.05型锥形反应器瞬间进行甲酸钠的酸化反应，但并未介绍装置结构，也未说明是如何满足体系粘度、温度以及连续反应等方面要求的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于甲酸连续生产的多级酸化反应装置，是将甲酸生产与黄磷尾气资源化回收相结合，在适宜的温度环境和高效搅拌混合的基础上，能低耗高效的完成甲酸的连续化生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：