[发明专利]酯交换法合成仲丁醇的催化精馏工艺及其生产设备

说明书

  

技术领域：

 本发明涉及一种以醋酸仲丁酯和甲醇为原料采用酯交换法合成仲丁醇的催化精馏工艺及其生产设备。

 背景技术：

仲丁醇又名2-丁醇，无色透明液体，有强烈香气。熔点-114.7℃，沸点99.5℃，溶于水和苯，与乙醇、乙醚可任意混溶，也溶于丙酮。仲丁醇在工业上用作溶剂、乳化剂、染料分散剂、脱水剂、脱漆剂、工业洗涤剂等，还用作增塑剂、除草剂、油脂萃取剂。由于仲丁醇能增加涂料的加工性能和延展性，故可用作硝基喷漆、硝基漆稀释剂的助溶剂。又可用作生产香料、染料、润湿剂、浮选剂等的原料，还可用作生产甲乙酮的中间体，用于制醋酸丁酯、仲丁酯等。可用作甲醇的共溶剂，作为提高汽油辛烷值的组分。

目前仲丁醇的生产工艺主要是以正丁烯为原料水合制备，分为间接水合法和直接水合法。间接水合法是正丁烯水合制仲丁醇的传统方法，即以硫酸为催化剂，通过酯化、水解反应制备仲丁醇。此法对原料正丁烯纯度要求不高反应条件温和正丁烯的转化率高；但是需要消耗大量的硫酸和烧碱，设备腐蚀和污染严重，反应选择性较低，正丁烯单耗较高会产生大量的含酸废水对环境污染严重。直接水合法是在酸性催化剂作用下，正丁烯与水直接发生水合反应生成仲丁醇。根据所使用的催化剂的不同，直接水合法分为树脂法和杂多酸法，虽这种工艺具有不消耗大量硫酸和烧碱仍会腐蚀设备，但对原料纯度要求高（90%）正丁烯的单程转化率低。 

发明内容：

本发明针对上述技术存在的不足，提出一种以醋酸仲丁酯和甲醇为原料，采用酯交换法合成仲丁醇的催化精馏工艺。

本发明的技术方案在于： 

1）原料醋酸仲丁酯经计量泵后从催化精馏塔反应段上部进入塔内，原料甲醇经计量泵后从催化精馏塔反应段下部进入塔内，原料醋酸仲丁酯和甲醇在位于催化精馏塔中部的反应段混合，在催化剂的作用下发生酯交换反应；

2）在催化精馏塔内。醋酸甲酯和甲醇的混合蒸汽从精馏塔塔顶蒸出，经冷凝器冷凝后进入回流罐，经回流泵一部分回流至催化精馏塔，另一部分用泵送至甲酯精馏塔。塔釜为仲丁醇、甲醇及少量醋酸仲丁酯用出料泵排出并进入甲醇回收塔；

3） 甲酯精馏塔进行分离后塔顶得到醋酸甲酯，塔底组分甲醇返回到催化精馏塔甲醇入口；

4）催化精馏塔塔底物料进入甲醇回收塔进行分离，塔顶轻组分甲醇经冷凝器冷凝后，一部分经回流泵回流至甲醇回收塔。另一部分返回到催化精馏塔甲醇入口处，塔釜得到仲丁醇和少量醋酸仲丁酯，泵至仲丁醇精制塔进行精制；

5）在仲丁醇精制塔内，仲丁醇和醋酸仲丁酯混合物进行加压精馏，塔顶得到产品仲丁醇，塔底得到醋酸仲丁酯。

本发明的另一目的在于提供一种仲丁醇酯交换催化催化精馏生产设备，该设备具有收率高、循环量少、能耗低等优点。 

本发明的另一技术方案在于：一种仲丁醇酯交换催化精馏生产设备，包括催化精馏塔，其特征在于：所述催化精馏塔自上而下包括精馏段、反应段及提馏段，所述精馏段与反应段之间设有醋酸仲丁酯进料口，所述反应段和提馏段之间设有甲醇进料口，所述反应段填充阳离子交换树脂催化剂，所述反应区内设有堆叠成一定高度的若干段催化剂结构单元，所述催化剂结构单元的直径与反应段的直径相当，所述催化剂结构单元由一层不锈钢丝网和一层串联连接的固体酸性树脂催化剂小袋经卷曲成捆状构成。 

本发明显著优点在于：以阳离子交换树脂为催化剂，结合催化精馏技术实现连续化合成仲丁醇，简化了工艺流程，降低生产能耗与物耗，提高酯交换反应转化率。具体为： 

（1）醋酸仲丁酯与甲醇催化合成仲丁醇及物质分离在催化精馏塔中同时进行，分离过程与反应过程相互促进，有效提高反应转化率和收率，同时反应热得以充分利用降低了精馏能耗；

（2）采用连续催化精馏可以实现大规模的连续化生产，产品质量稳定；

（3）在连续催化精馏塔中，反应只在反应段中进行，反应段中物料的停留时间小，潜在副反应少，产品质量好。

（4）采用碱性催化剂的反应精馏过程，需要在反应过程中加入大量的甲醇以避免催化剂析出影响反应精馏过程正常操作。而连续催化精馏工艺采用阳离子交换树脂为催化剂，完全避免了这一问题，可大大降低物耗，同时还节省了分离回收过量甲醇的能耗。 

（5）连续催化精馏工艺采用阳离子交换树脂为催化剂，对设备腐蚀性小，且催化剂装填采用捆扎包形式，不易磨损和破碎，催化剂寿命长，无需通过蒸发等方法回收，工艺简单。 

  

附图说明：