[发明专利]一种高效生产乙酸甲酯的系统

说明书

本发明涉及了一种高效生产乙酸甲酯的系统，具体是将强酸性阳离子树脂按酸度系数从下至上以一定顺序分层装填在酯化反应精馏塔中用于生产乙酸甲酯。整个反应精馏装置包括精馏段、催化反应段、提馏段三个部分。所述反应段的强酸性阳离子树脂按酸度系数不同分为三层，中间层的树脂酸性最强，上层和下层的催化剂酸性较弱；乙酸和甲醇二者在强酸性阳离子树脂中逆向接触。通过控制反应段床层树脂催化剂的酸度可以提高转化率，有效减少在强酸性条件下醚化和结焦碳化等副反应的发生。

技术领域

本发明涉及乙酸酯生产技术领域，具体涉及一种高效生产乙酸甲酯的系统。

背景技术

乙酸甲酯是一种无色、有香味、易挥发、易燃的液体，它在工业上常用作纤维素的快干性溶剂，广泛应用于油漆涂料、纺织、香料、医药及食品等行业，另外，它还用于油脂及柴油的生产。高纯度乙酸甲酯还在合成乙酸、醋酐、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和乙酰胺等工业中广泛应用。

目前合成乙酸甲酯的方法主要有以乙酸和甲醇为原料的反应精馏法；以甲醇为原料的甲醇脱氢合成法；以甲醇和一氧化碳为原料的甲醇羰基化一步法；乙酸甲酯的同系化反应以及二甲醚羰基化法。

工业生产中使用较多的生产方法是传统的乙酸和甲醇反应精馏法，乙酸甲酯由乙酸与甲醇直接进行酯化反应制得，在乙酸甲酯生产过程中由于使用浓硫酸催化剂，设备长周期运行会被腐蚀损坏，缩短使用寿命，且由于浓硫酸的强氧化性和脱水作用，导致发生很多副反应，使产品的后续处理变得困难。目前技术发展的趋势是采用一种高效的强酸性树脂催化剂替代浓硫酸，使其催化性能满足生产需求，可以有效减少副反应发生，同时减少对生产设备的腐蚀。

离子交换树脂是一种含有活性基团的功能性高分子材料，它是由交联的高分子共聚物引入不同性质的离子交换基团而成的，所用的交联共聚物有苯乙烯系、丙烯酸酯系和环氧系等。按引入基团的性质可分为强酸性、强碱性、螯合性、酸碱两性和氧化还原性等品种。离子交换树脂在催化酯化反应中已得到广泛应用，但阳离子交换树脂存在酸强度较低的缺陷，这限制了树脂催化剂的应用。酸强度较高的树脂催化剂又会使甲醇脱水发生醚化反应，也会使乙酸、乙酸甲酯发生脱水结焦碳化。因此开发具有适当酸度的阳离子树脂催化剂成为强酸性酯化树脂催化剂研究的热点。

发明内容

本发明技术方案的优点是可避免使用无机酸催化剂对环境的污染和对生产设备的腐蚀，且树脂催化剂易于与产物分离，不需经常更换，可长期使用；相对于单一种类的树脂催化剂，不同交换容量梯度酸性分布的树脂催化剂可有效减少副反应发生，避免碳化结焦。

乙酸和甲醇的酯化反应过程使用强酸性阳离子树脂做催化剂可以减少使用硫酸对设备产生的腐蚀。单独使用一种强酸性阳离子树脂催化剂时，生成的酯化产物与强酸性树脂催化剂继续接触可能会进一步脱水结焦碳化。在反应段下层装填酸性较弱的树脂催化剂可以避免进料甲醇发生脱水醚化副反应。反应段中层的甲醇和乙酸在酸性较强的催化剂作用下反应生成乙酸甲酯，该层催化剂酸性较强可以提高酯化反应的转化率；在反应段上层中，进料乙酸和未反应的甲醇在酸性较弱的树脂催化剂作用下继续发生酯化反应，可以避免含量较多的乙酸和乙酸甲酯发生结焦碳化。每一层催化剂的酸度存在一定差别，既提高了酯化反应的转化率又减少了副反应的发生。

本发明公开了一种高效生产乙酸甲酯的系统，其包括反应精馏塔装置，

其中，

所述反应精馏塔装置的中部设置有反应段，所述反应段中包括强酸性阳离子树脂；

所述强酸性阳离子树脂包括强酸性阳离子树脂的中层，以及强酸性阳离子树脂的上层和强酸性阳离子树脂的下层；

所述强酸性阳离子树脂的中层的酸度最高达到酸度系数PKa₁＝0～-3.0，然后酸度向两端的强酸性阳离子树脂的上层和强酸性阳离子树脂的下层作递减；

乙酸从所述反应精馏塔装置的反应段上层进料，甲醇从所述反应精馏塔装置的反应段下层进料；