[发明专利]从纤维素酯的生产过程中回收有机酸的方法

说明书

本发明涉及一种从纤维素酯的生产过程中回收有机酸的方法，其中酸回收过程中所用溶剂水解生成的醇，通过用一种离子交换催化剂酯化成溶剂。

在纤维素酯的生产过程中，有机酸的回收是很重要的。例如在生产乙酸纤维素酯的过程中，每生产1公斤(kg)乙酸纤维素酯需用约4到41/2kg乙酸，而生成1kg乙酸纤维素酯只消耗约1/2kg乙酸，剩下的31/2到4kg乙酸从工艺过程中排出，这些排出的乙酸需回收并循环到乙酸纤维素酯的生产过程中。

乙酸是以含水弱酸流的形式被回收，其中包括约25-35％重量的乙酸，回收的主要单元操作是液-液或溶剂萃取方法。一般苯为一种萃取液组分，但考虑到苯有致癌作用，引起人们的关注而使苯的使用有所减少。取代它的是一种新型萃取溶剂，包括沸点低于乙酸的酮、酯、醚和烷烃，已经对它们进行了评价，并且在认为适合时得到了应用。随溶剂的改进，早期含苯的工艺也已经发生了变化。

使用这些溶剂，特别是酯(例如乙酸乙酯和乙酸异丙酯)所产生的一个问题是它会水解成醇(例如乙醇和异丙醇)。这种水解反应主要发生在溶剂萃取后回收部分酸的工艺过程(其中分成溶剂和酸)中，一般为一个蒸馏工艺过程中。

这种醇对酸回收工艺有付作用。当醇的浓度达到约2％溶剂流重量时，萃取塔内建立液-液平衡(LLE)，从萃取塔顶料流中水浓度增加可看出这一点，不希望水浓度增加的原因有二个：1)由于带入更多的有机盐而使溶剂/乙酸蒸馏系统的洗涤时间增加；和2)溶剂/乙酸蒸馏系统所需的能量增加。

一种解决溶剂流中增加的乙醇含量的早期方法是蒸出乙醇并用常规废水处理系统进行处理。但该方法有两个缺点：1)浪费乙醇；和2)带有乙醇的废料流会使废水处理设备产生较高的化学需氧量。

另外一个限制了选择乙醇问题解决方法的考虑因素是酸回收工艺过程中有少量离子杂质生成。这些杂质可生成离子而使离子交换树脂中毒，因而限制了这些树脂的使用。例如乙腈会水解成乙酸和铵离子。因此在解决该问题的方法中使用离子交换树脂就很成问题了。

因此，鉴于以上考虑因素，在这些酸回收工艺过程的溶剂流中减少乙醇含量的方法必须是：不会影响萃取塔的液-液平衡；不需要安装与工艺过程相连的废水处理设备；并且可以允许工艺过程中有离子生成。

本发明涉及一种回收有机酸方法。该有机酸是在纤维素酯的生产过程中产生的。本方法的第一步是从纤维素酯的生产过程中除去有机酸，该酸是包括有机酸和水的弱酸流形式，通过溶剂萃取反应，弱酸流被分流而形成一股萃取塔顶料流和萃余液流。萃余液流包括溶剂、水和醇。在溶剂萃取后的回收工艺中，由于溶剂的水解而生成了醇，萃余液流被分成一股塔顶料流和一股塔底料流，塔顶料流包括水、醇和溶剂。过量有机酸加到塔顶料流而生成一股进料流，进料流用离子交换树脂催化，使得部分醇酯化成溶剂，由此得到的溶剂循环至回收工艺中。

为说明本发明，图示了优选的一种形式，但很明显，本发明并不局限于所示出的确切排布和设备。

图1是本发明酸回收方法的示意图。

图2是离子交换酯化方法第一个实施方案的示意图。

图3是离子交换酯化方法第二个实施方案的示意图。

图4是离子交换酯化方法第三个实施方案的图示。

本文所提及的溶剂指的是一种从水中液相萃取有机酸所用的萃取溶剂，并且指的是酯。这些溶剂是萃取液的组分，在与乙酸纤维素生产过程有关的酸回收工艺中，所用的各种萃取液组分包括：有机酯(例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯)；酮；烷烃；醚；苯和它们的混合物，其沸点均应低于有机酸。

本文所提及的醇指的是溶剂的水解产物，典型的醇包括：甲醇、乙醇、异丙醇及它们的混合物。

本文所提及的纤维素酯指的是乙酸纤维素酯(即未被乙酸完全酯化的纤维素)，二乙酸纤维素酯，三乙酸纤维素酯，乙丁酸纤维素酯，乙丙酸纤维素酯及类似物，优选乙酸纤维素酯。

本文所提及的离子交换树脂指的是含活性基团(通常是磺酸、羧酸、酚或取代的氨基基团)的合成树脂，这些活性基团可使树脂具有结合或交换树脂和溶液间的离子的性质，这些树脂应具有强酸性，优选磺酸基的固体树脂。这些树脂可在市场上买到，例如AM-BERLYST^35，AMBERLYST^36，AMBERLYST^16，AM-BERLYST^15树酯，来源于Philadelphia，PA的Rohm and HassCompany。