[发明专利]利用硝基烷作为共沸剂从酸的水溶液中共沸除去水的设备和方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年12月10日提交的美国临时专利申请No.61/421,887的优先权，所述专利申请在此以其全部内容引为参考。

技术领域

本发明涉及硝基烷作为共沸剂的用途。更具体地说，本发明涉及利用硝基烷作为共沸剂从硝基烷合成期间产生的有机酸流中共沸除去水的方法和设备。

背景技术

在高压硝化法中，烃例如丙烷和有机酸例如乙酸、丙酸和/或丁酸与硝酸水溶液反应，得到产物例如硝基甲烷、1-硝基丙烷和2-硝基丙烷。另外，所述方法产生大量的水和一些有机酸。供应给反应器的许多有机酸在通过反应器的单程中没有转化。因此，为了将有机酸再循环回到反应器中，需要除去许多的水。因为乙酸和水之间的相对挥发度低，因此常规蒸馏是耗能和高成本的。另外，丙酸和正丁酸与水形成低沸点共沸混合物，如果使用常规蒸馏的话，导致塔顶馏出物中不可避免地损失酸。乙酸烷基酯可以用作共沸剂，用于从有机酸水流中共沸去除水。然而，因为回收的有机酸再循环回到反应器中，所以有机酸流中存在的烷基乙酸酯可能造成潜在的问题。因此，对从有机酸流中除去水的更经济和有能量效率的方法和设备存在着需求。对于回收可以再循环用于高压硝化法而无需另行提纯的有机酸流的方法和设备，也存在着需求。

发明内容

在一个方面，说明性的实施方式提供了一种方法，所述方法包括：向共沸蒸馏塔供应进料流，其中所述进料流包含水和有机酸；和利用硝基烷作为共沸蒸馏塔中的共沸剂，使得进料流分离成至少塔顶流和塔底流，其中所述塔顶流包含硝基烷和水，而其中所述塔底流包含有机酸。所述方法进一步包含将塔顶流分离成有机相和水相，所述有机相包含硝基烷；和将至少一部分所述有机相返回到共沸蒸馏塔。

在另一个方面，说明性的实施方式提供了一种方法，所述方法包括将烃原料与硝酸水溶液在反应器中反应，产生包含产物硝基烷和副产物的产物流；将所述产物流脱气，产生液流；将所述液流在汽提设备中分离成第一塔顶流和第一塔底流，其中所述第一塔顶流包含产物硝基烷，而所述第一塔底流包含至少一种有机酸和水；和将所述第一塔底流供应给共沸蒸馏塔。所述方法进一步包括在共沸蒸馏塔中利用工作(working)硝基烷作为共沸剂，使得所述第一塔底流分离成至少第二塔顶流和第二塔底流，其中所述第二塔顶流包含所述工作硝基烷和水，而其中第二塔底流包含所述至少一种有机酸；将所述第二塔顶流在分相器中分离成有机相和水相，所述有机相包含所述工作硝基烷；和将至少一部分所述有机相和至少一部分所述水相返回到共沸蒸馏塔。

在另一个方面，说明性的实施方式提供了一种设备，所述设备包括共沸蒸馏塔，其被构造成利用硝基烷作为共沸剂，将进料流分离成塔顶流和塔底流，其中所述进料流包含水和有机酸，其中所述塔顶流包含硝基烷和水，并且其中所述塔底流包含有机酸；和分相器，其被构造成将所述塔顶流分离成有机相和水相，所述有机相包含硝基烷。

前述概要只是说明性的，并不意欲以任何方式进行限制。除了上面描述的说明性方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下详细说明，其它的方面、实施方式和特征将变得明显。

附图说明

图1是根据说明性实施方式，用于从有机酸溶液去除水的设备的示意图。

图2是根据说明性实施方式，用于从有机酸溶液去除水的设备的示意图。

图3是共沸蒸馏塔塔底产物中乙酸的重量％和再沸器能率与进料段位置关系的图。

图4是共沸蒸馏塔塔底产物中乙酸的重量％和再沸器能率与1-硝基丙烷/进料比关系的图。

具体实施方式

在一个方面，提供了在共沸蒸馏塔中利用硝基烷作为共沸剂以求从有机酸水溶液中除去水的方法。

图1示出了从有机酸水溶液中去除水的设备100。第一水相101可以与有机相102在第一控制阀103处合并，形成进料流104。第一水相101可以包含水和至少一种有机酸。所述有机酸可以是乙酸、丙酸、丁酸、另一种羧酸、或其任何组合。有机相102可以包含至少一种硝基烷。所述硝基烷可以是与水形成最低沸点非均相共沸混合物的硝基烷，例如1-硝基丙烷、2-硝基丙烷或硝基甲烷。

进料流104可以供应给蒸馏塔105。在另一种实施方式中，第一水相101和有机相102可以直接供应给蒸馏塔105。蒸馏塔105可以是共沸蒸馏塔。非均相共沸蒸馏塔可以用来分离相对挥发度接近的混合物以及用来破坏共沸混合物。蒸馏塔105可以包含冷凝器106和再沸器107。