[发明专利]多级反应制备乙醛酸的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及乙醛酸的化学合成方法，具体涉及一种多级反应制备乙醛酸的方法及装置。

背景技术

乙醛酸是一种重要的精细化工原料和中间体，广泛应用于香料、医药、农药、造纸、涂料、油漆、皮革和食品添加剂等轻工产品的合成领域。目前，工业上常用的化学合成方法主要有乙二醛硝酸氧化法、草酸电解还原法、马来酸（酐）臭氧氧化法三种。其中，乙二醛硝酸氧化法以其较低的成本和较成熟的技术，成为国内外生产厂家普遍采用的乙醛酸合成方法。

乙二醛硝酸氧化法是在盐酸等助剂的催化作用下，用硝酸作氧化剂选择性氧化乙二醛，生成主产物乙醛酸，并副产草酸。反应原理如下：

主反应方程式为：

3CHO-CHO + 2HNO₃  → 3CHO-COOH + 2NO↑ + H₂O      ①

同时不可避免地因乙醛酸被进一步氧化而发生副反应，生成一定量的副产物草酸。副反应方程式为：

3CHO-COOH + 2HNO₃  → 3HOOC-COOH + 2NO↑ + H₂O   ②

目前主流的合成方法还引入空气（含约21%的O₂）参与反应，借助空气中的O₂将NO氧化为NO₂，NO₂进一步被水吸收反应，生成硝酸或亚硝酸而成为可回收利用的氧化剂，同时解决环境污染问题。这一转化过程主要发生如下反应：

2NO + O₂ ＝2NO₂            ③

3NO₂ + H₂O ＝ 2HNO₃ + NO   ④

4NO₂ + O₂ + 2H₂O ＝ 4HNO₃   ⑤

关于水吸收回收原料硝酸的工艺原理详见本公司专利（一种乙二醛硝酸氧化法生产乙醛酸的尾气处理方法和处理系统，CN102247748A）。

在乙二醛硝酸氧化法合成乙醛酸的工业化生产领域，现有技术存在以下技术问题：

1、硝酸用量过大，致使废气产量较大，废气治理设备投资大，运行费用高。国内多数厂家废气不能实现达标排放，尤其是废气治理技术和装备落后的厂家，造成了严重的环境污染。

2、现有氧化反应及废气治理技术和装备虽然考虑了氮氧化物的回收利用，但大多是治标治理，而不是治本减排。落后的技术和装备使废气治理成本高，效果不佳，严重影响生产成本和环境质量。

因此，如何有效改进乙醛酸合成方法和装置，提高产品收率，实现节能降耗，兼顾环境治理，实现废气达标排放，这是乙醛酸制造行业当前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种多级反应制备乙醛酸的方法，解决现有技术中乙醛酸制备过程中硝酸使用量大、产生废气较多的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种多级反应制备乙醛酸的装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案如下：

一种多级反应制备乙醛酸的方法，包括：

引发步骤：分别于第一反应器和第二反应器中，将乙二醛水溶液与盐酸水溶液进行混合，后于40～60℃下分别在第一反应器和第二反应器中加入引发剂引发反应，其中，所述第一反应器和所述第二反应器中所加乙二醛水溶液的质量相同，所述第二反应器中所加盐酸水溶液的质量是所述第一反应器中所加盐酸水溶液的40～80%，所述引发剂为含有亚硝的水溶液、且不含金属离子；

氧化步骤：于65～70℃下，分别于第一反应器和第二反应器中加入硝酸溶液，同时将第一反应器产生的尾气通入第二反应器，其中，所述第二反应器中所加硝酸水溶液的质量是所述第一反应器中所加硝酸水溶液的40～80%；

保温步骤：于72～85℃下，保温1.5～2小时，同时将第一反应器产生的尾气通入第二反应器，保温完毕后进行降温，分别得到第一乙醛酸反应液和第二乙醛酸反应液；

后处理步骤：分别将所述第一乙醛酸反应液和第二乙醛酸反应液进行纯化，得到第一产品和第二产品。

优选地，所述乙二醛溶液中乙二醛的质量百分比浓度为40%，所述盐酸溶液中盐酸的质量百分比浓度为30%。

优选地，所述硝酸溶液中硝酸的质量百分比浓度为35～45%。