[发明专利]从乙酸甲酯水解生产乙酸及甲醇用的反应蒸馏方法和装置

说明书

本发明背景

本发明领域

本发明涉及用离子交换树脂作催化剂，通过反应蒸馏法将乙酸甲酯水解成乙酸及甲醇的方法。本发明特别适用限平衡反应，如共沸混合物的水解、酯化和分离。

背景技术说明

乙酸甲酯(MA)，本发明的原料流之一，作为高纯度对苯二酸(PTA)工厂及聚乙烯醇(PVA)工厂的副产物被大量生产。来自PVA工厂的乙酸甲酯混合物是一种含有乙酸甲酯和甲醇的共沸组合物，而来自PTA工厂的乙酸甲酯混合物则是乙酸甲酯和水的混合物。在本发明中，上述两种混合物以及乙酸甲酯含量超过50％的其它混合物被称为乙酸甲酯混合物。

由于乙酸甲酯是一种低值溶剂，所以它被以低价出售，或者通过水解反应及随后的常规蒸馏过程，将其水解成甲醇和乙酸，两者都是高价值溶剂。但是，水解反应后的常规蒸馏具有很多缺点。首先，由于控制水解反应的平衡常数很小，该复合反应过程得率低；第二个缺点是固定投资大且生产成本高，这是由于分离水解反应器及四级蒸馏塔所致，四级蒸馏塔包括萃取蒸馏柱及两个脱水柱。

还有，水解或酯化反应用的催化剂一般为液体酸性催化剂如硫酸及盐酸，会引起设备腐蚀问题和产品与催化剂之间分离。

作为乙酸甲酯的反应蒸馏的第一项专利是U.S.4，435，595。与本发明不同，在该方法中，顶部产品乙酸甲酯由甲醇和乙酸合成，反应蒸馏用液体催化剂硫酸进行。

本发明的重要目的是设计和优化通过反应蒸馏方法水解乙酸甲酯用的操作条件。

本发明概述

本发明的主要目的是设计一种反应蒸馏方法，该方法消除了由分离反应和蒸馏过程而引起的许多固有问题，如反应得率低、产品纯度低、设备腐蚀、固定投资大和生产成本高。

反应蒸馏是一种在同一个反应柱中将反应和蒸馏结合在一起的方法，尽管自本世纪20年代起反应蒸馏已经被认为是一种单元操作，但是，大部分反应和蒸馏过程一直是独立进行的。

反应蒸馏的优点是有可能开发工业反应蒸馏过程，例如生产MTBE(甲基叔丁基醚)，它是洁净辛烷增强剂，以及合成乙酸甲酯。

乙酸甲酯水解用反应蒸馏法的优点是比常规方法的优点更有吸引力，因为从技术上将反应和蒸馏结合在同一个反应柱大大地降低设备投资和操作成本。大部分水解或酯化反应受化学平衡所限制，但是，通过连续地从反应物乙酸甲酯和水中除去乙酸和甲醇产物，反应蒸馏法能够使平衡反应向前移。当在反应柱中形成共沸混合物时，反应蒸馏打破共沸组合物，使反应得率和选择性增加。

所以，本发明提供一种用新的反应蒸馏法将乙酸甲酯水解和反应产品与反应物分离结合在一起的方法。

更具体地讲，本发明提供一种从含有50％以上乙酸甲酯的副产品组合物中生产水解产品乙酸和甲醇的反应蒸馏方法，包括以下步骤：

(a)在反应区将含有乙酸甲酯的混合物水解成乙酸和甲醇，反应区内装有作为催化剂的离子交换树脂填料，将水向下供给离子交换树脂填料，并将乙酸甲酯混合物向上供给离子交换树脂填料；

(b)收集位于反应区上部的未反应乙酸甲酯和水蒸汽，并将其冷凝后，再供给反应区；以及

(c)在进行(b)步操作的同时，收集位于反应区下部的(a)步反应混合物，通过再沸将反应混合物分离成水解产物和不纯物，再向反应区供给不纯物，并且回收水解产物。

除了反应蒸馏方法以外，本发明还提供了一种乙酸甲酯水解用的反应蒸馏装置，包括使蒸汽流冷凝成液体的冷凝器、反应蒸馏柱和再沸器。

本发明的反应蒸馏方法还包括在所说的向(a)步再供给料之前精馏未反应乙酸甲酯和水。同时也包括在所说的(b)步中于所说的冷凝之前精馏未反应乙酸甲酯和水。

本发明的反应蒸馏柱有三个新区，它们是再蒸馏用的精留区、反应区以及汽提区，在汽提区内将产品从反应混合物中分离出来。

在本发明中，反应蒸馏柱有两个进料位置，即分别为供水用的上进料位置和供乙酸甲酯混合物用的下进料位置。

本发明的反应区填充有离子交换树脂，是一种最廉价的固体催化剂，该固体催化剂排除了设备腐蚀问题，同时避免了产品分离，离子交换树脂主要用水处理进行使用，按着功能分组的类型可以分成四类，作为该四类之一的强酸性离子交换树脂适用于本发明，作为水解和酯化反应的催化剂材料。但是，常规离子交换树脂的小珠粒(0.4-1.1mm)会产生很高的压降，小珠粒树脂不被优选地直接用作本发明的填充材料。在本发明中，优选的方法是在离子交换树脂中加入作为粘合剂的惰性聚合物，将其压成薄环。