生产乙二醇的方法技术

本发明专利技术涉及一种生产乙二醇的方法。主要解决现有技术需采用多塔或多个反应器及多步骤才能进行的反应和分离问题，本发明专利技术方法采用在反应精馏塔中同时进行反应和分离的操作方式，在一个反应精馏塔中同时实现了环氧乙烷水合反应与乙二醇分离的两个过程，大大简化了现有工艺流程，大幅度降低了进料水比及环氧乙烷单耗，并且从工程方面减小副反应发生的可能性，明显提高了乙二醇选择性。具有生产成本低，乙二醇选择性高的特点，可用于工业生产中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是涉及一种在反应精馏塔中。
技术介绍
乙二醇主要用于聚酯树脂，包括纤维、薄膜及工程塑料的生产，可直接用作冷却剂和防冻剂，同时也是生产醇酸树脂、增塑剂、油漆、胶粘剂、表面活性剂、炸药及电容器电解液等产品必不可少的物质，是一种非常重要的脂肪族二元醇。以环氧乙烷为原料制备乙二醇，主要有两种工艺路线一种为直接水合法，环氧乙烷与水在一定条件下反应生成乙二醇，分为催化水合和非催化水合两种工艺；另一种为碳酸亚乙酯法，即环氧乙烷在催化剂作用下，先与CO2反应生成碳酸亚乙酯，然后再水解生成乙二醇。目前，工业生产乙二醇的唯一方法为环氧乙烷直接加压水合法，即非催化水合法，该方法采用管道反应器，不使用催化剂，反应进料水和环氧乙烷摩尔比(以下简称水比)为20～25∶1，在150～200℃，0.8～2.0MPa条件下制备乙二醇，环氧乙烷转化率接近100％，乙二醇选择性89～90％，主要副产物为二甘醇和三甘醇，反应混合液乙二醇含量只有10-20％(重量)左右，经多效蒸发提浓系统，可以将醇含量提高到85％(重量)左右。该方法最大缺点是蒸发浓缩流程长，设备投资大，能耗大，并且高比例进料水比并没有使乙二醇选择性得到显著提高。例如在提纯产品乙二醇步骤中，当进料水比为20时，要蒸发除去大约为乙二醇19倍的无用水，需要消耗以每摩尔乙二醇计为170千卡的热能，意味着生产1吨乙二醇需要消耗大约5.5吨蒸汽。为解决上述环氧乙烷非催化水合工艺的缺陷，国内外研究者竞相开展环氧乙烷催化水合制乙二醇的研究，期望降低能耗，降低生产成本。早期催化水合，曾采用无机酸或碱催化剂，但这类均相水合催化剂因引入了影响产品质量的催化剂组份，分离困难，并且催化剂用量较大，腐蚀设备，因此，传统意义上的酸碱催化水合工艺已经淘汰，不再使用。RU2001901C1采用多个置换流反应器串联工艺，以含碳酸氢盐的季铵基聚苯乙烯阴离子交换剂做催化剂，可以保证环氧乙烷转化率接近100％，选择性低的相对单个置换流反应器有所提高，但催化剂活性低，反应器体积过于庞大，设备投资大，生产成本高。US5488184公开一种环氧乙烷水合的阴离子交换树脂催化剂。在温度80～200℃、压力200～3000KPa，水比1～15∶1的条件下反应，环氧乙烷转化率接近100％，乙二醇选择性95％。但该催化体系的显著缺点是树脂催化剂耐热性能差，在水合反应温度范围内，催化剂的膨胀情况较严重，导致反应器床层压降上升较快，催化剂使用寿命较短。CN1237953A公开了一种生产二元醇的方法，是在至少两个形成多效蒸发塔反应器中生产二元醇，各塔之间采用串联连接，是协同蒸发、吸收和反应过程，特别适合环氧乙烷和水反应制备乙二醇，乙二醇收率90％左右。反应区的催化剂选自硅铝酸盐沸石，无定形硅铝酸盐和酸性离子交换树脂。该方法使用的多效蒸发塔反应器系统与单效蒸发塔反应器相比，在能量效率上有所提高，但要求催化剂有较长寿命，且催化剂装填工作量大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述文献中存在的非催化水合反应水比偏高，工艺流程长、能耗大，或催化水合工艺的反应器庞大，设备投资大，对催化剂稳定性要求高，造成生产成本偏高的缺陷，提供一种，该方法简化了现有工艺流程，大幅度降低进料水比及环氧乙烷单耗，同时从工程方面减小副反应发生的可能性，提高乙二醇选择性，具有生产成本低，乙二醇选择性高的特点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种在反应精馏塔中，该方法包括a)以水和环氧乙烷为原料，在反应精馏塔精馏段中反应生产乙二醇，水和环氧乙烷进料摩尔比1.0～3.0∶1，反应温度170～220℃，反应压力以绝压计为0.8～2.0MPa；所述反应精馏塔分为精馏段和提馏段两部分，精馏段具有10～25块理论塔板的塔板式结构，提馏段具有4～8块理论塔板的填料塔结构或塔板式结构，水进料口位于精馏段上部，环氧乙烷进料口位于精馏段下部；b)反应生成的含乙二醇的粗产物流经过提馏段提浓后，从塔底出料；未反应的水和环氧乙烷经过反应精馏塔塔顶，经冷凝器冷凝为液相后，全部循环返回反应精馏塔顶部；c)上述塔底排出料经过再沸器分成气液两股物流，气相物流循环返回反应精馏塔，液相产物流排出反应系统，其中液相产物流含乙二醇以重量浓度计大于58％。反应精馏塔是实施本专利技术技术方案的关键设备，可采用非填料塔，包括塔体、塔盘、冷凝器和再沸器，塔体分为反应精馏段和提馏段两部分。对反应精馏段的总体要求是环氧乙烷转化率尽可能高，具有板式塔的特征，理论塔板数为10～25块，可以是错流式塔板、逆流式塔板或喷射式塔板，其中所述错流式塔板板间设置降液管，优选浮阀式塔板或泡罩式塔板，所述逆流式塔板优选栅板式塔板或淋降筛板式塔板，所述喷射式塔板优选浮动喷射式塔板或浮舌式塔板，更加优选浮舌式塔板；对提馏段的要求是满足产物流的分离提浓，实现水和乙二醇的有效分离，提馏段可以采用填料塔结构或塔板式结构，理论塔板数为4～8块。反应精馏塔的另一重要特征在于所述精馏段上部设置水进料口，精馏段下部设置1～6个由下至上等距分布的环氧乙烷进料口，优选1～3个等距分布的进料口，第一个进料口位于自塔底起第3～5块理论塔板，相邻两个进料口之间有3～5块理论塔板。本专利技术提供的是以水和环氧乙烷为原料，环氧乙烷由储罐经计量泵输送到反应精馏塔入口分配总管，再由控制阀分配流量，从环氧乙烷各进料口(3)进入反应精馏塔的精馏段内，水则由储罐经计量泵从塔顶进料口(1)进入反应精馏塔内，控制原料进料水比为1.0～3.0∶1，优选1.0～1.5∶1，水和环氧乙烷在反应精馏段(I)内反应，反应温度170～220℃，优选180～190℃，反应压力以绝压计为0.8～2.0MPa，优选1.0～1.5MPa；反应生成的重组份产物流(包括单乙二醇、二乙二醇及少量的多乙二醇)通过液相进入下一层塔板，进入提馏段(II)，由提馏段对产物进行提浓，从塔底经馏出管线(5)进入再沸器(12)。再沸器将塔底存液部分汽化，液相经管线(11)排出反应系统，蒸汽则从管线(10)入塔沿塔上升，使全塔处于沸腾状态，未反应轻组份(环氧乙烷和水)通过气相进入上一层塔板上升至塔顶。精馏塔塔顶全回流操作，气相组份在塔顶经馏出管线(6)进入冷凝器(7)冷凝为液相，通过循环泵经回流管线(8)返回塔顶循环使用。塔底排出的产品主要含有单乙二醇、二乙二醇及少量的多乙二醇，余下为水，其中单乙二醇含量以重量浓度计大于58％，具有单乙二醇浓度高的特点，从而大大简化了后续分离工序。需要指出的是，上述过程中可以使用催化剂，也可以不使用任何催化材料。本专利技术方法主要特征在于采用同时进行反应和分离的操作方式，在一个反应精馏塔中同时实现了环氧乙烷水合反应和乙二醇分离的两个过程，解决了现有技术需采用多塔或多个反应器及多步骤才能进行的反应和分离问题，大大简化了现有工艺流程，降低生产成本。本方法另外一个特征在于从工程方面减小副反应发生的可能性，提高乙二醇选择性。众所周知，环氧乙烷水合反应开始时，主要是环氧乙烷与水反应生成乙二醇，并使乙二醇逐渐积累起来，由于环氧乙烷与乙二醇反应的活性高于环氧乙烷与水反应的活性，环氧乙烷不可避免地与产物乙二醇反应生成二(三)乙二醇等副产，导致副反应的发生，降低乙二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在反应精馏塔中生产乙二醇的方法，该方法包括：　　　　ａ）以水和环氧乙烷为原料，在反应精馏塔精馏段中反应生产乙二醇，水和环氧乙烷进料摩尔比１．０～３．０∶１，反应温度１７０～２２０℃，反应压力以绝压计为０．８～２．０ＭＰａ；所述反应精馏塔分为精馏段和提馏段两部分，精馏段具有１０～２５块理论塔板的塔板式结构，提馏段具有４～８块理论塔板的填料塔结构或塔板式结构，水进料口位于精馏段上部，环氧乙烷进料口位于精馏段下部；　　　　ｂ）反应生成的含乙二醇的粗产物流经过提馏段提浓后，从塔底出料；未反应的水和环氧乙烷经过反应精馏塔塔顶，经冷凝器冷凝为液相后，全部循环返回反应精馏塔顶部；　　　　ｃ）上述塔底排出料经过再沸器分成气液两股物流，气相物流循环返回反应精馏塔，液相产物流排出反应系统，其中液相产物流含乙二醇以重量浓度计大于５８％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何文军，李应成，费泰康，王嘉华，李道贵，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]