乙醛缩合法制年产24万吨乙酸乙酯的工艺设计(4)

目前,我国乙酸乙酯的最主要消费地主要为华东、中南、华北、东北,其产品主要覆盖涂料生产、制药和粘合剂领域。我国对于乙酸乙酯的需求总量已突破


目前,我国乙酸乙酯的最主要消费地主要为华东、中南、华北、东北,其产品主要覆盖涂料生产、制药和粘合剂领域。我国对于乙酸乙酯的需求总量已突破150万吨/年,有供过于求的状态。这必然会导致消费结构的改变,主要的受影响领域为制药和粘合剂行业。随着新型高档涂料的不断研发,可预料涂料行业对乙酸乙酯的需求量将继续有较高水平的增长。

2 乙酸乙酯的生产工艺

2.1主要生产工艺

乙酸乙酯的工业生产方法主要有四种:醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和醋酸/乙烯加成法。传统的醋酸酯化法工艺由于效率低下,在国外已经逐步被淘汰,而大规模的生产装置主要采用的是乙醛缩合法、乙醇脱氢法和醋酸/乙烯加成法,其中新建装置多数采用醋酸/乙烯加成法,我国的乙酸乙酯则主要采用的是醋酸酯化法进行生产。

(1)醋酸酯化法

醋酸酯化法是乙酸乙酯最为常见的生产方法,是在催化剂(通常指硫酸)的存在下,醋酸和乙醇发生酯化反应并生成乙酸乙酯,该方法适用于拥有大量低成本乙醇的地区。

传统的酯化法生产工艺技术十分成熟,原料供应充足,生产工艺简单,投资较少,在世界范围内,尤其是在美国和西欧地区被广泛采用生产。由于酯化反应可逆,转化率只有约67%,为了增加转化率,一般采用乙醇过量的方法,并在反应过程中不断分离出其生成的水。

图2.1 醋酸酯化法反应方程式

根据生产要求,既可采用间歇生产,也可以采用连续式生产。

由于浓硫酸有吸水性强、酸性强、性能稳定、价格低廉等优点,并且溶于反应物料中,是均相催化反应,反应均匀,因而在全塔内都能进行催化反应。催化作用不会受到塔内温度的限制,反应机理清楚,容易实现控制,这些优点可以使反应精馏生产装置大型化。但是该法依旧存在许多缺点,例如该反应所需温度高,乙酸的利用率低,容易发生副反应,产品处理困难、催化剂对设备的腐蚀性强,废液污染环境严重以及生产成本较高等问题。

(2)醋酸/乙烯加成法

醋酸/乙烯加成法是一种直接将乙烯和醋酸工业化生产成乙酸乙酯的新工艺。反应系统由三个串联反应塔组成,反应塔中装填了磷钨钼酸催化剂(担载于球状二氧化硅)。反应塔设置了中间冷却过程,反应的温度会维持在140-180℃,反应塔的压力将控制在0.44-1.0MPa;反应在担载于金属载体上的杂多酸或杂多酸盐的催化下于气相或液相中进行。在水蒸气存在的条件下,乙烯将会发生水合反应生成乙醇,然后生成的乙醇又将继续与醋酸发生酯化反应生成乙酸乙酯产物。而且,逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反应也可能发生。该工艺醋酸的单程转化率约为66%;以乙烯计,乙酸乙酯的选择性约为94%。与传统的乙酸酯化法或乙醛缩合法相比,该方法产率相对高,原料损耗率降低了35%,能耗降低了约为20%,装置容易进行扩能改造,且乙酸乙酯产品质量高,纯度易于控制,因此是近年来的研究开发热点;但是该工艺的最大缺点是装置必须安置在乙烯装置的附近。

(3)乙醇脱氢歧化法

乙醇脱氢歧化法主要有三个基本步骤。在第一反应器中,乙醇脱氢会生产乙醛,再进一步反应生成粗乙酸乙酯。固定床反应器中装填了一种改进的铜基催化剂,该反应会在适中的压力和200-250℃温度下进行,催化剂每六个月在装置内会再生一次,其总寿命不会短于一年。

从第一反应器中产生的氢气会经过一个简单的分离器进行收集,部分氢气将被送于第二反应器中进行选择性的加氢反应,在该固定床的绝热反应器中,装填着一种催化剂,这种催化剂能有效地将乙醛和在其它羰基组分转换为当量乙醇,同时又不会影响乙酸乙酯收率,反应器的操作温度不能超过150℃,操作压力与第一反应器基本一致,催化剂寿命能保持在一年以上。送至最后精馏工序的产品蒸汽中由于含有大量的共沸组份,将通过采用高低不同的双压力精馏系统,此系统能够最有效地去除共沸物组份,同时最大限度地回收高纯度(99.8%以上)的乙酸乙酯。