本发明专利技术涉及一种用于甲酸生产过程的消除气相分配比的反应隔壁精馏塔，包括反应塔和主塔，反应塔顶连接第一冷凝器，塔釜连接第一再沸器；主塔塔顶连接第二冷凝器，塔釜连接第二再沸器。其特征在于整塔被隔板分割为两个区域，其中第一区域-反应塔包含装载催化填料的反应段、中间分离段与提馏段，第二区域-主塔包含精馏段与提馏段。两区域中间设置液相分配器，液相流股由第一区域的提馏段上部抽出后至第二区域的提馏段上部。反应塔和主塔的塔釜均采出甲酸和水。反应塔塔顶采出甲酸甲酯与少量水、甲醇的混合物，并与原料混合后进入第一区域的反应塔段，主塔的塔顶采出高纯度甲醇产品。品。品。
【技术实现步骤摘要】
一种用于甲酸生产过程的消除气相分割的反应隔壁精馏塔
[0001]本专利技术涉及化工生产工艺及设备
，具体为一种用于甲酸生产过程的消除气相分割的反应隔壁精馏塔。
技术介绍
[0002]化工生产过程中，典型化工过程包含反应和分离过程，而精馏技术在分离过程中约占70％，精馏过程的能耗通常占整个流程的一半以上。隔壁精馏塔由于消除了中间组分的“返混”效应从而降低了多产品分离过程的能耗与设备投资，实现了分离过程的强化。反应精馏将反应与分离过程耦合实现反应化率提高、设备能耗与投资降低。将上述两种过程强化方法耦合形成反应隔壁精馏塔以达到进一步过程强化的目标。甲酸作为重要工业产品广泛用于防腐、皮革以及医药领域，其主流生产工艺为甲酸甲酯在水解反应器中进行甲酸自催化反应，反应过程单程转化率只有30％左右，且过程水酯摩尔比为3.4∶1，使得后续甲酸-水变压共沸精馏过程能耗高。反应隔壁精馏可以在提高过程转化率的同时降低过程的能耗与设备投资。
[0003]反应隔壁精馏塔是在隔壁塔中加入一段催化剂填料，进行催化反应，同时实现反应和多步分离过程的耦合。在反应隔壁精馏塔的控制中，液相分割比可以使用流量控制，而气相分割比在设计时已经固定，在操作过程中根据隔板两侧的阻力自动调整，无法作为操纵变量。虽然专利ZL201310689401.8，ZL201510086163.0，ZL201610927107.X，WO2017200179A1提出了针对气相分割的调控装置，但是其工业应用仍受限制。由于气相分割比对反应转化率、过程能耗、产品的纯度以及反应隔壁精馏塔的操作稳定性影响显著，如果不控制气相分割比会造成转化率波动大，无法使整个塔保持在最优的操作条件。为此我们提出了一种消除气相分割的隔壁精馏塔结构，通过在普通隔壁精馏塔预分馏塔段增加与公共提馏段平行的塔段，并增加一个再沸器，以液相单向耦合流股代替气液相双向耦合流股从而消除气相分割。通过控制调控液相分割使系统保持最优操作条件。
技术实现思路
[0004]针对上述中隔壁精馏塔无法控制气相分割的问题和反应精馏塔能耗高，单程转化率低的问题，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种消除气相分割的反应隔壁精馏塔，该精馏塔不仅解决了常规反应精馏塔与多步分离过程中单程转化率低、能耗高的问题，还解决了在隔壁精馏塔自动控制中气相分割比无法操纵的问题。
[0005]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
[0006]1.使用一种垂直隔板将精馏塔分为两个区域，连接进料流股的为反应塔，另一个区域为主塔。反应塔塔顶连接第一冷凝器C101，塔釜连接第一再沸器R103；主塔塔顶连接第二冷凝器C102，塔釜连接第二再沸器R104。
[0007]2.在反应塔中包含有催化剂的反应段，可以同时完成催化水解反应和组分分离的任务。相比与常规的反应隔壁精馏塔，本专利技术在反应塔侧增加了一个再沸器和塔段代替原
本的气液相耦合流股，在反应塔与主塔之间仅有一个液相耦合流股相连接，从而消除了气相耦合流股。使用液相分割和两个再沸器的热负荷代替在隔壁精馏塔的实际过程不可操纵气相分割变量，从而保证产品高纯度和低能耗。
[0008]3.反应隔壁精馏塔的隔板向上延伸至塔壳顶部，反应塔和主塔上升蒸汽分别进入两个冷凝器，互不连通。
[0009]在这种结构的反应隔壁精馏塔中，甲酸甲酯和水进料先进入反应塔进行反应，水生成的甲酸属于重组分向下分布，甲酸甲酯沸点最低，属于轻组分在反应塔的上面分布。甲醇的沸点介于甲酸甲酯和水之间，在塔中部分布，通过在反应塔中部采出大量含有甲醇的液相流股进入主塔，反应塔塔釜采出部分甲酸与水的混合物。经过分离从主塔塔顶可以采出纯度较高的甲醇，剩余的水和甲酸从主塔塔釜采出。由于甲醇从反应塔中部进入主塔，反应塔甲醇含量降低，从而提高了反应段的单程转化率。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0011]本专利技术反应隔壁精馏塔可以将反应和多步分离过程整合为单塔，提高转化率，节约能耗，降低设备投资，适用于甲酸甲酯水解反应精馏过程，由液相分割比等效代替气相分割比，在相同的分离任务要求下，与常规反应精馏塔加分离塔对比，本专利技术可提高单程转化率15％左右，降低能耗10％左右。
[0012]气相分割比对隔壁精馏塔产品质量和能耗的影响十分显著，但目前气相分割比在隔壁精馏塔设计时已经固定，无法作为操纵变量进行控制，这使得当进料组成改变时，隔壁精馏塔无法在最优操作条件下运行。在反应隔壁精馏塔塔中，气相分割比对反应转化率的影响更为显著。通过在常规隔壁精馏塔反应段与中间分离段下侧增加与公共提馏段具有相同塔板数的塔段，并增加一个再沸器，以液相单向流股取代气液相耦合流股。通过控制液相耦合流股流量和两个再沸器热负荷等操纵变量使系统保持最优操作条件。
附图说明
[0013]图1是本专利技术消除气相分割的反应隔壁精馏塔一种实施例的结构示意图；其中C101-第一冷凝器，C102-第二冷凝器，R103-第一再沸器，R104-第二再沸器，L-液相耦合流股；
[0014]图2是本专利技术消除气相分割的反应隔壁精馏塔一种实施例的热耦合结构示意图；
[0015]图3是反应精馏塔和甲醇分离塔的常规甲酸生产流程；其中C105-RD塔冷凝器，C106-MA分离塔冷凝器，R107-RD塔再沸器，R108-MA分离塔再沸器；
[0016]图4是本专利技术消除气相分割的反应隔壁精馏塔实施例1的横截面示意图；其中D为塔横截面直径，L为隔板距塔壳水平距离；
具体实施方式
[0017]下面结合实施例及附图进一步介绍本专利技术，但并不以此作为对本申请权力要求保护范围的限定。
[0018]本专利技术消除气相分割的反应隔壁精馏塔包括反应塔和主塔，其中反应塔包含装载催化填料的反应段。反应塔塔顶连接第一冷凝器C101，塔釜连接第一再沸器R103；主塔塔顶连接第二冷凝器C102，塔釜连接第二再沸器R104。
[0019]本专利技术反应隔壁精馏塔的进一步特征在于反应塔与主塔之间只有液相分割而没有气相分割。反应塔液相耦合流股的下方塔板数与主塔液相耦合流股下方塔板数相同，反应塔和主塔塔釜采出产品组成可以不同。
[0020]实施例1
[0021]本实施例以本专利技术用于甲酸水解反应精馏通过一个反应隔壁精馏塔将甲酸甲酯水解为甲酸和甲醇，并分离出甲醇。其结构为整个精馏塔使用隔板分成两个区域，反应塔和主塔，塔顶和塔釜完全密封，反应塔塔顶连接一个冷凝器C101，反应塔塔釜连接一个再沸器R103，主塔塔顶连接一个冷凝器C102，主塔塔釜连接一个再沸器R104。反应塔包含装载催化填料的反应段，从反应塔塔顶采出返回进料，主塔塔顶采出高纯度甲醇，主塔和反应塔的塔釜采出甲酸和水的混合物。规定主塔塔顶采出甲醇产品纯度为0.9995。塔内的具体结构为反应塔有54块理论板，主塔有54块塔板，液相耦合流股从反应塔的43层塔板流向主塔的第43层塔板。反应塔塔顶的操作压力为4.5bar，主塔塔顶操作压力为1bar。反应塔的第2块塔板至第33块塔板为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于甲酸生产过程的消除气相分割的反应隔壁精馏塔，使用一种垂直隔板将精馏塔分为两个区域，连接进料流股的为反应塔，另一个区域为主塔。反应塔塔顶连接第一冷凝器，塔釜连接第一再沸器；主塔塔顶连接第二冷凝器，塔釜连接第二再沸器。2.据权利要求1所述的方法，其特征在于将水解反应过程与反应水解液的分离过程在消除气相分割的反应隔壁精馏塔中实现。3.据权利要求1所述的方法，其特征在于在反应塔中包含有催化剂的反应段，可以同时完成催化水解反应和组分分离的任务。4.据权利要求1所述的方法，相比与常规的隔壁精馏塔，本发明在反应塔增加了一个再沸器和提馏段代替气液相耦合流股，在反应塔与主塔之间仅有一个液相耦合流股相连接，从而消除了气相分割。5.据权利要求1所述的方法，其特征在于其整体塔截面积为...
【专利技术属性】
技术研发人员：盖晓龙，韩毅成，刘柏彤，王贝贝，杨新创，潘雨，刘伯潭，王红星，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：
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