CN104447167A - 由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工领域，涉及一种基本化工有机原料-异丁烯的制备方法，具体为由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺。该工艺用于各种叔丁醇气相催化生成异丁烯的生产装置。其特征在于汽化提馏的独特工艺和结构，可选用含量较低的工业品叔丁醇作为原料，以及与异丁烯精馏塔的巧妙结合，精馏塔釜液可直接输入汽化提馏塔实现回收叔丁醇及分离工艺废水的目的；本发明的另一特征在于，粗异丁烯产品在不经冷凝的条件下直接进入精馏塔提纯，此工艺过程可在上述汽化提馏工艺基础上进一步节能。

Description

由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种基本化工有机原料-异丁烯的制备方法，具体为由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺。
背景技术
目前工业上生产异丁烯的主要方法有三种：第一种是从C4馏分中采用硫酸吸收法；第二种为叔丁醇在活性氧化铝、磺酸、离子交换树脂等催化下脱水生产；第三种用物理吸附法分离C4馏分。
制备高纯度异丁烯的方法主要有2种：甲基叔丁基醚(MTBE)裂解法和叔丁醇脱水法。MTBE裂解法是上世纪80年代后世界各国普遍采用的工艺，产品纯度高，装置规模灵活性大，可以根据市场需求生产MTBE或异丁烯。缺点是由于醚化法副反应多，为获得高纯度异丁烯产品，分离精制工艺复杂，能耗较大。
国内通常采用叔丁醇脱水制备异丁烯生产工艺，该工艺主要分为反应釜类间歇式和催化精馏连续两种类型。采用间歇式工艺，叔丁醇和催化剂一次性加入反应装置中，在催化剂的脱水作用下，加热分解成异丁烯。产物异丁烯以气相从排气口离开反应体系，副产物水仍留在体系中。该生产方法的特点是随着反应进行，体系内含水量不断增加，原料叔丁醇浓度下降，导致异丁烯生成速率大幅度下降。连续的催化精馏工艺，需要预先将催化剂装填入反应精馏塔内。目前普遍采用的有两种装填方式：一是将催化剂颗粒散装在设计成特殊结构的反应塔内，以确保催化剂装填、更换方便，不易泄漏。另一方法是将催化剂颗粒填放在由惰性材料做成的袋子内构成催化剂构件，催化剂构件与分离填充构件一起构成催化精馏元件，催化精馏元件再以一定的方式布置在催化精馏塔内。这种填充方式具有气液相阻力小、催化剂不易泄漏等优点，但使用过程中催化剂安装更换不便，同时由于存在催化剂网袋内外传质阻力，催化精馏元件内部的催化剂颗粒也不能得到充分利用。
发明内容
本发明的目的在于针对以上技术问题，提供一种投资少、能耗低、操作简单的由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，该方法包括如下步骤：
    a、含量为70-99.5%（Wt），杂质以水为主的原料叔丁醇和从异丁烯精馏塔塔釜采出的以叔丁醇和水为主要成份的混合液在汽化提馏塔中汽化分离，从塔顶出来的叔丁醇和水混合蒸汽送入叔丁醇脱水反应***，工艺废水由汽化提馏塔塔釜连续排除。
    b、脱水反应***得到的以异丁烯、水、叔丁醇为主的反应产物，从中、下部进入异丁烯精馏塔，从异丁烯精馏塔塔顶才出口采出纯度为90-99.9%（Wt）的异丁烯产品，异丁烯精馏塔塔釜中的混合液送入汽化提馏塔进行叔丁醇回收及分离工艺废水。
    原料叔丁醇从汽化提馏塔顶部，来自异丁烯精馏塔的塔釜液在汽化提馏塔的中部进料口进入塔内，中部进料口的上、下部都设有具有分离能力的塔节。
    从步骤b得到得异丁烯粗产品不经冷凝，分气液相从异丁烯精馏塔中、下部送入，从塔顶采出口采出纯度为99-99.9%（Wt）的异丁烯产品。
    异丁烯精馏塔塔顶的蒸汽经异丁烯冷却器冷凝后一部分或全部从塔顶回流口回流入塔内，未回流部分作为异丁烯产品采出，以重量比计，回流量：采出量为（0.5-5）：1。
    压力为0.1-0.3Mpa（G）的水蒸气直接进入汽化提馏塔塔釜与其中的物料混合加热，或者用水蒸气或其他热载体通过再沸器间接加热汽化提馏塔塔釜内物料，塔釜排除液中叔丁醇含量为100PPm一下。
汽化提馏塔和异丁烯精馏塔为填料塔或板式塔，其工作压力为0.1-0.8Mpa（G）。
本发明的积极效果体现在：
（一）、本发明采用兼有汽化原料叔丁醇、以及分离异丁烯精馏塔塔釜混合液中的水、叔丁醇双重功能的汽化提馏塔，不但省去叔丁醇回收塔及其配套设备的投资，还使回收异丁烯精馏塔塔釜混合液中的叔丁醇能耗大幅降低，解决了现有叔丁醇脱水制异丁烯釜式反应及催化精馏工艺工艺废水难以脱出的难题。
（二）、汽化提馏塔是两段进料的提馏塔。原料叔丁醇由汽化提馏塔顶部进料，从异丁烯精馏塔塔釜得到的混合液由汽化提馏塔中部（该位置上下均有有分离作用的塔节，不是正中间）进料。原料带来的水和从异丁烯精馏塔3塔釜混合液中的水均从汽化提馏塔的塔釜连续排出。而汽化后的叔丁醇、水混合蒸汽则从汽化提馏塔塔顶排出作为气相脱水反应的原料。汽化提馏塔工艺过程可实现汽化提馏塔分离回收异丁烯精馏塔的塔釜混合液中的叔丁醇所需热能只是汽化叔丁醇所需，可见本发明汽化提馏塔分离回收异丁烯精馏塔塔釜混合液中叔丁醇的能耗，与现有生产异丁烯方法相比大幅度降低。与现有的釜式或催化精馏工艺相比，以原料纯度为70-99.5%（Wt），杂质以水为主德叔丁醇制备异丁烯，每吨产品异丁烯可节省蒸汽约0.5吨。
（三）、本发明的汽化提馏塔又一特点是塔釜加热可采用水蒸气与塔釜液体直接混合加热，此过程中水蒸气与塔釜液体直接混合，水蒸气的冷凝温度与塔釜温度相等，与使用再沸器相比，水蒸气的冷凝温度更低，其潜热更大，且显热可完全利用。降低设备投资的同时，进一步降低了水蒸气消耗。冷凝后的水蒸气连同工艺废水随汽化提馏塔塔釜连续排出***。
（四）、异丁烯精馏塔塔顶的蒸汽经异丁烯冷却器冷凝后一部分或全部从塔顶回流口回流入塔内，未回流部分在作为异丁烯产品采出，回流量：采出量为（0.5-5）：1，重量比。叔丁醇脱水反应过程中可生成少量如正丁烷、顺-2-丁烯、反-2-丁烯等副产物，其沸点都高于目标产物异丁烯。本发明在异丁烯精馏塔上部设有侧线采出口采出以上组份，避免这些中间组份在***中循环累积，保证了异丁烯产品的纯度。
（五）、脱水反应***得到的异丁烯粗产品不经冷凝，分气液相从异丁烯精馏塔中、下部送入。与传统工艺相比，此过程充分利用了***热能，可大幅度降低异丁烯精馏塔的水蒸气消耗，同时节省了异丁烯粗产品冷凝器及预热器的设备投资。
附图说明
图1是本方法中所采用的工艺流程图。
其中，1——汽化提馏塔、2——叔丁醇脱水反应***、3——异丁烯精馏塔、4——再沸器、5——异丁烯冷凝器、6-15均为管线线路。
具体实施方式
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如工艺流程图所示，原料叔丁醇从汽化提馏塔的塔顶6进入汽化提馏塔1，异丁烯精馏塔3塔釜混合液从中部14进入汽化提馏塔1，这两股进料中的叔丁醇经汽化分离后从塔顶7排出进入叔丁醇脱水反应***2。
汽化提馏塔1塔釜采用水蒸气直接与塔釜物料混合加热，冷凝后的水蒸气连同工艺废水随汽化提馏塔1塔釜连续排出***。
来自叔丁醇脱水反应***2的异丁烯粗产品不经冷凝由异丁烯精馏塔3中下部8进入，异丁烯精馏塔3塔顶蒸汽经异丁烯冷凝器5冷凝后一部分从塔顶回流入塔，一部分经11得到纯度大于99.9的高纯异丁烯产品。沸点介于叔丁醇（82.42℃）和异丁烯（-6.9℃）之间的中间副产物组份（如正丁烷、顺-2-丁烯、反-2-丁烯）从侧线12、13采出。
实施例1：
汽化提馏塔1理论塔板数25，操作压力0.5Mpa(G)。原料叔丁醇3000kg/h，其中叔丁醇2400kg/h，水600kg/h，叔丁醇含量为80%（Wt）。
原料叔丁醇从汽化提馏塔1塔顶进料。异丁烯精馏塔塔釜混合液中叔丁醇240kg/h，水1183.8kg/h，进料位置在汽化提馏塔1塔釜数起第15块理论塔板，塔顶排出蒸汽7送入脱水反应***，其中叔丁醇2639.8kg/h，水293.3kg/h，叔丁醇含量89.98%（Wt）。塔釜排出的水中叔丁醇含量0.01%（Wt）。
异丁烯精馏塔为板式塔，操作压力为0.45Mpa(G)，理论塔板数28块，进料8中叔丁醇240kg/h，水876.8kg/h，异丁烯1814.24kg/h。进料塔板数从塔釜数起液相进料6块理论塔板、气相13理论塔板。塔顶冷凝液由塔顶11采出，回流比0.8：1，采出异丁烯产品1810.8kg/h，产品纯度99.91%（Wt）。
实施例2：
汽化提馏塔1理论塔板数20，操作压力0.5Mpa(G)。原料叔丁醇2000kg/h，其中叔丁醇1900kg/h，水100kg/h，叔丁醇的含量95%（Wt）。
原料叔丁醇从汽化提馏塔1塔顶进料。异丁烯精馏塔塔釜混合液中叔丁醇152kg/h，水525.2kg/h，进料位置在汽化提馏塔1塔釜数起第10块理论塔板，塔顶排出蒸汽7送入脱水反应***，其中叔丁醇1853kg/h，水18.7kg/h，叔丁醇含量99.0%（Wt）。塔釜排出的水中叔丁醇含量0.008%（Wt）。
异丁烯精馏塔为板式塔，操作压力为0.45Mpa(G)，理论塔板数15块，进料8中叔丁醇152kg/h，432.45kg/h，异丁烯1287.24kg/h。进料塔板数从塔釜数起液相进料5块理论塔板、气相11理论塔板。塔顶冷凝液由塔顶11采出，回流比0.7：1，采出异丁烯产品1285.55kg/h，产品纯度99.93%（Wt）。

Claims (7)

1.由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，其特征在于包括如下步骤：
a、原料叔丁醇和从异丁烯精馏塔塔釜采出的以叔丁醇和水为主要成份的混合液在汽化提馏塔中汽化分离，从塔顶出来的叔丁醇和水混合蒸汽送入叔丁醇脱水反应***，工艺废水由汽化提馏塔塔釜连续排除；
b、脱水反应***得到的以异丁烯、水、叔丁醇为主的反应产物从中、下部进入异丁烯精馏塔，从异丁烯精馏塔塔顶出口采出纯度为90-99.9%（Wt）的异丁烯产品，异丁烯精馏塔塔釜中的混合液送入汽化提馏塔进行叔丁醇回收及分离工艺废水。
2.根据权利要求1所述的由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，其特征在于：步骤a中混合液中叔丁醇所占的含量为70-99.5%（Wt），杂质以水为主。
3.根据权利要求1所述的由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，其特征在于：原料叔丁醇从汽化提馏塔顶部，来自异丁烯精馏塔的塔釜液在汽化提馏塔的中部进料口进入塔内，中部进料口的上、下部都设有具有分离能力的塔节。
4.根据权利要求1所述的由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，其特征在于：从步骤b得到得异丁烯粗产品不经冷凝，分气液相从异丁烯精馏塔中、下部送入，从塔顶采出口采出纯度为99-99.9%（Wt）的异丁烯产品。
5.根据权利要求1所述的由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，其特征在于：异丁烯精馏塔塔顶的蒸汽经异丁烯冷却器冷凝后一部分或全部从塔顶回流口回流入塔内，未回流部分作为异丁烯产品采出，回流量：采出量以重量比计为0.5-5：1。
6.根据权利要求1所述的由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，其特征在于：压力为0.1-0.3Mpa（G）的水蒸气直接进入汽化提馏塔塔釜与其中的物料混合加热，或者用水蒸气或其他热载体通过再沸器间接加热汽化提馏塔塔釜内物料，塔釜排除液中叔丁醇含量为100PPm以下。
7.根据权利要求1所述的由叔丁醇制备高纯异丁烯新工艺，其特征在于：汽化提馏塔和异丁烯精馏塔为填料塔或板式塔，其工作压力为0.1-0.8Mpa（G）。
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