[发明专利]芳族羧酸生产中回收乙酸和水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在芳族羧酸生产中回收溶剂的方法，特别是涉及一种芳烃羧酸的生产过程中，采用集成的节能分离工艺回收乙酸和水的方法。

背景技术

传统的芳烃羧酸生产过程，通常采用高压下烷基芳烃液相空气氧化获得。烷基芳烃液相氧化是在含有低级脂肪羧酸的水相介质和金属催化剂体系存在下，芳烃上的烷基逐步氧化生成醛和羧酸，最终得到芳烃羧酸。

烷基芳烃的氧化过程将产生大量的热量，为了保持反应过程温度的稳定，通常采用含水的低级脂肪羧酸（如乙酸）蒸发方式将热量移出。移出的低级脂肪羧酸和水的混合物通过塔顶冷凝器冷却，然后将冷凝后的液体溶剂回流反应器再利用。随着氧化反应的进行，反应器中水的含量将逐步增加，为保持反应器内水分含量的稳定，通常将反应器上部冷凝的蒸汽一部分回流反应器，一部分进入低级脂肪羧酸和水的分离系统，将低级脂肪羧酸、水进行分离后，低级脂肪羧酸再循环利用。近年来，随着节能减排要求的提高，进一步降低低级脂肪羧酸和水的分离用能，提高分离水质量，使更多的水能够再利用，已经成为人们关注的焦点。

在芳烃羧酸生产过程中，低级脂肪羧酸用作溶剂溶解芳烃羧酸和催化剂，在生产系统中用量较大，因此，低级脂肪羧酸的消耗通常作为控制的指标之一，而为了提高水的利用率，如何更加合理、高效的分离水，使水中有机物的含量满足循环利用的水平就成为关键。

芳烃羧酸生产过程中，低级脂肪羧酸多数采用直链C₂--C₆单元羧酸，如乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和己酸，其中乙酸是最常用的溶剂。但是由于乙酸和水沸点较接近，当乙酸水混合物中乙酸含量很低时，两者分离难度急剧增加。目前乙酸和水分离的方法有三种，普通的精馏方法、共沸精馏方法和液-液萃取方法。

在芳烃羧酸生产过程，特别是对苯二甲酸的生产过程中，乙酸和水的精馏分离，通常是不同生产阶段的多股物料进入到精馏塔中，进行乙酸和水分离，塔顶理想状态是获取纯水，而塔底是获取有价值的乙酸。但是，由于在高水浓度条件下，乙酸、水汽液呈高度非理想特性，因此，为达到高的水纯度，传统的精馏系统需要很多理论板数，导致的能量消耗高。

为实现操作成本的最低化，普通精馏塔的塔顶水中乙酸含量通常控制在大于0.8%。这些水中由于含有较高浓度的有机副产物，常常无法进行水的循环再利用，只能作为废水进入废水处理厂处理。因此，传统的精馏系统存在塔板数多，能量消耗大，水的分离纯度低，投入建设成本高，操作费用高等问题。

近年来，人们更有意于开发节能精馏新工艺。非均相精馏技术被认为是一种更高效的节能分离方法而受到关注。非均相精馏技术通常包括液-液萃取和共沸精馏的分离方法，液-液萃取工艺分离乙酸、水多见报道，通常它用于分离乙酸浓度在0.1—20%的水溶液，采用的萃取剂是酯类、胺类、酮类和磷氧类。

液-液萃取工艺US3878241 和US5167744都有所描述。US3878241是以1,2-二吗啉乙烷作为萃取剂，用23块塔板的萃取精馏塔分离50%(wt)的乙酸溶液，塔顶压力0.5大气压。该专利的最大特点是可以使塔顶产物水中含乙酸控制在0.01%(wt)。US5167744用二甲基亚砜、环丁砜、二甲基甲酰胺、二甲基丙酰胺、已二腈等含氮或含硫的化合物作为萃取剂，发明的主要特点是选用的含氮化合物具有很高的相对挥发度，用于乙酸水的分离过程中，可以实现分离塔塔顶乙酸含量小于1%的目标。

人们致力于寻找更加高效的分离手段，与传统的精馏相比，共沸精馏在乙酸的脱水分离中，可节约能量20-40%。共沸精馏工艺用于分离乙酸、水的方法，US2050234，US4250330，CN1907940A，CN101445444A，CN101312936A都有所描述。专利GB1576787认为乙酸正丁酯（沸点126.2℃）特别适合于乙酸、水的分离，这是由于它可以使共沸精馏塔回流比较小，这样就减少了分离所需的能量。专利认为，从回流比的角度，不适合采用沸点相对低的共沸物，如乙酸异丁酯（沸点117℃）。

在芳烃羧酸生产过程中，由于精馏塔分离的乙酸部分要回流到羧酸氧化反应系统，因此，最终精馏塔塔底分离的乙酸中可以含有5%左右的水。US4250330考虑这方面的因素，分析认为当塔底组分水含量在5-10%条件下，采用乙酸异丁酯作为共沸剂具有更好的效果。专利US4250330不希望采用乙酸正丙酯（沸点101℃），专利认为由于乙酸正丙酯的使用，使很多水夹带在络合物中，因此，专利优选乙酸异丁酯。