[发明专利]一种甲酸甲酯水解生产甲酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲酸的生产方法，尤其涉及一种碳一化工生产中以CO和甲醇为原料羰基化合成甲酸甲酯，并进一步水解生产甲酸的方法。

背景技术

甲酸是一种重要的C1化工原料，其生产方法主要有甲酸钠法和甲酸甲酯水解法。甲酸钠法是较早的生产方法，存在生产工艺落后、成本高、环境污染严重且难以大规模连续生产等问题，仅适用于小型化工生产。

甲酸甲酯水解法是目前普遍采用的连续化生产方法，是将甲酸甲酯先水解为甲酸和甲醇，再将水解产物精馏分离的传统方法。由于甲酸甲酯水解平衡常数较低（反应温度下为0.2左右），反应生成的甲酸和甲醇在精馏分离过程中很容易发生再酯化反应又重新生成甲酸甲酯，从而使得生产中单程净水解率很低，现有生产工艺在原料水酯摩尔比2-3:1条件下单程水解率不超过20%。后续的工艺需将大量未水解的甲酸甲酯进一步分离提纯后再循环使用，导致负荷较大，能耗较高。

近年来，国内外对甲酸甲酯水解工艺进行了大量的研究。美国专利US4299981A讲述了在水解混合物进入精馏塔之前先进入闪蒸罐闪蒸，而后精馏塔在负压下操作，使得塔的操作温度降低以抑制甲酸和甲醇的再酯化。但压力的降低会导致塔顶冷凝温度大幅下降，需要消耗大量低温冷媒。美国专利US4218568A描述了一种在弱碱性叔胺存在下甲酸甲酯水解生产甲酸的工艺，该叔胺与甲酸形成一种类似离子键的作用力，可打破甲酸甲酯水解平衡将单程转化率提高到64%，但需要进一步分离叔胺造成工艺复杂。美国专利US6429333利用离子交换床中固体交换材料的催化和吸附属性水解甲酸甲酯，并用洗脱剂带出甲醇来提高水解率，但离子交换床性能较为复杂，不易于操作。中国专利CN101481304A提出了利用强酸性离子交换树脂作催化剂在催化精馏塔内水解甲酸甲酯生产甲酸的工艺，该专利工艺流程短，在优化条件下操作可以使甲酸甲酯水解的单程转化率达到70-90%，但因催化剂的使用寿命和稳定性问题，较难推广到大型化连续生产过程中。

本发明以现在工业生产中所存在的单程转化率低、操作要求高等现实问题为依据，以提高甲酸甲酯水解的单程转化率和降低能耗为出发点，提出了一种甲酸甲酯水解生产甲酸的新工艺。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种甲酸甲酯水解生产甲酸的方法，该方法能够有效控制逆向酯化反应的发生率，实现较高的单程水解转化率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种甲酸甲酯水解生产甲酸的方法，该方法包括以下步骤：

（1）根据生产任务要求确定单位时间需处理的新鲜甲酸甲酯原料的流量，按水酯进料摩尔比2-3:1计算需要的总原料水的流量；

（2）新鲜甲酸甲酯原料通过甲酸甲酯原料泵送至甲酸甲酯原料加热器加热到80-120℃后送入一级反应器，原料水通过输水泵送至原料水加热器也加热到80-120℃后分为二级反应器原料水与一级反应器原料水两部分，二级反应器原料水与一级反应器原料水比例为1-3:1；一级反应器原料水送入一级反应器，二级反应器原料水送入二级反应器；新鲜甲酸甲酯原料和一级反应器原料水在反应器压力0.5-1.5MPa 下发生水解反应，水解产物送至第一精馏塔的从上向下第12-18块理论板处；第一精馏塔理论板数为18-30块，操作压力为0-0.3MPa，侧线采出口设在第一精馏塔从上向下第8-13块理论板处；调节一塔再沸器加热蒸汽的流量，控制第一精馏塔的塔底温度110-160℃，使第一精馏塔的塔底为不含甲酸甲酯和甲醇的纯甲酸水溶液；甲酸水溶液从第一精馏塔的塔底排出；第一精馏塔内上升蒸汽进入一塔冷凝器，冷凝后按回流比为1-4进行操作；塔顶获得未水解的甲酸甲酯送至循环甲酸甲酯物料泵，侧线采出富含甲醇的汽相物料送入第二精馏塔；

（3）将第一精馏塔侧线采出的汽相物料送入第二精馏塔从上向下第8-16块理论板处；第二精馏塔理论板数为18-30块，操作压力为0-0.3MPa；调节二塔再沸器加热蒸汽的流量，控制第二精馏塔的塔底温度65-115℃，使第二精馏塔的塔底为不含甲酸甲酯的纯甲醇水溶液；甲醇水溶液从第二精馏塔的塔底排出；第二精馏塔内上升蒸汽进入二塔冷凝器，冷凝后按回流比为1-4进行操作，第一精馏塔侧线带出的甲酸甲酯和在第二精馏塔中再酯化生成的甲酸甲酯从第二精馏塔的塔顶送至循环甲酸甲酯物料泵，与第一精馏塔塔顶获得的未水解的甲酸甲酯混合，形成循环甲酸甲酯物料；