專利名稱：：從含水甲酸中分離精制得到高純度甲酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種采用減壓精餾或減壓精餾與加(常)壓精餾相結(jié)合，制備高純度甲酸的方法。
背景技術(shù)：
：在各種甲酸生產(chǎn)方法中，都不可避免地有水帶入產(chǎn)品中，致使產(chǎn)品甲酸不可能達(dá)到很高的濃度。通常對(duì)于此類物料的分離提純，大都是采用精餾法、共沸精餾等方法。由于甲酸一水物系比較特殊，甲酸與水不但沸點(diǎn)很相近(在0.1Mpa下，甲酸沸點(diǎn)為100.66'C，水為100'C),而且甲酸與水還會(huì)形成共沸物，其共沸溫度為108'C，共沸組成為甲酸77%，水23%。當(dāng)對(duì)甲酸一水物系，在常壓下采用精餾方法，對(duì)甲酸和水進(jìn)行分離時(shí)，只能在塔釜中得到甲酸濃度在77%左右共沸組成產(chǎn)物，無法實(shí)現(xiàn)甲酸與水的有效分離。若采用共沸精餾，首先是合適有效的共沸劑不好選擇，其次是總難以避免微量的共沸劑迸入產(chǎn)品，這又是為獲得高純度甲酸產(chǎn)品所不希望的。
發(fā)明內(nèi)容經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，改變壓力能使甲酸一水物系的共沸點(diǎn)沿著汽一液平衡曲線進(jìn)行移動(dòng)。即降低壓力時(shí)，共沸點(diǎn)沿甲酸一水汽液平衡曲線向水的方向移動(dòng)，在甲酸一水的共沸組成中，甲酸的含量隨之降低升高壓力時(shí)，共沸點(diǎn)沿甲酸一水汽一液平衡曲線向甲酸方向移動(dòng)，在甲酸一水的共沸組成中，甲酸的含量隨之升高。根據(jù)甲酸一水物系的這一特點(diǎn)，本發(fā)明采用減壓精餾與加(常)壓精餾相串聯(lián)的方法來分離甲酸和水，不但將甲酸與水有效分離，甲酸收率可達(dá)99.0%—99.99%,而且產(chǎn)品甲酸的純度可達(dá)99.9%~100%，若原料甲酸濃度比較高，以損失甲酸收率換取減少投資是可取時(shí)，省去提濃塔，僅用一座減壓塔，也能圓滿完成從含水甲酸中制備髙純度甲酸的任務(wù)。理論上任何濃度的含水甲酸都可以用本發(fā)明的工藝流程，將甲酸一水進(jìn)行有效分離，獲得髙純度的甲酸。原料進(jìn)料可以從提濃塔和減壓塔中任意一座塔進(jìn)入，但由于兩座塔的操作條件不一樣，在減壓塔中，由于上升汽量大，當(dāng)進(jìn)料甲酸濃度低，勢必有較多的水進(jìn)入塔中，造成上升蒸汽量的加大，塔徑也要隨之加大，而且為從塔頂?shù)玫礁呒兌鹊募姿?，塔高相?yīng)也要增加，回流比也要加大，因此必然要加大設(shè)備投資及操作費(fèi)用，故當(dāng)原料甲酸濃度比較低，例如甲酸濃度<70%,優(yōu)選<60%時(shí)，原料應(yīng)先進(jìn)提濃塔，其流程見圖。一、流程按下述步驟運(yùn)行首先，原料進(jìn)入原料貯罐，再用泵送入提濃塔濃度相對(duì)應(yīng)的塔板，物料經(jīng)提濃塔的精餾分離，物料隨著塔內(nèi)上升蒸汽向塔頂移動(dòng)，所含甲酸越來越低，到塔頂時(shí)甲酸含量已達(dá)微量，該蒸汽經(jīng)冷凝后，部分回流回塔內(nèi)，部分釆出，此采出物主要是欲要分離出的水，其中甲酸含量為1%—0.001%;當(dāng)塔內(nèi)液體向塔釜移動(dòng)，經(jīng)與上升蒸汽進(jìn)行質(zhì)量交換，物料中甲酸含量逐步增加，到達(dá)塔釜時(shí)，甲酸濃度被提濃到設(shè)計(jì)控制的濃度，為75%—90%,優(yōu)選80%—85%，此釜液部分引出，經(jīng)冷卻降溫后送入減壓塔濃度相對(duì)應(yīng)的塔板。進(jìn)入減壓塔的物料經(jīng)精餾分離，隨著塔內(nèi)上升蒸汽向塔頂移動(dòng)，經(jīng)汽液的質(zhì)量交換，物料中的甲酸含量越來越髙，當(dāng)?shù)竭_(dá)塔頂時(shí)，甲酸含量已達(dá)99.9%100%，該蒸汽經(jīng)冷凝后部分回流回塔內(nèi)，部分釆出，此采出的即是高純度的產(chǎn)品甲酸；當(dāng)塔內(nèi)液體向塔釜移動(dòng)，經(jīng)與上升蒸汽進(jìn)行質(zhì)量交換，物料中的甲酸含量逐步降低，到達(dá)塔釜時(shí)，甲酸濃度已降到設(shè)計(jì)控制的濃度，為50%—70%,優(yōu)選60%—65%，此釜液部分引出，送入提濃塔的原料貯罐，與送入本流程的原料甲酸相混合后，循環(huán)回提濃塔進(jìn)行脫水，從而完成甲酸的整個(gè)精制過程。當(dāng)進(jìn)料甲酸濃度較髙時(shí)，例如甲酸濃度>70%，優(yōu)選>80%。由于此時(shí)進(jìn)料甲酸中水份含量相對(duì)已較低，經(jīng)減壓塔的精餾分離，已經(jīng)較容易獲得高純度甲酸。如果此物料先進(jìn)提濃塔，為在塔頂獲得含微量甲酸的水，勢必要較多的塔板和較大的回流比。因此宜采用權(quán)利要求1中的d—f步驟的流程，其流程見圖二，流程按下述步驟進(jìn)行。送來的原料，按其濃度進(jìn)入減壓塔的相對(duì)應(yīng)的塔板，物料經(jīng)減壓塔的精餾分離，物料隨著上升蒸汽向塔頂移動(dòng)，經(jīng)汽液的質(zhì)量交換，物料中甲酸含量越來越髙，當(dāng)?shù)竭_(dá)塔頂時(shí)，物料中甲酸含量已達(dá)99.9%100%，該蒸汽經(jīng)冷凝后，部分回流回塔內(nèi)，部分采出，此釆出物即是高純度的甲酸產(chǎn)品；當(dāng)塔內(nèi)液體向塔釜移動(dòng)，經(jīng)與上升蒸汽進(jìn)行質(zhì)量交換，物料中的甲酸含量逐步降低，到達(dá)塔釜時(shí)，甲酸濃度已降到設(shè)計(jì)控制的濃度，為50%—70%，優(yōu)選60%_65%，此釜液部分引出，送入提濃塔甲酸濃度相對(duì)應(yīng)的塔板。從減壓塔來經(jīng)泵送入提濃塔的物料，經(jīng)提濃塔精餾分離，物料隨著上升蒸汽向塔頂移動(dòng)，經(jīng)汽液的質(zhì)量交換，物料中的甲酸含量越來越低，到達(dá)塔頂時(shí)，甲酸含量已達(dá)微量。塔頂蒸汽經(jīng)冷凝后，部分回流，部分采出，此采出的主要是欲分離的水，其中甲酸含量為1%—0.001%;當(dāng)塔內(nèi)液體向塔釜移動(dòng)，經(jīng)與上升蒸汽進(jìn)行質(zhì)量交換，物料中甲酸含量逐步增高，到達(dá)塔釜時(shí)，甲酸濃度被提濃到設(shè)計(jì)控制的濃度75%一90%，優(yōu)選80°/。一85%。此釜液部分引出，經(jīng)冷卻降溫后送入減壓塔濃度相對(duì)應(yīng)的塔板，完成甲酸的整個(gè)精制過程。當(dāng)原料甲酸濃度已很高，例如甲酸濃度>90%，優(yōu)選>95%，此時(shí)為了節(jié)省投資，而甲酸收率損失又不是很大，可僅用一座減壓塔來完成甲酸的精制提濃任務(wù)。其工作步驟入下濃度已很髙的原料甲酸，被送入減壓塔濃度相對(duì)應(yīng)的塔板，部分物料隨著上升蒸汽向塔頂移動(dòng)，經(jīng)汽液的質(zhì)量交換，物料中甲酸含量越來越高，當(dāng)?shù)竭_(dá)塔頂時(shí)，物料中甲酸含量已達(dá)99.9%100%。該蒸汽經(jīng)冷凝后，部分回流回塔內(nèi)，部分采出，此采出物即是高純度的甲酸產(chǎn)品；當(dāng)塔內(nèi)液體物料向塔釜移動(dòng)，經(jīng)與上升蒸汽進(jìn)行質(zhì)量交換，物料中的甲酸含量逐漸降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)塔釜時(shí)，甲酸濃度已降到設(shè)計(jì)控制的濃度40%—70%，優(yōu)選為50%—65%，此部分濃度較低的甲酸溶液，可以返回到合成甲酸的工序。在此過程中原料中甲酸濃度越高，在相同工藝條件下，獲得產(chǎn)品甲酸的收率也越高。減壓塔的壓力是靠真空獲取設(shè)備而獲得。真空獲取設(shè)備可以是水(液)環(huán)真空泵、往復(fù)式真空泵、旋片式真空泵等。減壓塔獲得的真空壓力越低，在塔釜就有可能獲得甲酸濃度越低的釜液，考慮到工程中實(shí)際使用狀況和功耗，減壓塔的最優(yōu)選的壓力為1Kpa—20Kpa。提濃塔的壓力是靠塔頂冷凝器的冷凝溫度來控制的，溫度越高則壓力越高，在塔釜就有可能獲得甲酸濃度越高的釜液，相應(yīng)的設(shè)備費(fèi)用也越高，能耗也越髙。綜合考慮，提濃塔的壓力選為O.lMpa—1.5Mpa,優(yōu)選為0.2Mpa—1.0Mpa。圖l流程圖其中原料甲酸濃度比較低。圖2流程圖其中原料甲酸濃度較高。圖3流程圖其中原料濃度比較髙。為了達(dá)到甲酸分離精制的目的，根據(jù)進(jìn)料的條件、產(chǎn)品濃度及收率的要求，選取優(yōu)化的流程及工藝條件外，還要有適宜的塔板數(shù)和回流比，它們的數(shù)據(jù)要根據(jù)工藝條件及要求，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算而求得，它們已屬于工藝設(shè)備計(jì)算，此部分不在本專利的范圍內(nèi)。下面利用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)例一(見圖1)甲酸濃度比較低的原料(物流1),被送入原料貯罐，與減壓塔塔釜引來的塔釜液(物流5)會(huì)合后，經(jīng)泵送入提濃塔。該物料經(jīng)提濃塔的精餾分離，從塔頂采出含微量甲酸的水(物流2),從塔釜引出被提濃的甲酸(物流4),該股被提濃的甲酸經(jīng)冷卻后進(jìn)入減壓塔。該物料在減壓塔內(nèi)經(jīng)精餾分離，從塔頂?shù)玫礁呒兌鹊募姿岙a(chǎn)品(物流3)，從塔釜得到低于進(jìn)料濃度的甲酸(物流5),被送到提濃塔的原料貯罐。該物料與送入原料貯罐的原料甲酸相混合后，經(jīng)泵送入提濃塔，從而完成整個(gè)循環(huán)分離過程。該過程的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)例二(見圖2)甲酸濃度較高的原料(物流1)，被送入減壓塔，進(jìn)入的物料經(jīng)減壓塔的精餾分離，從塔頂采出得到高純度的甲酸產(chǎn)品(物流3),從塔釜得到低于原料濃度的甲酸(物流5),該物料經(jīng)泵送入提濃塔。進(jìn)入的物料經(jīng)提濃塔的精餾分離，從塔頂采出含微量甲酸的水(物流2)，從塔釜引出被提濃的甲酸(物流4)。該股被提濃的甲酸經(jīng)冷卻后，作為減壓塔的第二股進(jìn)料進(jìn)入減壓塔，從而完成整個(gè)循環(huán)分離過程。該過程的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)例三(見圖2)甲酸濃度較髙的原料(物流1)，被送入減壓塔，進(jìn)入的物料經(jīng)減壓塔的精餾分離，從塔頂釆出得到高純度的甲酸產(chǎn)品(物流3)，從塔釜得到低于原料濃度的甲酸(物流5),該物料經(jīng)泵送入提濃塔。進(jìn)入的物料經(jīng)提濃塔的精餾分離，從塔頂釆出含微量甲酸的水(物流2)，從塔釜引出被提濃的甲酸(物流4)。該股被提濃的甲酸經(jīng)冷卻后，作為減壓塔的第二股進(jìn)料進(jìn)入減壓塔，從而完成整個(gè)循環(huán)分離過程。該過程的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)例四(見圖2)甲酸濃度較高的原料(物流1),被送入減壓塔，進(jìn)入的物料經(jīng)減壓塔的精餾分離，從塔頂采出得到高純度的甲酸產(chǎn)品(物流3),從塔釜得到低于原料濃度的甲酸(物流5)，該物料經(jīng)泵送入提濃塔。進(jìn)入的物料經(jīng)提濃塔的精餾分離，從塔頂采出含微量甲酸的水(物流2)，從塔釜引出被提濃的甲酸(物流4)。該股被提濃的甲酸經(jīng)冷卻后，作為減壓塔的第二股進(jìn)料進(jìn)入減壓塔，從而完成整個(gè)循環(huán)分離過程。該過程的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)例五(見圖3)甲酸濃度已很髙的原料(物流1)，被送入減壓塔。進(jìn)入的物料經(jīng)減壓塔的精餾分離，從塔頂采得髙純度的甲酸產(chǎn)品(物流2)，從塔釜得到低濃度的甲酸(物流3)。該過程的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)例六(見圖3)甲酸濃度已很高的原料(物流1),被送入減壓塔。進(jìn)入的物料經(jīng)減壓塔的精餾分離，從塔頂采得高純度的甲酸產(chǎn)品(物流2)，從塔釜得到低濃度的甲酸(物流3)。該過程的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)例七(見圖3)甲酸濃度己很髙的原料(物流1),被送入減壓塔。進(jìn)入的物料經(jīng)減壓塔的精餾分離，從塔頂采得高純度的甲酸產(chǎn)品(物流2)，從塔釜得到低濃度的甲酸(物流3)。該過程的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種將濃度相對(duì)低的含水甲酸經(jīng)精餾分離，得到高純度甲酸的方法，該方法包括以下步驟(a)低濃度的含水甲酸進(jìn)入加(常)壓提濃塔，在該塔內(nèi)，含水甲酸物料經(jīng)精餾分離，從提濃塔塔頂分離采出部分水，而從塔釜得到被提濃的甲酸；(b)(a)步驟中被提濃的甲酸進(jìn)入減壓塔，該物料在減壓塔內(nèi)經(jīng)減壓精餾，從塔頂采出得到濃度為99.9％—～100％的高純度甲酸產(chǎn)品，而從塔釜得到比減壓塔進(jìn)料濃度低的甲酸；(c)將減壓塔塔釜得到的濃度低的甲酸送入提濃塔的原料貯罐，與另外送入的低濃度的甲酸原料相混合，然后經(jīng)泵送入提濃塔，重復(fù)完成(a)步驟；完成上述(a)、(b)、(c)步驟，即循環(huán)完成從低濃度甲酸中得到高純度甲酸的精制分離過程；(d)當(dāng)原料甲酸濃度較高時(shí)，該濃度較高的甲酸首先進(jìn)入減壓塔進(jìn)行減壓精餾，從減壓精餾塔塔頂采出得到甲酸濃度為99.9％—～100％的高純度甲酸產(chǎn)品，而從塔釜得到比減壓塔進(jìn)料濃度低的含水甲酸；(e)(d)步驟中從減壓塔塔釜得到的含水甲酸，經(jīng)泵送入提濃塔，該物料在提濃塔內(nèi)經(jīng)精餾分離，從塔頂采出得到部分水，而從塔釜得到被提濃的甲酸；(f)從提濃塔塔釜得到的被提濃的甲酸，作為減壓塔的第二股原料被送入減壓塔，重復(fù)完成(a)步驟；完成上述(d)、(e)、(f)步驟，即循環(huán)完成從較高濃度甲酸中得到高濃度甲酸的精制分離過程；(g)當(dāng)原料甲酸濃度已很高時(shí)，為了節(jié)省投資，可僅用一座減壓塔來獲得高濃度甲酸。濃度比較高的原料甲酸被送入減壓塔，物料在減壓塔內(nèi)經(jīng)減壓精餾分離，從減壓塔塔頂采出得到甲酸濃度為99.9％—～100％的高純度甲酸產(chǎn)品，而從塔釜得到比減壓塔進(jìn)料濃度低的低濃度甲酸。此部分濃度低的甲酸可返回甲酸前面的制備工序，或另作它用。2、按權(quán)利要求l的方法，所述提濃塔可以是加壓精餾塔，在該塔中被精餾分離的水，從塔頂被采出，而被提濃的甲酸從塔釜引出。3、按權(quán)利要求l的方法，所述提濃塔也可以是常壓精餾塔，在該塔中被精餾分離的水，從塔頂被采出，而被提濃的甲酸從塔釜引出。4、按權(quán)利要求1的方法，減壓精餾塔的操作壓力應(yīng)為0—90Kpa，優(yōu)選為0.5Kpa—50Kpa,最優(yōu)選為1Kpa—20Kpa。5、按權(quán)利要求1和2的方法，加壓塔的操作壓力應(yīng)為0.11Mpa—l.5Mpa，優(yōu)選為0.2Mpa—1.0Mpa,常壓塔的操作壓力應(yīng)為0.1Mpa及其左右。6、按權(quán)利要求1的方法，(a)—(c)步驟中的進(jìn)料濃度應(yīng)<80%(G)，優(yōu)選<60%(G)。7、按權(quán)利要求1的方法，")一(^步驟中的進(jìn)料濃度應(yīng)>60%(G)，優(yōu)選>醒(G)。8、按權(quán)利要求1的方法，(g)步驟中的進(jìn)料濃度應(yīng)>90%(G),優(yōu)選>95%(G)。9、按權(quán)利要求1和4的方法，其減壓精餾塔的真空獲取，可以采用水環(huán)(或液環(huán))式真空泵，往復(fù)式真空泵，旋片式真空泵，以及其他真空獲取設(shè)備。10、按權(quán)利要求2和3的方法，所述的精餾裝置一提濃塔和減壓塔可以是板式塔，也可以是填料塔。在填料塔中的填料可以是散裝填料，也可以是規(guī)整填料。全文摘要本發(fā)明是一種采用減壓精餾或減壓精餾與加(常)壓精餾相結(jié)合，制備高純度甲酸的方法。本發(fā)明采用減壓精餾與加(常)壓精餾相串聯(lián)的方法來分離甲酸和水，將甲酸與水有效分離，而且針對(duì)原料中甲酸的濃度不同設(shè)計(jì)了三種工藝流程用于制備甲酸。甲酸收率可達(dá)99.0％-99.99％，而且產(chǎn)品甲酸的純度可達(dá)99.9％-100％。文檔編號(hào)C07C51/42GK101544558SQ20081004504公開日2009年9月30日申請(qǐng)日期2008年3月24日優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日發(fā)明者劉清源,胡文勵(lì)申請(qǐng)人:四川省達(dá)科特化工科技有限公司