專利名稱：一種分離3－羥基丙醛溶液中丙烯醛的精餾塔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分離3-羥基丙醛溶液中丙烯醛的精餾塔。具體而言，本發(fā)明涉及一種精餾塔提餾段采用規(guī)整填料，精餾段上部為新型垂直篩板，精餾段下部采用并流噴射填料塔板的精餾塔。
背景技術：
丙烯醛是一種帶雙鍵的不飽和化合物，化學性質十分活潑，擁有的乙烯基極易自聚或與其它單體共聚，由于聚合反應速度很快，又放出大量的熱量，一旦發(fā)生就很難控制，因此防止丙烯醛聚合是丙烯醛分離系統(tǒng)設計時需要首先考慮的問題。溫度是引發(fā)丙烯醛發(fā)生聚合反應的因素之一，溫度越高，越容易發(fā)生聚合反應。在以丙烯醛為原料通過水合和加氫兩步反應合成1，3-丙二醇(PDO)的過程中，第一步丙烯醛水合制備3-羥基丙醛的反應是在酸催化劑作用下進行的，該反應是可逆的，反應產物3-羥基丙醛水溶液中含有1～15％(質量)未反應的丙烯醛。由于丙烯醛和生成的產物3-羥基丙醛都是比較活潑的物質，水合反應過程中未反應的丙烯醛如果不加以分離，則會在第二步3-羥基丙醛加氫反應中生成多種副產物，致使后續(xù)加氫催化劑的活性迅速下降，影響加氫催化劑的壽命，并且增加了原料丙烯醛的消耗定額和最終產品PDO的分離成本，同時也會影響PDO的純度。
通常，分離丙烯醛都采用傳統(tǒng)的閃蒸、精餾等方法，精餾裝置多采用耐堵塞的板式塔，但隨著丙烯醛從3-羥基丙醛水溶液體系中的分離和脫除，操作溫度的提高，3-羥基丙醛會自分解成為丙烯醛和水，并且3-羥基丙醛容易發(fā)生自聚或與丙烯醛的縮合反應，致使3-羥基丙醛溶液中3-羥基丙醛含量下降，丙烯醛含量難以降低到符合后續(xù)加氫的要求，一方面降低了最終產品PDO的收率，另一方面產生的縮聚物容易導致加氫催化劑中毒。由此可見，3-羥基丙醛溶液中分離丙烯醛的過程中平穩(wěn)地控制在較低的溫度下操作是最非常重要的，目前常用的分離方法和分離設備不適用于丙烯醛水合制備3-羥基丙醛的反應產物體系中未反應丙烯醛的分離。在美國專利US3518310、US5015789、US5093537、US6140543中都提到了采用薄膜蒸發(fā)器來分離3-羥基丙醛溶液中的丙烯醛，以盡量縮短與熱源的接觸時間，從而避免丙烯醛的聚合和副反應的發(fā)生，雖然丙烯醛的回收率有所提高，但所需的薄膜蒸發(fā)器設備投資及冷凝器的操作費用較大，并且操作也比較困難。在中國專利CN1176057提到了采用減壓精餾，并在脫醛過程中引入惰性氣體的方法來分離回收丙烯醛，雖然此方法可以有效地降低精餾塔的操作溫度，減少副產物的生成，但在丙烯醛冷凝回收過程中，仍容易引起丙烯醛的聚合和回收困難，從而導致丙烯醛回收率的降低。在中國專利CN1803750A中，提出采用氣提-吸收的方法，通過在脫醛塔底部通入氣體將丙烯醛從反應產物中汽提出來，然后在吸收塔中用水進行吸收，從而實現(xiàn)丙烯醛的分離和回收，雖然此方法分離效果好，丙烯醛回收率高，但新增的吸收塔造成設備投資的增加，依然缺乏競爭力。在中國專利CN1477092中，提出一種提餾段采用大孔篩板和精餾段采用并流噴射塔板的丙烯酸提純脫輕塔，精餾段采用并流噴射塔板可降低精餾段壓力和操作溫度，減輕塔底丙烯酸的聚合傾向，但提餾段采用大孔篩板的結構方式，是因為提餾段丙烯酸濃度較高容易聚合不得已而為之，致使提餾段通量降低，嚴重制約整塔的處理能力，同時造成提餾段壓力降較高，塔釜操作溫度難以維持在較低范圍內，不能從根本上解決塔底丙烯酸的聚合問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種分離3-羥基丙醛溶液中丙烯醛的新型精餾塔，該精餾塔提餾段采用規(guī)整填料，精餾段上部為垂直篩板，精餾段下部采用并流噴射填料塔板，從而避免了上述專利的缺陷，提高了丙烯醛的分離回收效果，并解決了丙烯醛乃至3-羥基丙醛的聚合問題。
垂直篩板的結構有多種形式，它是在塔板上開有大孔如圓形、方形、矩形，孔上相應布置各種形式的帽罩，并設有降液管。普通塔板氣液流動接觸呈泡沫狀態(tài)，在塔板上氣液兩相錯流接觸，而垂直篩板上氣液流動接觸呈噴射狀態(tài)，來自上一層塔板的液體從降液管流出，橫向穿過各排帽罩，經帽罩底隙流入罩內；從孔板上升的來自下一層塔板的氣體把液體拉膜，氣流與液膜在罩內進行動量交換，液膜被分裂成液滴和霧沫，帽罩內氣液兩相處于湍流狀態(tài)進行激烈的熱質交換，而后兩相從罩壁的小孔沿水平方向噴射而出，氣相和液滴在板間空間翻騰并分離后，氣相升至上一層塔板，而各帽罩噴射出的液滴由于相互撞擊，一些小液滴撞合變大，與原來的大液滴一起落到塔板上，其中一部分又被吸收進帽罩再次被拉膜、破碎，其余部分隨板上液流進入下一排帽罩或迂回于帽罩外，最后經降液管流到下一層塔板。
并流噴射填料塔板是垂直篩板與規(guī)整填料的結合，氣體從塔板下方以一定的氣速通過升氣孔，塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過提液管，在提液管內高速湍動混合、傳質，然后氣液并流進入填料中進一步強化傳質，并完成氣液分離。氣體靠壓差繼續(xù)上升，進入上一層塔板；液體基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道進入降液管，下降到下一層塔板。氣液在每一層塔板上都進行上述過程，整個精餾段從而在氣液總體逆流的情況下，實現(xiàn)多級并流操作。
提餾段采用的規(guī)整填料可采用波紋陶瓷填料、金屬絲網波紋填料、陶瓷規(guī)整填料或金屬大波紋板等，較好的是波紋陶瓷填料。這種填料根據(jù)氣體在規(guī)整流道內的運動特點，在填料內設置了多個脈沖區(qū)，在脈沖區(qū)上升的氣流由傾斜上升方向改為垂直上升，阻力突然降低，然后又逐漸變?yōu)樾毕蛏仙?，這種阻力的由大變小再由小變大的過程形成了汽液兩相的一個脈沖運動。填料內實現(xiàn)汽液的多次脈沖，加強填料內汽液湍動，可以大幅度提高分離效率，降低阻力。
本發(fā)明從3-羥基丙醛水溶液中精餾分離丙烯醛是通過如下技術方案實施的精餾塔的理論塔板數(shù)至少為3塊塔板，精餾塔包括上部的精餾段和下部的提餾段，精餾塔提餾段采用規(guī)整填料，選自波紋陶瓷填料、金屬波紋填料、金屬絲網波紋填料或陶瓷規(guī)整填料中的一種；精餾段上部采用垂直篩板，精餾段下部采用并流噴射填料塔板，并流噴射填料塔板和新型垂直篩板的溢流堰高度為5～20mm，其中并流噴射填料塔板數(shù)占精餾段塔板總數(shù)的20～80％，優(yōu)選40～60％；精餾塔塔底操作溫度為30～80℃，優(yōu)選50～70℃；精餾塔整塔壓降為3～25kPa，優(yōu)選5～15kPa。
精餾塔以進料口為界，進料口以上為精餾段，進料口以下為提餾段。本發(fā)明的丙烯醛分離精餾塔提餾段采用規(guī)整填料，精餾段上部采用垂直篩板，精餾段下部采用分離效果更好的并流噴射填料塔板。采用這樣的結構可使塔內壓差降低至6～10kPa，塔底溫度降低至60～65℃，塔頂溫度降低至15～20℃，從而有效地防止或減少塔頂丙烯醛聚合和塔底3-羥基丙醛的縮合和分解。
本發(fā)明一個較好的實施方案中，在丙烯醛分離塔的提餾段采用規(guī)整波紋陶瓷填料，精餾段采用垂直篩板，在相同操作條件下，與總塔板數(shù)相同的采用大孔篩板的丙烯醛分離塔相比，理論塔板數(shù)提高了100％。另一個較好的實施方案中，提餾段仍采用規(guī)整波紋陶瓷填料，精餾段上部采用垂直篩板，精餾段下部采用并流噴射填料塔板，這種情況下，與總塔板數(shù)相同的采用大孔篩板的丙烯醛分離塔相比，理論塔板數(shù)提高近150％。
考慮到精餾段的上部丙烯醛發(fā)生聚合反應的可能性更大，本發(fā)明選用垂直篩板，具有較大通量和較高板效率的同時，又方便一旦聚合物產生后的清理；同時適當加高垂直篩板和并流噴射填料塔板的溢流堰高度，以增加塔板上液層厚度，增進汽液相接觸，提高分離效率。同時在傳質單元頂部開孔，降低了塔內壓力降，不但使操作可在較低的溫度范圍內進行，而且提高了整個裝置的處理能力，使處理能力較大孔篩板型塔結構提高了近50％，同時降低了塔釜丙烯醛含量，減少原料損耗。


圖1是本發(fā)明中的精餾塔的結構示意圖，
圖2是圖1中垂直篩板的結構放大圖，圖3是圖1中并流噴射填料塔板的結構放大圖。
圖中標號表示1-丙烯醛出口，2-精餾段上部，3-垂直篩板，4-精餾段下部，5-并流噴射填料塔板，6-物料進口，7-提餾段，8-規(guī)整填料，9-3-羥基丙醛水溶液出口。
具體實施例方式
下面通過具體實施例來詳細描述本發(fā)明。但必須說明的是，本發(fā)明的保護范圍不局限于這些實施例，本發(fā)明可廣泛應用于不同物系的精餾和吸收系統(tǒng)。
實施例1將含有4.5％(質量)丙烯醛的3-羥基丙醛水溶液連續(xù)進入丙烯醛分離塔，塔中物料進口[6]進料，塔高6000mm，塔徑800mm，塔的提餾段[7]采用空隙率75％的波紋陶瓷規(guī)整填料[8]，精餾段上部[2]采用10塊垂直篩板，該塔板的傳質單元體可防止精餾段可能產生的少量丙烯醛聚合物堵塞塔板，若生成少量聚合物也便于清除，溢流堰高度為10mm。實施過程中，整塔的壓降5kPa，塔底的操作溫度60℃，脫除丙烯醛后的塔底物料3-羥基丙醛水溶液中丙烯醛的質量含量為0.5％，完全滿足后續(xù)加氫合成1，3-丙二醇的質量要求。該塔提餾段[7]理論塔板數(shù)為6塊，精餾段理論塔板數(shù)為2塊，整塔理論塔板數(shù)達到8塊塔板。
實施例2將含有4.5％(質量)丙烯醛的3-羥基丙醛水溶液連續(xù)進入丙烯醛分離塔，塔中物料進口[6]進料，塔高6000mm，塔徑800mm，塔的提餾段[7]采用空隙率75％的波紋陶瓷規(guī)整填料，將實施例1中精餾段上部[2]中的5塊垂直篩板[3]更換為并流噴射填料塔板[5]，其余5塊垂直篩板[3]保持不變，并在傳質單元體上部開孔，以便進一步降低裝置的壓降。同時為了增強氣液傳質效果，將溢流堰高度提高到15mm。實施過程中，塔底3-羥基丙醛物料中丙烯醛的質量含量控制在0.4％，整塔的壓降保持7kPa左右，塔底的溫度控制在62℃左右。提餾段[7]理論塔板數(shù)沒有變化，而精餾段理論塔板數(shù)增加到4塊，整塔的理論塔板數(shù)達到10塊塔板。
實施例3將含有4.5％(質量)丙烯醛的3-羥基丙醛水溶液連續(xù)進入丙烯醛分離塔，塔中物料進口[6]進料，塔高6000mm，塔徑800mm，塔的提餾段[7]采用空隙率75％的波紋陶瓷規(guī)整填料，將實施例1中精餾段上部[2]中的8塊新型垂直篩板[3]更換為并流噴射填料塔板[5]，其余2塊垂直篩板[3]保持不變，并在傳質單元體上部開孔，以便進一步降低裝置的壓降。同時為了增強氣液傳質效果，將溢流堰高度提高到15mm。實施過程中，塔底3-羥基丙醛物料中丙烯醛的質量含量控制在0.3％，整塔的壓降保持7.5kPa左右，塔底的溫度控制在65℃左右。提餾段[7]理論塔板數(shù)沒有變化，而精餾段理論塔板數(shù)增加到5塊，整塔的理論塔板數(shù)達到11塊塔板。
實施例4將含有4.5％(質量)丙烯醛的3-羥基丙醛水溶液連續(xù)進入丙烯醛分離塔，塔中物料進口[6]進料，塔高6000mm，塔徑800mm，塔的提餾段[7]采用空隙率75％的波紋陶瓷填料，將實施例1中精餾段上部[2]中的10塊新型垂直篩板[3]全部更換為并流噴射填料塔板[5]，并在傳質單元體上部開孔，以便進一步降低裝置的壓降。同時為了增強氣液傳質效果，將溢流堰高度提高到15mm。實施過程中，塔底3-羥基丙醛物料中丙烯醛的質量含量控制在0.4％，整塔的壓降保持8kPa左右，塔底的溫度控制在68℃左右。提餾段[7]理論塔板數(shù)沒有變化，而精餾段理論塔板數(shù)增加到6塊，整塔的理論塔板數(shù)達到12塊塔板。
比較實施例1將含有4.5％(質量)丙烯醛的3-羥基丙醛水溶液連續(xù)進入丙烯醛分離塔，塔中進料，塔高6000mm，塔徑800mm，塔的提餾段、精餾段均采用開孔率在10～20％的大孔穿流式篩板，共20塊塔板，塔底3-羥基丙醛物料中丙烯醛質量含量1.2％，整塔的壓降為12kPa，塔底的操作溫度達到70℃以上，給平穩(wěn)操作帶來極大問題。該塔的提餾段和精餾段的理論塔板數(shù)分別為2塊，整塔理論塔板數(shù)為4塊塔板。由此可見，傳統(tǒng)的塔板嚴重制約丙烯醛分離裝置產能的擴大。
比較實施例2將含有2.9％(質量)丙烯醛的3-羥基丙醛水溶液連續(xù)進入丙烯醛分離塔，塔的提餾段、精餾段均采用開孔率在10～20％的大孔穿流式篩板，塔中進料，進料溫度55～58℃，精餾塔塔板數(shù)20塊，精餾塔真空度-0.076～-0.080Mpa，精餾塔塔底通入惰性氣體，氣液體積比10～12倍，分離后3-羥基丙醛水溶液的丙烯醛質量含量由2.9％降至0.9％。
權利要求
1.一種分離3-羥基丙醛水溶液中丙烯醛的精餾塔，其特征在于該精餾塔的理論塔板數(shù)至少為3塊塔板，精餾塔包括上部的精留段和下部的提餾段，精餾段上部[2]采用垂直篩板[3]，精餾段下部[4]采用并流噴射填料塔板[5]，提餾段[7]采用規(guī)整填料[8]。
2.根據(jù)權利要求1所述的精餾塔，其特征在于精餾段下部[4]的并流噴射填料塔板[5]的塔板數(shù)占精餾段總塔板數(shù)的20～80％，精餾塔塔底操作溫度為30～80℃，精餾塔整塔壓降為3～25kPa。
3.根據(jù)權利要求2所述的精餾塔，其特征在于精餾段下部[4]的并流噴射填料塔板[5]的塔板數(shù)占精餾段總塔板數(shù)的40～60％，精餾塔塔底操作溫度為50～70℃，精餾塔整塔壓降5～15kPa。
4.根據(jù)權利要求1所述的精餾塔，其特征在于提餾段[7]采用的規(guī)整填料[8]為波紋陶瓷填料、金屬波紋填料、金屬絲網波紋填料或陶瓷規(guī)整填料中任選一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的精餾塔，其特征在于并流噴射填料塔板[5]和垂直篩板[3]的溢流堰高度為5～20mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分離丙烯醛水合制備3－羥基丙醛的反應產物體系中未反應丙烯醛的精餾塔。該塔精餾段上部采用新型垂直篩板，精餾段下部采用并流噴射填料塔板，提餾段采用規(guī)整填料。這種采用復合塔內件結構的精餾塔使新型垂直篩板、并流噴射填料塔板和規(guī)整填料的各自優(yōu)勢在同一精餾系統(tǒng)中得到集中體現(xiàn)，能有效地提高塔的分離能力，降低全塔壓降和操作溫度，減輕塔頂丙烯醛的聚合傾向以及較高溫度下3－羥基丙醛的分解和聚合傾向，從而減少塔頂丙烯醛的損耗，使3－羥基丙醛水溶液中丙烯醛的含量降低到0.5％質量以下，符合后續(xù)加氫反應的要求。
文檔編號C07C45/00GK101033180SQ200710039440
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權日2007年4月12日
發(fā)明者唐勇, 張春雷, 劉漢勇 申請人:上海華誼丙烯酸有限公司