醋酸乙烯生产工艺讲义.ppt
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1、醋酸乙烯生产工艺讲义目目录录醋酸乙烯简介醋酸乙烯简介 生产工艺简介生产工艺简介电石乙炔法工艺介绍电石乙炔法工艺介绍产品规格及定额消耗产品规格及定额消耗下游产品简介下游产品简介醋酸乙烯(醋酸乙烯(VAC)生产工艺简介)生产工艺简介羰基化羰基化羰基化羰基化乙炔法乙炔法乙炔法乙炔法乙烯法乙烯法乙烯法乙烯法生产方法生产方法羰基化法合成醋酸乙烯技术进展合成醋酸乙烯技术进展 1912年年F.Klatte在在1篇篇德德国国专专利利中中第第一一次次提提到到醋醋酸乙烯存在酸乙烯存在 乙炔乙炔+醋酸醋酸 双醋酸亚乙酯双醋酸亚乙酯+醋酸乙烯(醋酸乙烯(5%)1962年苏联学者年苏联学者Mouceeb等发表研究报告,
2、首等发表研究报告,首次成功研发出醋酸乙烯合成方法次成功研发出醋酸乙烯合成方法 乙烯乙烯+醋酸醋酸 醋酸乙烯醋酸乙烯汞盐氯化钯、醋酸钠合成醋酸乙烯技术进展合成醋酸乙烯技术进展n乙烯法乙烯法 乙乙烯烯法法是是乙乙烯烯、醋醋酸酸和和氧氧在在钯钯盐盐的的作作用用下下生生成成醋醋酸酸乙乙烯烯,有有液液相相法法和和气气相相法法两两种种。液液相相法法对对设设备备和和管管道道的的腐蚀严重,目前已不用。腐蚀严重,目前已不用。C C2 2H H4 4CHCH3 3COOHCOOH1/2O1/2O2 2VACVACH H2 2O On乙炔法乙炔法 乙乙炔炔法法是是在在液液相相或或气气相相下下使使乙乙炔炔和和醋醋酸酸
3、在在催催化化剂剂作作用用下下进进行行反反应应生生成成醋醋酸酸乙乙烯烯的的方方法法,按按反反应应相相态态分分为为乙乙炔炔液液相相法法和和乙乙炔炔气气相相法法。乙乙炔炔液液相相法法由由于于选选择择性性低低,副副产物多,已被淘汰。产物多,已被淘汰。C C2 2H H2 2CHCH3 3COOHVACCOOHVAC合成醋酸乙烯技术进展合成醋酸乙烯技术进展乙炔法中按原料来源不同又分为电石乙炔法与天燃气乙炔法。乙炔法中按原料来源不同又分为电石乙炔法与天燃气乙炔法。电石乙炔法电石乙炔法 该该法法是是三三十十年年代代开开始始工工业业化化,原原料料乙乙炔炔由由电电石石制制备备而而来来,然然后后和和醋醋酸酸在在醋
4、醋酸酸锌锌活活性性炭炭催催化化剂剂的的作作用用下下反反应应生生成成醋醋酸酸乙乙烯烯。副副反反应应主主要要生生成成乙乙醛醛、二二醋醋酸酸亚亚乙乙酯酯、丁丁烯烯醛醛等等。工工业业上上采采用用的的反反应应器器型型式式有有用用颗颗粒粒状状活活性性炭炭催催化化剂剂的的固固定床和用粉状活性炭催化剂的流化床,而后者更适于大规模生产。定床和用粉状活性炭催化剂的流化床,而后者更适于大规模生产。天燃气乙炔法天燃气乙炔法 美美国国BordenBorden公公司司于于19621962年年建建成成了了天天然然气气乙乙炔炔气气相相法法生生产产醋醋酸酸乙乙烯烯的的工工厂厂。生生产产方方案案是是以以天天然然气气部部分分氧氧化
5、化制制取取的的乙乙炔炔为为原原料料,副副产产的的合合成成气气用用于于生生产产甲甲醇醇,所得甲醇与一氧化碳反应生产醋酸,最后乙炔与醋酸合成醋酸乙烯。所得甲醇与一氧化碳反应生产醋酸,最后乙炔与醋酸合成醋酸乙烯。随着天然气价格的上涨,其成本趋于接近电石乙炔法的成本。随着天然气价格的上涨,其成本趋于接近电石乙炔法的成本。2020世纪世纪6060年代以前主要是乙炔法,年代以前主要是乙炔法,2020世纪世纪7070年代,年代,随着石油化工的发展,乙烯价廉易,乙烯法占据主体地随着石油化工的发展,乙烯价廉易,乙烯法占据主体地位位 在美国在美国2020世纪世纪7070年代初已完成由乙炔法向乙烯法转年代初已完成由
6、乙炔法向乙烯法转变,日本乙烯法已占据约变,日本乙烯法已占据约76%76%(20092009年数据)年数据)我国由于煤炭资源丰富,乙炔易得,乙炔法仍占主我国由于煤炭资源丰富,乙炔易得,乙炔法仍占主体地位体地位 世界世界VACVAC的生产装置共有的生产装置共有4040余套,我国现有余套,我国现有VACVAC生产生产装置装置1515套,其中套,其中2 2 套为乙烯路线,其余套为乙烯路线,其余1313套为乙炔路线。套为乙炔路线。1313套中只有套中只有1 1套用天然气乙炔其余套用天然气乙炔其余1212套用电石法套用电石法合成醋酸乙烯技术进展合成醋酸乙烯技术进展合成醋酸乙烯技术进展合成醋酸乙烯技术进展生
7、产工艺技术比较生产工艺技术比较生产工艺技术比较生产工艺技术比较乙炔气相法分类乙炔气相法分类按反应器的类型可分为固定床法与流化床法按反应器的类型可分为固定床法与流化床法固定床固定床固定床又分为炉式与列管式。固定床又分为炉式与列管式。炉式反应工艺目前已淘汰。炉式反应工艺目前已淘汰。列管式固定床反应器类似于列管式换热器,催化剂列管式固定床反应器类似于列管式换热器,催化剂装在管内,为了使气体分布均匀,在反应器的入口(上装在管内,为了使气体分布均匀,在反应器的入口(上部)设有气体分布器,同时,装催化剂时,每根管内装部)设有气体分布器,同时,装催化剂时,每根管内装的量要相等,高度也一样,保证每根管子的阻力
8、相同,的量要相等,高度也一样,保证每根管子的阻力相同,防止气体走短路。反应器的管间内通热媒,用于正常运防止气体走短路。反应器的管间内通热媒,用于正常运行时的撤热及开车阶段的加温。行时的撤热及开车阶段的加温。乙炔气相法分类乙炔气相法分类流化床流化床流态化技术是上世纪六十年代左右发展起来的一门较流态化技术是上世纪六十年代左右发展起来的一门较新的科学技术。在气固相催化反应、气固相接触反应、固新的科学技术。在气固相催化反应、气固相接触反应、固体物料的干燥以及培烧、吸附等方面被广泛应用。体物料的干燥以及培烧、吸附等方面被广泛应用。目前在乙炔法合成醋酸乙烯的流化床基本为圆锥自由目前在乙炔法合成醋酸乙烯的流
9、化床基本为圆锥自由床。主要由三部分主成:一是反应本体;二是扩大体;三床。主要由三部分主成:一是反应本体;二是扩大体;三是气体分布器及锥体。采用圆锥床可以有效防止催化剂颗是气体分布器及锥体。采用圆锥床可以有效防止催化剂颗粒沿轴向的分级。在反应本体的夹套部分通热媒,用于正粒沿轴向的分级。在反应本体的夹套部分通热媒,用于正常运行时的撤热及开车阶段的加温。常运行时的撤热及开车阶段的加温。固定床与流化床的比较固定床与流化床的比较工艺操作条件工艺操作条件固定床与流化床的比较固定床与流化床的比较技术效果技术效果电石乙炔流化床法合成电石乙炔流化床法合成VAC工艺简介工艺简介VAC生产组成单元生产组成单元n电石
10、乙炔流化床法生产电石乙炔流化床法生产VAC的工艺组成单元如下:的工艺组成单元如下:乙炔发生单元乙炔发生单元乙炔发生单元乙炔发生单元乙炔发生系统乙炔发生系统 乙炔发生在微正压下进行,乙炔发生在微正压下进行,在发生器中,电石与水反应,生成乙炔气和在发生器中,电石与水反应,生成乙炔气和氢氧化钙。其化学反应式如下:氢氧化钙。其化学反应式如下:CaC22H2O C2H2Ca(OH)2 1273KJmol乙炔清洁系统乙炔清洁系统 来自乙炔站来自乙炔站的的粗乙炔,经过水封槽后经水环泵加压,打入废次氯酸钠塔粗乙炔,经过水封槽后经水环泵加压,打入废次氯酸钠塔初步除去硫化氢、磷化氢,废次氯酸钠液经废次钠输送泵送至
11、乙炔站作为反初步除去硫化氢、磷化氢,废次氯酸钠液经废次钠输送泵送至乙炔站作为反应水;乙炔自塔顶出来后进入次氯酸钠塔,在塔内经过次氯酸钠喷淋,进一应水;乙炔自塔顶出来后进入次氯酸钠塔,在塔内经过次氯酸钠喷淋,进一步除去硫化氢、磷化氢等杂质。步除去硫化氢、磷化氢等杂质。乙炔气从次氯酸钠塔顶出来后,经过两次气液分离和冷却乙炔气从次氯酸钠塔顶出来后,经过两次气液分离和冷却,进入综合洗进入综合洗涤塔下部,综合洗涤塔分两段,下段为碱洗,洗涤液为涤塔下部,综合洗涤塔分两段,下段为碱洗,洗涤液为40-60%的碱液,为了的碱液,为了中和掉前工序所夹带的酸液,上段为水洗,为了洗去乙炔中夹带的溶液,并中和掉前工序所
12、夹带的酸液,上段为水洗,为了洗去乙炔中夹带的溶液,并降温。乙炔经过综合洗涤塔出来后,进入除雾塔,除去气体中夹带的水汽降温。乙炔经过综合洗涤塔出来后,进入除雾塔,除去气体中夹带的水汽。经过净化的乙炔,通常称为精乙炔,然后送往合成单元。经过净化的乙炔,通常称为精乙炔,然后送往合成单元。合成单元合成单元 将外购的活性炭加入到活性炭加料斗,启动罗茨鼓风机,将外购的活性炭加入到活性炭加料斗,启动罗茨鼓风机,将活性炭吹入干燥沸腾床,全部加入后,关加料斗入口阀,开将活性炭吹入干燥沸腾床,全部加入后,关加料斗入口阀,开干燥床的底部入口阀,从下部吹起,同时开沸腾床的蒸汽,使干燥床的底部入口阀,从下部吹起,同时开
13、沸腾床的蒸汽,使活性炭处于干燥、沸腾的状态。活性炭处于干燥、沸腾的状态。外购醋酸定量加入错酸锌溶解槽,开溶解槽蒸汽加热,当外购醋酸定量加入错酸锌溶解槽,开溶解槽蒸汽加热,当达到一定温度后,加入外购的固体锌,开电机搅拌,此过程为达到一定温度后,加入外购的固体锌,开电机搅拌,此过程为物理溶解过程。待沸腾床里活性炭达到规定温度后,启动醋酸物理溶解过程。待沸腾床里活性炭达到规定温度后,启动醋酸锌加料泵,将醋酸锌溶液打入到沸腾床中部,从上至下喷淋至锌加料泵,将醋酸锌溶液打入到沸腾床中部,从上至下喷淋至活性炭上,此处为物理吸附过程。喷淋后,继续加热,除去水活性炭上,此处为物理吸附过程。喷淋后,继续加热,除
14、去水分,干燥后即为成品触媒,可以选择装入成品桶,或者卸入触分,干燥后即为成品触媒,可以选择装入成品桶,或者卸入触媒取出仓,用罗茨鼓风机吹入触媒储仓备用。媒取出仓,用罗茨鼓风机吹入触媒储仓备用。合成单元工艺流程合成单元工艺流程触媒配置触媒配置系统系统合成单元工艺流程合成反应系统合成单元工艺流程合成反应系统精乙炔与循环乙炔后,经过大、小二级风机加压,打入醋精乙炔与循环乙炔后,经过大、小二级风机加压,打入醋酸蒸发器,醋酸蒸发器的醋酸来自醋酸储槽,醋酸蒸发后与打酸蒸发器,醋酸蒸发器的醋酸来自醋酸储槽,醋酸蒸发后与打入的乙炔混合,进入混合气体预热器,为混合气体预热,加热入的乙炔混合,进入混合气体预热器,
15、为混合气体预热,加热后的气体经过撞击式液滴分离器进入到合成反应器,合成反应后的气体经过撞击式液滴分离器进入到合成反应器,合成反应器利用清华大学专利,下部为气体分布器,可以使气体均匀上器利用清华大学专利,下部为气体分布器,可以使气体均匀上升,避免反应过程中的死角,在合成反应器中,乙炔气与醋酸升,避免反应过程中的死角,在合成反应器中,乙炔气与醋酸蒸汽在催化剂的催化下,部分反应生成醋酸乙烯(蒸汽在催化剂的催化下,部分反应生成醋酸乙烯(VAC),同),同时也产生乙醛、丙酮等有机杂质。一同从反应器上部流出。馏时也产生乙醛、丙酮等有机杂质。一同从反应器上部流出。馏出混合气体通过高效旋风分离气,触媒粉末被捕
16、集下来,通过出混合气体通过高效旋风分离气,触媒粉末被捕集下来,通过粉末取出槽卸出,混合气进入到分离塔底部粉末取出槽卸出,混合气进入到分离塔底部。合成单元工艺流程合成反应系统合成单元工艺流程合成反应系统醋酐:醋酐:139 醋酸:醋酸:118 丁烯醛:丁烯醛:104 二醋酸亚乙酯:二醋酸亚乙酯:168 各物质沸点各物质沸点 醋酸乙烯:醋酸乙烯:72.5 醋酸甲酯:醋酸甲酯:57.8 乙醛:乙醛:20.2 水:水:100 合成单元工艺流程气体分离系统合成单元工艺流程气体分离系统分离塔分三段分离塔分三段,主要作用是采集产物,未反应的乙炔继续利用。主要作用是采集产物,未反应的乙炔继续利用。第第一段,混合
17、气中的大部分醋酸被冷凝下来,同时气体中含有的少量催一段,混合气中的大部分醋酸被冷凝下来,同时气体中含有的少量催化剂粉末被循环液洗涤下来。第一循环液主要是醋酸,为了控制第一循环液化剂粉末被循环液洗涤下来。第一循环液主要是醋酸,为了控制第一循环液中催化剂粉末不超过中催化剂粉末不超过0.2%0.4%,每小时排出,每小时排出0.5m3 的循环液送往精馏工段的循环液送往精馏工段进行过滤。同时,从第二循环液进行过滤。同时,从第二循环液(主要是醋酸和醋酸乙烯主要是醋酸和醋酸乙烯)中取出一小部分补充中取出一小部分补充到第一循环液,它是第一段冷量的来源。到第一循环液,它是第一段冷量的来源。第二段,大部第二段,大
18、部分醋酸乙烯、水、巴豆醛分醋酸乙烯、水、巴豆醛(丁烯醛)(丁烯醛)和和少少部分在第一段中部分在第一段中未冷凝下来的醋酸被冷凝下来。第二循环液即为醋酸乙烯合成工段的产品未冷凝下来的醋酸被冷凝下来。第二循环液即为醋酸乙烯合成工段的产品(反反应液应液),经连续采出送往精馏工段。,经连续采出送往精馏工段。第三段,气体中残余的低沸物乙醛被冷凝下来第三段,气体中残余的低沸物乙醛被冷凝下来。第三循环液(醋酸乙烯。第三循环液(醋酸乙烯和少量醋酸)中取出一部分(第和少量醋酸)中取出一部分(第二二段的冷凝量)送至第二段循环液中。段的冷凝量)送至第二段循环液中。气体分离塔顶出来的气体中大量是气体分离塔顶出来的气体中
19、大量是95%的乙炔,此外,还含有氮气、氧的乙炔,此外,还含有氮气、氧气、乙醛、二氧化碳和醋酸乙烯等,经液滴分离器分离出夹带的液滴,气、乙醛、二氧化碳和醋酸乙烯等,经液滴分离器分离出夹带的液滴,99%的气体与新乙炔混合后,用乙炔鼓风机加压循环到醋酸乙烯合成反应器中。的气体与新乙炔混合后,用乙炔鼓风机加压循环到醋酸乙烯合成反应器中。合成单元工艺流程合成单元工艺流程气体分离气体分离系统系统合成单元工艺流程乙炔回收系统合成单元工艺流程乙炔回收系统 由于乙炔气中含有少量的氮气、氧气、二氧化碳等杂质,在持续由于乙炔气中含有少量的氮气、氧气、二氧化碳等杂质,在持续生产过程中逐渐积累,会影响反应效率,故设立回
20、收工序进行除杂。生产过程中逐渐积累,会影响反应效率,故设立回收工序进行除杂。由于反应液(指醋酸乙烯、醋酸的混合液)在低温加压的条件下对乙由于反应液(指醋酸乙烯、醋酸的混合液)在低温加压的条件下对乙炔的溶解度比较大,而对其他杂质气体的溶解度依然很小,所以根据炔的溶解度比较大,而对其他杂质气体的溶解度依然很小,所以根据这个原理对杂质气体进行分离。首先,乙炔气体进入吸收塔,塔中与这个原理对杂质气体进行分离。首先,乙炔气体进入吸收塔,塔中与反应液逆流接触,进行吸收,而不吸收的杂质气体达到一定量时,会反应液逆流接触,进行吸收,而不吸收的杂质气体达到一定量时,会自动从塔顶放出,吸收过乙炔的反应液经过吸收液
21、循环泵打入解析塔,自动从塔顶放出,吸收过乙炔的反应液经过吸收液循环泵打入解析塔,通过再沸器升温,将吸收的气体整出,这样就除去了氧气、氮气、二通过再沸器升温,将吸收的气体整出,这样就除去了氧气、氮气、二氧化碳等杂质气体,此时的乙炔气,仍含有乙醛杂质无法除去,由于氧化碳等杂质气体,此时的乙炔气,仍含有乙醛杂质无法除去,由于水对乙醛的溶解度很大,而对于乙炔相当低,所以乙炔气再进入到水水对乙醛的溶解度很大,而对于乙炔相当低,所以乙炔气再进入到水洗塔进行低温水洗,吸收其中的乙醛,吸收了乙醛的水溶液经过送出洗塔进行低温水洗,吸收其中的乙醛,吸收了乙醛的水溶液经过送出泵送至精馏,精制乙醛。而除杂后的乙炔气回
22、到合成的液滴分离器继泵送至精馏,精制乙醛。而除杂后的乙炔气回到合成的液滴分离器继续利用。续利用。合成单元工艺流程合成单元工艺流程乙炔回收乙炔回收系统系统精馏单元精馏单元精精馏馏是是典典型型的的气气液液传传质质、传传热热过过程程之之一一。它它利利用用液液体体混混合合物物中中各各组组分分的的挥挥发发度度不不同同,在在气气液液两两相相平平衡衡时时,气气液液两两相相的的各各组组分分组组成成不不同同,即即易易挥挥发发组组分分在在气气相相中中的的含含量量比比在在液液相相中中的的含含量量多多,通通过过液液相相多多次次部部分蒸发和气相的多次部分冷凝,把液体混合物中各组分分离。分蒸发和气相的多次部分冷凝,把液体
23、混合物中各组分分离。根根据据物物料料组组分分的的不不同同,采采用用的的分分离离方方法法也也不不同同。脱脱乙乙醛醛塔塔、粗粗分分塔塔、醋醋酸酸乙乙烯烯精精制制塔塔、脱脱醋醋酸酸甲甲酯酯塔塔采采用用一一般般精精馏馏;醋醋酸酸精精制制塔塔、脱脱丁丁烯烯醛醛塔塔为为共共沸沸蒸蒸馏馏;乙乙醛醛萃萃取取塔塔为为液液-液液萃萃取取;乙乙醛醛精精制制塔塔为为水水蒸蒸气直接蒸馏。气直接蒸馏。精馏原理精馏原理精馏单元工艺流程粗分系统精馏单元工艺流程粗分系统 合合成成反反应应液液(主主要要成成分分醋醋酸酸、醋醋酸酸乙乙烯烯、碳碳粉粉等等)自自反反应应液液贮贮槽槽、回回收收夜夜贮贮槽槽分分别别经经反反应应液液加加料料
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