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CN116120167B - 一种高效提纯甲基丙烯酸的方法 - Google Patents

一种高效提纯甲基丙烯酸的方法 Download PDF

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CN116120167B CN202211534105.6A CN202211534105A CN116120167B CN 116120167 B CN116120167 B CN 116120167B CN 202211534105 A CN202211534105 A CN 202211534105A CN 116120167 B CN116120167 B CN 116120167B
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Abstract

本发明公开一种高效提纯甲基丙烯酸的方法，以甲基丙烯酸水溶液为原料，以有机酸酯类为萃取剂，在预萃取罐中进行预萃取，预萃取罐中采出水相物料进入萃取塔进行多级萃取，预萃取罐中采出油相物料进入精馏塔精馏提纯；精馏塔中精馏后，经塔顶采出轻组分物料，冷凝后为含甲基丙烯酸的凝液，部分回流至精馏塔，另一部分回流至萃取塔，不凝的轻组分进入真空系统后，不凝气排出系统；循环萃取剂从精馏塔侧线采出回流至萃取塔；重组分物料从塔釜采出；提纯的甲基丙烯酸产品从精馏塔侧线采出。本发明方法工艺流程简单，全流程中甲基丙烯酸溶液温度可控，停留时间短，有效降低了甲基丙烯酸的聚合程度，产品纯度达到99.4%以上。

Description

一种高效提纯甲基丙烯酸的方法
技术领域
本发明涉及甲基丙烯酸的回收提纯方法，具体涉及一种高效提纯甲基丙烯酸的方法。
背景技术
甲基丙烯酸作为重要的有机化工原料和聚合物的中间体，其重要的衍生产品可用于生产有机玻璃、聚合物改性、涂料、粘结剂、复合材料、紫外光固化剂、皮革、化纤造纸、印染等。
异丁烯二级催化氧化是合成甲基丙烯酸的有效方法之一，异丁烯经二级催化氧化，生成含甲基丙烯酸的气体，工业上常采用水吸收法，将甲基丙烯酸、反应生成的少量含酸副产溶于水中，实现甲基丙烯酸与其他气体的分离。但是在甲基丙烯酸与水分离中，由于甲基丙烯酸与水存在共沸，其分离成为本技术领域的难题之一。
EP345083B公开了一种采用6～9个碳原子的饱和烃萃取甲基丙烯酸的方法，CN111217687B公开了一种含有离子液体和有机溶剂混合萃取分离甲基丙烯酸水溶液的方法，所述有机溶剂选自正己烷、正辛烷、苯、甲苯、二甲苯和正庚烷中的一种或多种。选用离子液体和有机溶混合做萃取剂，使得离子液体与甲基丙烯酸生成氢键，后续分离能耗大大提高；同时选用这些萃取剂进行甲基丙烯酸萃取时，甲基丙烯酸水溶液一股物料直接进入萃取塔中，萃取剂直接从塔釜进入萃取塔，萃取剂与甲基丙烯酸水溶液不存在预萃取的工序，萃取剂对甲基丙烯酸选择性较差，导致了萃取剂用量大，后续甲基丙烯酸分离提纯能耗显著提高。
针对萃取后的甲基丙烯酸有机相，专利CN103819331B公开了一种甲基丙烯酸的脱色和提纯方法，采用萃取溶剂回收塔、脱轻组分塔和脱重脱色塔完成甲基丙烯酸的提纯，这也是目前甲基丙烯酸有机相分离提纯的常用方法，甲基丙烯酸在整个生产过程停留时间长，且常存在于精馏塔的塔釜，极易发生聚合，导致甲基丙烯酸的收率低。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种能耗低、回收率高的高效提纯甲基丙烯酸的方法。
技术方案：本发明所述高效提纯甲基丙烯酸的方法，以甲基丙烯酸水溶液为原料，以有机酸酯类为萃取剂，在预萃取罐中进行预萃取，预萃取罐中采出水相物料进入萃取塔进行多级萃取，预萃取罐中采出油相物料进入精馏塔精馏提纯。
精馏塔中精馏后，经塔顶采出轻组分物料，冷凝后为含甲基丙烯酸的凝液，部分回流至精馏塔，另一部分回流至萃取塔，不凝的轻组分进入真空系统后，不凝气排出系统；循环萃取剂从精馏塔侧线采出回流至萃取塔；重组分物料从塔釜采出；提纯的甲基丙烯酸产品从精馏塔侧线采出。
萃取塔中，预萃取罐中采出的水相物料、回流的含甲基丙烯酸的凝液和回流的循环萃取剂逆流接触，在萃取塔的塔顶采出萃取相进入预萃取罐进行循环反应，塔釜采出萃余相排出系统。
优选地，为了提高物料利用效率，重组分物料从塔釜采出后，部分物料进塔釜再沸器加沸后回流至精馏塔；另一部分物料从采出管线分为两条管路，一条管路作为塔釜采出的循环萃取剂管路，并入从精馏塔侧线采出的循环萃取剂管路后，经过循环萃取剂冷凝器冷凝后回流至萃取塔；另一条管路作为重组分管路排出系统。
优选地，为了方便控制塔釜的温度，在所述循环萃取剂冷凝器上设置萃取剂补充口；对采出管路上的物料进行温度监控，温度设定值为不高于110℃，当温度高于设定值时，则打开精馏塔侧线循环萃取剂管路、重组分管路和萃取剂补充口，关闭塔釜采出的循环萃取剂管路；当温度低于设定值时，则关闭精馏塔侧线循环萃取剂管路、重组分管路和萃取剂补充口，打开塔釜采出的循环萃取剂管路。
优选地，所述有机酸酯类的沸点高于161℃；优选为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丙酯、邻苯二甲酸二丁酯、六氢化邻苯二甲酸二异丁酯或癸二酸二丁酯中的至少一种。
优选地，所述甲基丙烯酸水溶液中的甲基丙烯酸与有机酸酯类的质量比为1：(1～2)，进一步优选为1：(1.2～1.5)。
优选地，所述萃取塔设有5～15块筛板，进一步优选为5～10块。
优选地，萃取剂从侧线采出后冷凝至25～40℃后回流至萃取塔，更优选为30～35℃。可以通过设置循环萃取剂冷凝器的温度实现。
所述精馏塔为减压操作，优选工作压力为0.001MPa～0.01MPa。
优选地，所述精馏塔设有30～50块塔板，原料进口位于第20～30块塔板，提纯的甲基丙烯酸产品采出口位于第17～25块塔板，循环萃取剂采出口位于第25～45块塔板。
有益效果：(1)本发明选用沸点高于161℃的有机酸酯类萃取剂，萃取效率高，萃取剂毒性小，符合绿色发展的需要；(2)本发明在萃取塔之前设置了预萃取罐，有效的降低了萃取剂的用量；此外，将部分含甲基丙烯酸的凝液回流至萃取塔，根据萃取效果调整回流量，催进甲基丙烯酸更好地溶解于萃取剂中，保证萃取效果，降低后续分离过程的能耗；(3)本发明方法在精馏塔中完成产品的提存分离，甲基丙烯酸在全程中停留时间短，温度可控，有效降低了甲基丙烯酸的聚合度，产品纯度达到99.4％以上，固废产生量小，经济效益显著。(4)本发明方法通过监测塔釜采出物料的温度，调节物料采出量和补充萃取剂的加入量，从而确保塔釜温度过高时能够及时排除聚合物，灵活调控精馏塔，降低生产过程能耗、保证产品收率。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
图中：D1-预萃取罐，T1-萃取塔，T2-精馏塔，E1-塔顶冷凝器，E2-塔釜再沸器，D2-冷凝器回流罐，P1-真空系统，E3-循环萃取剂冷凝器。
1-待萃取的甲基丙烯酸水溶液，2-预萃取罐中采出水相物料，3-循环萃取剂，4-萃取相采出物料，5-萃余相采出物料，6-含甲基丙烯酸的凝液，7-预萃取罐中采出油相物料，8不凝的轻组分，9-提纯的甲基丙烯酸产品，10-循环萃取剂，11-塔釜采出的循环萃取剂，12-重组分，13-塔釜进再沸器物料，14-不凝气，15-补充萃取剂。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)29.21％，水含量61.51％，醋酸含量6.1％，其他轻组分杂质(沸点低于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量1.98％，重组分杂质(沸点高于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量1.2％的待萃取的甲基丙烯酸水溶液1以5000kg/h的流率由预萃取罐D1的甲基丙烯酸水溶液进料口进入，甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)8.03％，邻苯二甲酸二丁酯含量89.83％，重组分杂质含量2.14％的循环萃取剂3以1902kg/h的流率进入萃取塔T1。萃取塔T1塔板数为9块塔板，预萃取罐D1中温度为30℃。经预萃取、萃取，甲基丙烯酸溶于邻苯二甲酸二丁酯中，萃取相采出物料4从萃取塔塔顶采出，萃余相采出物料5从萃取塔塔釜采出，预萃取罐中采出油相物料7从预萃取罐油相采出口采出，预萃取罐中采出水相物料2从预萃取罐水相采出口采出，其中物料2、4、5和7各物质的含量如表1所示。
表1预萃取罐和萃取罐出口物料含量
经萃取后预萃取罐中采出油相物料7从第28块塔板进入塔板数为40操作压力为0.003MPa的精馏塔T2，经精馏分离，轻组分物料从精馏塔T2塔顶采出经冷凝器E1冷凝至30℃，部分回流，未回流的液相为含甲基丙烯酸的凝液6进入萃取塔第3块塔板，不凝气14从真空系统排出系统；提纯的甲基丙烯酸产品9从精馏塔T2第24块塔板采出，侧线采出的循环萃取剂10从精馏塔T2第26块塔板采出；塔釜采出的循环萃取剂11和重组分12从精馏塔T2塔釜采出。
经塔釜采出管路上温度检测器显示，塔釜物料温度为109.5℃，则关闭精馏塔侧线循环萃取剂10管路和重组分12管路上的第一调节阀和第三调节阀，打开塔釜采出的循环萃取剂11管路上的第二调节阀，同时关闭补充萃取剂15管路上的第四调节阀。塔釜采出的循环萃取剂11经循环萃取剂冷凝器E3冷却至30℃，回流至萃取塔T1进行循环使用。其中物料6、9、11和14各物质的含量如表2所示。
表2精馏塔及冷凝器回流罐出口物料含量
实施例2：甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)29.21％，水含量61.51％，醋酸含量6.1％，其他轻组分杂质(沸点低于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量1.98％，重组分杂质(沸点高于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量1.2％的待萃取的甲基丙烯酸水溶液1以5000kg/h的流率由预萃取罐D1的甲基丙烯酸水溶液进料口进入，甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)8.03％，邻苯二甲酸二丁酯含量89.83％，重组分杂质含量2.14％的循环萃取剂3以1902.7kg/h的流率进入萃取塔T1。萃取塔塔板数为9块塔板，预萃取罐D1中温度为30℃。经预萃取、萃取，甲基丙烯酸溶于邻苯二甲酸二丁酯中，萃取相采出物料4从萃取塔塔顶采出，萃余相采出物料5从萃取塔塔釜采出，预萃取罐中采出油相物料7从预萃取罐油相采出口采出，预萃取罐中采出水相物料2从预萃取罐水相采出口采出，其中物料2、4、5和7各物质的含量如表3所示。
表3预萃取罐和萃取罐出口物料含量
经萃取后预萃取罐中采出油相物料7从第28块塔板进入塔板数为40操作压力为0.003MPa的精馏塔T2，经精馏分离，轻组分物料从精馏塔T2塔顶采出经冷凝器E1冷凝至30℃，部分回流，未回流的液相为含甲基丙烯酸的凝液6进入萃取塔第3块塔板，不凝气14从真空系统排出系统；提纯的甲基丙烯酸产品9从精馏塔T2第24块塔板采出，侧线采出的循环萃取剂10从精馏塔T2第26块塔板采出；塔釜采出的循环萃取剂11和重组分12从精馏塔T2塔釜采出。
经塔釜采出管路上温度检测器显示，塔釜物料温度为230.6℃，则关闭塔釜采出的循环萃取剂11管路上的第二调节阀，打开精馏塔侧线循环萃取剂10管路和重组分12管路上的第一调节阀和第三调节阀，同时打开补充萃取剂15管路上的第四调节阀，补充萃取剂15管线以390kg/h的流率补充进入系统，控制精馏塔侧线循环萃取剂10管路流量，确保循环萃取剂10管路采出物料温度为110℃。侧线采出的循环萃取剂10管路和补充萃取剂15管路物料经循环萃取剂冷凝器冷却至30℃，返回至萃取塔T1进行循环使用。其中物料6、9、10、12和14各物质的含量如表4所示。
表4精馏塔及冷凝器回流罐出口物料含量
实施例3：甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)30.60％，水含量61.10％，醋酸含量5.1％，其他轻组分杂质(沸点低于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量2.19％，重组分杂质(沸点高于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量1.01％的待萃取的甲基丙烯酸水溶液1以3000kg/h的流率由预萃取罐D1的甲基丙烯酸水溶液进料口进入，甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)9.64％，邻苯二甲酸二丙酯含量88.26％，重组分杂质含量2.1％的循环萃取剂3以1106.55k/h的流率进入萃取塔T1。萃取塔塔板数为8块塔板，预萃取器中温度为34℃。经预萃取、萃取，甲基丙烯酸溶于邻苯二甲酸二丙酯中，萃取相采出物料4从萃取塔塔顶采出，萃余相采出物料5从萃取塔塔釜采出，预萃取罐中采出油相物料7从预萃取罐油相采出口采出，预萃取罐中采出水相物料2从预萃取罐水相采出口采出，其中物料2、4、5和7各物质的含量如表5所示。
表5预萃取罐和萃取罐出口物料含量
经萃取后预萃取罐中采出油相物料7从第28块塔板进入塔板数为30操作压力为0.004MPa的精馏塔T2，经精馏分离，轻组分物料从精馏塔T2塔顶采出经冷凝器E1冷凝至34℃，部分回流，未回流的液相为含甲基丙烯酸的凝液6进入萃取塔第3块塔板，不凝气14从真空系统排出系统；提纯的甲基丙烯酸产品9从精馏塔T2第20块塔板采出，侧线采出的循环萃取剂10从精馏塔T2第26块塔板采出；塔釜采出的循环萃取剂11和重组分12从精馏塔塔釜采出。
经塔釜采出管路上温度检测器显示，塔釜物料温度为109.8℃，则关闭精馏塔侧线循环萃取剂10管路和重组分12管路上的第一调节阀和第三调节阀，打开塔釜采出的循环萃取剂11管路上的第二调节阀，同时关闭补充萃取剂15管路上的第四调节阀。塔釜采出的循环萃取剂11经循环萃取剂冷凝器E3冷却至34℃，回流至萃取塔T1进行循环使用。其中物料6、9、11和14各物质的含量如表6所示。
表6精馏塔及冷凝器回流罐出口物料含量
实施例4：甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)30.60％，水含量61.10％，醋酸含量5.1％，其他轻组分杂质(沸点低于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量2.19％，重组分杂质(沸点高于甲基丙烯酸的杂质，下同)含量1.01％的待萃取的甲基丙烯酸水溶液1以3000kg/h的流率由预萃取罐D1的甲基丙烯酸水溶液进料口进入，甲基丙烯酸含量(质量分数，下同)10.53％，邻苯二甲酸二丙酯含量87.39％，重组分杂质含量2.08％的循环萃取剂3以1117.65kg/h的流率进入萃取塔T1。萃取塔塔板数为8块塔板，预萃取罐D1中温度为34℃。经预萃取、萃取，甲基丙烯酸溶于邻苯二甲酸二丙酯中，萃取相采出物料4从萃取塔塔顶采出，萃余相采出物料5从萃取塔塔釜采出，预萃取罐中采出油相物料7从预萃取罐油相采出口采出，预萃取罐中采出水相物料2从预萃取罐水相采出口采出，其中物料2、4、5和7各物质的含量如表7所示。
表7预萃取罐和萃取罐出口物料含量
经萃取后预萃取罐中采出油相物料从第28块塔板进入塔板数为30，操作压力为0.005MPa的精馏塔T2，经精馏分离，轻组分物料从精馏塔T2塔顶采出经冷凝器E1冷凝至34℃，部分回流，未回流的液相为含甲基丙烯酸的凝液6进入萃取塔第3块塔板，不凝气14从真空系统排出系统；提纯的甲基丙烯酸产品9从精馏塔第20块塔板采出，侧线采出的循环萃取剂10从精馏塔T2第26块塔板采出；塔釜采出的循环萃取剂11和重组分12从精馏塔T2塔釜采出。
经塔釜物料采出口物料管线11上温度检测器显示，塔釜物料温度为211.3℃，则关闭塔釜采出的循环萃取剂11管路上的第二调节阀，打开精馏塔侧线循环萃取剂10管路和重组分12管路上的第一调节阀和第三调节阀，同时打开补充萃取剂15管路上的第四调节阀，补充萃取剂15管线以163.7kg/h的流率补充进入系统，，控制精馏塔侧线循环萃取剂10管路流量，确保循环萃取剂10管路采出物料温度为109.5℃。侧线采出的循环萃取剂10管路和补充萃取剂15管路物料经循环萃取剂冷凝器冷却至34℃，返回至萃取塔T1进行循环使用。其中物料6、9、10、12和14各物质的含量如表8所示。
表8精馏塔及冷凝器回流罐出口物料含量
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种提纯甲基丙烯酸的方法，其特征在于：以甲基丙烯酸水溶液为原料，以有机酸酯类为萃取剂，在预萃取罐（D1）中进行预萃取，预萃取罐（D1）中采出水相物料进入萃取塔（T1）进行多级萃取，预萃取罐（D1）中采出油相物料进入精馏塔（T2）精馏提纯；
精馏塔（T2）中精馏后，经塔顶采出轻组分物料，冷凝后为含甲基丙烯酸的凝液，部分回流至精馏塔（T2），另一部分回流至萃取塔（T1），不凝的轻组分进入真空系统后，不凝气排出系统；循环萃取剂从精馏塔（T2）侧线采出回流至萃取塔（T1）；重组分物料从塔釜采出；提纯的甲基丙烯酸产品从精馏塔（T2）侧线采出；重组分物料从塔釜采出后，部分物料进塔釜再沸器（E2）加沸后回流至精馏塔（T2）；另一部分物料从采出管线分为两条管路，一条管路作为塔釜采出的循环萃取剂管路，并入从精馏塔（T2）侧线采出的循环萃取剂管路后，经过循环萃取剂冷凝器（E3）冷凝后回流至萃取塔（T1）；另一条管路作为重组分管路排出系统；在所述循环萃取剂冷凝器（E3）上设置萃取剂补充口；对采出管路上的物料进行温度监控，温度设定值为不高于110℃，当温度高于设定值时，则打开精馏塔（T2）侧线循环萃取剂管路、重组分管路和萃取剂补充口，关闭塔釜采出的循环萃取剂管路；当温度低于设定值时，则关闭精馏塔（T2）侧线循环萃取剂管路、重组分管路和萃取剂补充口，打开塔釜采出的循环萃取剂管路；所述有机酸酯类为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丙酯、邻苯二甲酸二丁酯、六氢化邻苯二甲酸二异丁酯或癸二酸二丁酯中的至少一种；
萃取塔（T1）中，预萃取罐（D1）中采出的水相物料、回流的含甲基丙烯酸的凝液和回流的循环萃取剂逆流接触，在萃取塔（T1）的塔顶采出萃取相进入预萃取罐（D1）进行循环反应，塔釜采出萃余相排出系统。
2.根据权利要求1所述的提纯甲基丙烯酸的方法，其特征在于：所述甲基丙烯酸水溶液中的甲基丙烯酸与有机酸酯类的质量比为1：（1.2~2）。
3.根据权利要求1所述的提纯甲基丙烯酸的方法，其特征在于：所述萃取塔（T1）设有5~10块筛板。
4.根据权利要求1所述的提纯甲基丙烯酸的方法，其特征在于：萃取剂从侧线采出后冷凝至25～40℃后回流至萃取塔（T1）。
5.根据权利要求1所述的提纯甲基丙烯酸的方法，其特征在于：所述精馏塔（T2）的工作压力为0.001MPa~0.01MPa。
6.根据权利要求1所述的提纯甲基丙烯酸的方法，其特征在于：所述精馏塔设有30～50块塔板，原料进口位于第20～30块塔板，提纯的甲基丙烯酸产品采出口位于第17～25块塔板，循环萃取剂采出口位于第25～45块塔板。
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