本發(fā)明涉及高純度乙腈制備等技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種乙酸氨化制備高純度乙腈的裝置及方法。

背景技術(shù)：

乙腈是一種重要的有機(jī)化工及精細(xì)化工原料，具有優(yōu)良的溶劑性能，能溶解多種無(wú)機(jī)、有機(jī)及氣體化合物，可作為有機(jī)合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、表面活性劑、燃料等精細(xì)化學(xué)品的合成原料，高純乙腈還應(yīng)用于高效液相色譜HPLC的溶劑。工業(yè)上乙腈的生產(chǎn)方法包括乙酸氨化法、乙酰胺氨化法、丙烯氨氧化副產(chǎn)法、酒精合成法等。由乙酸氨化法得到的乙腈產(chǎn)品雜質(zhì)種類少、含量低，產(chǎn)品較為純凈，純度較高，分離過(guò)程較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程能耗較低，并可較容易地進(jìn)一步加工成為色譜級(jí)乙腈，是具有工業(yè)前景的一種合

成方法。隨著乙腈的開(kāi)發(fā)利用率不斷提高，乙腈的市場(chǎng)需求不斷增加，乙腈的下游70％用于制藥行業(yè)，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)醫(yī)藥級(jí)乙腈的指標(biāo)要求在99.9％以上，高純乙腈的供求問(wèn)題也逐日凸顯。為了滿足工業(yè)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)直接合成乙腈及其精制工藝變得越來(lái)越迫切。

現(xiàn)有的精制技術(shù)有萃取精餾法、共沸精餾法、變壓精餾法等。以上幾種分離方法都存在著較大的缺點(diǎn)和不足，比如變壓精餾法操作難度大，設(shè)備投資大而且安全性較差；共沸精餾法操作流程長(zhǎng)，控制單元多，能耗大，引入某些共沸劑造成環(huán)境污染，影響產(chǎn)品質(zhì)量；萃取精餾法所需溶劑其萃取范圍較窄，具有一定的限制性，且溶劑用量太大，能耗和設(shè)備費(fèi)用高，缺乏經(jīng)濟(jì)價(jià)值。相比以上幾種方法，膜分離法作為基于材料的分離過(guò)程，對(duì)材料的物化性質(zhì)和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，具有高效節(jié)能、環(huán)境友好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是可以突破乙腈和水的共沸平衡限制。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410404988.8的專利，提出一種用于醋酸氨化合成乙腈的精制方法，該方法采用酸性吸收劑對(duì)醋酸氨化粗產(chǎn)品分兩級(jí)吸收，經(jīng)提濃后得到乙腈水溶液，然后送入滲透汽化膜分離得到粗品乙腈，最后送入精餾塔后得到成品乙腈。該方法采用吸收塔來(lái)去除氨氣，不凝氣體從吸收塔塔頂放空。吸收法將多余氨氣轉(zhuǎn)化為銨鹽，吸收液也會(huì)帶走部分乙腈，造成一定的物質(zhì)損耗。另外，滲透汽化采用脫水膜，膜分離前進(jìn)料必須設(shè)置蒸發(fā)器，由于水的潛熱2457kJ/kg遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于乙腈潛熱33.25kJ/kg,汽化所需的能耗較高。如何在不影響高純度乙腈質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，進(jìn)而降低更多能耗，減少運(yùn)行成本，仍有創(chuàng)新工作要做。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種乙酸氨化制備高純度乙腈的裝置及方法。該裝置簡(jiǎn)化了現(xiàn)有生產(chǎn)工藝和設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)便安全，運(yùn)行成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高的特點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種乙酸氨化制備高純度乙腈的裝置，包括有依次連接的反應(yīng)塔1、冷凝器、優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組5、精餾塔6；其中，冷凝器的不凝氣出口與反應(yīng)塔的入口連接，優(yōu)先透有機(jī)物膜分離裝置的滲透?jìng)?cè)與精餾塔的入口連接，精餾塔的塔頂出口與滲透汽化分離膜機(jī)組的入口連接。

進(jìn)一步地，所述的冷凝器包括第一級(jí)冷凝器2和第二級(jí)冷凝器3，兩級(jí)冷凝器依次連接，第一級(jí)冷凝器的入口與反應(yīng)塔的出口相連，所述第一級(jí)冷凝器和第二級(jí)冷凝器的液體出口與優(yōu)先透有機(jī)物膜分離裝置的入口連接，第二級(jí)冷凝器的不凝氣出口與反應(yīng)塔的入口連接。

進(jìn)一步地，冷凝器與優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組之間還設(shè)有換熱器4。

進(jìn)一步地，所述優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組包含膜組件，冷凝器和真空泵，真空泵與優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的滲透?jìng)?cè)連接，所述膜組件由單個(gè)或多個(gè)單元優(yōu)先透有機(jī)物膜串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)組成，各單元膜的滲透?jìng)?cè)通過(guò)管路并聯(lián)于真空泵總管，真空泵維持滲透?jìng)?cè)真空度為100～9000 Pa。

進(jìn)一步地，優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組采用的膜是具有優(yōu)先透過(guò)乙腈有機(jī)物的特定功能性膜，材質(zhì)是硅橡膠、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、丁腈橡膠、聚醚酰胺嵌段共聚物、疏水納米二氧化鈦、無(wú)機(jī)型分子篩或無(wú)機(jī)陶瓷中的一種或幾種復(fù)合而成。

利用上述裝置乙酸氨化制備高純度乙腈的方法，包括如下步驟：

（1）將乙酸氨化反應(yīng)塔獲得的粗乙腈氣體混合物經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝，得到乙腈母液，不凝氣體氨氣可返回反應(yīng)器再次反應(yīng)；

（2）將步驟（1）得到的乙腈母液經(jīng)換熱器預(yù)熱后送入優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組進(jìn)行滲透汽化，乙腈有選擇性的透過(guò)膜成為滲透蒸汽，滲透?jìng)?cè)抽真空，滲透蒸汽冷凝為滲透液，而滲余側(cè)得到的料液幾乎為水；

（3）將步驟（2）得到的滲透液送入精餾塔，經(jīng)精餾分離后塔釜得到高純度乙腈。

進(jìn)一步地，第（1）步采用兩級(jí)冷凝器分級(jí)冷凝，第一級(jí)冷凝介質(zhì)為自來(lái)水或循環(huán)水，進(jìn)口溫度為20~35℃，出口溫度為25~45℃；第二級(jí)冷凝介質(zhì)為冷凍液，進(jìn)口溫度為0~15℃，出口溫度為5~20℃，經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝后冷凝液中乙腈含量為30%~60%。

進(jìn)一步地，步驟（2）所述換熱器預(yù)熱溫度為25~60℃。

進(jìn)一步地，步驟（3）所述的精餾塔塔頂獲得的共沸液可返回至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的入口中，進(jìn)入下一次循環(huán)分離。

進(jìn)一步地，所述方法制備得到高純度乙腈，其純度大于99.99％。

本發(fā)明提出的一種乙酸氨化制備高純度乙腈的方法，在乙酸氨化反應(yīng)后，反應(yīng)產(chǎn)生的粗產(chǎn)品氣體混合物首先采用冷凝器冷凝處理，得到乙腈母液和不凝氣體氨氣，氨氣可返回反應(yīng)器再次反應(yīng)，不僅除去多余的氨氣，還提高了原料氨氣的利用率，也間接提高了反應(yīng)塔乙腈的轉(zhuǎn)化率。由于氨氣沸點(diǎn)為-33.5℃，而乙腈沸點(diǎn)為81℃，常溫下即可完成乙腈的冷凝，因而冷凝操作的能耗較低。經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝后冷凝液中乙腈含量為30%~60%。優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組進(jìn)料無(wú)須蒸汽形式，只需將冷凝后的乙腈母液經(jīng)換熱器預(yù)熱到適宜溫度送至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組，由于乙腈潛熱33.25kJ/g遠(yuǎn)小于水的潛熱2457kJ/kg，因此，優(yōu)先透乙腈所需的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于優(yōu)先透水所需的能耗。滲透汽化分離后，滲透?jìng)?cè)得到高濃度的乙腈蒸汽，而滲余側(cè)得到的料液幾乎為水，簡(jiǎn)單處理可回收利用。最后，滲透?jìng)?cè)乙腈蒸汽冷凝后進(jìn)入精餾塔進(jìn)一步分離，塔釜得到高純度乙腈。塔頂獲得的共沸液可返回至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的入口中，進(jìn)入下一次循環(huán)分離。不僅充分回收了乙腈，還提高乙腈產(chǎn)品的總收率。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明采用兩級(jí)冷凝器冷凝，不僅除去多余的氨氣，還提高了原料氨氣的利用率，降低原材料成本，也間接提高了反應(yīng)塔乙腈的轉(zhuǎn)化率。

（2）本發(fā)明使用的是優(yōu)先透有機(jī)物膜，不受共沸限制，滲透汽化所需的能耗低，液體混合物可直接進(jìn)入膜機(jī)組，無(wú)須增加蒸發(fā)器等設(shè)備，因此降低了設(shè)備和加熱汽化的成本。

（3）精餾塔塔頂?shù)牡降囊译?水的共沸液返回至膜機(jī)組進(jìn)料側(cè)，提高了乙腈的轉(zhuǎn)化率。

（4）本發(fā)明操作簡(jiǎn)便安全，運(yùn)行成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高。

附圖說(shuō)明

圖1是醋酸氨化法合成乙腈的乙腈精制工藝流程圖。

其中：1是反應(yīng)塔，2是第一級(jí)冷凝器，3是第二級(jí)冷凝器，4是換熱器，5是優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組，6是精餾塔。A是氨氣，B是乙酸，C是滲余液，D是高純度乙腈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明所涉及的主題保護(hù)范圍并非僅限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1：乙酸氨化反應(yīng)塔獲得的粗乙腈氣體混合物首先采用二級(jí)冷凝器分級(jí)冷凝，第一級(jí)冷凝介質(zhì)為自來(lái)水，進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為25℃；第二級(jí)冷凝介質(zhì)為冷凍液，進(jìn)口溫度為0℃，出口溫度為5℃。經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝后得到的乙腈母液中乙腈含量為60%。不凝氣體氨氣返回反應(yīng)器再次反應(yīng)。乙腈母液經(jīng)換熱器預(yù)熱到25℃時(shí)，送入優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組進(jìn)行滲透汽化，膜材料為聚三甲基硅丙炔-聚四氟乙烯-無(wú)機(jī)型分子篩復(fù)合膜，滲透?jìng)?cè)抽真空，真空度為9000 Pa，由于滲透汽化膜對(duì)不同物質(zhì)吸附選擇透過(guò)性的不同，乙腈有選擇性的透過(guò)膜成為滲透蒸汽，滲透蒸汽冷凝為滲透液，而被截留的滲余液主要為水，簡(jiǎn)單處理后可作為工業(yè)用水回收利用。滲透液送入精餾塔，經(jīng)精餾分離后塔釜得到99.991%以上的高純度乙腈。塔頂獲得的共沸液可返回至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的入口中，進(jìn)入下一次循環(huán)分離。

實(shí)施例2：乙酸氨化反應(yīng)塔獲得的粗乙腈氣體混合物首先采用二級(jí)冷凝器分級(jí)冷凝，第一級(jí)冷凝介質(zhì)為自來(lái)水，進(jìn)口溫度為28℃，出口溫度為40℃；第二級(jí)冷凝介質(zhì)為冷凍液，進(jìn)口溫度為6℃，出口溫度為10℃。經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝后冷凝液中乙腈含量為50%。不凝氣體氨氣返回反應(yīng)器再次反應(yīng)。乙腈母液經(jīng)換熱器預(yù)熱到30℃時(shí)，送入優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組進(jìn)行滲透汽化，膜材料為聚二甲基硅氧烷-聚醚酰胺嵌段共聚物復(fù)合膜，滲透?jìng)?cè)抽真空，真空度為2000 Pa，由于滲透汽化膜對(duì)不同物質(zhì)吸附選擇透過(guò)性的不同，乙腈有選擇性的透過(guò)膜成為滲透蒸汽，滲透蒸汽冷凝為滲透液，而被截留的滲余液主要為水，簡(jiǎn)單處理后可作為工業(yè)用水回收利用。滲透液送入精餾塔，經(jīng)精餾分離后塔釜得到99.993%以上的高純度乙腈。塔頂獲得的共沸液可返回至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的入口中，進(jìn)入下一次循環(huán)分離。

實(shí)施例3：乙酸氨化反應(yīng)塔獲得的粗乙腈氣體混合物首先采用二級(jí)冷凝器分級(jí)冷凝，第一級(jí)冷凝介質(zhì)為自來(lái)水，進(jìn)口溫度為35℃，出口溫度為45℃；第二級(jí)冷凝介質(zhì)為冷凍液，進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為20℃。經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝后冷凝液中乙腈含量為30%。不凝氣體氨氣返回反應(yīng)器再次反應(yīng)。乙腈母液經(jīng)換熱器預(yù)熱到40℃時(shí)，送入優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組進(jìn)行滲透汽化，膜材料為硅橡膠-聚偏氟乙烯-疏水納米二氧化鈦復(fù)合膜，滲透?jìng)?cè)抽真空，真空度為100 Pa，由于滲透汽化膜對(duì)不同物質(zhì)吸附選擇透過(guò)性的不同，乙腈有選擇性的透過(guò)膜成為滲透蒸汽，滲透蒸汽冷凝為滲透液，而被截留的滲余液主要為水，簡(jiǎn)單處理后可作為工業(yè)用水回收利用。滲透液送入精餾塔，經(jīng)精餾分離后塔釜得到99.998%以上的高純度乙腈。塔頂獲得的共沸液可返回至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的入口中，進(jìn)入下一次循環(huán)分離。

實(shí)施例4：乙酸氨化反應(yīng)塔獲得的粗乙腈氣體混合物首先采用二級(jí)冷凝器分級(jí)冷凝，第一級(jí)冷凝介質(zhì)為自來(lái)水，進(jìn)口溫度為30℃，出口溫度為39℃；第二級(jí)冷凝介質(zhì)為冷凍液，進(jìn)口溫度為12℃，出口溫度為18℃。經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝后冷凝液中乙腈含量為40%。不凝氣體氨氣返回反應(yīng)器再次反應(yīng)。乙腈母液經(jīng)換熱器預(yù)熱到45℃時(shí)，送入優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組進(jìn)行滲透汽化，膜材料為聚二甲基硅氧烷-丁腈橡膠-無(wú)機(jī)陶瓷復(fù)合膜，滲透?jìng)?cè)抽真空，真空度為500 Pa，由于滲透汽化膜對(duì)不同物質(zhì)吸附選擇透過(guò)性的不同，乙腈有選擇性的透過(guò)膜成為滲透蒸汽，滲透蒸汽冷凝為滲透液，而被截留的滲余液主要為水，簡(jiǎn)單處理后可作為工業(yè)用水回收利用。滲透液送入精餾塔，經(jīng)精餾分離后塔釜得到99.997%以上的高純度乙腈。塔頂獲得的共沸液可返回至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的入口中，進(jìn)入下一次循環(huán)分離。

實(shí)施例5：乙酸氨化反應(yīng)塔獲得的粗乙腈氣體混合物首先采用二級(jí)冷凝器分級(jí)冷凝，第一級(jí)冷凝介質(zhì)為自來(lái)水，進(jìn)口溫度為35℃，出口溫度為45℃；第二級(jí)冷凝介質(zhì)為冷凍液，進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為20℃。經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝后冷凝液中乙腈含量為30%。不凝氣體氨氣返回反應(yīng)器再次反應(yīng)。乙腈母液經(jīng)換熱器預(yù)熱到60℃時(shí)，送入優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組進(jìn)行滲透汽化，膜材料為丁苯橡膠-聚丙烯-無(wú)機(jī)陶瓷復(fù)合膜，滲透?jìng)?cè)抽真空，真空度為800 Pa，由于滲透汽化膜對(duì)不同物質(zhì)吸附選擇透過(guò)性的不同，乙腈有選擇性的透過(guò)膜成為滲透蒸汽，滲透蒸汽冷凝為滲透液，而被截留的滲余液主要為水，簡(jiǎn)單處理后可作為工業(yè)用水回收利用。滲透液送入精餾塔，經(jīng)精餾分離后塔釜得到99.993%以上的高純度乙腈。塔頂獲得的共沸液可返回至優(yōu)先透有機(jī)物膜機(jī)組的入口中，進(jìn)入下一次循環(huán)分離。