本技術(shù)涉及一種合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾工藝及其催化精餾塔，屬于連續(xù)催化精餾。

背景技術(shù)：

1、二丙酮醇，別名4-羥基-4-甲基-2-戊酮、雙丙酮醇（diacetone?alcohol，簡稱daa），由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)，使其同時具有酮和醇的性質(zhì)與功能，是化工生產(chǎn)中的重要原料和有機(jī)溶劑。二丙酮醇具有沸點(diǎn)高、電阻率小、導(dǎo)電性能好等特點(diǎn)，被視為一種可以取代丙酮的環(huán)保溶劑，例如可用作清潔溶劑或醋酸纖維素、硝基纖維素和環(huán)氧樹脂等的溶劑，此外，還可于染料、噴漆稀釋劑、防腐劑、木材著色劑、除銹劑與抗凍劑、液壓油溶劑和萃取劑等化工產(chǎn)品的制備過程。同時，daa?還是一種重要的化工中間體，是制備甲基異丁基酮（mibk）、異亞丙基丙酮和異佛爾酮等有機(jī)產(chǎn)品的中間體。二丙酮醇高溫下不穩(wěn)定，在120?℃以上會劇烈分解為丙酮。

2、目前工業(yè)上以丙酮為原料制備二丙酮醇的傳統(tǒng)工藝是采用間歇反應(yīng)釜或固定床反應(yīng)器，使用堿金屬或堿土金屬的氧化物、氫氧化物或碳酸鹽等催化劑，具有催化劑簡單、價格低廉、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但其顯著缺點(diǎn)是選擇性差、副產(chǎn)物多，后處理困難且環(huán)境污染嚴(yán)重。使用非均相催化劑（如堿性陰離子樹脂等）結(jié)合固定床工藝來生產(chǎn)二丙酮醇，相較于均相催化劑，具有產(chǎn)品分離容易、相對更環(huán)保、腐蝕性較小等優(yōu)勢，但是該工藝依舊沒有解決轉(zhuǎn)化率較的問題。

3、中國專利cn?85100473a公開了一種合成二丙酮醇的間歇反應(yīng)釜工藝，雖然通過使用高活性催化劑縮短了反應(yīng)時間，并通過降低反應(yīng)溫度增加了單程轉(zhuǎn)化率，但受到平衡轉(zhuǎn)化率的限制，二丙酮醇的收率仍比較低，約為18～20％。

4、中國專利cn?110496414a公開了一種合成二丙酮醇的連續(xù)反應(yīng)精餾裝備及其工藝。該工藝通過反應(yīng)精餾，將反應(yīng)與分離相耦合，打破了反應(yīng)平衡的限制，二丙酮醇的收率遠(yuǎn)超間歇反應(yīng)釜與固定床工藝；但該工藝為常壓反應(yīng)精餾，需要在較高的溫度下進(jìn)行，存在反應(yīng)溫度與分離溫度不匹配，丙酮無法完全轉(zhuǎn)化，副產(chǎn)物較多，且能耗較高。同時，塔釜得到的二丙酮醇濃度不高，還需要再次精餾分離，增加設(shè)備費(fèi)用與能耗。此外，塔釜的高溫還會導(dǎo)致二丙酮醇的分解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，使丙酮完全轉(zhuǎn)化獲得高純度的二丙酮醇，同時不產(chǎn)生副產(chǎn)物。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

3、本實(shí)用新型合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：包括催化精餾塔、冷凝器和內(nèi)置再沸器，所述催化精餾塔包括反應(yīng)段和提餾段兩個部分，所述催化精餾塔的進(jìn)料口位于反應(yīng)段和提餾段之間，在催化精餾塔的塔頂設(shè)置有外置的所述冷凝器，所述冷凝器的入端與催化精餾塔的塔頂出口連接，所述冷凝器的出端與催化精餾塔的塔頂側(cè)部入口連接，在催化精餾塔的塔底設(shè)置有所述的內(nèi)置再沸器，在催化精餾塔的底部設(shè)有塔釜采出口。

4、優(yōu)選的，上述催化精餾塔的反應(yīng)段分為三段，每段高度為4～6?m，催化精餾塔（t101）提餾段的塔板數(shù)為3～5塊，所述催化精餾塔（t101）的絕對操作壓強(qiáng)為12～15?kpa，塔頂回流方式為全回流，所述催化精餾塔（t101）的塔頂溫度為0～10?℃，塔釜溫度為100～110?℃，催化精餾塔空速為0.45~0.64?h-1。

5、優(yōu)選的，上述反應(yīng)段安裝的催化填料中的催化劑為氫氧根型大孔徑堿性樹脂，反應(yīng)段分為三段，第一段裝填828樹脂，第二段和第三段裝填d296樹脂。

6、優(yōu)選的，上述冷凝器采用-15～-20?℃乙二醇水溶液作為冷凝液。

7、優(yōu)選的，上述內(nèi)置再沸器為單管程單殼程列管可溢流式再沸器，再沸器內(nèi)置于塔身內(nèi)，且置于提餾段下方0.5?m處，列管尺寸為φ38?mm，列管長度為1~1.5?m，其中部設(shè)置一根升氣溢流管，其截面積為塔截面積的1%~5%，該管口高于其它列管管口3~8cm。

8、本實(shí)用新型使用所述精餾塔合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化的精餾工藝，按以下步驟進(jìn)行：（1）丙酮從反應(yīng)段和提餾段之間的進(jìn)料口進(jìn)入催化精餾塔（t101），丙酮被加熱汽化進(jìn)入反應(yīng)段，在催化填料中催化劑作用下進(jìn)行縮合反應(yīng)，未反應(yīng)的輕組分丙酮從塔頂蒸出后在冷凝器中冷凝，冷凝液全回流至催化精餾塔塔頂，再次進(jìn)入反應(yīng)段進(jìn)行反應(yīng)，并在反應(yīng)段形成丙酮富集區(qū)；（2）反應(yīng)段反應(yīng)生成的二丙酮醇通過催化填料的分離作用進(jìn)入提餾段，在提餾段中進(jìn)一步將二丙酮醇夾帶的丙酮分離，丙酮回到反應(yīng)段繼續(xù)反應(yīng)，二丙酮醇進(jìn)入內(nèi)置再沸器的管程，再沸器的殼程由加熱蒸汽提供熱源；（3）催化精餾塔（t101）的內(nèi)置再沸器采用單管程單殼程列管可溢流式再沸器，二丙酮醇經(jīng)單管程單殼程列管可溢流式再沸器部分汽化后，一部分汽相進(jìn)入催化精餾塔（t101）提餾段為全塔提供熱源，未汽化的二丙酮醇從再沸器管程由于重力作用進(jìn)入催化精餾塔塔釜，塔釜無額外提供熱源，二丙酮醇產(chǎn)品直接從塔釜采出，縮短二丙酮醇在塔釜和再沸器中的停留時間，避免二丙酮醇的高溫分解。

9、本實(shí)用新型該工藝丙酮轉(zhuǎn)化率>99.9%，二丙酮醇產(chǎn)品純度>99.9%，反應(yīng)過程不產(chǎn)生異丙叉丙酮等副產(chǎn)物。

10、本實(shí)用新型的有益效果

11、本實(shí)用新型通過減壓，實(shí)現(xiàn)分離溫度與反應(yīng)溫度的匹配，顯著提高了反應(yīng)的選擇性，且產(chǎn)品無需后續(xù)分離，能耗低、設(shè)備投入少。

12、本實(shí)用新型通過催化精餾塔內(nèi)置單管程單殼程列管可溢流式再沸器作為塔釜加熱設(shè)備，縮短了二丙酮醇的加熱時間，避免二丙酮醇受熱分解成丙酮，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物純度高且質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，催化精餾塔塔釜采出的二丙酮醇即可作為合格產(chǎn)品；其升氣溢流管可實(shí)現(xiàn)汽液的順利逆向流動，同時在大流量下確保汽液兩相的順利流動。

13、以及，相較于傳統(tǒng)間歇反應(yīng)釜與固定床工藝，解決了反應(yīng)工藝中轉(zhuǎn)化率低，丙酮無法完全轉(zhuǎn)化且產(chǎn)物需要后續(xù)分離的問題；相較于常壓的催化精餾塔工藝，解決了副產(chǎn)物多選擇性差，丙酮無法徹底轉(zhuǎn)化且產(chǎn)物需要后續(xù)分離等問題，減少了一個二丙酮醇精餾塔，大幅減少了設(shè)備投資；同時，降低了反應(yīng)溫度，避免了二丙酮醇再次分解為丙酮，也減少了能耗。

14、下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

技術(shù)特征：

1.一種合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：包括催化精餾塔、冷凝器和內(nèi)置再沸器，所述催化精餾塔包括反應(yīng)段和提餾段兩個部分，所述催化精餾塔的進(jìn)料口位于反應(yīng)段和提餾段之間，在催化精餾塔的塔頂設(shè)置有外置的所述冷凝器，所述冷凝器的入端與催化精餾塔的塔頂出口連接，所述冷凝器的出端與催化精餾塔的塔頂側(cè)部入口連接，在催化精餾塔的塔底設(shè)置有所述的內(nèi)置再沸器，在催化精餾塔的底部設(shè)有塔釜采出口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：所述催化精餾塔的反應(yīng)段分為三段，每段高度為4～6?m，催化精餾塔提餾段的塔板數(shù)為3～5塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：所述催化精餾塔的絕對操作壓強(qiáng)為12～15?kpa，所述催化精餾塔的塔頂溫度為0～10?℃，塔釜溫度為100～110?℃，催化精餾塔空速為0.45~0.64?h-1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：所述反應(yīng)段安裝的催化填料中的催化劑為氫氧根型大孔徑堿性樹脂。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：所述反應(yīng)段分為三段，第一段裝填828樹脂，第二段和第三段裝填d296樹脂。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：所述冷凝器采用-15～-20?℃乙二醇水溶液作為冷凝液。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：所述內(nèi)置再沸器設(shè)在精餾塔塔身內(nèi)周壁上，內(nèi)置再沸器的構(gòu)造是密閉的圓柱臺殼體，圓柱臺殼體外周壁與精餾塔塔身內(nèi)周壁接觸，在殼體的上、下表面之間的中部設(shè)置一根升氣溢流管，在升氣溢流管的外周布設(shè)有多根列管，在圓柱臺殼體與升氣溢流管、列管之間形成空腔，該空腔與精餾塔塔身外的熱源通過管路進(jìn)行循環(huán)熱交換。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，其特征在于：所述內(nèi)置再沸器置于提餾段下方0.5?m處，列管尺寸為φ38?mm，列管長度為1~1.5?m，所述升氣溢流管截面積為塔截面積的1%~5%，升氣溢流管管口高于其它列管管口3~8cm。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及一種合成二丙酮醇低溫減壓連續(xù)催化精餾塔，包括催化精餾塔、冷凝器和內(nèi)置再沸器，所述催化精餾塔包括反應(yīng)段和提餾段兩個部分，所述催化精餾塔的進(jìn)料口位于反應(yīng)段和提餾段之間，在催化精餾塔的塔頂設(shè)置有外置的所述冷凝器，冷凝器的入端與催化精餾塔的塔頂出口連接，冷凝器的出端與催化精餾塔的塔頂側(cè)部入口連接，在催化精餾塔的塔底設(shè)置有所述的內(nèi)置再沸器，在催化精餾塔的底部設(shè)有塔釜采出口。本技術(shù)不僅顯著提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率（>99.9%），而且反應(yīng)選擇性達(dá)到100%，避免了副產(chǎn)物的產(chǎn)生以及二丙酮醇的分解，降低了反應(yīng)能耗，此外產(chǎn)品無需后續(xù)分離、催化劑無需分離回收。

技術(shù)研發(fā)人員：葉長燊,王淮宇,邱挺,牟建宇,楊臣,俞快,王紅星,黃智賢,陳杰,齊兆洋,王清蓮,尹旺,林毅雄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240424
技術(shù)公布日：2025/1/2