醋酸生产工艺
工业上合成醋酸的方法主要有①乙烯—乙醛—醋酸两步法②乙醇—乙醛—醋酸两步法③烷烃和轻质油氧化法④甲醇羰化法;目前,甲醇低压羰基合成醋酸是世界上生产醋酸的主要生产方法;
甲醇羰基化法工业化生产醋酸技术的主要进展包括：BP公司的Cativa工艺、Celane公司开发出的Celans低水含量工艺、UOP/Chiyoda开发出的UOP/Chiyoda Acetica工艺、Haldor Topsoe的合成气经甲醇/二甲醚生产醋酸新工艺、我国西南化工研究设计院开发的蒸发流程;
甲醇羰基化合成醋酸MCA的反应活化能非常高,必须在催化剂作用下才能实现,羰基化法生产乙酸的核心课题一直是高性能的催化体系及其相应的工艺技术的开发;MCA的催化剂经历了三个发展阶段：①碘化钴催化剂存在条件苛刻,选择性低②铑基催化剂较①反应条件温和,选择性高,但存在昂贵铑的流失和腐蚀严重的问题③铱基催化剂铱基催化剂的发展从非均相如IrI3到均相如Ir4CO4,考虑到醋酸及时产物又是溶剂的反应环境,最佳催化剂形态为醋酸铱Cativa;工艺设备方面的发展：①鼓泡塔式反应器②双反应器串联工艺第一反应器为普通带搅拌的釜式,第二反应器为泡罩塔式③多种产品联产工艺④联合转换工艺
西南化工研究设计院开发的羰基合成醋酸工艺具有以下特点：
1转化率、选择性均很高,副产物少,三废排放少,产品质量好；接近或达到了世界先进水平；
2由于采用了蒸发流程,使反应器的生产能力提高,能耗降低；
3反应条件温和,催化剂虽为贵金属,但稳定性增强,寿命长,用量减少；
4生产成本不高于其他任何一种羰基合成生产方法；
5工艺流程组织合理,易于控制,操作稳定可靠;
西南化工研究设计院甲醇低压法合成醋酸工艺主要包括CO造气和醋酸合成工段;其中造气工段主要包括造气、预脱硫、压缩、脱硫脱碳工序;醋酸工段合成主要包括合成、转化、蒸发、脱轻、脱水、提馏、脱烷、吸收再生、成品等工段;尾气提纯CO工段主要是对醋酸装置的尾气进行处理;甲醇低压羰基法合成醋酸的基本工艺流程如图一;
1-反应釜；2-冷凝器；3-蒸发器；4-脱轻塔；5-脱水塔；6-脱烷塔；7-成品他
图一 甲醇低压羰基法合成醋酸简明工艺流程
甲醇由甲醇中间储槽经甲醇加料泵送至反应釜,精制CO由反应釜底部进入釜内CO分配管,在搅拌器的作用下,CO在溶液中扩散溶解;在压力~ MPa 和温度185~ 195℃下,在铑催化剂、碘甲烷促进剂及碘化锂稳定剂的作用下,CO 与甲醇在反应釜内生成醋酸;反应釜内未反应完的CO及N2、CH4等惰性气体,以及副反应生成的CO2和H2,经反应釜冷凝器冷却后进入冷凝液分离器;含有大量碘甲烷、醋酸、醋酸甲酯等的冷凝液送回反应釜,冷却后的气体进入闪蒸罐,通过排出气体流量来控制反应釜内的CO分压;反应釜内生成的醋酸及反应液,在闪蒸罐内降温减压闪蒸后形成气液两相;含有铑催化剂的液体经催化剂循环泵送回反应釜,维持釜内催化剂浓度的稳定,同时也是移去反应热的重要手段;含有醋酸、碘甲烷、碘化氢、水及醋酸甲酯等组分的气相去脱轻塔进行分离;来自闪蒸罐气相物料中的碘化氢以及夹带的少量铑催化剂,在脱轻塔底部靠位差返回闪蒸罐；塔顶气相冷凝后,在塔顶回流罐内分离为轻、重两相,上层含有大量水和醋酸的轻相,一部分泵送到塔顶作为回流,另外一部分泵送到合成釜,下层含有大量甲基碘及少量醋酸及醋酸甲酯的重相直接泵送回合成釜；脱轻塔蒸馏得到的粗醋酸由塔侧第9板取出,经脱水塔进料泵返回一部分到本塔第10板,以维持第10板下的液相负荷,另一部分粗醋酸送至脱水塔;脱水塔塔顶气相被冷凝,在塔顶回流罐内分离为轻、重两相,上层含有大量水和醋酸的轻相,一部分泵送到塔顶作为回流,另外一部分泵送到合成釜;重相
部分物流到脱烷塔,碘甲烷气相进入脱轻塔,塔底物流主要是高沸点的长链烷烃及其碘化物,一般焚烧处理;所有工艺排放气送至吸收塔,经甲醇或醋酸吸收排放气中的碘甲烷,吸收富液泵送回系统,经过吸收后的气体排放至火炬焚烧放空;
甲醇低压羰基法控制难点及方案
合成反应控制难点及方案
甲醇进料控制
甲醇进料控制的难点：甲醇进料过程中,根据甲醇设定值来控制甲醇进入反应釜的量;甲醇进料有2个来源：一是来自中间罐区的甲醇,二是来自吸收工序的甲醇;在反应系统中,甲醇进料流量控制非常重要,它的稳定与否直接关系到整个系统的稳定性,一旦有波动,CO进料流量、热交换器的负荷、稀醋酸的流量、其他如催化剂等都要随之变化,否则不但反应过程波动大,控制困难,产品质量也会受到很大的影响,同时对下游工序也会产生连带影响;
对该问题的解决方法：为了保证甲醇进料流量的稳定,首先要保证甲醇流量的设定值不能突变,因此在系统中增加了对甲醇流量设定值变化率的限制,保证每次设定值增加或减少不超出
某一范围；为了使得甲醇能够很好地得到利用,甲醇进料优先考虑来自吸收工序的甲醇,以中间罐区的甲醇作为补充;所以,在系统中从吸收工序来的甲醇只进行计量,不加以控制,其甲醇全部用上,然后再通过调节来自中间罐区的甲醇流量,来保证总的甲醇进料流量不变；由于经脱水工序回流回的稀醋酸量必须与甲醇保持一定比率,因此,甲醇流量与稀醋酸回流量采用比值控制；同时为了保证后序工序的稳定操作,甲醇进料总流量与蒸发器进料之间形成比值控制,以保证蒸发工序能根据反应工序进行实时调整;控制原理图如图2 所示;
图2 甲醇进料流量控制
反应釜温度控制
反应釜温度控制难点：为了保证反应釜内物料很好地进行反应,需反应釜出口物料的温度稳定;但在反应过程中,不同的阶段产生不同的热量,系统必须采取适当的措施,保证出口物料温度的稳定;因此反应釜温度的控制尤为重要;针对该问题的解决方法：采用控制外循环换热器压力来控制出口物料的温度,形成串级控制;由于外循环换热器工况不同,其热负荷不同,需要对蒸汽阀和冷凝水阀进行分程控制,根据负荷计算出两调节阀的CV值和选用的调节阀特性计算出分程点;原理图如图3;
图3 反应釜出口压力调节
