本發(fā)明屬于正丁烷生產(chǎn)丁二酸酐，具體而言，涉及一種生產(chǎn)丁二酸酐聯(lián)產(chǎn)丁內(nèi)酯、丁二醇的反應(yīng)裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、順丁烯二酸酐(簡稱順酐)又名馬來酸酐，是一種重要的精細化工產(chǎn)品和有機化工原料，是僅次于醋酐和苯酐的世界第三大有機酸酐。用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、農(nóng)藥、醫(yī)藥、涂料、油墨、潤滑油添加劑等領(lǐng)域，可用來生產(chǎn)一系列用途廣泛的精細化工產(chǎn)品，開發(fā)利用前景十分廣闊。

2、目前順酐生產(chǎn)的工業(yè)方法按原料來源可分為4種，苯氧化法、正丁烷氧化法、c4烯烴法和苯酐副產(chǎn)法。苯氧化法開始于上世紀20年代，其反應(yīng)機理、設(shè)備開發(fā)、催化劑設(shè)計等技術(shù)都相對成熟，到目前為止，國際及國內(nèi)仍有部分企業(yè)使用該工藝。但是隨著原料苯價格的上漲、環(huán)保要求的日趨嚴格、綠色經(jīng)濟工藝的開發(fā)，該工藝逐漸失去其優(yōu)勢。上世紀60年代，正丁烷作為一種廉價環(huán)保的原料用于順酐的制備，該工藝以其原料來源廣泛、生產(chǎn)工藝環(huán)保迅速占領(lǐng)市場。到80年代，國際上已普遍用該法替換掉原有的苯氧化法；c4烯烴法在反應(yīng)過程中會生成丙烯酸、乙酸、乙醛等副產(chǎn)物，發(fā)展前景不太樂觀；苯酐副產(chǎn)法是在鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐時從副產(chǎn)物中分離精制得到順酐，產(chǎn)量較低(約為苯酐的5％)；而目前隨著石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其副產(chǎn)物c4總量逐年增長，擁有大量的正丁烷資源，因此正丁烷氧化法制順酐的原料來源廣泛、相對于苯氧化法環(huán)境污染小、成本低、原子利用率高等特點，具有廣闊的發(fā)展前景。

3、目前順酐加氫產(chǎn)品最主要的合成方法為催化加氫法，得到的產(chǎn)品主要有：丁二酸酐、丁二酸、γ-丁內(nèi)酯、1,4-丁二醇和四氫呋喃等，具有產(chǎn)品選擇性高，收率高的特點。但順酐催化加氫反應(yīng)過程中將會釋放大量的熱，尤其是固定床反應(yīng)器，防止反應(yīng)器內(nèi)飛溫造成的催化劑結(jié)焦失活和反應(yīng)原料結(jié)焦堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生。

4、專利cn112608291a公布了一種氧化制順酐水相催化加氫聯(lián)產(chǎn)丁二酸的方法。該工藝以苯和空氣為原料，在催化劑作用下氧化反應(yīng)，反應(yīng)氣經(jīng)部分冷凝器冷卻，所得氣液混合物經(jīng)水吸收生成酸水的生產(chǎn)工藝，或者將所得氣液混合物按如下方法繼續(xù)深加工，分離或不分離出粗順酐，未冷凝的反應(yīng)氣或未分離的氣液混合物，經(jīng)水吸收或溶劑吸收，進一步脫水或解吸，產(chǎn)出粗順酐，粗順酐精制提純后，送入冷凝成型包裝工序或液態(tài)外供的順酐生產(chǎn)工藝。在后續(xù)的順酐水相催化加氫生產(chǎn)丁二酸，為以酸水和氫氣為原料，在催化劑作用下，催化加氫后，得到了丁二酸的水溶液或粗丁二酸的水溶液，丁二酸的水溶液經(jīng)冷卻結(jié)晶、干燥后得到丁二酸產(chǎn)品；粗丁二酸的水溶液經(jīng)精餾或結(jié)晶烘干、水解、結(jié)晶、烘干后制得產(chǎn)品丁二酸。該工藝方法采用水作為吸收溶劑，因水沸點低，水回收過程，需要采用蒸餾方法，能耗非常高。且反應(yīng)過程中由于存在酸水，對管道設(shè)備有腐蝕作用，影響設(shè)備使用壽命，對設(shè)備材質(zhì)要求高，加大了投資運行成本。

5、專利cn115536513a公布了一種正丁烷或苯氧化制丁二酸的系統(tǒng)。本發(fā)明將馬來酸酐裝置與丁二酸兩種工藝進行聯(lián)合，將正丁烷或苯經(jīng)催化氧化后被溶劑吸收的富吸收液，加氫，生成丁二酸酐，后再經(jīng)過汽提，分別得到丁二酸酐和溶劑，溶劑循環(huán)去吸收富含馬來酸酐的反應(yīng)氣和加氫反應(yīng)器，丁二酸酐再水解，得到丁二酸。該工藝利用汽提塔進行溶劑的回收再利用，熱能沒有得到充分的利用，造成了一定的蒸汽浪費，同時也增加了循環(huán)水熱負荷，且利用該工藝有且只能獲得一種加氫產(chǎn)物丁二酸，產(chǎn)物較單一。

6、由上述分析可知，在現(xiàn)有的工藝中的順酐催化加氫反應(yīng)制備方法存在工藝流程復(fù)雜、能耗較高、設(shè)備投資成本較高、所得加氫產(chǎn)物單一且收率較低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種生產(chǎn)丁二酸酐聯(lián)產(chǎn)丁內(nèi)酯、丁二醇的反應(yīng)裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中順酐催化加氫反應(yīng)制備方法存在工藝流程復(fù)雜、能耗較高、設(shè)備投資成本較高、所得加氫產(chǎn)物單一且收率較低的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種生產(chǎn)丁二酸酐聯(lián)產(chǎn)丁內(nèi)酯、丁二醇的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置包括：氧化反應(yīng)設(shè)備，具有原料進口和產(chǎn)物出口，其原料進口分別與空氣源和正丁烷源相連，用于對正丁烷與空氣進行氧化反應(yīng)，得到富含馬來酸酐溶液；三段式列管反應(yīng)設(shè)備，包括各自獨立地第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器，第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器各自獨立地具有進口和出口，其進口分別與氧化反應(yīng)設(shè)備的產(chǎn)物出口相連，用于對富含馬來酸酐溶液分別同時進行加氫還原反應(yīng)，分別得到丁二酸酐、丁內(nèi)酯和丁二醇；后處理設(shè)備，具有多個液體進口和多個液體出口，多個液體進口分別與第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器的出口相連，后處理設(shè)備包括三組分離器，三組分離器分別用于對丁二酸酐、丁內(nèi)酯和丁二醇進行后處理。

3、進一步地，上述三段式列管反應(yīng)設(shè)備內(nèi)具有多個垂直于水平方向的列管，列管內(nèi)填充有加氫催化劑，沿水平放方向上，三段式列管反應(yīng)設(shè)備被分割為各自獨立地第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器。

4、進一步地，上述第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器的列管底部各自獨立地具有底部進口，在氧化反應(yīng)設(shè)備與三段式列管反應(yīng)設(shè)備的管路上具有進液管道，進液管道具有多個出口，進液管道的出口分別與列管的底部進口一一對應(yīng)相連，用于將富含馬來酸酐溶液分別輸送入列管中。

5、進一步地，上述第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器的列管頂部各自獨立地具有多個頂部進口，頂部進口各自獨立地與氫氣源相連，用于將氫氣分別輸送入列管中。

6、進一步地，上述三組分離器包括第一組分離器、第二組分離器和第三組分離器，各組分離器各自獨立地包括串聯(lián)的氣液分離罐和精餾塔，氣液分離罐分別與第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器的出口一一對應(yīng)相連。

7、進一步地，在連接上述氧化反應(yīng)設(shè)備與三段式列管反應(yīng)設(shè)備的管路上依次設(shè)置有冷凝器和分離塔。

8、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用前述反應(yīng)裝置生產(chǎn)丁二酸酐聯(lián)產(chǎn)丁內(nèi)酯、丁二醇的方法，該方法包括：步驟s1，正丁烷與空氣進行氧化反應(yīng)，得到富含馬來酸酐溶液；步驟s2，將一部分富含馬來酸酐溶液進行第一加氫還原反應(yīng)，得到第一加氫體系；對另一部分富含馬來酸酐溶液進行第二加氫還原反應(yīng)，得到第二加氫體系；對剩余的富含馬來酸酐溶液進行第三加氫還原反應(yīng)，得到第三加氫體系；以及步驟s3，對第一加氫體系依次進行第一分離處理，得到丁二醇；對第二加氫體系依次進行第二分離處理，得到丁內(nèi)酯；以及對第三加氫體系依次進行第三分離處理，得到丁二酸酐。

9、進一步地，上述第一加氫還原反應(yīng)的條件為：溫度為250～300℃，和/或絕對壓力為0.5～5mpa，和/或質(zhì)量空速為0.1～3h-1；優(yōu)選第二加氫還原反應(yīng)的條件為：溫度為180～220℃，和/或絕對壓力為0.5～5mpa，和/或質(zhì)量空速為0.1～3h-1；優(yōu)選第三加氫還原反應(yīng)的條件為：溫度為150～175℃，和/或絕對壓為0.5～5mpa，和/或質(zhì)量空速為0.1～3h-1；優(yōu)選第一加氫還原反應(yīng)、第二加氫還原反應(yīng)、第三加氫還原反應(yīng)中的富含馬來酸酐溶液的質(zhì)量比為0.5～4.5：0.5～4.5：5～9。

10、進一步地，上述步驟s3包括：對第一加氫體系進行第一氣液分離處理，得到第一分離氣和第一分離液；將部分第一分離液返回第一氣液分離處理的體系，剩余第一分離液進行第一精餾處理，優(yōu)選進行第一精餾處理的第一分離液為第一分離液總質(zhì)量的60～100％；優(yōu)選第一精餾處理的條件為真空度-80kpa～-10kpa，溫度100℃～200℃；和/或?qū)Φ诙託潴w系進行第二氣液分離處理，得到第二分離氣和第二分離液；將部分第二分離液返回第一氣液分離處理的體系，剩余第二分離液進行第二精餾處理，優(yōu)選進行第二精餾處理的第二分離液為第二分離液總質(zhì)量的50～80％；優(yōu)選第二精餾處理的條件為真空度-60kpa～-10kpa，溫度100℃～200℃；和/或?qū)Φ谌託潴w系進行第三氣液分離處理，得到第三分離氣和第三分離液；將部分第三分離液返回第二氣液分離處理體系，剩余第三分離液進行第三精餾處理，優(yōu)選進行第三精餾處理的第三分離液為第三分離液總質(zhì)量的50～90％；優(yōu)選第三精餾處理的條件為真空度-50kpa～-10kpa，溫度100℃～200℃。

11、進一步地，上述富含馬來酸酐溶液的制備過程還包括：將氧化反應(yīng)所得體系依次進行冷凝處理和分離處理，得到富含馬來酸酐溶液；優(yōu)選氧化反應(yīng)所用的催化劑為vpo催化劑；優(yōu)選氧化反應(yīng)的溫度為300～450℃，優(yōu)選氧化反應(yīng)的壓力為0～3mpa。

12、應(yīng)用本技術(shù)的技術(shù)方案，本發(fā)明中正丁烷與空氣首先在氧化反應(yīng)設(shè)備中進行氧化反應(yīng)，得到富含馬來酸酐溶液。在三段式列管反應(yīng)設(shè)備的第一段列管反應(yīng)器、第二段列管反應(yīng)器和第三段列管反應(yīng)器中分別同步地進行加氫還原反應(yīng)，并通過后處理設(shè)備分別對加氫產(chǎn)物進行后處理，各段列管反應(yīng)器內(nèi)單獨進行工藝參數(shù)調(diào)控，工藝流程簡單且操作靈活，反應(yīng)效率高，能夠得到高純度丁二酸酐的基礎(chǔ)上聯(lián)產(chǎn)丁內(nèi)酯、丁二醇，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中能耗高、投資大、反應(yīng)器數(shù)量多的問題，具有良好的經(jīng)濟效益及工業(yè)應(yīng)用前景。