CN101265152A - 一种离子液体作为萃取精馏分离苯和环己烷的溶剂的应用 - Google Patents

一种离子液体作为萃取精馏分离苯和环己烷的溶剂的应用 Download PDF

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Abstract

一种离子液体作为萃取精馏分离苯和环己烷的溶剂的应用，涉及一种离子液体作为溶剂在萃取精馏分离苯和环己烷过程中的应用，离子液体阳离子为咪唑阳离子，离子液体阴离子为氟磷酸阴离子或卤素阴离子，离子液体溶剂为一种离子液体或者两种或两种以上离子液体的复配，离子液体含水量为0％～20％，加入量在摩尔浓度5％～90％范围内，分离过程中在精馏塔顶得到低沸点的轻组分环己烷，在塔釜得到离子液体和苯的混合物，混合物通过蒸发器或者汽提分离，离子液体溶剂的萃取蒸馏技术可在提高分离精度的同时，显著简化工艺流程剂、减少设备投资并降低分离能耗，从而取得十分显著的经济效益。

Description

一种离子液体作为萃取精馏分离苯和环己烷的溶剂的应用
技术领域
本发明涉及一种离子液体的应用，特别涉及一种离子液体作为溶剂在萃取精馏分离苯和环己烷过程中的应用。
背景技术
在石油加工工业中，苯和环己烷因为沸点相近(苯为80.1℃，环己烷为80.74℃)，相对挥发度接近于1，所以利用普通精馏的办法很难将其分离，所需的理论板数很多，或者需要采用很大回流比，操作费用远远高于一般体系的分离。
表1列出了一定分离要求下，用普通蒸馏分离不同相对挥发度的体系所需的理论板数近似值。由此可知，体系的相对挥发度越大越容易分离，若能使物质的相对挥发度从1.02增加到1.2，则理论塔板数可减少至1/9.3。因此工业上常采用萃取蒸馏的方法，向混合物中加入第三种组分作溶剂，改变体系的相对挥发度，从而使物系用精馏的办法容易分离，达到减少精馏分离所需塔板数，降低操作费用的目的。
表1相对挥发度对所需理论塔板数的影响
Figure A20071006444800041
Figure A20071006444800051
工业上广泛使用两塔萃取精馏法，其过程如附图1所示。
具体工艺是：在塔1中，将有机溶剂加入苯/环己烷体系，改变汽-液平衡关系，通过蒸馏使轻组分环己烷从塔1顶逸出，塔釜中的苯/有机溶剂混合物抽出后被送入塔2中通过普通蒸馏分离，较纯的环己烷和苯产品分别由塔1和塔2顶得到，而塔2釜底再生的有机溶剂则循环使用。
目前常用的萃取剂有二乙二醇醚、三乙二醇醚、环丁砜、糠醛和N-甲基-吡络烷酮(NMP)等，但存在一些应用问题，表现在以下几个方面：
(1)有机溶剂对苯的选择性不理想，因此当要求环己烷的纯度高于98.5％时，分离工艺大为复杂、分离能耗急剧增加；
(2)有机溶剂在操作温度范围内具有蒸汽压，因此与苯的分离(溶剂再生)也需要用蒸馏的方法，能耗高，溶剂损失大；
(3)现有萃取溶剂的相对密度较小，不利于两相分离，影响塔设备的处理量；
(4)有机溶剂的热稳定性、化学稳定性较差，容易发生分解、歧化等副反应，因此再生过程需要低压蒸馏，增加了设备投资和分离能耗。
发明内容
目前常用的萃取精馏有机溶剂在对原料的选择性、挥发性、稳定性以及其他一些物性方面存在局限性，使得现有的萃取精馏工艺存在分离过程复杂、设备投资和分离能耗高等问题，这些都已经由实际工业应用所证实。
离子液体作为一类具有特殊性质的新型液体，在低温(小于100℃)下即呈液态，因此也称为低温熔盐，一般由有机阳离子和有机或无机阴离子构成，与传统的有机溶剂和萃取介质相比，具有很多无可比拟的优点：
(1)离子液体的阴、阳离子可以根据设计要求选定，可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的选择性；
(2)在常压下离子液体几乎没有蒸气压，不会挥发；
(3)对大多数的无机、有机以及高分子材料表现出良好的溶解能力，并且由于其结构不同，与不同溶剂的相溶性也不同，具有高溶解性与弱配位性或非配位性，是许多有机、无机物的优良溶剂；
(3)热稳定性、化学稳定性更高，具有很宽的液态温度范围(可宽达-96～400℃)，可以避免分解、歧化等副反应的发生；
(4)无毒、无腐蚀、无燃性，粘度低。
本发明的目的在于提供一种离子液体溶剂，通过萃取精馏工艺实现苯和环己烷体系分离。离子液体可以大大增加苯对环己烷的相对挥发度，而且离子液体具有不挥发的特性，在萃取精馏塔中只存在于液相中，所以对于分离出的轻组份(环己烷)不必进行与离子液体之间的进一步分离提纯，同时离子液体与重组份(苯)的沸点差很大，分离只需要简单的蒸发器就可以，将大大降低工艺的复杂性、设备投资和操作能耗。
一种离子液体作为萃取精馏分离苯和环己烷的溶剂的应用，在苯和环己烷混合物中加入离子液体后在精馏塔中精馏分离，所述离子液体阳离子为咪唑阳离子，离子液体阴离子为氟磷酸阴离子或卤素阴离子，离子液体含水量为0％～20％，离子液体溶剂加入量在摩尔浓度5％～90％范围内，在精馏塔顶得到低沸点的轻组分环己烷，在塔釜得到离子液体和苯的混合物。
所述离子液体溶剂加入量摩尔浓度优选10％～70％。
咪唑阳离子为烷基咪唑阳离子，优选1-丁基-3-甲基咪唑阳离子或1-戊基-3-甲基咪唑阳离子。氟磷酸阴离子优选六氟磷酸阴离子。卤素阴离子优选氯或溴阴离子。
塔釜馏出的离子液体与苯的分离使用蒸发器分离，或者过热水蒸汽或惰性气体的汽提分离。
离子液体溶剂为一种离子液体或者两种或两种以上离子液体的复配。
其中：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐时，其结构式为：
Figure A20071006444800071
本发明的优点在于：
(1)离子液体的阴、阳离子可以根据设计要求选定，可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，因此可以设计合适的阴阳离子结构，使其显著提高环己烷/苯体系的相对挥发度，更有利于物系的分离；
(2)在常压下离子液体几乎没有蒸气压，所以不会挥发，使得汽相中只含有苯和环己烷两种物质，待分离完全后塔顶直接得到只含有环己烷的轻组分产品，从而省去了一般溶剂萃取精馏后与环己烷的再分离过程；
(3)苯与离子液体的分离(溶剂再生)不再需要第二个蒸馏塔，而只需一个简单的蒸发器或者汽提就可实现分离，流程和操作得到大大简化；
(4)热稳定性、化学稳定性更高，具有很宽的液态温度范围(可宽达-96～400℃)，可以避免分解、歧化等副反应的发生，溶剂损耗低；
(5)不与苯或环己烷进行任何化学反应，不会破坏苯和环己烷的原有结构；
(6)无毒、无腐蚀、无燃性，因此安全指数更高。
可见，基于新型离子液体溶剂的萃取蒸馏技术可在提高分离精度的同时，显著简化工艺流程剂、减少设备投资并降低分离能耗，从而取得十分显著的经济效益。
附图说明：
图1一般非离子液体溶剂分离苯和环己烷的两塔萃取精馏法流程图
图2离子液体型溶剂的萃取精馏分离苯和环己烷的流程图
图3离子液体对苯和环己烷汽液平衡曲线的影响
具体实施方式
如附图2所示，离子液体在蒸馏塔1的顶部进料，在蒸馏塔1中与原料苯和环己烷混合。因为该离子液体能显著提高环己烷和苯的相对挥发度，所以蒸馏塔1所需的理论塔板数比常规方法要少得多，在此环节中能降低蒸馏塔的设备费用；完成分离后，在精馏塔顶得到高纯度的环己烷，在塔釜得到离子液体和苯的混合物；塔釜物料苯和离子液体送入溶剂再生塔进行分离，此部操作只需一个简单的蒸发器就能把离子液体和苯分离出来。与一般溶剂相比，塔顶不含有溶剂，不必考虑环己烷与溶剂的分离，塔釜离子液体与苯的沸点相差很大，用蒸发器代替了蒸馏分离，简化了操作，节省了能耗；从蒸发器顶得到苯，进一步精制获取高纯度的苯产品；蒸发器塔釜剩下的为再生后的离子液体，送回萃取精馏塔1中循环使用。
离子液体溶剂的阴阳离子可以根据设计需要确定，以下说明不同阴阳离子结构的离子液体的加入量对环己烷/苯体系的相对挥发度的影响效果。
实施例1
利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐作为萃取剂加入到苯和环己烷的混合物中(苯摩尔含量为10％～90％)，其加入量对体系相对挥发度的影响见表3。
表3：加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐后对相对挥发度的影响
Figure A20071006444800091
由实验得出，离子液体摩尔含量在10％～30％对环己烷/苯的相对挥发度有一定的提高，当离子液体的摩尔含量达到30％的时候，离子液体对苯和环己烷汽液平衡曲线的影响比较显著见附图3，在整个浓度范围内都使得环己烷的蒸气压高于苯的蒸气压，使得环己烷的挥发度都大于苯，在苯的浓度从10％～90％的浓度范围内，环己烷对苯相对挥发度都超过了1，实现了用离子液体[BMIM][PF6]作为萃取精馏溶剂来分离苯和环己烷目的。同时发现离子液体的摩尔含量越高，其对环己烷/苯的相对挥发度的提高越大，但是当离子液体摩尔含量过大时，相同产率时会导致能耗的增加，因为离子液体消耗了大量的热负荷，因此首选离子液体摩尔含量在10％～70％之间。
实施例2
利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐作为萃取剂加入到苯和环己烷的混合物中(苯摩尔含量为10％～90％)，其加入量对体系相对挥发度的影响见表4。
表4加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐后对相对挥发度的影响
Figure A20071006444800111
从上表可以看出，加入离子液体20％摩尔浓度的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐后，在环己烷的摩尔含量为10％～90％范围内环己烷/苯的相对挥发度有了一定的提高，除了环己烷含量为0.7时相对挥发度为0.99外，其它浓度时相对挥发度均高于1，可见此种离子液体也能作为萃取剂加入到苯和环己烷中进行萃取精馏分离。
实施例3
利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐作为萃取剂加入到苯和环己烷的混合物中(苯摩尔含量为10％～90％)，其加入量对体系相对挥发度的影响见表5。
表5加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐后对相对挥发度的影响
Figure A20071006444800112
Figure A20071006444800121
从上表可以看出，在加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐后，环己烷/苯的相对挥发度有不同程度的提高，除了在原料中苯的初始摩尔含量为0.8时相对挥发度小于1以外，其它摩尔含量都大于1，对于采用萃取精馏分离苯和环己烷提供了依据。
实施例4
利用离子液体1-戊基-3-甲基咪唑氯盐作为萃取剂加入到苯和环己烷的混合物中(苯摩尔含量为10％～90％)，其加入量对体系相对挥发度的影响见表6。
表6加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐后对相对挥发度的影响
Figure A20071006444800131
从上表中可以看出，离子液体1-戊基-3-甲基咪唑氯盐、苯和环己烷三元体系中，离子液体对于苯的强烈的作用力，使得苯的挥发度小于环己烷的挥发度，从而使得环己烷对苯的相对挥发度增大，由于离子液体浓度低的原因，使得不能在全浓度范围内使得相对挥发度大于1，但是在大多数的浓度下还是能对苯和环己烷体系应用萃取精馏来进行分离的。

Claims (9)

1. 一种离子液体作为萃取精馏分离苯和环己烷的溶剂的应用，在苯和环己烷混合物中加入离子液体后在精馏塔中精馏分离，其特征在于：所述离子液体阳离子为咪唑阳离子，离子液体阴离子为氟磷酸阴离子或卤素阴离子，离子液体含水量为0％～20％，离子液体溶剂加入量在摩尔浓度5％～90％范围内，在精馏塔顶得到低沸点的轻组分环己烷，在塔釜得到离子液体和苯的混合物。
2. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述离子液体溶剂加入量摩尔浓度优选10％～70％。
3. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述咪唑阳离子为烷基咪唑阳离子。
4. 根据权利要求3所述应用，其特征在于：所述烷基咪唑阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子或1-戊基-3-甲基咪唑阳离子。
5. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述氟磷酸阴离子优选六氟磷酸阴离子。
6. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述卤素阴离子优选氯或溴阴离子。
7. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：塔釜馏出的离子液体与苯的分离使用蒸发器分离。
8. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：塔釜馏出的离子液体与苯的分离通过过热水蒸汽或惰性气体的汽提分离。
9. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：离子液体溶剂为一种离子液体或者两种或两种以上离子液体的复配。
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