CN101492360B - 分离费托合成反应水相副产物的方法 - Google Patents

分离费托合成反应水相副产物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分离费托合成水相副产物的方法，主要解决目前费托合成反应水相副产物直接排放不经济和污染环境的问题。本发明通过采用包括以下步骤：水相副产物进入普通精馏塔1的中部，侧线采出沸程为50～120℃的馏分物流I，塔顶得到沸点小于40℃的轻组分，塔釜得到沸点大于120℃的重组分；侧线馏分经过分隔塔2、萃取精馏塔3、共沸精馏塔4、醋酸萃取塔5、溶剂回收塔6、萃取剂回收塔7的精馏分离后，得到丙酮、甲醇、乙醇、正丙醇、醋酸基本有机原料的技术方案较好的解决了该问题，可应用于处理费托合成水相副产物的工业生产中。

Description

分离费托合成反应水相副产物的方法
技术领域
本发明涉及一种分离费托合成反应水相副产物的方法。 
背景技术
随着以石油为基础的液体燃料需求量的增大及石油资源可用储量的减少，由煤等固体燃料生产可用的液体燃料的方法越来越受到人们的重视。固体燃料的液化有两种不同的技术路线，一种是直接液化，一种是间接液化。直接液化是在高温高压下，在溶剂和催化剂的作用下将煤等固体燃料直接转化为液化油的工艺。直接液化操作条件苛刻，对原料的依赖性强。间接液化即通常所指的费托合成，是在铁基、钻基或铁钻基催化剂存在的条件下，将由煤等固体燃料产生的包含一氧化碳和氢气的合成气，在一定温度和压力下，定向催化合成烃类燃料和化工原料的工艺。间接液化对原料的适用性强，产品品种多，所产油品质量高。 
费托合成的原料是以一氧化碳和氢气为主的合成气，合成气是由煤等固体燃料气化得到。固体燃料气化前需先与水混合碾压制成浆料。在费托反应过程中主要是一氧化碳和氢气在铁基、钻基或铁钻基催化剂的作用下生成甲烷及更高碳数的烃类，同时生成醇、其它烃类氧化物和反应水。 
反应水与费托合成的主产物烃可以很方便地分离，但由于醇等烃类氧化物在水中有一定的溶解度，故从费托合成产物中分离出的反应水含有一定醇、醛、酮和酸等有机含氧化合物。 
由于费托合成过程中生成的反应水的量较大，将其排放掉，显然是不经济的，而且由于反应水中含有醇、醛、酮和酸等有机含氧化合物，会造成腐蚀和污染，直接排放也不符合环保要求。专利CN 1696082A中简单地介绍了费托合成反应水相副产物的分离，将水相副产物通过普通精馏分离成含少量水的醇酮等轻组分含氧化合物的混合物和含沸点较高的有机含氧化合物的反应水，塔顶混合物作为燃料使用，塔釜反应水循环回合成气阶段，与煤等固体混合物制成浆料。本专利只是从环保角度对水相副产物进行处理，没有充分利用水相副产物中的各基本有机原料，以及说明水相副产物的整个分离流程。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前费托合成反应水相副产物直接排放不经济和污染环境的问题，提供一种新的分离费托合成反应水相副产物的方法。该方法具有流程简单、经济有效的特点。 
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种费托合成反应水相副产物的分离方法，包括以下步骤：a)水相副产物进入普通精馏塔1的中部，侧线采出50～120℃的馏分物流I，塔顶得到沸点小于40℃的轻组分，塔釜得到沸点大于120℃的重组分；b)物流I进入分隔塔2左侧的中部，塔顶馏出液为甲醇、丙酮溶液物流II，塔釜得到醋酸水溶液物流III，右侧上侧线采出乙醇，下侧线采出正丙醇水溶液物流IV；c)物流II进入萃取精馏塔3的中部，塔顶馏出液为丙酮，塔釜得到甲醇、溶剂混合物物流V，其中溶剂选自极性溶剂中的至少一种；d)物流V进入溶剂回收塔6的中部，塔顶馏出液为甲醇，塔釜得到回收溶剂；e)物流IV进入共沸精馏塔4的中部，塔顶分相器中水相采出，油相回流，塔釜出料为正丙醇，其中共沸剂选自与水形成最低共沸物中的至少一种；f)物流III进入醋酸萃取塔5的塔顶，醋酸萃取塔塔顶得到醋酸、萃取剂混合物物流VI，塔釜为废水，其中萃取剂选自有机膦或者有机胺中的至少一种；g)物流VI进入萃取剂回收塔7的中部，塔顶馏出液为醋酸，塔釜得到回收萃取剂。 
在上述技术方案中，普通精馏塔理论塔板数1的为10～60，回流比为1～12，塔顶温度控制不低于40℃；萃取精馏塔3的理论板数为20～50，溶剂比为2～10，回流比为2～9，控制塔顶温度为56～56.5℃；溶剂回收塔6的理论塔板数为10～50，回流比为1～6，控制塔顶温度为64.5～64.7℃；共沸精馏塔4的理论塔板数为15～60，共沸剂与原料比为0.2～1，控制塔釜温度为96.8～97.5℃；醋酸萃取塔5的理论塔板数为10～40，萃取剂与原料比为1～6，常温操作；萃取剂回收塔7的理论塔板数为10～50，回流比为1～6，减压操作；分隔塔理论塔板数为50～200，分隔板上部占1/6～1/3的理论板，分隔板下部占1/6～1/3的理论板，分隔板上部的左侧液相分布分数为0.3～0.7，分隔板下部的左侧气相分布分数为0.3～0.7，回流比为5～30，塔顶温度控制为60～64℃，上侧线采出温度控制为68～68.5℃，下侧线采出温度控制为87～93℃；萃取精馏塔所用溶剂优选自水、乙二醇和单乙醇胺中的至少一种；共沸精馏塔所用共沸剂优选自环己烷、醋酸异丙酯或醋酸正丁酯中的至少一种；萃取塔所用萃取剂优选自三烷基氧化膦或叔丁胺中的至少一种。 
由于费托合成反应水相副产物的组分复杂，可采用普通精馏的方法除去少量的较轻和较重组分，侧线采出得到大量的中间组分。中间组分中水的含量占重量组成的80％以上， 从节省能耗方面考虑，将大部分水作为重关键组分从分割塔塔釜去除，塔顶得到丙酮和甲醇溶液，上部侧线采出乙醇，下部侧线采出正丙醇水溶液。醋酸切割塔塔釜得到的醋酸水溶液可通过萃取将醋酸和水分离，丙酮和甲醇溶液采用萃取精馏分离，正丙醇水溶液采用共沸精馏分离。通过采用普通精馏塔、分割塔、萃取精馏塔、溶剂回收塔、共沸精馏塔、醋酸萃取塔、萃取剂回收塔七塔流程的技术方案，使得费托合成反应水相副产物得以分离，取得了较好的技术效果。 
附图说明
图1为分离费托合成水相副产物的流程。 
图1中1为普通精馏塔，2为分隔塔，3为萃取精馏塔，4为共沸精馏塔，5为醋酸萃取塔，6为溶剂回收塔，7为萃取剂回收塔，8为水相副产物，9为轻组分，10为重组分，11为侧线馏分，12为甲醇和丙酮溶液，13为乙醇，14为正丙醇水溶液，15为醋酸水溶液，16为萃取剂，17为溶剂，18为丙酮，19为甲醇、溶剂混合物，20为共沸水，21为正丙醇，22为醋酸、萃取剂混合物，23为废水，24为甲醇，25为回收溶剂，26为醋酸，27为回收萃取剂。 
按图1所示的流程，水相副产物8进入普通精馏塔1的中部，塔顶馏出为轻组分9，塔釜得到重组分10，侧线采出为侧线馏分11，侧线馏分11进入分隔塔2的左侧中部，塔顶馏出为丙酮和甲醇溶液12，塔釜得到醋酸水溶液15，右侧的上部侧线采出为乙醇13，右侧的下部侧线采出为正丙醇水溶液14，溶剂17、丙酮和甲醇水溶液分别从萃取精馏塔3的上部、中部进入，塔顶馏出为丙酮18，塔釜得到甲醇、溶剂混合物19，正丙醇水溶液进入共沸精馏塔4的中部，塔顶水相采出共沸水20，塔釜得到正丙醇21，醋酸水溶液15、萃取剂16分别从醋酸萃取塔5的上部、下部进入，塔顶馏出为醋酸、萃取剂混合物，塔釜为废水，甲醇、溶剂混合物19进入溶剂回收塔6的中部，塔顶馏出为甲醇24，塔釜得到回收溶剂25，醋酸、萃取剂混合物22进入萃取剂回收塔7的中部，塔顶馏出为醋酸26，塔釜得到回收萃取剂27。 
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但是，本发明的范围并不只限于实施例所覆盖的范围。 
具体实施方式
【实施例1】 
按图1所示的流程，费托合成水相副产物8(沸点小于40℃的组分、沸程为50～120 ℃的组分和沸点大于120℃的组分分别占重量组成的5％、85％和10％)进入理论板数为15的普通精馏塔1，进料位置为第7块理论塔板，回流比为12，控制塔顶温度为40℃，从第8块理论塔板侧线采出沸程为50～120℃的馏分11，侧线馏分11进入理论板数为50的分隔塔，分隔板上部的理论板数为10，下部理论板数也为10，分隔板上部左侧的液相分布分数为0.7，下部左侧的气相分布分数为0.68，回流比为30，塔顶温度控制为60～64℃，上侧线采出温度控制为68～68.5℃，下侧线采出温度控制为87～93℃，塔顶馏分丙酮和甲醇混合物12、溶剂水17进入理论板数为20的萃取精馏塔5，溶剂水17进料位置为第5块理论塔板，原料进料为第12块塔板，溶剂比为10，回流比为9，控制塔顶温度为56～56.5℃，塔顶馏出液为丙酮18，塔釜得到甲醇、溶剂混合物19；甲醇、溶剂混合物19进入溶剂回收塔6，理论塔板数为10，进料位置第5块理论塔板，回流比为6，控制塔顶温度为64.5～64.7℃，塔顶馏出液为甲醇24，塔釜得到回收溶剂25，分隔塔上部侧线采出为乙醇，分隔塔下部侧线采出正丙醇水溶液进入理论塔板数为20的共沸精馏塔4，进料位置为第12块理论塔板，共沸剂选用环己烷，共沸剂与原料比为0.9，控制塔釜温度为96.8～97.5℃，塔顶分相器中水相采出20，油相回流，塔釜出料为正丙醇21；分隔塔塔釜醋酸水溶液15进入理论塔板数为10的醋酸萃取塔5，萃取剂选用叔丁胺，萃取剂与原料比为5，操作温度为35℃，醋酸萃取塔塔顶得到醋酸、萃取剂混合物22，塔釜为废水23；醋酸、萃取剂混合物进入萃取剂回收塔7，理论塔板数为10，进料位置为第4块理论塔板，回流比为6，控制塔顶温度为115～118℃，塔顶馏出液为醋酸26，塔釜得到回收萃取剂27，操作稳定后，各塔的物流分析数据见表1。 
表1各塔的物流分析数据(重量％) 
  物流   丙酮   甲醇   乙醇   正丙醇   醋酸   水   叔丁胺   环己烷
  11   0.8   1.6   2.7   1.1   8.8   85.0   0   0
  12   33.5   66.5   0   0   0   0   0   0
  13   0   0   95.0   0   0   5.0   0   0
  14   0   0   0   36.8   0   63.2   0   0
  15   0   0   0   0   9.6   90.4   0   0
  16   0   0   0   0   0   0   100   0
  17   0   0   0   0   0   100   0   0
  18   99.9   0.1   0   0   0   0   0   0
  19   0   6.7   0   0   0   93.3   0   0
  20   0   0   0   0   0   99.5   0   0.5
  21   0   0   0   99.5   0   0.5   0   0
  22   0   0   0   0   1.9   0   98.1   0
  23   0   0   0   0   0.5   99.5   0   0
  24   0   99.9   0   0   0   0.1   0   0
  25   0   0   0   0   0   100   0   0
  26   0   0   0   0   99.8   0   0.2   0
  27   0   0   0   0   0   0   100   0
【实施例2】 
按图1所示的流程，费托合成水相副产物8(沸点小于40℃的组分、沸程为50～120℃的组分和沸点大于120℃的组分分别占重量组成的5％、85％和10％)进入理论板数为60的普通精馏塔1，进料位置为第35块理论塔板，回流比为1，控制塔顶温度为40℃，从第40块理论塔板侧线采出沸程为50～120℃的馏分11，侧线馏分11进入理论板数为200的分隔塔，分隔板上部的理论板数为40，下部理论板数也为60，分隔板上部左侧的液相分布分数为0.31，下部左侧的气相分布分数为0.3，回流比为30，塔顶温度控制为60～64℃，上侧线采出温度控制为68～68.5℃，下侧线采出温度控制为87～93℃，塔顶馏分丙酮和甲醇混合物12、溶剂单乙醇胺17进入理论板数为50的萃取精馏塔5，溶剂水17进料位置为第3块理论塔板，原料进料为第20块塔板，溶剂比为2，回流比为2，控制塔顶温度为56～56.5℃，塔顶馏出液为丙酮18，塔釜得到甲醇、溶剂混合物19；甲醇、溶剂混合物19进入溶剂回收塔6，理论塔板数为50，进料位置第20块理论塔板，回流比为1.5，控制塔顶温度为64.5～64.7℃，塔顶馏出液为甲醇24，塔釜得到回收溶剂25，分隔塔上部侧线 采出为乙醇，分隔塔下部侧线采出正丙醇水溶液进入理论塔板数为60的共沸精馏塔4，进料位置为第35块理论塔板，共沸剂选用醋酸正丁酯，共沸剂与原料比为0.2，控制塔釜温度为96.8～97.5℃，塔顶分相器中水相采出20，油相回流，塔釜出料为正丙醇21；分隔塔塔釜醋酸水溶液15进入理论塔板数为40的醋酸萃取塔5，萃取剂选用叔丁胺，萃取剂与原料比为1，操作温度为35℃，醋酸萃取塔塔顶得到醋酸、萃取剂混合物22，塔釜为废水23；醋酸、萃取剂混合物进入萃取剂回收塔7，理论塔板数为50，进料位置为第20块理论塔板，回流比为1，控制塔顶温度为115～118℃，塔顶馏出液为醋酸26，塔釜得到回收萃取剂27，操作稳定后，各塔的物流分析数据见表1。 
表2各塔的物流分析数据(重量％) 
  物流   丙酮   甲醇   乙醇   正丙醇   醋酸   水   单乙醇胺   叔丁胺   醋酸正丁酯
  11   0.8   1.6   2.7   1.1   8.8   85.0   0   0   0
  12   33.4   66.6   0   0   0   0   0   0   0
  13   0   0   95.0   0   0   5.0   0   0   0
  14   0   0   0   44.1   0   55.9   0   0   0
  15   0   0   0   0   9.5   90.5   0   0   0
  16   0   0   0   0   0   0   0   100   0
  17   0   0   0   0   0   0   100   0   0
  18   99.9   0.1   0   0   0   0   0   0   0
  19   0   25.1   0   0   0   74.9   0   0   0
  20   0   0   0   0   0   98.3   0   0   1.7
  21   0   0   0   99.5   0   0.5   0   0   0
  22   0   0   0   0   9.1   0   0   90.9   0
  23   0   0   0   0   0.5   99.5   0   0   0
  24   0   99.9   0   0   0   0   0.1   0   0
  25   0   0   0   0   0   0   100   0   0
  26   0   0   0   0   99.8   0   0   0.2   0
  27   0   0   0   0   0   0   0   100   0
【实施例3】 
按图1所示的流程，费托合成水相副产物8(沸点小于40℃的组分、沸程为50～120℃的组分和沸点大于120℃的组分分别占重量组成的5％、85％和10％)进入理论板数为30的普通精馏塔1，进料位置为第17块理论塔板，回流比为3，控制塔顶温度为40℃，从第20块理论塔板侧线采出沸程为50～120℃的馏分11，侧线馏分11进入理论板数为120的 分隔塔，分隔板上部的理论板数为20，下部理论板数也为30，分隔板上部左侧的液相分布分数为0.52，下部左侧的气相分布分数为0.5，回流比为12，塔顶温度控制为60～64℃，上侧线采出温度控制为68～68.5℃，下侧线采出温度控制为87～93℃，塔顶馏分丙酮和甲醇混合物12、溶剂乙二醇17进入理论板数为30的萃取精馏塔5，溶剂水17进料位置为第3块理论塔板，原料进料为第17块塔板，溶剂比为4，回流比为4，控制塔顶温度为56～56.5℃，塔顶馏出液为丙酮18，塔釜得到甲醇、溶剂混合物19；甲醇、溶剂混合物19进入溶剂回收塔6，理论塔板数为25，进料位置第10块理论塔板，回流比为3，控制塔顶温度为64.5～64.7℃，塔顶馏出液为甲醇24，塔釜得到回收溶剂25，分隔塔上部侧线采出为乙醇，分隔塔下部侧线采出正丙醇水溶液进入理论塔板数为30的共沸精馏塔4，进料位置为第17块理论塔板，共沸剂选用醋酸异丙酯，共沸剂与原料比为0.5，控制塔釜温度为96.8～97.5℃，塔顶分相器中水相采出20，油相回流，塔釜出料为正丙醇21；分隔塔塔釜醋酸水溶液15进入理论塔板数为20的醋酸萃取塔5，萃取剂选用三烷基氧化膦，萃取剂与原料比为2，操作温度为35℃，醋酸萃取塔塔顶得到醋酸、萃取剂混合物22，塔釜为废水23；醋酸、萃取剂混合物进入萃取剂回收塔7，理论塔板数为25，进料位置为第10块理论塔板，回流比为3，控制塔顶温度为115～118℃，塔顶馏出液为醋酸26，塔釜得到回收萃取剂27，操作稳定后，各塔的物流分析数据见表1。 
表3各塔的物流分析数据(重量％) 
  物流   丙酮   甲醇   乙醇   正丙醇   醋酸   水   乙二醇   三烷基氧化膦   醋酸异丙酯
  11   0.8   1.6   2.7   1.1   8.8   85.0   0   0   0
  12   33.5   66.5   0   0   0   0   0   0   0
  13   0   0   95.0   0   0   5.0   0   0   0
  14   0   0   0   41.0   0   59.0   0   0   0
  15   0   0   0   0   9.6   90.4   0   0   0
  16   0   0   0   0   0   0   0   100   0
  17   0   0   0   0   0   0   100   0   0
  18   99.8   0.2   0   0   0   0   0   0   0
  19   0   14.3   0   0   0   65.7   0   0   0
  20   0   0   0   0   0   95.4   0   0   4.6
  21   0   0   0   99.7   0   0.3   0   0   0
  22   0   0   0   0   4.5   0   0   95.5   0
  23   0   0   0   0   0.7   99.3   0   0   0
  24   0   99.9   0   0   0   0   0.1   0   0
  25   0   0   0   0   0   0   100   0   0
  26   0   0   0   0   99.8   0   0   0.2   0
  27   0   0   0   0   0   0   0   100   0
[0026] 【实施例4】 
改变费托合成水相副产物的组成，沸点小于40℃的组分、沸程为50～120℃的组分和沸点大于120℃的组分分别占重量组成的7％、84％和9％，保持其他各条件如实施例3，操作稳定后，各塔的物流分析数据见表4。 
表4各塔的物流分析数据(重量％) 
  物流   丙酮   甲醇   乙醇   正丙醇   醋酸   水   乙二醇   三烷基氧化膦   醋酸异丙酯
  11   1.2   1.9   2.8   2.3   8.8   83.0   0   0   0
  12   38.8   61.2   0   0   0   0   0   0   0
  13   0   0   95.0   0   0   5.0   0   0   0
  14   0   0   0   62.9   0   37.1   0   0   0
  15   0   0   0   0   9.7   90.3   0   0   0
  16   0   0   0   0   0   0   0   100   0
  17   0   0   0   0   0   0   100   0   0
  18   99.8   0.2   0   0   0   0   0   0   0
  19   0   13.3   0   0   0   66.7   0   0   0
  20   0   0   0   0   0   95.8   0   0   4.2
  21   0   0   0   99.7   0   0.3   0   0   0
  22   0   0   0   0   4.5   0   0   95.5   0
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  27   0   0   0   0   0   0   0   100   0

Claims (6)

1.一种分离费托合成水相副产物的方法，包括以下步骤：
A、水相副产物进入普通精馏塔(1)的中部，侧线采出沸程为50～120℃的馏分物流Ⅰ，塔顶得到沸点小于40℃的轻组分，塔釜得到沸点大于120℃的重组分；
B、物流Ⅰ进入分隔塔(2)左侧的中部，塔顶馏出液为甲醇、丙酮溶液物流Ⅱ，塔釜得到醋酸水溶液物流Ⅲ，右侧上侧线采出乙醇，下侧线采出正丙醇水溶液物流Ⅳ；
C、物流Ⅱ进入萃取精馏塔(3)的中部，塔顶馏出液为丙酮，塔釜得到甲醇、溶剂混合物物流V，其中溶剂选自极性溶剂中的至少一种；
D、物流V进入溶剂回收塔(6)的中部，塔顶馏出液为甲醇，塔釜得到回收溶剂；
E、物流Ⅳ进入共沸精馏塔(4)的中部，塔顶分相器中水相采出，油相回流，塔釜出料为正丙醇，其中共沸剂选自与水形成最低共沸物中的至少一种；
F、物流Ⅲ进入醋酸萃取塔(5)的塔顶，萃取剂从塔底进入，醋酸萃取塔塔顶得到醋酸、萃取剂混合物物流Ⅵ，塔釜为废水，其中萃取剂选自有机膦或者有机胺中的至少一种；
G、物流Ⅵ进入萃取剂回收塔(7)的中部，塔顶馏出液为醋酸，塔釜得到回收萃取剂。
2.根据权利要求1所述分离费托合成水相副产物的方法，其特征在于普通精馏塔(1)的理论塔板数为10～60，回流比为1～12，塔顶温度控制不低于40℃；萃取精馏塔(3)的理论板数为20～50，溶剂比为2～10，回流比为2～9，控制塔顶温度为56～56.5℃；溶剂回收塔(6)的理论塔板数为10～50，回流比为1～6，控制塔顶温度为64.5～64.7℃；共沸精馏塔(4)的理论塔板数为15～60，共沸剂与原料比为0.2～1，控制塔釜温度为96.8～97.5℃；醋酸萃取塔(5)的理论塔板数为10～40，萃取剂与原料比为1～6，常温操作；萃取剂回收塔(7)的理论塔板数为10～50，回流比为1～6，减压操作。
3.根据权利要求1所述分离费托合成水相副产物的方法，其特征在于分隔塔理论塔板数为50～200，分隔板上部占1/6～1/3的理论板，分隔板下部占1/6～1/3的理论板，分隔板上部的左侧液相分布分数为0.3～0.7，分隔板下部的左侧气相分布分数为0.3～0.7，回流比为5～30，塔顶温度控制为60～64℃，上侧线采出温度控制为68～68.5℃，下侧线采出温度控制为87～93℃。
4.根据权利要求1所述分离费托合成水相副产物的方法，其特征在于萃取精馏塔所选溶剂为水、乙二醇和单乙醇胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述分离费托合成水相副产物的方法，其特征在于共沸精馏塔所用共沸剂为环己烷、醋酸异丙酯或醋酸正丁酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述分离费托合成水相副产物的方法，其特征在于萃取塔所选萃取剂为三烷基氧化膦或叔丁胺中的至少一种。
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