CN103183590A

CN103183590A - 一种分离水和丙二醇单甲醚的方法

Info

Publication number: CN103183590A
Application number: CN2011104489085A
Authority: CN
Inventors: 阎建民; 肖文德; 罗漫
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-03

Abstract

本发明提供一种分离水和丙二醇单甲醚的方法，该方法包括：用共沸剂对含有丙二醇单甲醚的水溶液进行共沸蒸馏，所述共沸剂选自C3～C5的脂肪醇中的一种或几种的组合。本发明所提供的分离水和丙二醇单甲醚的方法能够有效地得到丙二醇单甲醚。

Description

一种分离水和丙二醇单甲醚的方法

技术领域

本发明涉及一种分离水和丙二醇单甲醚的方法。本发明还涉及一种从废水中分离、回收丙二醇单甲醚的方法，特别是在丙烯直接氧化制备环氧丙烷过程中的所生成的废水。

背景技术

环氧丙烷是一种重要的基本有机化工原料，国内消费量在过去的二十年间年均增长率超过20％。目前国内工业上生产环氧丙烷主要采用氯醇法，使用有毒氯气，设备腐蚀严重并产生大量污染环境的含氯废水，不符合绿色化学和清洁生产的要求。间接氧化法是相对清洁的生产工艺，在国外应用比较多，但对原料质量要求高，且需平衡大量联产品，工艺冗长，投资规模大成本高。目前国内丙烯直接氧化工艺日趋成熟(郭杨龙等，《石油化工》37(2)：111，2008)，已经设计制备了廉价高效的催化剂，并实现了双氧水生产体系与丙烯氧化过程的工艺集成，正在逐渐成为新一代的环氧丙烷工业生产技术。

在丙烯与双氧水反应制取环氧丙烷的研究中发现，反应过程中除生成环氧丙烷外，还生成少量丙二醇单甲醚和丙二醇，是环氧丙烷与溶剂甲醇和水发生溶剂化反应所生成的副产物。因此，所得的环氧丙烷溶液中还含有丙二醇单甲醚、丙二醇和大量的水。在环氧丙烷分离提纯过程中，残留在水中的甲醇等低沸点物质以及高沸点的丙二醇都容易脱除回收，唯独丙二醇单甲醚与水的分离很困难。这是因为丙二醇单甲醚具有亲水的羟基和亲油的醚基，能够与水发生共沸，并且该恒沸物的恒沸点和水的沸点接近。因此，普通的蒸馏、萃取技术均不能奏效，吸附剂和渗透汽化膜材料的选择也很困难。

同时，丙二醇甲醚是低毒性、用途广泛的精细化学品，广泛用于涂料、油墨、油漆、印刷、电子化学品、染料、净洗、纺织等行业，并可用作化工原料中间体，通用性很强。丙二醇单甲醚包括1-甲氧基-2-羟基丙烷(伯醚)和1-羟基-2-甲氧基丙烷(仲醚)两种同分异构体，性质非常接近，通常以混合形式使用。因此，从水中回收丙二醇单甲醚不仅可以降低水的COD含量，控制水污染，也能够得到高附加值的副产品。

王昇等人(水、丙二醇和丙二醇单甲醚混合物分离工艺，《石油化工》，2002第12期)曾提出了水、丙二醇和丙二醇单甲醚混合物的三塔分离工艺流程。用苯作为水和丙二醇单甲醚的共沸剂，采用恒沸精馏方法来分离水和丙二醇单甲醚。但是，由于苯的毒性比较高，其使用不利于环保，而且分离效果也不理想。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的分离水和丙二醇单甲醚的方法，以便从制备环氧丙烷过程的废水中回收丙二醇单甲醚。

发明内容

本发明的第一个方面是提供一种分离水和丙二醇单甲醚的方法，该方法包括：用共沸剂对含有丙二醇单甲醚的水溶液进行共沸蒸馏，所述共沸剂选自C3～C5的脂肪醇中的一种或几种的组合。

共沸蒸馏是一种本技术领域众所周知的技术，即在难以分离的两组分混合液体中加入第三组分(共沸剂)，该组分能与混合液中的一个组分形成共沸物，从而可以用普通蒸馏方法予以分离。本发明所提供的分离水和丙二醇单甲醚的方法，以C3～C5的脂肪醇作为共沸剂，共沸剂与水进行共沸蒸馏脱除水，从而将丙二醇单甲醚与水进行分离，回收丙二醇单甲醚。

优选地，所述共沸剂选自正丙醇、异丙醇、C4脂肪醇、3-戊醇中的一种或几种的组合。也就是说，共沸剂可以是正丙醇、异丙醇、C4脂肪醇、3-戊醇中的一种化合物，例如正丁醇，也可以是正丙醇、异丙醇、C4脂肪醇、3-戊醇中的两种或以上化合物的组合，例如共沸剂可以是正丁醇或异丁醇的组合。更优选地，所述共沸剂选自C4脂肪醇中的一种或几种的组合。最优选地，所述共沸剂选自正丁醇或异丁醇或其组合。

本发明所提供的方法可以应用于从各种含有丙二醇单甲醚的水溶液中回收丙二醇单甲醚。例如，在丙烯直接氧化制备环氧丙烷过程中的所生成的废水中，含有一定量的丙二醇单甲醚，便可以利用本发明所提供的方法回收其中的丙二醇单甲醚。因此，本发明还提供一种从含有丙二醇单甲醚的废水中回收丙二醇单甲醚的方法，该方法包括：用共沸剂对所述废水进行共沸蒸馏，所述共沸剂选自C3～C5的脂肪醇。所述的废水可以是任何含有丙二醇单甲醚的各种废水，例如，在丙烯直接氧化制备环氧丙烷过程中的所生成的废水。

在以上废水中，丙二醇单甲醚的存在形式可以是1-甲氧基-2-羟基丙烷(伯醚)，也可以是1-羟基-2-甲氧基丙烷(仲醚)，还可以是1-甲氧基-2-羟基丙烷(伯醚)和1-羟基-2-甲氧基丙烷(仲醚)的混合物。例如，在丙烯直接氧化制备环氧丙烷过程中的所生成的废水中，丙二醇单甲醚便以1-甲氧基-2-羟基丙烷(伯醚)和1-羟基-2-甲氧基丙烷(仲醚)的混合物的形式存在。本发明所提供的方法适用于丙二醇单甲醚以此处所说的各种形式存在的含有丙二醇单甲醚的水溶液。

当水中丙二醇单甲醚的质量浓度低于10％时，利用本发明所提供的方法分离水和丙二醇单甲醚，也可以得到较纯的丙二醇单甲醚产品，但能耗很大。因此，在本发明所提供的方法中，采用的含有丙二醇单甲醚的水溶液或废水优选丙二醇单甲醚的质量浓度高于10％的水溶液或废水。

本发明所提供的分离水和丙二醇单甲醚的方法或从含有丙二醇单甲醚的废水中回收丙二醇单甲醚的方法的一种优选的实施步骤为：

1)将含有丙二醇单甲醚的水溶液或废水和共沸剂加入混合器，经充分混合后形成混合物料；

2)将混合物料输送至共沸蒸馏塔进行共沸蒸馏；

3)将共沸蒸馏塔底的丙二醇单甲醚输出利用。

在一个优选的实施方式中，所述的共沸蒸馏过程的工艺参数为：蒸馏温度40～175℃，蒸馏压力10～500KPa，分离理论板数10～100，蒸馏采用填料塔或板式塔。

在该实施步骤中，位于共沸蒸馏塔顶的共沸剂(C3～C5的脂肪醇)和水形成的共沸物的蒸汽可以进入冷凝器，经冷凝后形成的含有共沸剂的水溶液输送至共沸剂/水分离装置使共沸剂和水分离，并将分离后的共沸剂输出利用。在此所说的共沸剂/水分离装置是任何能将C3～C5的脂肪醇和水进行全部或部分分离的装置。例如，共沸剂/水分离装置可以是分相器，所述分相器通过分相的方式使共沸剂和水分离，可以通过分相的方式去除混合物中的大部分水，然后将共沸剂回收利用。在一个优选的实施方式中，分离后的共沸剂重新加入到所述的混合器，以实现共沸剂的重复利用。

在一个优选的实施方式中，利用本发明所提供的方法，分离得到的丙二醇单甲醚的质量浓度为80％～99.9999％。

本发明所提供的分离水和丙二醇单甲醚的方法或从含有丙二醇单甲醚的废水中回收丙二醇单甲醚的方法能够有效地得到丙二醇单甲醚。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明所提供的方法的一种具体实施方式的流程示意图。

图中设备1为混合器，2为共沸蒸馏塔，3为分相器，4为冷凝器，5为再沸器，设备之间的物流方向以箭头表示。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合优选的具体实施例进一步阐述本发明，但应理解这些实施并不是限制本发明的范围，在不违背本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对本发明作出改变和改进以使其适合不同的使用情况、条件及实施方案。

在本发明的实施例中，所选用的C3～C5的脂肪醇均为市售产品，所述混合器、共沸蒸馏塔、冷凝器、分相器为本技术领域中进行共沸蒸馏的常见设备，对此没有特别的限制。

图1示出了本发明所提供的方法的流程的一种具体实施方式。其中，物料S1(含有丙二醇单甲醚的废水)和物料S4(含有共沸剂)分别输送至混合器1进行混合，混合后的物料S5输送到共沸蒸馏塔2进行共沸蒸馏，共沸剂与水形成的共沸物蒸汽在共沸蒸馏塔顶由冷凝器4冷凝后，形成的物料S6输送到分相器3进行分相，分相后的水相形成的物流S8排出，有机相形成的物料S9输送至混合器1重复利用。共沸蒸馏塔底的部分高浓度丙二醇单甲醚液体由再沸器5汽化为蒸汽进入共沸蒸馏塔作为上升蒸汽流，塔底的其余部分高浓度丙二醇单甲醚液体作为产品物料S7排出。

其中，共沸蒸馏过程中共沸蒸馏塔的工艺参数为：蒸馏温度40～175℃、分离理论板数10～100，蒸馏采用填料塔或板式塔。共沸蒸馏塔的操作压力为10～500KPa(绝对压力)。

实施例1用异丁醇作为共沸剂来分离水和丙二醇单甲醚

采用图1所示的流程；共沸剂为：异丁醇；混合器1的操作温度为30℃；共沸蒸馏塔2的设备类型为浮阀板式塔；理论板数为40；共沸蒸馏塔的温度为89～117℃，压力为1atm(绝对压力)；实际测得的各物料中各组分的流量的数据如表1所示。

表1：实施例1的各物料中各组分的流量的数据

从表1可以看出，在物流S7中，丙二醇单甲醚的含量大于99％。因此，通过本实施例所提供的方法，对丙二醇单甲醚和水进行了有效地分离。另外，从物料S4和物料S9中的共沸剂(异丁醇)的流量可以看出，共沸剂可以实现有效的重复利用。

实施例2用正丁醇作为共沸剂来分离水和丙二醇单甲醚

采用图1所示的流程；共沸剂为：正丁醇；混合器1的操作温度为30℃；共沸蒸馏塔2的设备类型为规整填料塔；理论板数为40；共沸蒸馏塔的温度为40～61℃，压力为0.1atm(绝对压力)；实际测得的各物料中各组分的流量的数据如表2所示。

表2：实施例2的各物料中各组分的流量的数据

从表2可以看出，在物流S7中，丙二醇单甲醚的含量大于96％。因此，通过本实施例所提供的方法，对丙二醇单甲醚和水进行了有效地分离。另外，从物料S4和物料S9中的共沸剂(正丁醇)的流量可以看出，共沸剂可以实现有效的重复利用。

实施例3用正丙醇作为共沸剂来分离水和丙二醇单甲醚

采用图1所示的流程，但物料S6直接排出，不设置分相器。共沸剂为：正丙醇；混合器1的操作温度为30℃；共沸蒸馏塔2的设备类型为板式塔；理论板数为10；共沸蒸馏塔的温度为137～172℃；压力为5atm(绝对压力)；实际测得的各物料中各组分的流量的数据如表3所示。

表3：实施例3的各物料中各组分的流量的数据

从表3可以看出，在物流S7中，丙二醇单甲醚的含量大于91％。因此，通过本实施例所提供的方法，对丙二醇单甲醚和水进行了有效地分离。

实施例4用异丙醇作为共沸剂来分离水和丙二醇单甲醚

采用图1所示的流程，但物料S6直接排出，不设置分相器。共沸剂为：异丙醇；混合器1的操作温度为为30℃；共沸蒸馏塔2的设备类型为填料塔；理论板数为30；共沸蒸馏塔的温度为89～115℃，压力为1atm(绝对压力)；实际测得的各物料中各组分的流量的数据如表4所示。

表4：实施例4的各物料中各组分的流量的数据

从表4可以看出，在物流S7中，丙二醇单甲醚的含量大于93％。因此，通过本实施例所提供的方法，对丙二醇单甲醚和水进行了有效地分离。

实施例5用3-戊醇作为共沸剂来分离水和丙二醇单甲醚

采用图1所示的流程，但物料S6直接排出，不设置分相器。共沸剂为：3-戊醇；混合器1的操作温度为30℃；共沸蒸馏塔2的设备类型为填料塔；理论板数为35；共沸蒸馏塔的温度为90～115℃，压力为1atm(绝对压力)；实际测得的各物料中各组分的流量的数据如表5所示。

表5：实施例5的各物料中各组分的流量的数据

从表5可以看出，在物流S7中，丙二醇单甲醚的含量大于94％。因此，通过本实施例所提供的方法，对丙二醇单甲醚和水进行了有效地分离。

实施例6用苯作为共沸剂来分离水和丙二醇单甲醚

采用图1所示的流程；共沸剂为：苯；混合器1的操作温度为30℃；共沸蒸馏塔2的设备类型为填料塔；理论板数为40；共沸蒸馏塔的温度为57～99℃，压力为1atm(绝对压力)；实际测得的各物料中各组分的流量的数据如表6所示。

表6：实施例6的各物料中各组分的流量的数据

从表6可以看出，在物流S7中，仍然含有大量的水。因此，用苯作为共沸剂不能把水全部从塔顶提出，对丙二醇单甲醚和水不能进行有效地分离。

实施例7用苯作为共沸剂来分离水和丙二醇单甲醚

采用图1所示的流程；共沸剂为：苯；混合器1的操作温度为30℃；共沸蒸馏塔2的设备类型为板式塔；理论板数为40；共沸蒸馏塔的温度为57～99℃，压力为1atm(绝对压力)；实际测得的各物料中各组分的流量的数据如表7所示。

表7：实施例7的各物料中各组分的流量的数据

从表7可以看出，在物流S7中，仍然含有大量的水。因此，即使改变苯的用量，用苯作为共沸剂也不能把水全部从塔顶提出，对丙二醇单甲醚和水不能进行有效地分离。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种分离水和丙二醇单甲醚的方法，所述方法包括：用共沸剂对含有丙二醇单甲醚的水溶液进行共沸蒸馏，其特征在于，所述共沸剂选自C3～C5的脂肪醇中的一种或几种的组合。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述共沸剂选自正丙醇、异丙醇、C4脂肪醇、3-戊醇中的一种或几种的组合。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述共沸剂选自C4脂肪醇中的一种或几种的组合。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述共沸剂选自正丁醇或异丁醇或其组合。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述的丙二醇单甲醚为1-甲氧基-2-羟基丙烷或1-羟基-2-甲氧基丙烷或其混合物。

6.如权利要求1-5中任一所述的方法，其中，所述的方法包含以下步骤：

1)将所述的含有丙二醇单甲醚的水溶液和共沸剂加入混合器，经充分混合后形成混合物料；

2)将所述混合物料输送至共沸蒸馏塔进行共沸蒸馏；

3)将共沸蒸馏塔底的丙二醇单甲醚输出利用。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括：位于共沸蒸馏塔顶的共沸剂与水形成的共沸物的蒸汽进入冷凝器，经冷凝后形成的含有共沸剂的水溶液输送至共沸剂/水分离装置使共沸剂和水分离，并将分离后的共沸剂输出利用。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述的共沸剂/水分离装置是分相器，所述分相器通过分相的方式使共沸剂和水分离。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述的分离后的共沸剂重新加入到所述的混合器中进行重复利用。

10.如权利要求6所述的分离水和丙二醇单甲醚的方法，其特征在于，所述的共沸蒸馏过程的工艺参数为：蒸馏温度40～175℃，蒸馏压力10～500KPa，分离理论板数10～100，蒸馏采用填料塔或板式塔。

11.一种从含有丙二醇单甲醚的废水中回收丙二醇单甲醚的方法，所述方法包括：用共沸剂对所述的含有丙二醇单甲醚的废水进行共沸蒸馏，其特征在于，所述共沸剂选自C3～C5的脂肪醇。