CN103435482A - 一种合成气制乙二醇产物的分离方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成气制乙二醇产物的分离方法及装置，包括：1）原料合成气制乙二醇产物进入馏分切割塔，分别得到轻组分、乙醇酸甲酯和草酸二甲酯混合物和重组分；2）轻组分进入分隔壁精馏塔，塔顶采出甲醇，侧线采出含少量水的乙醇溶液；3）含有乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合物进入普通精馏塔，塔顶采出乙醇酸甲酯，塔釜内采出草酸二甲酯；4）重组分进入刮板式分子蒸发塔一塔，塔内壁采出乙二醇；外壁采出1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的混合物，部分返回至刮板式分子蒸发塔一塔，部分混合液进入刮板式分子蒸发塔二塔；5）刮板式分子蒸发塔二塔内壁采出1,2-丙二醇，外壁采出1,2-丁二醇。该发明对每一个产品都进行有效分离，具有工艺简单，能耗低的特点。

Description

一种合成气制乙二醇产物的分离方法及装置

技术领域

本发明涉及一种合成气制乙二醇的产物的合成方法及分离装置。 

背景技术

乙二醇，英文名称ethylene glycol，又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”，简称EG，是一种重要的有机化工原料，主要应用于生产聚酯纤维、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂、涂料、油墨等等，用途非常广泛。 

2013年，我国乙二醇的年生产能力接近400万吨，但国内乙二醇需求量预计在1200万吨左右，市场缺口巨大。传统石油化工路线制备乙二醇虽然技术成熟，但随着原油资源的日益减少，开辟新的化工路线成为当务之急。 

我国拥有丰富的煤炭资源，如何对煤炭进行深加工，生产高附加值的产品是国家近年来大力发展煤化工的主要原因。其中，煤基合成气制乙二醇已成为世界普遍关注的一项技术，在该工艺中，乙二醇的精制是保证乙二醇产品纯度的关键技术。 

合成气制乙二醇产物中主要包括甲醇、乙醇、水、乙醇酸甲酯，草酸二甲酯、1,2-丙二醇，乙二醇、1,2-丁二醇。其中丙二醇、乙二醇和丁二醇由于沸点相近，难以应用普通精馏方式分离。专利CN102372596A介绍了一种分离合成气工艺制乙二醇产物的方法，专利一共引入了两种共沸剂，进行4塔分离，虽然最终产品塔塔釜得到了高纯度的乙二醇，但乙二醇的收率很低，共沸塔塔釜和产品塔塔顶都采出了富含乙二醇的溶液，这表示乙二醇其实并未得到有效分离且并未对其他产品进行有效分离；专利US4966658A介绍了一种采用共沸精馏分离乙二醇和丁二醇的办法，能有效分离乙二醇和丁二醇，但共沸精馏需要加入第三种溶剂，至少需要共沸精馏塔和共沸剂回收塔，存在工艺复杂，能耗 高的缺点；针对上述共沸精馏能耗高的问题，专利CN102372598A介绍了一种吸附分离乙二醇和丁二醇的方法，通过在吸附柱内装填非功能性树脂或者刮板筛，对乙二醇中含有的痕量丁二醇进行选择性吸附来实现分离，该方法较共沸精馏而言，基本无能耗；专利CN102372599A介绍了一种利用内装吸附剂的模拟移动床装置来分离乙二醇和丁二醇的方法，通过模拟移动床与2个精馏塔并联的方式实现分离，但同样，必须要引入一种解吸剂。专利CN102372600A介绍了一种分离乙二醇、丙二醇、丁二醇的方法，通过加入一种萃取剂，通过萃取塔、萃取剂回收塔和乙二醇精制塔三塔分离，最终得到乙二醇产品；专利CN102372601A介绍了一种分离乙二醇、丙二醇、丁二醇的方法，利用内装吸附剂的模拟移动床装置与3个普通蒸发塔串联的方式（3个蒸发塔之间并联），通过引入解吸剂，从模拟移动床不同床层采出的方式，对3种物质进行分离，最终得到乙二醇、丙二醇、丁二醇产品。 

上述公开内容，基本都是通过引入不同的共沸剂或萃取剂或解吸剂，来进行目的产品的分离，都具有工艺复杂或者能耗高或者两者都有的特点。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是合成气制乙二醇工艺中产物分离引入第三种溶剂导致工艺复杂，能耗高的问题，提供一种新的全流程分离工艺以及该工艺所采取的装置，旨在对每一个产品都进行有效分离。该方法较常规精馏而言，具有工艺简单，能耗低的特点。 

本发明采用的技术方案如下： 

一种合成气制乙二醇的分离方法，包括下述步骤： 

1）原料合成气制乙二醇产物进入馏分切割塔，控制馏分条件，塔顶得到轻组分富含甲醇、乙醇和水的混合溶液，塔侧线采出乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合物，塔釜得到富含乙二醇、1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的重组分； 

2）轻组分富含甲醇、乙醇和水的混合物经管线进入分隔壁精馏塔的中部，控制精馏条件，塔顶采出甲醇，侧线采出含少量水的乙醇溶液，塔釜内为水； 

3）含有乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合物经管线进入普通精馏塔的中部，控制精馏条件，塔顶采出乙醇酸甲酯，塔釜内采出草酸二甲酯； 

4）富含乙二醇、1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的重组分经管线进入刮板式分子蒸发塔一塔，控制蒸发条件，塔内壁采出乙二醇，经乙二醇产出口产出；外壁采出1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的混合物，经丙二醇和丁二醇混合液管线部分返回至刮板式分子蒸发塔一塔，部分混合液进入刮板式分子蒸发塔二塔； 

5）控制刮板式分子蒸发塔二塔的蒸发条件，内壁采出1,2-丙二醇，外壁采出1,2-丁二醇。 

进一步地，合成气制乙二醇产物中包括甲醇、乙醇、水、乙醇酸甲酯、草酸二甲酯、乙二醇、1,2-丙二醇和1,2-丁二醇组分。 

进一步地，所述控制馏分切割塔的馏分条件为，理论塔板数为20～80，回流比为1～10，操作压力为10～101KPa，分配比为1～10。 

进一步地，所述控制分隔壁精馏塔的精馏条件为，理论塔板数为20～50，操作压力为10-101kPa，回流比为1～10，分配比为1～10。 

进一步地，所述控制普通精馏塔的精馏条件为，理论板数为20～55，操作压力为10～101kPa，回流比为1～10。 

进一步地，所述控制刮板式分子蒸发塔一塔的蒸发条件为，压力为5～45kPa，操作温度为50～150℃，转速为150～450转/分。 

进一步地，所述控制刮板式分子蒸发塔二塔的蒸发条件为，压力为5～45kPa，操作温度为50～150℃，转速为150～450转/分。 

相应地，本发明给出了一种合成气制乙二醇的分离装置，包括馏分切割塔、分隔壁精馏塔、普通精馏塔、刮板式分子蒸发塔一塔和刮板式分子蒸发塔二塔； 其中，馏分切割塔分别与分隔壁精馏塔、普通精馏塔和刮板式分子蒸发塔一塔通过管线相连通；刮板式分子蒸发塔一塔和刮板式分子蒸发塔二塔之间通过管线相连通。 

进一步地，所述馏分切割塔和分隔壁精馏塔均为分隔壁型精馏塔，在塔内部通过一块可移动的隔板将整塔分隔开来，且该分隔壁精馏塔可拆分为两个塔、三个塔或多个塔。 

进一步地，所述馏分切割塔、分隔壁精馏塔和普通精馏塔均设有回流比控制器和再沸器；所述刮板式分子蒸发塔一塔和刮板式分子蒸发塔二塔均设有脱气系统、加热系统、冷却真空系统和物料循环装置。 

本发明引入的分隔壁精馏塔（Dividing Wall Column，简称DWC）是在普通精馏塔内部构造一块垂直壁，该垂直壁可固定不动，也可上下移动，也可直接延伸至塔顶或塔底。DWC塔被分隔壁分开成两部分，分隔壁左边部分可简单称之为预分馏段或者副塔，分隔壁右边部分称之为主塔，DWC塔实际上是完全热耦合精馏塔的一种特殊形式，在热力学性质上等同于一个Petlyuk（热偶精馏）塔，分离原理也与Petlyuk塔相近。由于DWC塔避免了待分离物料中中间组分的返混，中间组分侧线采出处浓度可以达到最大，一个DWC塔就可以实现普通精馏双塔串联的效果，因此节能效果显著，DWC塔节能约是普通精馏塔的5%～20%。 

本发明引入的刮板式分子蒸发装置是一种物理分离装置，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离，所谓分子运动自由程是指相邻分子碰撞之间所走的路程。当液体混合物沿加热筒体流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混 合液排出。这样，就达到物质分离的目的。分子蒸发操作温度低（远低于沸点）、真空度高、受热时间短，因此适宜于高沸点物质的分离。在分子蒸发中加入刮板，可以控制液膜厚度，能够有效提高分离效率。 

相对于现有技术合成气制乙二醇产物的组分复杂，多元醇（乙二醇、1,2-丙二醇，1,2-丁二醇）之间沸点比较接近，单纯采用普通精馏的装置难以有效分离使工艺复杂的问题，本发明采用分隔壁精馏塔和刮板式分子蒸发塔相结合的方式，不引入第三种溶剂，首先用分隔壁精馏塔将乙二醇产物进行三段切割，进而用分隔壁精馏塔有效分离甲醇-乙醇-水体系，用普通精馏塔精馏乙醇酸甲酯-草酸二甲酯体系，用刮板式分子蒸发塔分离乙二醇-1,2-丙二醇-1,2-丁二醇体系，低温下直接分离得到乙二醇产品，可以有效节省设备投资，降低能耗，取得较好的技术效果。 

附图说明

图1为合成气制乙二醇产物的分离工艺流程图。 

图1中，1为馏分切割塔；2为分隔壁精馏塔；3为精馏塔；4为刮板式分子蒸发塔一塔；5为刮板式分子蒸发塔二塔。 

图1中，6为原料，7为富含甲醇的混合物，8为含乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合物，9为富含乙二醇的重组分，10为甲醇，11为含少量水的乙醇溶液，12为水，13为富含乙醇酸甲酯的轻组分，14为含少量轻组分的草酸二甲酯溶液，15为含1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的混合物，16为1,2-丙二醇，17为1,2-丁二醇，18为乙二醇。 

具体实施方式

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局限于实施例所覆盖的范围。 

如图1所示，本发明利用合成气制乙二醇的分离装置进行产物分离，该装置包括馏分切割塔1、分隔壁精馏塔2、普通精馏塔3、刮板式分子蒸发塔一塔4和刮板式分子蒸发塔二塔5；其中，馏分切割塔1分别与分隔壁精馏塔2、普通精馏塔3和刮板式分子蒸发塔一塔4通过管线相连通；刮板式分子蒸发塔一塔4和刮板式分子蒸发塔二塔5之间通过管线相连通。 

其中，馏分切割塔1和分隔壁精馏塔2均为分隔壁型精馏塔，在塔内部通过一块可移动的隔板将整塔分隔开来，且该分隔壁精馏塔可拆分为两个塔、三个塔或多个塔。 

馏分切割塔1、分隔壁精馏塔2和普通精馏塔3均设有回流比控制器和再沸器；所述刮板式分子蒸发塔一塔4和刮板式分子蒸发塔二塔5均设有脱气系统、加热系统、冷却真空系统和物料循环装置。 

本发明合成气制乙二醇的分离方法，包括下述步骤： 

合成气制乙二醇产物作为原料6，原料6进入馏分切割塔1的中部，控制塔顶得到富含甲醇的混合物7（轻组分富含甲醇、乙醇和水的混合溶液），侧线采出含乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合物8，塔釜得到富含乙二醇（乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇混合液）的重组分9；轻组分富含甲醇的混合物7（甲醇、乙醇、水混合液）进入分隔壁精馏塔2的中部，由于甲醇的加入彻底破坏了乙醇-水的共沸体系，在全组分范围内乙醇和水的相对挥发度都大于1，因此甲醇、乙醇、水体系可以通过普通精馏方式分离，控制塔顶采出甲醇，部分回流；侧线采出含少量水的乙醇溶液11（乙醇组成大于乙醇-水体系共沸组成），塔釜为水12；含乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合液8进入普通精馏塔3的中部，对乙醇酸甲酯和草酸二甲酯进行彻底分离，塔顶采出含少量重组分的乙醇酸甲酯溶液13，塔釜采出含少量轻组分的草酸二甲酯溶液14；富含乙二醇的重组分9（乙二醇、1,2-丙二醇和1,2-丁二醇）进入刮板式分子蒸发塔一塔4，通过高真空操 作，低温下内壁采出乙二醇18，外壁采出1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的混合物15，混合物溶液部分返回至刮板式分子蒸发塔一塔4；部分混合物溶液进入刮板式分子蒸发塔二塔5，高真空条件下，内壁采出含少量重组分的1,2-丙二醇16，外壁采出含少量轻组分的1,2-丁二醇17。 

实施例1： 

按图1所示的流程，合成气制乙二醇产物作为原料，按照具体实施步骤，依次进入各设备主体，设备参数见表1，操作稳定后各塔的物流数据见表2。 

实施例2： 

按图1所示的流程，合成气制乙二醇产物作为原料，按照具体实施步骤，依次进入各设备主体，设备参数见表1，操作稳定后各塔的物流数据见表3。 

实施例3： 

按图1所示的流程，合成气制乙二醇产物作为原料，按照具体实施步骤，依次进入各设备主体，设备参数见表1，操作稳定后各塔的物流数据见表4。 

实施例4： 

按图1所示的流程，合成气制乙二醇产物作为原料，按照具体实施步骤，依次进入各设备主体，设备参数见表1，操作稳定后各塔的物流数据见表5。 

表1设备工艺参数 

表2实施例1的各物流组成数据表（重量%） 

表3实施例2的各物流组成数据表（重量%） 

表4实施例3的各物流组成数据表（重量%） 

表5实施例4的各物流组成数据表（重量%） 

由上表可以看出，本发明通过对分隔壁精馏塔和刮板式分子蒸发塔的耦合，实现了合成气制乙二醇产物全组分的有效分离。 

本发明因为引入了分隔壁精馏塔，总能耗较现有技术能耗，降低了5%～20%；由于引入了刮板式分子蒸发塔，可以在不引入第三种溶剂的情况下对产物全组分进行有效分离，简化了工艺。并且本发明的工艺流程与现有技术相比，更加简化、合理，减少了设备台数，大大降低了设备投资费用。 

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明工艺的前提下，本领域普通技术人员对本发明方案作出的各种变形、改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种合成气制乙二醇的分离方法，其特征在于，包括下述步骤：

1）原料合成气制乙二醇产物进入馏分切割塔（1），控制馏分条件，塔顶得到轻组分富含甲醇、乙醇和水的混合溶液，塔侧线采出乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合物，塔釜得到富含1,2-丙二醇、乙二醇和1,2-丁二醇的重组分；

2）轻组分富含甲醇、乙醇和水的混合物经管线进入分隔壁精馏塔（2）的中部，控制精馏条件，塔顶采出甲醇，侧线采出含少量水的乙醇溶液，塔釜内为水；

3）含有乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的混合物经管线进入普通精馏塔（3）的中部，控制精馏条件，塔顶采出乙醇酸甲酯，塔釜内采出草酸二甲酯；

4）富含乙二醇、1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的重组分经管线进入刮板式分子蒸发塔一塔（4），控制蒸发条件，塔内壁采出乙二醇，经乙二醇产出口产出；外壁采出1,2-丙二醇和1,2-丁二醇的混合物，经丙二醇和丁二醇混合液管线部分返回至刮板式分子蒸发塔一塔（4），部分混合液进入刮板式分子蒸发塔二塔（5）；

5）控制刮板式分子蒸发塔二塔（5）的蒸发条件，内壁采出1,2-丙二醇，外壁采出1,2-丁二醇。

2.根据权利要求1所述的一种合成气制乙二醇的分离方法，其特征在于：合成气制乙二醇产物中包括甲醇、乙醇、水、乙醇酸甲酯、草酸二甲酯、乙二醇、1,2-丙二醇和1,2-丁二醇组分。

3.根据权利要求1所述的一种合成气制乙二醇的分离方法，其特征在于，所述控制馏分切割塔（1）的馏分条件为，理论塔板数为20～80，回流比为1～10，操作压力为10～101KPa，分配比为1～10。

4.根据权利要求1所述的一种合成气制乙二醇的分离方法，其特征在于，所述控制分隔壁精馏塔（2）的精馏条件为，理论塔板数为20～50，操作压力为10-101kPa，回流比为1～10，分配比为1～10。

5.根据权利要求1所述的一种合成气制乙二醇的分离方法，其特征在于，所述控制普通精馏塔（3）的精馏条件为，理论板数为20～55，操作压力为10～101kPa，回流比为1～10。

6.根据权利要求1所述的一种合成气制乙二醇的分离方法，其特征在于，所述控制刮板式分子蒸发塔一塔（4）的蒸发条件为，压力为5～45kPa，操作温度为50～150℃，转速为150～450转/分。

7.根据权利要求1所述的一种合成气制乙二醇的分离方法，其特征在于，所述控制刮板式分子蒸发塔二塔（5）的蒸发条件为，压力为5～45kPa，操作温度为50～150℃，转速为150～450转/分。

8.一种合成气制乙二醇的产物分离装置，其特征在于：包括馏分切割塔（1）、分隔壁精馏塔（2）、普通精馏塔（3）、刮板式分子蒸发塔一塔（4）和刮板式分子蒸发塔二塔（5）；其中，馏分切割塔（1）分别与分隔壁精馏塔（2）、普通精馏塔（3）和刮板式分子蒸发塔一塔（4）通过管线相连通；刮板式分子蒸发塔一塔（4）和刮板式分子蒸发塔二塔（5）之间通过管线相连通。

9.根据权利要求8所述一种合成气制乙二醇的分离装置，其特征在于：所述馏分切割塔（1）和分隔壁精馏塔（2）均为分隔壁型精馏塔，在塔内部通过一块可移动的隔板将整塔分隔开来，且该分隔壁精馏塔可拆分为两个塔、三个塔或多个塔。

10.根据权利要求8所述一种合成气制乙二醇的分离装置，其特征在于：所述馏分切割塔（1）、分隔壁精馏塔（2）和普通精馏塔（3）均设有回流比控制器和再沸器；所述刮板式分子蒸发塔一塔（4）和刮板式分子蒸发塔二塔（5）均设有脱气系统、加热系统、冷却真空系统和物料循环装置。

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