CN103449969A - 一种分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法及生产装置 - Google Patents

Abstract

一种分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法及生产装置，所述方法以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，可以采用连续性操作或间歇性操作。所述生产装置包括第一精馏塔、第二精馏塔、回收塔、甲醇塔、乙醇塔及其他附属设备。本发明具有分离彻底，产品纯度高，收率高，萃取剂无腐蚀易回收无污染等优点。

Description

一种分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法及生产装置

技术领域

本发明属于醇-水溶液的分离技术领域，特别是涉及一种分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法及生产装置。

背景技术

在杂环化合物制备、医药原料合成、中药成分提取等化工生产中，经常用到甲醇、乙醇、异丙醇的混合物作为反应介质和提取剂，使用过程中不可避免的引入其他杂质，尤其是水，因而产生大量的醇水溶液。为降低生产成本和环境保护，需将甲醇、乙醇、异丙醇从醇水溶液中分离回收。醇水溶液中各组分物性参数及共沸情况如下：

甲醇与乙醇、异丙醇的沸点差较大，且不与水共沸，很容易从醇水溶液中分离出来。乙醇、异丙醇沸点差较小，均与水共沸，共沸点非常接近。所以，处理醇水溶液的难点在于分离乙醇、异丙醇、水三元物系。对于共沸物系和近共沸物系，工业上一般采用萃取精馏进行分离，因而萃取剂的选择成为研究的重点。

Lloyd Berg（US5800681）公开了一种萃取精馏分离乙醇-异丙醇-水的方法，单纯分离乙醇的有效萃取剂有二甘醇、二甲亚砜等，单纯分离异丙醇的有效萃取剂有甲苯、乙苯、苯酚、叔丁基苯酚等。该方法仅考察了从混合物中分离出一种醇的可选萃取剂，未对三元物系彻底分离的工艺参数及萃取剂回收等问题进行深入研究。如采用两类萃取剂依次分离乙醇、异丙醇，将会引入多种萃取剂，不利于萃取剂回收，且可选萃取剂毒性较大，会造成严重的环境污染。

乙醇、异丙醇、水三元物系之所以难分离，是因为水的存在使得原本单纯的两个二元醇水共沸物系变得十分复杂，大大增加了分离难度，如果能将三元物系中的水除去，那么乙醇和异丙醇的分离将非常容易。所以，从醇水溶液中分离回收甲醇、乙醇、异丙醇的关健技术就是除去醇水溶液中的水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产品纯度高，收率高，分离彻底，萃取剂无毒无污染易回收的分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的新方法。新方法以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，并提供了应用于新方法的生产装置。目前，国内外没有采用离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的专利文献。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法，所述方法是以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂。

所述的分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法，可以采用连续性操作或间歇性操作，其中所述连续性操作包含以下步骤：

（1）将分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物和萃取剂加入第一精馏塔（T1）中，由第一精馏塔（T1）塔顶采出包含甲醇-乙醇-异丙醇的轻组分，由第一精馏塔（T1）塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

（2）将步骤（1）中所得到的轻组分引入甲醇塔（T3），由甲醇塔（T3）塔顶采出甲醇，由甲醇塔（T3）塔釜采出乙醇-异丙醇混合物；

（3）将步骤（2）中所得到的由甲醇塔（T3）塔釜采出的乙醇-异丙醇混合物引入乙醇塔（T4），由乙醇塔（T4）塔顶采出乙醇，由乙醇塔（T4）塔釜采出异丙醇；

（4）将步骤（1）中所述的含水和萃取剂的重组分引入回收塔（T2），由回收塔（T2）塔顶采出水，由回收塔（T2）塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂引入第一精馏塔（T1）中循环利用；

所述间歇性操作分为萃取精馏阶段和萃取剂回收阶段，包含以下步骤：

（1）萃取精馏阶段：将分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物和萃取剂加入第二精馏塔（T）中，由第二精馏塔（T）塔顶先后得到甲醇、乙醇、异丙醇；

（2）萃取剂回收阶段：将（1）中所得水-萃取剂混合物中的水经由第二精馏塔（T）塔顶脱除，由第二精馏塔（T）塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂采出收集后作循环利用。

所述的分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法中所述连续操作流程的操作条件为：所述的第一精馏塔（T1）的操作压力为50-101.3kPa，溶剂比为（1.0-4.0）：1，回流比为0.8-5.0；所述的甲醇塔（T3）的操作压力为50-101.3kPa，回流比为2-6；所述的乙醇塔（T4）的操作压力为50-101.3kPa，回流比为15-20；所述的回收塔（T2）的操作压力为50-101.3kPa；

间歇操作流程的操作条件为：萃取精馏阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为50-101.3kPa，溶剂比为（1.0-4.0）：1，回流比为0.8-5.0；萃取剂回收阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为50-101.3kPa，无回流。

优选地，所述的分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法中所述连续操作流程的操作条件为：所述的第一精馏塔（T1）的操作压力为101.3kPa，溶剂比为（1.0-2.5）：1，回流比为0.8-2.5；所述的甲醇塔（T3）的操作压力为101.3kPa，回流比为2-4；所述的乙醇塔（T4）的操作压力为101.3kPa，回流比为15-17；所述的回收塔（T2）的操作压力为50-90kPa；

所述间歇操作流程的操作条件为：萃取精馏阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为101.3kPa，溶剂比为（1.0-2.5）：1，回流比为0.8-2.5；萃取剂回收阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为50-90kPa，无回流。

所述的离子液体为阳离子为咪唑离子的非AlCl3型离子液体。

优选地，所述的离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或两种以上的离子液体混合物。

所述有机溶剂为低碳数醇类或N，N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮类高沸点且水溶性较好的溶剂。

优选地，所述有机溶剂为乙二醇或丙三醇。

本发明的另一目的在于提供一种用于所述分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物方法的精馏装置，其中：所述连续性操作的精馏装置包括装有25-50块理论塔板数的第一精馏塔（T1）、装有35-45块理论塔板数的甲醇塔（T3）、装有80-100块理论塔板数的乙醇塔（T4）和回收塔（T2），所述第一精馏塔（T1）塔顶的出料口与所述甲醇塔（T3）的进料口相连通，所述甲醇塔（T3）塔釜的出料口与所述乙醇塔（T4）的进料口相连通；所述第一精馏塔（T1）塔釜的出料口与所述回收塔（T2）的进料口相连通，所述回收塔（T2）底部的出料口与所述第一精馏塔（T1）的萃取剂进料口相连通，所述第一精馏塔（T1）的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述第一精馏塔（T1）的第15-40块理论塔板处和第3-10块理论塔板处；所述甲醇塔（T3）的原料进料口设于所述甲醇塔（T3）的第15-20块理论塔板处;所述乙醇塔（T4）的原料进料口设于所述乙醇塔（T4）的第40-42块理论塔板处；所述回收塔（T2）的进料口设于所述回收塔（T2）的中下部；

所述间歇性操作的精馏装置包括装有80-100块理论塔板数的第二精馏塔（T），所述第二精馏塔（T）的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述第二精馏塔（T）的第5-35块理论塔板处和第40-70块理论塔板处。

本发明具有的有益效果是：

本发明以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，能显著增加乙醇-水、异丙醇-水、乙醇-异丙醇的相对挥发度实现物系的高效分离。与Lloyd Berg公开的萃取剂相比，本发明的萃取剂具有无毒，无腐蚀，无污染的优点，使用安全性高。而且，本发明的萃取剂无损耗，易回收，可循环使用，能有效降低生产成本。采用本发明的新方法得到的甲醇纯度均大于99.5%，乙醇、异丙醇纯度均大于99%，收率均大于99%。本发明提供的生产装置操作灵活，处理量大，分离彻底，经济效益好。

附图说明

图1是本发明中分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的连续操作流程及生产装置。

图1中，T1–第一精馏塔；T2–回收塔；T3–甲醇塔；T4–乙醇塔；F1–原料进料管；F2–萃取剂进料管；P1–甲醇塔塔顶出料管；P2–乙醇塔塔顶出料管；P3–乙醇塔塔釜出料管；S1–精馏塔塔顶出料管；S2–精馏塔塔釜出料管；S3–回收塔塔顶出料管；S4–回收塔塔釜出料管；S5–甲醇塔塔釜出料管；1,2,3,4–塔釜再沸器；5,6,7,8–塔顶冷凝器。

图2是本发明中分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的间歇操作流程及生产装置。

图2中，T–第二精馏塔；F3–原料进料管；F4–萃取剂进料管；P–精馏塔塔顶出料管；S–精馏塔塔釜出料管；9–塔釜再沸器；10–塔顶冷凝器。

具体实施方式

使用时，可以按照图1所示，采用连续性操作，将醇水溶液原料从装有25-50块理论塔板数的第一精馏塔T1的第15-40块理论塔板处的原料进料口F1进入到第一精馏塔T1内；萃取剂从第一精馏塔的第3-10块理论塔板处的萃取剂进料口F2进入到第一精馏塔T1内，经过萃取精馏后，甲醇-乙醇-异丙醇混合液从第一精馏塔T1的塔顶出料管S1采出后，进入甲醇塔T3内，经过分离后，甲醇由甲醇塔T3塔顶的出料管P1采出，乙醇-异丙醇混合液从甲醇塔T3塔釜的出料管S5采出后进入乙醇塔T4，分离后，乙醇由乙醇塔T4塔顶的出料管P2采出，异丙醇由乙醇塔T4塔釜的出料口P3采出；萃取剂-水混合液由第一精馏塔T1塔釜的出料口S2采出后，进入回收塔T2内，分离后，水从回收塔T2的塔顶出料口S3采出；萃取剂从回收塔T2塔釜的出料口S4采出后继续通过第一精馏塔T1的萃取剂进料口F2加入到精馏塔T1内，循环使用。

还可以按照图2所示，采用间歇性操作，包括萃取精馏阶段和萃取剂回收阶段，萃取精馏阶段可以采用两种进料方式，一种是将醇水溶液原料从装有80-100块理论塔板数的第二精馏塔T的第40-70块理论塔板处的原料进料口F3进入到第二精馏塔T内，萃取剂从第二精馏塔T的第5-35块理论塔板处的萃取剂进料口F4进入到第二精馏塔T内；另一种是直接将醇水溶液原料加入到第二精馏塔T塔釜内，而萃取剂从第二精馏塔的第5-35块理论塔板处的萃取剂进料口F4进入到第二精馏塔T内。通过控制操作环境用第二精馏塔T代替连续操作流程里的甲醇塔T3和乙醇塔T4，使得经过萃取精馏后，甲醇、乙醇、异丙醇先后从第二精馏塔T的塔顶出料口P采出，萃取剂-水混合液留在第二精馏塔T的塔釜内，并在第二精馏塔T内进入萃取剂回收阶段，即萃取精馏阶段完成后，用第二精馏塔T代替回收塔T2进行萃取剂的回收，将萃取精馏阶段所得到的萃取剂-水混合液经过回收后，水从第二精馏塔T的塔顶出料口P采出，萃取剂由第二精馏塔塔釜的出料口S采出收集后，循环使用。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的保护范围。

实施例1

按附图1所示工艺流程，原料组成：甲醇25%（质量分数，以下同），乙醇25%，异丙醇25%，水25%，处理量1000kg/hr，萃取剂为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐，工艺参数如表1所示。

表1 实施例1的操作参数

精馏塔塔顶采出量749kg/hr，组成：甲醇33.21%、乙醇33.33%、异丙醇33.32%。甲醇塔塔顶采出量249.5kg/hr，含甲醇99.60%，收率99.40%。乙醇塔塔顶采出量249.7kg/hr，含乙醇99.15%，收率99.03%；塔釜采出量249.0kg/hr，含异丙醇99.45%，收率99.05%。回收塔得到含水量0.14%的萃取剂，可循环使用。

实施例2

按附图1所示工艺流程，原料组成：甲醇45%，乙醇35%，异丙醇15%，水5%，处理量1000kg/hr，萃取剂为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐等体积混合组成的复合萃取剂，工艺参数如表2所示。

表2 实施例2的操作参数

精馏塔塔顶采出量950kg/hr，组成：甲醇47.33%、乙醇36.84%、异丙醇15.78%。甲醇塔塔顶采出量449kg/hr，含甲醇99.57%，收率99.35%。乙醇塔塔顶采出量350kg/hr，含乙醇99.12%，收率99.12%；塔釜采出量149.8kg/hr，含异丙醇99.17%，收率99.04%。回收塔得到含水量0.18%的萃取剂，可循环使用。

实施例3

按附图1所示工艺流程，原料组成：甲醇10%，乙醇10%，异丙醇15%，水65%，处理量1000kg/hr，萃取剂为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐与乙二醇等体积混合组成的复合萃取剂，工艺参数如表3所示。

表3 实施例3的操作参数

精馏塔塔顶采出量350kg/hr，组成：甲醇28.42%、乙醇28.57%、异丙醇42.86%。甲醇塔塔顶采出量99.7kg/hr，含甲醇99.50%，收率99.20%。乙醇塔塔顶采出量99.9kg/hr，含乙醇99.13%，收率99.03%；塔釜采出量149.8kg/hr，含异丙醇99.30%，收率99.17%。回收塔得到含水量0.13%的萃取剂，可循环使用。

实施例4

按附图1所示工艺流程，原料组成：甲醇3%，乙醇4%，异丙醇3%，水90%，处理量1000kg/hr，萃取剂为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与丙三醇以体积比2:1混合组成的复合萃取剂，工艺参数如表4所示。

表4 实施例4的操作参数

精馏塔塔顶采出量100kg/hr，组成：甲醇29.40%、乙醇40.00%、异丙醇30.00%。甲醇塔塔顶采出量30kg/hr，含甲醇99.55%，收率99.60%。乙醇塔塔顶采出量39.8kg/hr，含乙醇99.40%，收率99.0%；塔釜采出量30kg/hr，含异丙醇99.18%，收率99.20%。回收塔得到含水量0.14%的萃取剂，可循环使用。

实施例5

按附图1所示工艺流程，原料组成：甲醇6%，乙醇4%，异丙醇5%，水85%，处理量1000kg/hr，萃取剂为1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与N-甲基吡咯烷酮以体积比1:2混合组成的复合萃取剂，工艺参数如表5所示。

表5 实施例5的操作参数

精馏塔塔顶采出量150kg/hr，组成：甲醇39.88%、乙醇26.12%、异丙醇33.00%。甲醇塔塔顶采出量60kg/hr，含甲醇99.68%，收率99.32%。乙醇塔塔顶采出量40kg/hr，含乙醇99.42%，收率99.10%；塔釜采出量50kg/hr，含异丙醇99.25%，收率99.17%。回收塔得到含水量0.11%的萃取剂，可循环使用。

实施例6

按附图2所示工艺流程，原料组成：甲醇15%，乙醇20%，异丙醇15%，水50%，一次性投料500kg到装有80块理论板的精馏塔塔釜内，萃取剂1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐从塔顶进料，萃取精馏阶段的操作参数及结果如表6所示。

表6 实施例6的萃取精馏阶段的操作参数

在萃取剂回收阶段，精馏塔的操作压力为75kPa，塔釜采出265.3kg萃取剂，含水量0.11%，可循环使用。

以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法，其特征在于：所述方法是以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂。

2.如权利要求1所述的分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法，可以采用连续性操作或间歇性操作，其特征在于：所述连续性操作包含以下步骤：

（1）将分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物和萃取剂加入第一精馏塔（T1）中，由第一精馏塔（T1）塔顶采出包含甲醇-乙醇-异丙醇的轻组分，由第一精馏塔（T1）塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

（2）将步骤（1）中所得到的轻组分引入甲醇塔（T3），由甲醇塔（T3）塔顶采出甲醇，由甲醇塔（T3）塔釜采出乙醇-异丙醇混合物；

（3）将步骤（2）中所得到的由甲醇塔（T3）塔釜采出的乙醇-异丙醇混合物引入乙醇塔（T4），由乙醇塔（T4）塔顶采出乙醇，由乙醇塔（T4）塔釜采出异丙醇；

（4）将步骤（1）中所述的含水和萃取剂的重组分引入回收塔（T2），由回收塔（T2）塔顶采出水，由回收塔（T2）塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂引入第一精馏塔（T1）中循环利用；

所述间歇性操作分为萃取精馏阶段和萃取剂回收阶段，包含以下步骤：

（1）萃取精馏阶段：将分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物和萃取剂加入第二精馏塔（T）中，由第二精馏塔（T）塔顶先后得到甲醇、乙醇、异丙醇；

（2）萃取剂回收阶段：将（1）中所得水-萃取剂混合物中的水经由第二精馏塔（T）塔顶脱除，由第二精馏塔（T）塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂采出收集后作循环利用。

3.如权利要求2所述的分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法，其特征在于：连续操作流程中：所述的第一精馏塔（T1）的操作压力为50-101.3kPa，溶剂比为（1.0-4.0）：1，回流比为0.8-5.0；所述的甲醇塔（T3）的操作压力为50-101.3kPa，回流比为2-6；所述的乙醇塔（T4）的操作压力为50-101.3kPa，回流比为15-20；所述的回收塔（T2）的操作压力为50-101.3kPa；

间歇操作流程中：萃取精馏阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为50-101.3kPa，溶剂比为（1.0-4.0）：1，回流比为0.8-5.0；萃取剂回收阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为50-101.3kPa，无回流。

4.如权利要求2或3任一项所述的分离甲醇-乙醇-异丙醇-水混合物的方法，其特征在于：连续操作流程中：所述的第一精馏塔（T1）的操作压力为101.3kPa，溶剂比为（1.0-2.5）：1，回流比为0.8-2.5；所述的甲醇塔（T3）的操作压力为101.3kPa，回流比为2-4；所述的乙醇塔（T4）的操作压力为101.3kPa，回流比为15-17；所述的回收塔（T2）的操作压力为50-90kPa；

间歇操作流程中：萃取精馏阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为101.3kPa，溶剂比为（1.0-2.5）：1，回流比为0.8-2.5；萃取剂回收阶段所述的第二精馏塔（T）的操作压力为50-90kPa，无回流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的离子液体为阳离子为咪唑离子的非AlCl3型离子液体。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或两种以上的离子液体混合物。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机溶剂为低碳数醇类或N，N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮类高沸点且水溶性较好的溶剂。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙二醇或丙三醇。

9.一种用于权利要求1所述方法的精馏装置，其特征在于：所述连续性操作的精馏装置包括装有25-50块理论塔板数的第一精馏塔（T1）、装有35-45块理论塔板数的甲醇塔（T3）、装有80-100块理论塔板数的乙醇塔（T4）和回收塔（T2），所述第一精馏塔（T1）塔顶的出料口与所述甲醇塔（T3）的进料口相连通，所述甲醇塔（T3）塔釜的出料口与所述乙醇塔（T4）的进料口相连通；所述第一精馏塔（T1）塔釜的出料口与所述回收塔（T2）的进料口相连通，所述回收塔（T2）底部的出料口与所述第一精馏塔（T1）的萃取剂进料口相连通，所述第一精馏塔（T1）的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述第一精馏塔（T1）的第15-40块理论塔板处和第3-10块理论塔板处；所述甲醇塔（T3）的原料进料口设于所述甲醇塔（T3）的第15-20块理论塔板处;所述乙醇塔（T4）的原料进料口设于所述乙醇塔（T4）的第40-42块理论塔板处;所述回收塔（T2）的进料口设于所述回收塔（T2）的中下部；

所述间歇性操作的精馏装置包括装有80-100块理论塔板数的第二精馏塔（T），所述第二精馏塔（T）的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述第二精馏塔（T）的第5-35块理论塔板处和第40-70块理论塔板处。

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