CN104245645B - 分离氯化甲烷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用间壁塔分离氯化甲烷的方法。也提供了用于生成氯化甲烷的方法和生产组合装置，以及利用通过利用本发明的一种或多种方法和/或组合装置制备和/或分离的氯化甲烷制备产品的方法。

Description

分离氯化甲烷的方法

技术领域

本发明涉及一种使用间壁塔分离氯化甲烷的方法。也提供了用于产生氯化甲烷的方法，以及利用通过利用本发明的一种或多种方法制备和/或分离的氯化甲烷制备产品的方法。

发明背景

如果不是全部的话，许多化学方法不产生纯的最终产品，而是相反，典型地制得产物族，或者至少必须被进一步纯化以成为适于销售的形式的单一产物。在许多这样的方法中，制得的附加产物和/或副产物典型地具有非常类似的化学性质，使得所需的一种或多种最终产品的分离可能难以进行。适合的分离技术也可能是昂贵的-知道常规的蒸馏在时间、能量、空间和设备需求方面是代价高的。此外，为了提供多种最终产品，典型地可能需要多次蒸馏。如果需要连续处理，则典型地购买、安装和驱动多次分离装置。

只是作为一个实例，用于制备氯化甲烷的方法不是产生一种产物，而是相反，产生二氯甲烷、氯仿和四氯化碳。这些中的每一种都具有最终产品用途，但是为了能够用于这样的目的，每一种都必须由产物族中脱水、分离并纯化。用于制备氯化甲烷的常规方法因此典型地包括多个要素，以得到商业上可接受的最终产品，所述要素致力于脱水，即，典型包括至少两个蒸馏单元的冷凝列，和/或致力于分离反应产物，即，典型地包括至少两个蒸馏单元的蒸馏列。这些常规方法的总体方法覆盖区和操作成本是巨大的，并且可以变得高得惊人。

理想地，能够提供用于制备氯代甲烷的方法和设备，所述方法和设备能够使能量、材料和空间成本最小化，同时也使任何与在制备产品过程中所用的这些方法/设备相关的分离/纯化成本最小化。同样，这样的方法/设备的商业适用性能够被优化。

发明简述

本发明提供了这样的方法。更具体地，本发明提供了用于将在工艺流中的至少两种氯化甲烷分离的方法。该方法使用间壁塔，使得能够获得比其它类型的分离单元更有效率的分离。只需较少的分离单元或分离过程，便获得一种以上商业上可接受的最终产品，而且节约了时间、空间、资金和能源成本。

于是在一方面，提供了用于含有至少两种氯化甲烷的工艺流的分离方法。该方法包括，向间壁塔供给含有至少两种氯化甲烷的工艺流，使得该间壁塔将所述至少两种氯化甲烷分离。该工艺流可以包含二氯甲烷、氯仿、四氯化碳或这些中两种的组合。在一些实施方案中，可以提供在其底部部分中具有侧线精馏器的间壁塔，使得痕量中间体组分，如含有溴的那些中间体组分，也可以从工艺流中被除去。

通过将本分离方法结合在氯化甲烷的制备方法中，可以放大通过本文提供的分离方法所提供的成本节约。更具体地，在制备氯化甲烷的方法中利用本发明的分离方法可以降低在生产过程中所需的设备的件数。再更具体地，本文提供的分离方法可以全部或部分地替代在氯化甲烷的常规制备方法中典型含有的蒸馏段。

因此，也提供了用于制备氯化甲烷的生产组合装置。该组合装置包括反应器、冷凝段和蒸馏段，其中蒸馏段包含间壁塔。蒸馏段可以附加包含除间壁塔之外的蒸馏塔，即本组合装置的蒸馏段与用于常规氯甲烷方法中的使用两个蒸馏塔的蒸馏段相比，少用至少一个蒸馏塔。

再另一方面，本发明提供了用于制备氯化甲烷的方法。该方法包括生成含有至少两种氯化甲烷的工艺流；以及向间壁塔提供该工艺流。可以从间壁塔回收第一、第二和第三工艺流，并且将它们理想地分别由二氯甲烷、氯仿和四氯化碳构成。在一些实施方案中，间壁塔可以在其底部部分中含有侧线精馏器，使得如果需要，也可以从工艺流中除去痕量中间物组分。例如，可以通过在设置了侧线精馏器的实施方案中使用侧线精馏器除去溴化化合物。

附图简述

当参考附图阅读下文的发明详述时，本发明的这些和其它特点、方面和优点将变得更好理解，在附图中：

图1是用于氯化甲烷的常规蒸馏段的示意图；并且

图2是根据本发明的蒸馏段的一个实施方案的示意图。

发明详述

本说明书提供了一些定义和方法以更好地规定本发明和指导本领域技术人员实践本发明。对于特定的术语或短语的定义的提供或缺乏这样的提供并不意在暗示任何特别的重要性或缺乏重要性。相反，并且除非另外指出，对术语应根据相关领域一般技术人员的常规应用进行理解。

如本文所使用的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个要素区别于另一个。而且，术语“一种”和“一个”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所指的项目，而且除非另外指出，术语“前”、“后”、“底”和/或“顶”仅仅为了方便说明，而不是限制在任何一个位置或空间方向上。

如果公开了范围，则指向同一组分或性质的所有范围的端点是包含在内的且可以独立组合的(例如，“高达约25重量％，或更具体地，约5重量％至约20重量％”的范围包含“约5重量％至约25重量％，”等等这些范围内的端点和所有中间值)。与数量连接使用的修饰语“约”包括所述值并且具有上下文所指明的含义(例如，包括与对特别的数量的测量相联系的误差程度)。除非另外定义，提供的所有百分比均为重量百分比。

本文提供了用于分离氯化甲烷的方法。本方法有利地使用了间壁塔，并且因此与使用常规分离方法相比，可以更有效率地分离至少两种氯化甲烷，优选三种氯化甲烷。例如，一个间壁塔可以典型地替换至少两个常规蒸馏塔，并且因此提供了资金成本节约，因为仅需购买一个间壁塔而非两个蒸馏塔。也提供能量节约，因为与操作一个间壁塔相关的能量成本明显少于与操作两个常规蒸馏塔相关的能量成本。最后，一个间壁塔所需的覆盖区明显少于它可以取代的所述至少两个(at least)蒸馏塔所需的覆盖区，因此节约了生产空间。

间壁塔是带有竖直间壁的蒸馏塔，所述间壁将塔在其中央区域中在纵向上隔开，并且阻止了在液体流和气体流在该区域横向混合。将进料提供至塔的中央区域。高沸点的馏分从塔的底部排出，低沸点的馏分从塔的顶部排出，且中等沸点的馏分从塔的中央区域排出。

尽管将这样的塔应用于分离多组分混合物是已知的，但它们尚未被应用于分离氯化甲烷。因为对于较老的工艺，已经在常规蒸馏塔/方法中进行了对于资金、空间和培训的投资。直到要求替换为止，这样做在经济上可能是不合理的，并且不接受二择一的考虑。此外，如果有已经有这样的考虑并且在本发明之前，本领域一般技术人员显然断定：这还不可能，或者至少，为了提供能够分离氯化甲烷的间壁塔所需的成本和空间是过于昂贵而不可接受的，因为二氯甲烷、氯仿和四氯化碳沸点接近。

更具体地，使用含有约100至约150个平衡级、优选约110至约140个平衡级、更优选约120至约130个平衡级的间壁塔，可以将含有氯化甲烷的工艺流分离成它的至少两种组分。正如本领域技术人员所知的，可以通过塔盘、填料或它们的组合设置间壁塔中的级。

在一些实施方案中，可以提供具有侧线精馏器或侧线汽提塔的间壁塔，使得进一步的分离成为可能。例如，许多制备氯化甲烷的方法可以引入溴化污染物，或者氯化甲烷的供给可能含有溴化污染物。这样的污染物，尽管难以通过其它方法除去，但却可以容易地用设置有侧线汽提塔或精馏器的间壁塔除去。正如本领域技术人员所知的，侧线精馏器或侧线汽提塔提取间壁塔的流体中的一部分进入分开的单元，该分开的单元装配有分开的热源或冷凝源。在侧线精馏器的情况下，移出的产物被精馏，或者富集在较轻的组分中，且将这些中间物轻组分的一些部分从体系中除去。

间壁塔可以具有一个或多于一个竖直壁。如果多于一个，竖直壁可以具有相同或不同的长度。此外，竖直壁不需要严格竖直，而是可以偏离竖直5度、10度或甚至偏离竖直高达20度。一个或多个壁理想地足够长，以横贯塔的基本上所有水平排列的分离塔盘，并且理想地，从最低的几个级之一至最高的几个级之一。最后，所述一个或多个壁可以含有任何适合的材料，典型地，分隔壁含有合金化不锈钢或非合金化不锈钢。

本方法包括向间壁塔提供含有至少两种氯化甲烷的工艺流。可以分离至少两种以上氯化甲烷，并且基本上同时地进行分离。预期例如氯仿(CHCl3，CAS 67-66-3)和四氯化碳(CCl4，CAS 56-23-5)，或者二氯甲烷(CH2Cl2，CAS 75-09-2)、氯仿和四氯化碳的基本上纯的馏分的分离利用本方法从含有它们的工艺流中分离提供。

本分离氯化甲烷的方法可以用作单独的方法，或者可以与一种以上附加的方法联合使用。例如，本方法可以与附加的分离方法联合，使得可以对通过本方法提供的所分离的氯化甲烷进行附加的分离。例如，在其中向间壁塔提供含有二氯甲烷、氯仿和四氯化碳工艺流的那些实施方案中，可以得到含有约5重量％氯仿和约95重量％四氯化碳的塔底馏分。可以对这样的馏分实施进一步的分离技术，以致提供氯仿和四氯化碳的基本上纯的馏分，即，仅含有痕量杂质的基本上纯的馏分。

在这样的实施方案中，塔底馏分，或者无论什么进一步理想地纯化的馏分，可以进行常规蒸馏，或者被提供至附加的间壁塔中。化工领域的一般技术人员能够确定合适的常规蒸馏参数，以通过常规蒸馏进行所需的分离。如果通过附加的间壁塔理想地分离，附加的间壁塔可能在大约相同的压力下操作，或者在约一至五个大气压下操作，并具有约140至约190个平衡级，优选约150至约180个平衡级，且更优选约160至约170个平衡级。

可以参考图1，进一步理解通过本文所述的方法提供的优点，图中示出了用于制备氯化甲烷的方法的常规蒸馏段的一个实例。更具体地，蒸馏列100包括两个蒸馏塔102和118。

在典型的操作中，可以从任何来源向蒸馏塔102提供进料流104。例如，可以从在冷凝制造段或“列”(未示出)内的蒸馏塔(未示出)供给进料流104。这样的冷凝列可以典型地用于除去大部分或基本上所有在工艺流中的任何水。在这样的实施方案中，当向蒸馏塔102提供进料流104时，它由此基本上是不含水的，并且可以含有，例如约10重量％至约90重量％的二氯甲烷、约10重量％至约90重量％的氯仿和约1重量％至约10重量％的四氯化碳。

将在约85℃的顶部温度、约125℃的底部温度和约45psig(4.1巴绝对压力)的压力的条件下典型地操作蒸馏塔102。在这些条件下，将期望工艺流106含有约99.9999％的二氯甲烷和10ppm氯仿，同时将期待塔底物流110含有约91％氯仿、约9％四氯化碳和约10ppm二氯甲烷。工艺流110的一部分108将被转移并且再循环至蒸馏塔102，同时工艺流110的其余部分将被通过加热器/泵112导向至蒸馏塔118。

因此，将期待工艺流114在被引入蒸馏塔118之前，具有约2至3巴的绝对压力和约120℃至约130℃的温度。蒸馏塔118可以理想地处于约2至2.5巴的绝对压力下，并且具有约65℃的顶部温度和约125℃的底部温度。工艺流116的一部分可以典型地再循环至蒸馏塔118，同时可以典型地对含有约2至5％氯仿和约95至98％四氯化碳的其余部分实施进一步的纯化/加工技术。

预期安装蒸馏塔102和118的制造覆盖区将为约400平方英尺/塔或两个装置800平方英尺。

相反，如本方法中使用的间壁塔和组合装置在图2中示出。更具体地，蒸馏段200包括间壁塔214。间壁塔214包括延伸穿过间壁塔214的中央范围的竖直壁218。

在典型的操作中，可以从任何来源向间壁塔214提供进料流202。如与图1相关所述，进料流202可以从冷凝制造段提供。同样，预期进料流202含有约10重量％至约90重量％的二氯甲烷、约10重量％至约90重量％的氯仿和约1重量％至约10重量％的四氯化碳。

将在约65℃至约70℃或68℃的顶部温度，约120℃至约130℃或约125℃的底部温度，和在约2至2.5巴绝对压力的条件下典型地操作间壁塔214。在这些条件下，预期上部工艺流204含有基本上纯的二氯甲烷，具有痕量的氯仿和四氯化碳，同时预期中部工艺流206含有基本上纯的氯仿，具有仅痕量的二氯甲烷和四氯化碳。预期塔底工艺流208含有约95重量％四氯化碳、5重量％氯仿和仅痕量的二氯甲烷。

预期安装蒸馏段200所需的制造覆盖区为约400平方英尺。

因此，在用于氯化甲烷的生产组合装置的蒸馏段中利用间壁塔提供明显的覆盖区节约。并且因此，本文也提供了用于氯化甲烷的生产组合装置，其包括适当的反应器、冷凝段和蒸馏段。其中蒸馏段包括间壁塔和不多于三个蒸馏塔，优选不多于两个蒸馏塔。间壁塔将理想地含有约100至150个平衡级，优选约110至140个平衡级，且更优选约120至约130个平衡级。可以通过塔盘、填料或它们的组合提供所述级。

因为本文所述的这些方法使用了间壁塔，因此如果需要，本发明的这些方法可以基本上连续地进行，并且可以基本上同时进行氯化甲烷的分离。本发明的这些方法因此比常规蒸馏塔显示出更高的分离效率，并且在一些实施方案中，甚至具有基本上相同的分离级/塔盘的常规蒸馏塔也是如此。因此本的这些方法提供具有高纯度的分离的氯化甲烷，同时提供了资金和操作开支方面的减少。通过本发明的这些方法，也提供减少的停工时间和清洁开支。

本文提供的分离方法可以结合在氯化甲烷的制备方法中，并且由此放大了由分离方法提供的优点。用于制备氯化甲烷的典型方法包括使一氯甲烷与氯反应，并且可以提供了含有例如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳或这些的组合的工艺流。

通过本文所述的方法分离和/或制备的氯化甲烷可以用于下游方法中以提供附加的产品。例如，可以使用二氯仿和氯仿制备涂料、粘合剂、干洗化学品、氟碳化合物、制冷剂、油漆、脱漆剂、聚氨酯泡沫、医药品等。

陈述以下实施例，目的在于举例说明本发明；但这些实施例不意在以任何方式限制本发明。本领域技术人员应该认识到将落在本发明的范围内的这些实施例的各种各样的替换和改动。

实施例1

在本实施例中，向与图2中所示的间壁塔类似的间壁塔提供含有氯化甲烷且流量为约25000kg/小时的进料流。

更具体地，进料流含有约78重量％二氯甲烷、约19重量％氯仿和约3重量％四氯化碳。间壁塔进口温度约为125℃、顶部温度约为68℃且塔处于约2巴的绝对压力下。

当从间壁塔214中排出时，上部产物流(图2中的204)具有约20250kg/小时的质量流量，并且含有大约基本上纯的二氯甲烷，其具有少于10ppm氯仿和仅为痕量的四氯化碳。中部产物流(图2中的206)具有约4150kg/小时的质量流量，并且含有基本上纯的氯仿，其具有少于10ppm二氯甲烷和少于10ppm的四氯化碳。最后，塔底产物流(图2中的208)具有约400kg/小时的质量流量，并且含有95重量％四氯化碳、5重量％氯仿和仅痕量的二氯甲烷。

尽管在本文中仅已说明和描述了本发明的某些特性，但是对于本领域技术人员来说，将发生许多改动和变化。因此，应理解，后附权利要求意在覆盖所有这些改动和变化，因为落在本发明的真实精神之内。

Claims (8)

1.一种用于分离含有10重量％至90重量％的二氯甲烷、10重量％至90重量％的氯仿和1重量％至10重量％的四氯化碳的工艺流的方法，所述方法包括：

向含有100至150个平衡级的间壁塔提供所述工艺流，

其中，在65℃至70℃的顶部温度，120℃至130℃的底部温度，和在2至2.5巴绝对压力的条件下操作所述间壁塔，以提供上部工艺流、中部工艺流和塔底工艺流，其中所述上部工艺流含有基本上纯的二氯甲烷，具有痕量的氯仿和四氯化碳；所述中部工艺流含有基本上纯的氯仿，具有仅痕量的二氯甲烷和四氯化碳；并且所述塔底工艺流含有95重量％四氯化碳、5重量％氯仿和仅痕量的二氯甲烷。

2.权利要求1的方法，其中，所述间壁塔在所述间壁塔底部部分中含有侧线精馏器，并且所述方法还包括利用所述侧线精馏器从所述工艺流中除去痕量中间体组分。

3.权利要求2的方法，其中，所述痕量中间体组分是溴化的。

4.一种通过使用用于制备氯化甲烷的生产组合装置制备氯化甲烷的方法，所述生产组合装置包括反应器、冷凝段和蒸馏段，其中所述蒸馏段包括含有100至150个平衡级的间壁塔且不再包括单一蒸馏塔，所述方法包括：

向所述间壁塔提供含有10重量％至90重量％的二氯甲烷、10重量％至90重量％的氯仿和1重量％至10重量％的四氯化碳的工艺流，

其中，在65℃至70℃的顶部温度，120℃至130℃的底部温度，和在2至2.5巴绝对压力的条件下操作所述间壁塔，以提供上部工艺流、中部工艺流和塔底工艺流，其中所述上部工艺流含有基本上纯的二氯甲烷，具有痕量的氯仿和四氯化碳；所述中部工艺流含有基本上纯的氯仿，具有仅痕量的二氯甲烷和四氯化碳；并且所述塔底工艺流含有95重量％四氯化碳、5重量％氯仿和仅痕量的二氯甲烷。

5.权利要求4的方法，其中，所述间壁塔包含至少120至130级。

6.一种用于制备氯化甲烷的方法，所述方法包括：

生成含有10重量％至90重量％的二氯甲烷、10重量％至90重量％的氯仿和1重量％至10重量％的四氯化碳的工艺流；和

向含有100至150个平衡级的间壁塔提供所述工艺流，

其中，在65℃至70℃的顶部温度，120℃至130℃的底部温度，和在2至2.5巴绝对压力的条件下操作所述间壁塔，以提供上部工艺流、中部工艺流和塔底工艺流，其中所述上部工艺流含有基本上纯的二氯甲烷，具有痕量的氯仿和四氯化碳；所述中部工艺流含有基本上纯的氯仿，具有仅痕量的二氯甲烷和四氯化碳；并且所述塔底工艺流含有95重量％四氯化碳、5重量％氯仿和仅痕量的二氯甲烷。

7.权利要求6的方法，其中，所述间壁塔在所述间壁塔底部部分中含有侧线精馏器，并且所述方法还包括利用所述侧线精馏器从所述工艺流中除去痕量中间体组分。

8.权利要求7的方法，其中，所述痕量中间体组分是溴化的。