CN104447829B - 超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法及分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法及分离装置，它是由一座具有两侧线采出的精馏塔和多台换热器等关键设备组成的分离系统，将三乙二醇甲醚硼酸酯溶液经过两次换热后送入精馏塔中进行分离，塔顶得到冷凝水；精馏段侧线采出三乙二醇单甲醚，高温的三乙二醇单甲醚用于预热原料；塔釜上方侧线采出三乙二醇甲醚硼酸酯，高温的三乙二醇甲醚硼酸酯用于进一步预热原料，换热后再次进入换热器并与低温水换热得到较低温度的产品，其纯度高达99.99%（wt）以上。本发明有效地解决了三乙二醇甲醚硼酸酯混合物分离装置的建设费用高和能量浪费问题，是一种投资省、能耗低、收率高的超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯分离新工艺。

Description

超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法及分离装置

技术领域

本发明涉及一种超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法及其装置。

背景技术

三乙二醇甲醚硼酸酯是一类性能优良的精细化学用品，其外观为无色透明澄清液体，具有高沸点、不易燃易爆、无氧化性的特点，常用于生产制动液、液压油、传热流体、润滑油等。三乙二醇甲醚硼酸酯能提高各功能液体的沸点，有助于防止气阻的产生，可用于提高汽车制动液的整体性能。

随着交通工具的发展，机动车行驶安全问题越来越成为人们关注的焦点，而汽车制动液的性能直接关系到车辆的行驶安全。随着汽车性能不断提高和车辆制动系统结构的不断完善，对于在制动系统中起着传递压力作用的制动液的性能要求也越来越高。而硼酸酯型制动液以其良好的水解稳定性、较高的干湿沸点以及较好的低温运动粘度等性能，成为当今制动液发展的主导。在硼酸酯型制动液合成之后，最重要的是采用何种工艺以得到含杂质极低的超高纯度产品，纯度越高，品质越好。因此，有必要对该产品的超高纯分离工艺与设备进行深入的研究。

传统产品的分离工艺一般是对三乙二醇甲醚硼酸酯的混合液（其中包含有水，三乙二醇单甲醚，三乙二醇甲醚硼酸酯，重组分，机械杂质等）进行多次精馏分离，正常需要3座精馏塔，但最终也只能获得纯度为99.9％左右的产品，这意味着其中还含有杂质1000ppm左右。尤其是水含量，均超过100ppm，这对于产品稳定性具有严重影响。此外，由于进行多次精馏，能耗高，收率低和分离装置投资大，操作成本高等缺陷在所难免。因此，有必要发明新的分离方法以克服上述缺点，并得到超高纯度的三乙二醇甲醚硼酸酯产品。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例一方面提出一种超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法，包括以下步骤：将三乙二醇甲醚硼酸酯原料混合溶液送入精馏塔进行精馏分离，精馏塔真空操作，水分从塔顶蒸出，并部分回流；三乙二醇单甲醚从精馏塔的精馏段侧线采出，三乙二醇甲醚硼酸酯从精馏塔的塔釜上方侧线采出，塔釜为残余机械杂质和重组分；其中，三乙二醇单甲醚经管道进入第一换热器进行第一次预热所述原料混合溶液；三乙二醇甲醚硼酸酯经管道进入第二换热器进行第二次预热所述原料混合溶液，换热后的三乙二醇甲醚硼酸酯经管道进入第三换热器与塔顶蒸出的至少一部分经冷凝后的水分进行换热，降温后的三乙二醇甲醚硼酸酯即得。

根据本发明实施例的超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法先通过第一换热器以充分利用精馏后产出物三乙二醇单甲醚的热能，再通过第二换热器充分利用精馏采出的主产品三乙二醇甲醚硼酸酯所含的热能，经二次预热的原料混合溶液进入通过精馏塔分离得到三乙二醇甲醚和三乙二醇甲醚硼酸酯两个物质，通过两次预热使进入精馏塔的原料混合液温度升高，从而有利于混合液的快速分离，使得到的产品纯度更大。并通过第三换热器将冷凝后的至少一部分低温水与经过换热器换热后仍旧较高温的三乙二醇甲醚硼酸酯进行换热，从而得到低温下的产品。综上，根据本发明实施例的超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法采用一座具有两侧线采出的精馏塔和多个换热器组成的分离系统，不仅可同时得到含量在99.99%（wt）以上的三乙二醇甲醚硼酸酯超高纯主产品和含量为99.99%（wt）以上的三乙二醇单甲醚超高纯原料产品，而且可进行回收利用两股产品物料的热能，既节省了分离装置的建设投资，又降低了分离过程的能耗，实现经济效益最大化。

另外，根据本发明实施例的超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法还可以具有以下附加技术特征：

优选的，所述三乙二醇甲醚硼酸酯混合溶液为含水1-10%、三乙二醇单甲醚20-40%的三乙二醇甲醚硼酸酯溶液，以上为体积比。

优选的 , 所述精馏塔压力为0.001-0.005MPa，理论塔板数为20-80块，回流比为5-30。

优选的，所述精馏塔塔釜加热温度250-300℃。

优选的，所述换热后的三乙二醇单甲醚至少一部分经管道送往反应工序作为原料循环使用。

优选的，经过两次预热后的三乙二醇甲醚硼酸酯原料混合溶液的温度大于等于三乙二醇单甲醚的沸点。由此可知，两次预热后的原料混合液的三乙二醇单甲醚和水分处于气体状态，在输送管道内就可以进行气液预分离，而进入精馏塔后进一步精馏使三乙二醇单甲醚和水份完全分离出来，进而可以得到高纯度的三乙二醇单甲醚和三乙二醇甲醚硼酸酯。

本发明另一方面还提出一种超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离装置，包括：具有塔底再沸器和塔顶冷凝器的精馏塔；用于将三乙二醇甲醚硼酸酯原料混合溶液送进所述精馏塔的第一管道，并在该管道上先后设有第一换热器和第二换热器；用于将从所述精馏塔侧线出料的三乙二醇单甲醚送入所述第一换热器的第二管道，并且连接第一换热器用于将换热后的三乙二醇单甲醚输出的第三管道；用于将从所述精馏塔的塔釜上方侧线采出的三乙二醇甲醚硼酸酯送入所述第二换热器的第四管道，并且连接第二换热器用于将换热后的三乙二醇甲醚硼酸酯送入第三换热器的第五管道；连接第三换热器用于将三乙二醇甲醚硼酸酯送入一产品储罐的第六管道；和连接所述冷凝器将所述冷凝后的至少一部分水分送入所述第三换热器的第七管道，并且连接所述第三换热器用于将将换热后的水份输出的第八管道。

优选的，所述精馏塔为板式塔或填料塔。该单一精馏塔采用不锈钢填料塔，也可采用除高分子材料以外的非金属填料塔。

优选的，所述第三管道连接有中间罐。

优选的，还包括将所述中间罐中的至少一部分三乙二醇单甲醚送往反应工序作为原料的第九管道。

优选的，包括用于将来自塔顶蒸出的水分送至所述冷凝器、并从冷凝器回流至精馏塔的第十管道。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法示意图。

附图标记说明：E-01、E-02、E-03分别为第一换热器、第二换热器和第三换热器；T-01为精馏塔；H-01为冷凝器；H-02为再沸器；V-01为三乙二醇单甲醚产品中间罐；V-02为三乙二醇甲醚硼酸酯产品储罐；1-10分别为第一管道至第十管道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1描述根据本发明实施例的超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法和分离装置。

实施例1

如图1所示，超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离装置，包括：

具有塔底再沸器H-02和塔顶冷凝器H-01的精馏塔T-01；

用于将三乙二醇甲醚硼酸酯原料混合溶液送进所述精馏塔T-01的第一管道1，并在该第一管道1上先后设有第一换热器E-01和第二换热器E-02；

用于将从所述精馏塔T-01侧线出料的三乙二醇单甲醚送入所述第一换热器E-01的第二管道2，并且连接第一换热器E-01用于将换热后的三乙二醇单甲醚输送至中间罐V-01的第三管道3，并且将所述中间罐V-01的至少一部分三乙二醇单甲醚送往反应工序作为原料的第九管道9；

用于将从所述精馏塔T-01的塔釜上方侧线采出的三乙二醇甲醚硼酸酯送入所述第二换热器E-02的第四管道4，并且连接第二换热器E-02用于将换热后的三乙二醇甲醚硼酸酯送入第三换热器E-03的第五管道5；连接第三换热器E-03用于将三乙二醇甲醚硼酸酯送入一产品储罐V-02的第六管道6；和

连接所述冷凝器H-01将所述冷凝后的至少一部分水分送入所述第三换热器E-03的第七管道7，并且连接所述第三换热器E-03用于将将换热后的水份输出的第八管道8。

还包括用于将来自塔顶蒸出的水分送至所述冷凝器H-01、并从冷凝器H-01回流至精馏塔T-01的第十管道10。

精馏塔T-01为板式塔或填料塔。该单一精馏塔采用不锈钢填料塔，也可采用除高分子材料以外的非金属填料塔。

其中第一管道1为混合液原料的路线；第十管道10、第七管道7、第八管道8为冷凝后低温水的流路管道；第二管道2、第三管道3、第九管道9为三乙二醇单甲醚的流路管道；第四管道4、第五管道5、第六管道6为三乙二醇甲醚硼酸酯的流路管道。

采用上述超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离装置的分离方法，具体步骤是：

步骤1：将含水1-10%（体积比）、三乙二醇单甲醚20-40%（体积比）的三乙二醇甲醚硼酸酯混合溶液通过第一管道1输送到第一换热器E-01，并加热至50-95℃，加热介质为精馏塔T-01侧线出料的三乙二醇单甲醚（约102－105℃），然后该股物料沿第三管道3进入中间罐V-01。之后，三乙二醇单甲醚将沿第九管道9被送往反应工序作为原料循环使用。

步骤2：通过换热器E-01的混合液沿第一管道1被送入第二换热器E-02进行第二次加热，被加热至120-140℃。加热介质为精馏塔T-01釜底出料的三乙二醇甲醚硼酸酯（约200-230℃）。然后，该加热介质沿第五管道5进入第三换热器E-03。

步骤3： 经过第二换热器E-02加热后的混合液通过第一管道1进入精馏塔T-01，该塔真空操作（压力为0.001-0.005MPa）,塔釜加热温度250-300℃，理论塔板数为20-80块，回流比为5-30。水分从塔顶蒸出，并通过第八管道8排出；三乙二醇单甲醚（反应原料）从精馏塔T-01的精馏段侧线采出（具体位置要依据混合液的组成进行计算确定），并沿第二管道2进入第一换热器E-01；

作为主产品的三乙二醇甲醚硼酸酯从精馏塔T-01的塔釜上方侧线采出，而塔釜为残余机械杂质和重组分，它们将定期通过塔底泵输出作为废物处理（一般作为锅炉燃料焚烧）。采出的主产品三乙二醇甲醚硼酸酯则沿第四管道4进入第二换热器E-02进行热交换后送产品储罐V-02。

步骤4：在主产品三乙二醇甲醚硼酸酯送产品储罐V-02之前，与来自第七管道7的塔顶低温水通过第三换热器E-03进行换热，使主产品继续降温后，沿第六管道6进入产品储罐V-02储存待用。

上述超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的分离工艺中，步骤1目的是预热混合原料液，通过换热器以充分利用精馏后产出物三乙二醇单甲醚的热能；步骤2目的是二次预热混合原料液，利用换热器充分利用精馏采出的主产品三乙二醇甲醚硼酸酯所含的热能；步骤3是为了分离得到三乙二醇甲醚和三乙二醇甲醚硼酸酯两个超高纯物质，其中前者是反应原料再回反应器反应，后者则是主产品，即超高纯的三乙二醇甲醚硼酸酯，其纯度高于99.99％，水分含量低于5ppmm。步骤4中设置换热器是为了冷凝后的低温水与经过换热器换热后仍旧较高温的三乙二醇甲醚硼酸酯进行换热，从而得到低温下的产品。

本发明实施例的优点是：采用一座具有两侧线采出的精馏塔T-01和多个换热器组成的分离系统，不仅可同时得到含量在99.99%（wt）以上的三乙二醇甲醚硼酸酯超高纯主产品和含量为99.99%（wt）以上的三乙二醇单甲醚超高纯原料产品，而且可进行回收利用两股产品物料的热能，既节省了分离装置的建设投资，又降低了分离过程的能耗，实现经济效益最大化。

实验例1

将含水1%、三乙二醇单甲醚30%的三乙二醇甲醚硼酸酯溶液以20.5kg/h的流量沿管道1输送到换热器E-01中加热至50℃，再沿管道2输送到换热器E-02中加热至130℃，而后沿管道3进入精馏塔T-01进行分离；精馏塔T-01理论塔板数为40块，进料口在19块处，塔径为0.2米，精馏段侧线出料口在第8块板处，塔顶操作压为0.001MPa，塔顶蒸汽采用0℃冷冻水冷凝，塔釜则采用250℃高温导热油加热。经冷凝器H-01冷凝后实行部分回流，回流比为30，冷凝后的水沿管道4经换热器E-03与沿管道8的三乙二醇甲醚硼酸酯交换热量后进入水循环系统；精馏段侧线采出的三乙二醇单甲醚（液体）温度为102℃，物料沿管道5进入换热器E-01与沿管道1的混合物料换热后经管道7进入中间罐V-01，其纯度达到99.993%（wt），它将被送往反应工序作为原料循环使用。塔釜上方侧线得到三乙二醇甲醚硼酸酯产品，温度为215℃，它沿管道6进入换热器E-02与来自管道2的混合物料换热后经管道8进入换热器E-03，经再次换热后沿管道9进入三乙二醇甲醚硼酸酯产品储罐V-02，其纯度高达99.994%（wt）。

实验例2

将含水5%、三乙二醇单甲醚40%的三乙二醇甲醚硼酸酯溶液以50.0kg/h的流量沿管道1输送到换热器E-01中加热至70℃，再沿管道2输送到换热器E-02中加热至140℃，而后沿管道3进入精馏塔T-01进行分离；精馏塔T-01理论塔板数为55块，塔径为0.3米，进料口在第27块处，精馏段侧线出料口在第12块板处，操作压为0.003MPa，塔顶采用0℃冷冻水冷凝，塔釜采用300℃高温导热油加热；经冷凝器H-01冷凝后实行部分回流，回流比为5.0，冷凝后的水沿管道4经换热器E-03与沿管道8的三乙二醇甲醚硼酸酯交换热量后进入水循环系统；精馏段侧线采出的三乙二醇单甲醚（液体）温度为104.5℃，物料沿管道5进入换热器E-01与沿管道1的混合物料换热后经管道7进入中间罐V-01，其纯度达到99.994%（wt），它将被送往反应工序作为原料循环使用。塔釜上方侧线得到三乙二醇甲醚硼酸酯，温度为230℃，它沿管道6进入换热器E-02与来自管道2的混合物料换热后经管道8进入换热器E-03，经再次换热后沿管道9进入产品储罐V-02，其纯度达到99.992%（wt）。

实验例3

将含水10%、三乙二醇单甲醚20%的三乙二醇甲醚硼酸酯溶液以72.5kg/h的流量沿管道1输送到换热器E-01中加热至80℃，再沿管道2输送到换热器E-02中加热至120℃，而后沿管道3进入精馏塔T-01进行分离；精馏塔T-01理论塔板数为35块，塔径为0.3米，进料口在17块处，精馏段侧线出料口在第8块板处，操作压为0.002MPa，塔顶采用0℃冷冻水冷凝，塔釜采用300℃高温导热油加热。经冷凝器H-01冷凝后实行部分回流，回流比为15，冷凝后的水沿管道4经换热器E-03与沿管道8的三乙二醇甲醚硼酸酯交换热量后进入水循环系统；精馏段侧线采出的三乙二醇单甲醚（液体）温度为105℃，物料沿管道5进入换热器E-01与沿管道1的混合物料换热后经管道7进入中间罐V-01，其纯度达到99.992%（wt），它将被送往反应工序作为原料循环使用。塔釜上方侧线得到三乙二醇甲醚硼酸酯，温度为223℃，沿管道6进入换热器E-02与沿管道2的混合物料换热后经管道8进入换热器E-03，再次换热后沿管道9进入产品储罐V-02，其纯度达到99.991%（wt）。

实验例4

将含水6%、三乙二醇单甲醚26%的三乙二醇甲醚硼酸酯溶液以102.0kg/h的流量沿管道1输送到换热器E-01中加热至95℃，再沿管道2输送到换热器E-02中加热至134℃，而后沿管道3进入精馏塔T-01进行分离；精馏塔T-01理论塔板数为80块，塔径为0.6米，进料口在38块处，精馏段侧线出料口在第21块板处，操作压为0.005MPa，塔顶采用0℃冷冻水冷凝，塔釜采用250℃高温导热油加热。经冷凝器H-01冷凝后实行部分回流，回流比为17.0，冷凝后的水沿管道4经换热器E-03与沿管道8的三乙二醇甲醚硼酸酯交换热量后进入水循环系统；精馏段侧线采出的三乙二醇单甲醚（液体）温度为104.1℃，物料沿管道5进入换热器E-01与沿管道1的混合物料换热后经管道7进入中间罐V-01，其纯度达到99.995%（wt），它将被送往反应工序作为原料循环使用。塔釜上方侧线得到三乙二醇甲醚硼酸酯，温度为200℃，沿管道6进入换热器E-02与沿管道2的混合物料换热后经管道8进入换热器E-03，再次换热后沿管道9进入产品储罐V-02，其纯度达到99.994%（wt）。

实验例5

将含水4%、三乙二醇单甲醚35%的三乙二醇甲醚硼酸酯溶液以149.0kg/h的流量沿管道1输送到换热器E-01中加热至68℃，再沿管道2输送到换热器E-02中加热至127℃，而后沿管道3进入精馏塔T-01进行分离；精馏塔T-01理论塔板数为20块，塔径为0.6米，进料口在11块处，精馏段侧线出料口在第5块板处，操作压为0.001MPa，塔顶采用0℃冷冻水冷凝，塔釜采用250℃高温导热油加热。经冷凝器H-01冷凝后实行部分回流，回流比为23.0，冷凝后的水沿管道4经换热器E-03与沿管道8的三乙二醇甲醚硼酸酯交换热量后进入水循环系统；精馏段侧线馏出的三乙二醇单甲醚（液体）温度为103.0℃，物料沿管道5进入换热器E-01与沿管道1的混合物料换热后经管道7进入中间罐V-01，其纯度达到99.994%（wt），它将被送往反应工序作为原料循环使用。塔釜上方侧线得到三乙二醇甲醚硼酸酯，温度为211.2℃，沿管道6进入换热器E-02与沿管道2的混合物料换热后经管道8进入换热器E-03，再次换热后沿管道9进入产品储罐V-02，其纯度达到99.992%（wt）

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种超高纯三乙二醇甲醚硼酸酯的节能分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

将三乙二醇甲醚硼酸酯原料混合溶液送入精馏塔进行精馏分离，精馏塔真空操作，水分从塔顶蒸出，并部分回流；三乙二醇单甲醚从精馏塔的精馏段侧线采出，三乙二醇甲醚硼酸酯从精馏塔的塔釜上方侧线采出，塔釜为残余机械杂质和重组分；其中，三乙二醇单甲醚经管道进入第一换热器进行第一次预热所述原料混合液；三乙二醇甲醚硼酸酯经管道进入第二换热器进行第二次预热所述原料混合液，换热后的三乙二醇甲醚硼酸酯经管道进入第三换热器与塔顶蒸出的至少一部分经冷凝后的水分进行换热，降温后的三乙二醇甲醚硼酸酯即得。

2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述三乙二醇甲醚硼酸酯混合溶液为含水1-10%、三乙二醇单甲醚20-40%的三乙二醇甲醚硼酸酯溶液。

3.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述精馏塔压力为0.001-0.005MPa，理论塔板数为20-80块，回流比为5-30。

4.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述精馏塔塔釜加热温度250-300℃。

5.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述换热后的三乙二醇单甲醚至少一部分经管道送往反应工序作为原料循环使用。

6.根据权利要求1-5任一项所述的分离方法，其特征在于，经过两次预热后的三乙二醇甲醚硼酸酯原料混合溶液的温度大于等于三乙二醇单甲醚的沸点。