CN104693005A - 一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺，本设计采用的是萃取精馏分离甲醇-甲酸丙酯共沸混合物。萃取精馏通常采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成。萃取精馏塔生产能力不仅需要合理的工艺流程和塔结构，而且对原料与萃取剂的用量比、进料位置等诸多因素有要求。针对甲醇-甲酸丙酯的共沸体系，本发明采用乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和离子液体[Emim][BF4]的混合液做萃取剂，最终达到对两者的分离。

Description

一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺
技术领域
本发明设计一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺,本设计采用的是萃取精馏分离甲醇-甲酸丙酯共沸混合物。
背景技术
甲醇最大的用途是制造其他化学品，大约40%的甲醇会被转化为甲醛，在用于生产塑料、胶合板、涂料、炸药和免烫纺织品。甲醇亦有时会用于更高的份子建构，例如：利用改性高岭土作催化剂，可以把甲醇脱水生成二甲醚。甲醇可以在有限基础上用作为内燃机的燃料。甲醇也作为溶剂使用，并作为在管道的防冻液和挡风玻璃清洗液。在近年甲醇也成为燃料电池的燃料之一，如直接甲醇燃料电池。甲酸丙酯可以用作有机溶剂，并用于制造香料、杀菌剂和杀虫剂。但是由于两者存在共沸普通分离方法难以达到精制的要求，从而限制了两者的应用。
精馏作为精细化工行业中最为常用的分离方法，可以对甲醇-甲酸丙酯二者的共沸物进行分离，但是纯度仍然达不到95%以上，因此必须采用特殊精馏的方法。常用的特殊精馏包括：萃取精馏、共沸精馏、加盐精馏和变压精馏。萃取精馏由于其自身能耗低、污染小、溶剂可循环使用的优点，降低了投资，从而在化工分离行业中广泛使用。本发明也是采用萃取精馏的方法，对甲醇-甲酸丙酯共沸体系进行分离，最终得到高纯度的两种产品。
    离子液体在精馏中应用也已经发展了一段时间，离子液体添加到溶剂中，能够增强共沸体系中两种共沸组分的相对挥发度，同时离子液体又具有较强的稳定性和极低的蒸汽压、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，是传统挥发性溶剂的理想替代品，相比于其他有机液体具有很多优势。中国专利CN101544546A，一种萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法，该专利通过在有机溶剂添加无机盐来对原料进行萃取精馏，相比于单纯的使用有机溶剂，分离效率要更高，但是也存在无机盐可能对设备存在腐蚀等缺点，而离子液体能够很好地避免这一问题，如本发明中采用的离子液体[Emim][BF4]，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
发明内容
本发明通过采用萃取精馏的方法对甲醇-甲酸丙酯的共沸物进行分离,与传统蒸馏或者常规精馏相比,无论在能耗、产品纯度、环境压力和项目投资方面都具有优势。
萃取精馏通常用采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成。萃取精馏塔生产能力不仅需要合理的工艺流程和塔结构，而且对原料与萃取剂的用量比、进料位置等诸多因素有要求。针对甲醇-甲酸丁酯的共沸体系，本发明采用乙二醇、N-甲基吡咯烷酮或两者的混合物做萃取剂，最终达到对两者的分离。包括以下步骤：
一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏的新工艺，其特征在于该萃取精馏流程采用双塔流程，萃取剂采用乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和[Emim][BF4]的混合液，并且萃取剂从萃取精馏塔的塔顶进入，甲醇-甲酸丙酯从塔底进入。
根据分析，该工艺在1塔的塔顶得到甲醇，在2塔得到甲酸丙酯，2塔底得到萃取剂，萃取剂回流，重新进入萃取精馏塔1，进行补充。
由于萃取剂乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和离子液体混合液的沸点较高，可以采用减压精馏来降低能耗。
萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成。萃取精馏的操作条件为常压，回流比为2~6：1，塔顶的温度控制在60~80℃，塔釜温度控制在140~180℃。在此条件下塔顶可以得到纯度高于99.5%的甲醇。萃取精馏塔的塔釜液为含有萃取剂、甲酸丙酯和极少量的甲醇的混合物。
将萃取精馏塔的塔釜液引入溶剂回收塔，使萃取剂与甲酸丙酯分离。溶剂回收塔的操作条件为常压或者减压，回流比1~6:1。塔顶温度控制在80~120℃，塔底控制在150~200℃。塔釜的萃取剂返回萃取精馏塔，作为溶剂的补充。
本发明的方法适用于处理甲醇和甲酸丙酯组成的共沸混合物或者接近恒沸组成的混合物。
本发明所述的萃取精馏方法分离甲醇和甲酸丙酯的双塔流程如图1所示：
萃取精馏塔（3）的理论板数为55~100。如图所示，萃取剂从萃取精馏塔（3）的上部进料口（在第3~8理论板），即管口（1）加入，则进料口以上组成萃取剂回收段。该塔板向上的部分萃取剂逐步降低为零。甲醇与甲酸丙酯的共沸混合物以泡点温度从萃取精馏塔（3）中下部加入，即管口（2），所以萃取精馏塔（3）两股进料间为精馏段，精馏段的理论塔板数为35~60。在该段，从下往上，气相中甲醇的浓度逐步提高，液相中甲酸丙酯的浓度逐渐提高。从管口(2)往下至塔釜为提馏段,提馏段的理论塔板数在10~30，其作用是从下降液体中提取甲醇,使塔釜中甲醇的浓度逐步下降为零。萃取精馏塔（3）的操作条件为常压，萃取剂与原料液的质量之比为1.5~5.4:1，塔顶的温度控制在60~80℃，塔釜温度控制在140~180℃，在此条件下，可在塔顶可得到纯度高于99.5%的甲醇，塔顶馏出物经冷凝器（5）冷凝，部分经管道（6）返回到萃取精馏塔，回流比控制在2~6：1。含甲酸丙酯的塔釜液由塔底管道（4）进入溶剂回收塔（7）进行萃取剂的回收。
溶剂回收塔（7）的理论板数为50~100块，操作条件为常压或者减压，塔顶温度控制在80~100℃，塔底控制在180~200℃，塔顶馏出物经冷凝，回流比为2.2~7：1，管道（8）采出的是甲酸丙酯，可能含有极少量的甲醇，塔底剩余的为萃取剂乙二醇，并经过管道（9）回流到萃取精馏塔（3），作为萃取剂的补充。
本发明通过采用乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和[Emim][BF4]的混合液做萃取剂，使用双塔精馏，对甲醇和甲酸丙酯的共沸混合物进行分离，可以直接得到高纯度的甲醇和甲酸丙酯，同时萃取剂能够回流使用，工艺简单，不仅降低了成本，而且也减少了对环境的污染，符合可持续发展的要求。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的范围不以具体实施方式为限，而是有权利要求的范围加以限定。
附图说明
图1萃取精馏双塔流程示意图
具体实施案例
实施案例1
一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺，其工艺流程图如图1所示。萃取精馏塔3理论塔板数为100。以90wt%乙二醇和10wt%[Emim][BF4]做为萃取剂，从第3块理论板处（塔板数从上往下，管口1）加入，流量为2kg/hr。甲醇和甲酸丙酯的混合物从第42块理论板处（管口2）加入，流量为1kg/hr，其中甲醇的质量分数为50.2%，3在常压下操作，塔顶回流比为5:1，塔顶温度为60~70℃，塔釜温度为140~160℃，塔顶产物经气相色谱分析，得到纯度高于99.5%的甲醇产品。
萃取精馏塔3的塔釜物进入溶剂回收塔7，溶剂回收塔具有70块理论塔板数，溶剂回收塔操作条件为：常压，塔顶温度80~90℃，塔釜温度180~200℃。溶剂回收塔7的塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
实施案例2
萃取精馏塔双塔流程通实施例1。以95wt%N-甲基吡咯烷酮和5wt%[Emim][BF4]做萃取剂，从第3块理论板进料，流量为2.2kg/hr。甲醇和甲酸丙酯的混合物从第42块理论板加入，流量为1kg/hr，组成与实施例1相同。精馏塔3在常压下操作，回流比为5.0:1。此时塔顶温度为60~70℃，塔釜温度150~160℃。塔顶产物经气相色谱分析，得到纯度高于99.5%的甲醇产品。
溶剂回收塔操作条件同实施例1，塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
[0021] 实施案例3
萃取剂采用85wt%乙二醇和N-甲基吡咯烷酮的混合液与15wt%[Emim][BF4]做萃取剂，其中乙二醇和N-甲基吡咯烷酮混合液组成为50wt%乙二醇和50wt%、N-甲基吡咯烷酮，其他条件同实施例1。

Claims (1)

1.一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺，其特征在于，萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成；采用乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和离子液体[Emim][BF4]的混合液为萃取剂，其中离子液体的质量分数为5%~15%，操作条件为常压，萃取精馏塔回流比为2~6，塔顶的温度控制在60~80℃，塔釜温度控制在140~180℃，溶剂回收塔的操作条件为常压或，回流比1~6；塔顶温度控制在80~120℃，塔底控制在150~200℃。
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