CN105541552A - 一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法 - Google Patents

Abstract

一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法，本发明所述的乙二醇二甲醚与异丙醇共沸物萃取精馏方法包括常压连续性的操作方式或常压间歇性操作方式，通过选用多种萃取剂，得到高纯度的乙二醇二甲醚与异丙醇产品，且萃取剂能够回收利用。本发明的最大特征在于萃取除了选用传统溶剂，还采用了传统溶剂与离子液体组成的混合萃取剂，在能耗、环境压力、产品纯度方面优势巨大，特别适合大规模的工业化应用，尤其是针对乙二醇二甲醚-异丙醇共沸体系的分离，填补了目前的技术空白。

Description

一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法

技术领域

本发明所提供的分离方法针对的是乙二醇二甲醚-异丙醇共沸体系，分别采用乙二醇、乙二醇与离子液体组成的混合溶剂作为萃取剂，属于乙二醇二甲醚-异丙醇共沸体系的萃取精馏方法。

背景技术

本发明中涉及到的原料为乙二醇二甲醚与异丙醇，两者都是化工行业中常见的物质。乙二醇二甲醚，又名1，2-二甲氧基乙烷，分子式为C₄H₁₀O₂，常用作硝酸纤维素、树脂等的溶剂以及制备碱金属氧化物、硼烷时的溶剂，对各种纤维素也有很好的溶解能力，俗称二甲基溶纤剂。此外乙二醇二甲醚还可用于稀乙酸水溶液中回收乙酸、脱漆剂、稀释剂、以及增稠剂等。异丙醇，分子式为C₃H₈O，性质与乙醇、丙醇相类似，而且具有仲醇的特性。工业上异丙醇主要用于虫胶、硝酸纤维素、生物碱、橡胶、油脂等溶剂，也是精制润滑油的优良脱蜡剂、棉籽油的萃取剂，还常用作防冻剂、脱水剂、防腐剂、防雾剂，在医药、农药、香料、化妆品、有机合成等方面有着广泛的应用。

乙二醇二甲醚与异丙醇不仅在石油化工领域有着重要的应用，而且在其他行业里面也有相当广泛的使用。但是两种物质却存在共沸现象，使得分离这两者的难度大大增加。对于有机溶剂的回收，工业上广泛采用的是蒸馏或精馏的处理方式，但对于共沸体系来说，国内采用较多的是共沸精馏方法。但是共沸精馏有其自身的局限性：在能耗方面，成本较其他方法更高，在设备投资上，也往往较其他方法更大，且产品纯度难以保证。

在化工行业常用的分离方法中，精馏以其自身的优势成为众多企业的选择，但是精馏就意味着需要能耗，因此能耗成本也成为企业需要重点考虑的问题。结合国家“十三五”规划和目前相关产业政策，节能、减排成为化工企业未来几年的重中之重。本发明中采用萃取精馏工艺，与传统共沸精馏相比，在能耗问题上有明显改进，而且产品纯度更高。本发明中采用的萃取剂，不再是单纯的有机溶剂，而是选择有机溶剂与离子液体组成的混合萃取剂，能够明显降低萃取剂的损耗。

离子液体是指由有机阳离子和阴离子构成的在室温下呈液态的盐类化合物，具有蒸汽压低、熔点低、液程宽、易操作、可溶性好和稳定高等优点。虽然离子液体具有众多的优点，但是由于目前市场价格昂贵，且萃取剂的用量较大，导致生产成本非常高，因此使用率较低。研究人员发现，离子液体可以与配位剂组成新的离子液体，能够有效降低工业化应用的成本，且同时兼具两者的优点，常用的配位剂有乙二醇、甘油等，本发明选用的配位剂为乙二醇，与离子液体组成混合溶剂。

基于离子液体的优点，精馏工艺中可使用传统有机溶剂与离子液体的混合液作为萃取剂，能够有效的降低传统溶剂的损失（离子液体不挥发、损失率极低，且循环使用），降低生产成本，同时可以提高产品质量。

现有的共沸体系分离手段基本分为两类：共沸精馏和萃取精馏。萃取精馏在产品纯度、能耗方面较共沸精馏具有优势。而目前在萃取剂的选择上，基本上采用传统溶剂作为萃取剂或者说直接采用离子液体萃取剂，CN103193590A一种连续萃取分离混合醇-水的方法、CN102627556A一种萃取精馏分离甲酸乙酯-乙醇-水的工艺均采用乙二醇作萃取剂；CN103193590A离子液体萃取精馏分离醋酸-水的方法采用离子液体作为萃取剂。前者在萃取效率上要低，而后者则在投资成本上要大很多。总而言之，如何降低萃取剂损耗和生产成本、提高产品纯度是目前精馏工艺亟需解决的问题。

目前，关于乙二醇二甲醚-异丙醇共沸体系的分离，并没有相关的文献或者报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有工艺中存在的不足，并针对乙二醇二甲醚-异丙醇共沸体系，提出一种分离效果好、产品纯度高、能耗低，且萃取剂易回收、易于工业化的分离方法。通过T-x-y相图，可以看到乙二醇二甲醚-异丙醇存在共沸现象（附图1中可以看到乙二醇二甲醚-异丙醇存在共沸点）。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法，该方法采用连续性操作或间歇性操作。

本发明所描述的萃取剂分别为乙二醇、乙二醇与离子液体（40wt%~50wt%）形成混合萃取剂，能够有效提高产品纯度和萃取效率，降低生产成本。发明采用的离子液体分别为N-乙基吡啶磷酸二甲酯盐（[epy][DMP]）、N-甲基吡啶磷酸二甲酯盐（[mpy][DMP]）、N-丁基吡啶磷酸二甲酯盐（[bpy][DMP]）。其中本发明所述的一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法连续性操作步骤如下：

1）乙二醇二甲醚与异丙醇混合物由T101中下部通过进料系统连续加入，萃取剂从塔上部加入，进料温度皆为常温，T101操作压力为常压；

2）T101塔顶能够得到产品纯度99.9%以上乙二醇二甲醚产品，塔底为异丙醇和萃取剂；

3）T101塔底物流进入T102的中部，在T102塔顶得到纯度99.9%以上的异丙醇产品，塔底剩余萃取剂与微量的乙二醇二甲醚和异丙醇，T102操作压力为常压；

4）T102塔底物流并入萃取剂进料管道，作为萃取剂补充。

基于上述的一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法连续性操作，该连续性操作主要技术参数为：

1）T101技术参数：该塔理论塔板数=50~70；回流比=2:1~5:1，操作压力=常压；萃取剂与原料的进料比=4:1~8:1，进料温度=30℃~40℃，压力=0.11MPa，原料为乙二醇二甲醚（57wt%）与异丙醇（43wt%）的近共沸组成，进料温度=30℃~40℃，压力=0.11MPa；塔釜控制温度=142℃~148℃，塔顶温度=80℃~85℃。萃取进料位置为3~9块塔板，原料进料位置45~55块塔板；

2）T102技术参数：理论塔板数=40~60；回流比=1:1~4:1，操作压力=常压；塔釜温度=193℃~198℃，塔顶温度=81℃~84℃，进料位置为18~30块。

本发明所述的一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法间歇性操作步骤如下：

1）乙二醇二甲醚与异丙醇混合物由原料泵P2一次性打入精馏塔塔釜E1，开启加热；

2）当塔顶出现冷凝液，全回流操作，并将萃取剂通过泵P1连续加入塔内，并继续全回流操作；

3）当塔顶温度达到80℃，检测，塔顶乙二醇二甲醚含量大于99%，以回流比（2~5）:1采出乙二醇二甲醚产品至V3（随着塔顶温度的升高，回流比相应提高至5:1）；

4）当塔顶温度超过82℃，并检测到乙二醇二甲醚含量开始降低，关闭采出，进行全回流操作0.5h，之后开始以回流比（2~4）:1采出乙二醇二甲醚-异丙醇过渡段至V2（随着塔顶温度的升高，回流比相应提高至4:1）；

5）当塔顶温度达到84℃，检测，塔顶异丙醇含量大于99%，以回流比（1~5）:1采出异丙醇产品至V5（随着塔顶温度的升高，回流比相应提高至5:1）；

6）当塔顶温度超过85℃，并检测到异丙醇含量开始降低，停止加入萃取剂并关闭采出，全回流0.2h，之后开始以（2~4）:1采出异丙醇-乙二醇过渡段至V4；

7）当塔顶温度超过120℃，停止加热，塔釜萃取剂冷却后，放出至V1备用。

基于上述一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法间歇性操作步骤，该操作步骤主要主要技术参数为

1）萃取精馏塔理论塔板数=50~70；全塔操作压力为常压；

2）萃取剂与原料的进料比=(4~8):1。

本发明的有益效果：本发明通过添加萃取剂，能够使乙二醇二甲醚-异丙醇共沸现象消失（附图2中共沸点消失）。

本发明的创新性与优点在于：

1）乙二醇二甲醚与异丙醇共沸体系的分离，目前尚无分离工艺报道或发表；

3）采用多种萃取剂，选择性多样；

3）萃取剂中在添加了离子液体，能够提高萃取剂的使用效率，降低成本；

4）工艺简单，采用双塔连续精馏方式（T101塔为萃取精馏塔，T102塔为溶剂回收塔）或单塔间歇精馏方式，能够根据产品产量要求进行选择，操作灵活，同时有效降低成本。

附图说明

图1为乙二醇二甲醚-异丙醇的T-x-y相图。

图2为乙二醇二甲醚-异丙醇添加萃取剂后的T-x-y相图。

图3为本发明连续性操作装置及流程图。

图4为本发明间歇性操作装置及流程图。

①—萃取剂进塔流股；②—原料进塔流股；③萃取精馏塔回流流股；④—萃取精馏塔采出流股；⑤—溶剂回收塔进料流股；⑥—溶剂回收塔回流流股；⑦—溶剂回收塔采出流股；⑧—萃取剂采出流股。

图3主要设备说明：T101—萃取精馏塔；T102—溶剂回收塔；E101、E103—冷凝器；E102、E103—再沸器；P101—料泵。

图4符号说明：P1—萃取剂进料泵；P2—原料进料泵；E1—塔釜；E2—冷凝器（含捕集器）；V1~V5分别为萃取剂回收罐、过渡馏分罐①、产品罐①、过渡馏分罐②、产品罐②。

具体实施方式

以下为结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但不限定本发明保护的范围。

实施例一

本实施案例为连续萃取精馏操作方式，如附图3所示，萃取剂选用乙二醇和N-乙基吡啶磷酸二甲酯盐（[epy][DMP]），用量为500kg/h；原料处理量为100kg/h，原料组成为乙二醇二甲醚（57wt%）与异丙醇（43wt%）。T101塔板数为60，萃取剂进料位置在第5块塔板，原料进料位置在45块塔板。回流比设定为4:1，塔顶采出速度为57.1kg/h，得到的乙二醇二甲醚纯度为99.7%。T102塔板数为50，流股⑤进料位置为第20块塔板，回流比为1.5:1，塔顶采出速度为42.8kg/h，得到的异丙醇纯度为99.5%。塔底萃取剂回流，作为溶剂的补充。

实施例二

萃取剂选用乙二醇，用量为600kg/hr，将T101的回流比设为3:1，T102的回流比设为6:1，其他条件如实施例一，得到的乙二醇二甲醚跟异丙醇产品纯度均在99.9%以上。

实施例三

本实施案例为间歇萃取精馏操作方式，如附图4所示，乙二醇二甲醚-异丙醇共沸物间歇萃取精馏方法。萃取剂选用乙二醇和N-乙基吡啶磷酸二甲酯盐（[epy][DMP]），用量为500kg；原料处理量为100kg，原料组成为乙二醇二甲醚（57wt%）与异丙醇（43wt%）。萃取精馏塔板数为60，萃取剂进料位置在第5块塔板；乙二醇二甲醚与异丙醇混合物由原料泵P2一次性打入精馏塔塔釜E1，开启加热；当塔顶出现冷凝液，全回流操作，并将萃取剂通过泵P1连续加入塔内，并继续全回流操作；当塔顶温度达到80℃，检测，塔顶乙二醇二甲醚含量大于99%，以回流比（2~5）:1采出乙二醇二甲醚产品至V3；当塔顶温度超过82℃，并检测到乙二醇二甲醚含量开始降低，关闭采出，进行全回流操作0.5h，之后开始以回流比（2~4）:1采出乙二醇二甲醚-异丙醇过渡段至V2；当塔顶温度达到84℃，检测，塔顶异丙醇含量大于99%，以回流比（1~5）:1采出异丙醇产品至V5；当塔顶温度超过85℃，并检测到异丙醇含量开始降低，停止加入萃取剂并关闭采出，全回流0.2h，之后开始以（2~4）:1采出异丙醇-乙二醇过渡段至V4；当塔顶温度超过120℃，停止加热，塔釜萃取剂冷却后，放出至V1备用。

实施例四

萃取剂选用乙二醇，用量为600kg，其他条件如实施例三，得到的乙二醇二甲醚跟异丙醇产品纯度均在99%以上。

以上所述为本发明中效果较佳的案例，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被用于被限定本发明的实施范围。

Claims (6)

1.一种乙二醇二甲醚-异丙醇共沸混合物萃取精馏方法，其特征在于：该方法分为连续性操作或间歇性操作，其中连续性操作包含萃取精馏塔（T101）和溶剂回收塔（T102），原料乙二醇二甲醚与异丙醇的混合物在T101中下部加入，萃取剂从T101上部加入，乙二醇二甲醚在T101塔顶采出，萃取剂与异丙醇混合物由T101塔底采出后进入T102中部，异丙醇从T102塔顶采出，塔底萃取剂采出后循环利用；间歇性操作包括乙二醇二甲醚与异丙醇混合物原料一次性打入精馏塔塔釜E1，萃取剂通过塔上部连续加入，首先塔顶采出的为乙二醇二甲醚，之后根据温度不同，依次采出乙二醇二甲醚-异丙醇过渡馏分、异丙醇、异丙醇-萃取剂过渡馏分，塔釜采出萃取剂回收利用。

2.按权利要求1所说的方法，其特征在于：连续性或间歇行操作萃取剂为乙二醇或乙二醇与离子液体组成的混合萃取剂。

3.按权利要求2所说的方法，其特征在于：混合萃取剂中离子液体分别为N-甲基吡啶磷酸二甲酯盐、N-乙基吡啶磷酸二甲酯盐、N-丁基吡啶磷酸二甲酯盐。

4.按权利要求2所说的方法，其特征在于：乙二醇与离子液体组成的混合萃取剂中，离子液体质量分数为40wt%~50wt%。

5.按权利要求1所说的方法，其特征在于：连续性操作方式下，主要技术参数为：

1）T101技术参数：理论塔板数为50~70；回流比为2:1~5:1，全塔操作压力为常压；萃取剂与原料的进料比4:1~8:1，压力0.11MPa；原料为乙二醇二甲醚和异丙醇，进料温度30℃~40℃，压力0.11MPa；萃取进料位置为3~9块塔板，原料进料位置45~55块塔板；

2）T102技术参数：理论塔板数为40~60；回流比1:1~4:1，全塔操作压力为常压；进料位置为18~30块塔板。

6.按权利要求1所说的方法，其特征在于：间歇性操作方式下，主要技术参数为：

萃取精馏塔理论塔板数为50~70；萃取剂与原料的进料比为4:1~8:1；全塔操作压力为常压。