CN105837403B - 一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法 - Google Patents

一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷‑甲醇的方法，通过加压塔(HT)和常压塔(LT)双塔操作，将料液罐C1中的二氯甲烷‑甲醇混合液进行分离，分离后的二氯甲烷质量分数大于99.9％、收率大于99.3％，甲醇产品质量分数大于99.9％，收率大于99.4％。利用加压塔(HT)塔顶气相共沸物的较大潜热给常压塔(LT)塔釜部分高纯度甲醇液体进行加热，将其全部汽化，而加压塔(HT)塔顶气相共沸物则全部冷凝，实现了完全热集成。本发明工艺简单，不引入第三组分，能大幅降低能耗，提高了二氯甲烷和甲醇纯度和收率，热集成后的气相二氯甲烷‑甲醇共沸物完全冷凝，节省了一套冷凝器，降低了设备成本。

Description

一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法
【技术领域】
本发明属于化工分离纯化领域，具体涉及一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法。
【背景技术】
二氯甲烷是一种无色透明的流动性液体，沸点为39.8℃，主要用作脱漆剂，使用时还需要加入一定量的冰乙酸、甲酸、醇类等组成混合溶剂，加入极性溶剂可以缩短剥离时间，非极性溶剂则作为稀释剂，此外，还广泛应用于醋酸纤维等的制造以及机械工业等的洗涤剂。甲醇，沸点为64.5℃，主要用作涂料、油墨、染料、醋酸纤维素等的溶剂，还可作为农药、医药、塑料的原料。
二氯甲烷和甲醇会形成共沸物，常压下其共沸点为37.6℃，其中二氯甲烷的质量分数为94.3％、甲醇质量分数为5.7％。二氯甲烷-甲醇共沸体系常存在于二氯甲烷溶剂以及医药生产过程中，对于该共沸物系的分离，不仅能够降低生产成本，而且能够有效的控制其排放，实现经济和环保双重效益。二氯甲烷-甲醇混合物由于形成共沸，普通的精馏方法无法实现有效分离，故需要采取特殊的精馏方法。
专利(CN103304373A)涉及二氯甲烷-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏分离方法，该方法采用间歇萃取精馏实现了二氯甲烷与甲醇的分离，但是引入了第三组分，如丙醇、异丙醇、1,3-丙二醇、乙二醇等，增加了分离工艺的负荷。
专利(CN105001056A)涉及一种变压精馏分离异丁醇与甲醇共沸体系的方法，该方法采用变压连续精馏的方式对异丁醇和甲醇共沸物系进行分离，但未实现分离过程中热量的集成，热量利用率较低。
专利(CN104119202A)涉及一种变压精馏分离甲醇-丙酮共沸物的节能工艺，该工艺在减压精馏塔中间部位加入了一个中间再沸器，利用加压精馏塔塔顶采出液给减压精馏塔中间再沸器加热，从而减少了塔釜再沸器的热负荷。该工艺为连续变压精馏，在减压精馏塔中间设置中间再沸器，增加了设备成本。
专利(CN102068831B)涉及乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置和分离方法，该方法通过加入萃取剂N,N-二甲基甲酰胺实现了共沸物系的分离，然而该方法目前仅在实验中证实了其可行性，工业化能否得到相同的效果亟需验证。
文献(醋酸甲酯和甲醇热集成变压精馏分离工艺模拟与优化.过程工程学报，2013年第1期)涉及醋酸甲酯和甲醇热集成变压精馏分离工艺模拟与优化，利用连续变压精馏分离醋酸甲酯和甲醇，分离后的醋酸甲酯纯度为99.8％、甲醇纯度为99.0％，然而该工艺仅限于模拟，未实现工业应用。
本发明采用完全热集成变压间歇精馏的方法，具体地讲，本发明利用二氯甲烷-甲醇共沸物共沸组成随压力改变而产生变化的特性，采用加压塔和常压塔双塔间歇精馏的方式，在分离出高纯度的二氯甲烷和甲醇产品的同时，通过完全热集成实现能耗大幅降低。本发明的方法尤其适合二氯甲烷质量分数占86.6％-94.2％的二氯甲烷-甲醇共沸物系。本发明无需引入第三组分，节约成本的同时，实现共沸物的高纯度分离；通过完全热集成的方式，将加压塔塔顶气相物流的潜热能够满足常压塔塔釜液体再沸，实现了工艺中热量的回收，节省了能耗；热集成后的气相二氯甲烷-甲醇共沸物完全冷凝，节省了一套冷凝器，降低了设备成本。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法。
[技术方案]
本发明克服了现有技术的缺点，提出了一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法。本发明利用二氯甲烷-甲醇共沸物共沸组成随压力改变而产生变化的特性，采用加压塔和常压塔双塔间歇精馏的方式，分离出高纯度的二氯甲烷和甲醇，利用热集成实现能耗大幅降低。该方法解决了目前技术中工艺复杂、能耗大、引入杂质的问题，提高了产品的纯度。
本发明提供了一种分离二氯甲烷质量分数占86.6％-94.2％的二氯甲烷-甲醇共沸物系的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法，其特征在于实现该方法的装置包括如下组成部分：
加压塔(HT)、常压塔(LT)、料液罐C1、甲醇产品罐C2、二氯甲烷产品罐C3、冷凝器H1、换热器H2、再沸器H3、加压泵P1、阀门V1、阀门V2、阀门V3；料液罐C1有两条出料管路，出料管路①将阀门V3、加压泵P1、加压塔(HT)依次连接，出料管路②将阀门V2、常压塔(LT)依次连接，常压塔(LT)气相出口管路③与冷凝器H1连接，然后连接至料液罐C1进料口，加压塔(HT)气相出料口管路④与换热器H2热物流进口连接，换热器H2热物流出口经管路⑤与阀门V1、料液罐C1进料口依次连接，加压塔(HT)塔釜液相出口管路分两个支路，一个直接与二氯甲烷产品罐C3连接，另一个经再沸器H3后连接回塔釜汽相入口，常压塔(LT)塔釜液相出口管路分两个支路，一个直接与甲醇产品罐C2连接，另一个与换热器H2冷物流入口连接，换热器H2冷物流出口通过管路⑥与常压塔(LT)塔釜汽相入口连接。
采用上述装置进行完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法，包括如下步骤：
(1)将二氯甲烷和甲醇原料混合液加入到料液罐C1中，混合液由出料管路①经过阀门V3和加压泵P1加压后输送至加压塔(HT)，同时，混合液由出料管路②经过阀门V2输送至常压塔(LT)；
(2)在加压塔(HT)内，二氯甲烷和甲醇共沸物以气相的形式从塔顶气相出口管路④进入换热器H2热物流入口进行换热，换热后通过管路⑤经过阀门V1减压，进入料液罐C1，高纯度的二氯甲烷液体从塔釜液相出口流出，一部分直接收集至二氯甲烷产品罐C3，另一部分经再沸器H3再沸后进入加压塔(HT)；
(3)与步骤(2)同时，在常压塔(LT)内，二氯甲烷和甲醇共沸物以气相的形式从塔顶气相出口管路③馏出，后经过冷凝器H1冷凝进入料液罐C1，高纯度的甲醇液体从塔釜液相出口流出，一部分直接收集至甲醇产品罐C2，另一部分经换热器H2加热全部汽化后，经管路⑥进入常压塔(LT)；
(4)在换热器H2内实现完全热集成，来自常压塔(LT)塔釜的高纯度甲醇液体与来自加压塔(HT)塔顶的气相二氯甲烷-甲醇共沸物进行换热，高纯度甲醇液体全部汽化，二氯甲烷-甲醇共沸物全部冷凝。
加压塔(HT)操作压力为10atm，常压塔(LT)操作压力为1atm；
加压塔(HT)理论板数为28块板，进料位置为第2块板；
常压塔(LT)理论板数为28块板，进料位置为第2块板。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：加压塔(HT)塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；常压塔(LT)塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：经过换热器H2完全热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：分离后的甲醇液体质量分数大于99.9％，甲醇收率大于99.3％；二氯甲烷液体质量分数大于99.9％，二氯甲烷收率大于99.4％。
本发明的热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法具体描述如下：
二氯甲烷和甲醇混合液加入到料液罐C1中，混合液由出料管路①经过阀门V3和加压泵P1加压后输送至加压塔(HT)，同时，混合液由出料管路②经过阀门V2输送至常压塔(LT)。在加压塔(HT)内，二氯甲烷和甲醇混合液通过多级的气液传质，绝大部分的二氯甲烷与部分甲醇形成最低共沸物以气相形式从塔顶气相出口管路④馏出，而高纯度二氯甲烷则作为塔釜产品采出。在常压塔(LT)内，二氯甲烷和甲醇混合液通过多级的气液传质，绝大部分的二氯甲烷与部分甲醇形成最低共沸物以气相形式从塔顶气相出口管路③馏出，经冷凝器H1冷凝后进入料液罐C1，而高纯度的甲醇则作为塔釜产品采出。由于加压塔(HT)塔顶馏出的二氯甲烷-甲醇共沸物蒸汽具有很高的潜热，因此可将这部分潜热用于常压塔(LT)塔釜部分高纯度甲醇液体再沸，从而实现热集成。在换热器H2中，来自加压塔(HT)塔顶的气相二氯甲烷-甲醇共沸物与来自常压塔(LT)塔釜的部分高纯度甲醇液体进行换热，气相二氯甲烷-甲醇共沸物全部冷凝，而高纯度甲醇液体全部汽化后由管路⑥通入常压塔(LT)，冷凝后的二氯甲烷-甲醇共沸物经管路⑤通过阀门V1减压进入料液罐C1。
本发明中加压塔(HT)操作压力为10atm，加压塔(HT)理论板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；常压塔(LT)操作压力为1atm，常压塔(LT)理论板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃；经过换热器H2热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇液体温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。
使用该方法分离后的甲醇液体质量分数大于99.9％，甲醇收率大于99.3％；二氯甲烷液体质量分数大于99.9％，二氯甲烷收率大于99.4％。
[有益效果]
本发明与现有的技术相比，主要有以下有益效果：
(1)产品未引入杂质，纯度得到提高。
(2)工艺实现完全热集成，加压塔塔顶气相物流的潜热能够满足常压塔塔釜液体再沸，大幅降低能耗。
(3)二氯甲烷和甲醇收率提高。
(4)热集成后的气相二氯甲烷-甲醇共沸物完全冷凝，节省了一套冷凝器，降低了设备成本。
【附图说明】
图1是热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法示意图，其中：
HT-加压塔；LT-常压塔；C1-料液罐；C2-甲醇产品罐；C3-二氯甲烷产品罐；P1-加压泵；H1-冷凝器；H2-换热器；H3-再沸器；V1，V2，V3-阀门；数字代表各管路物流。
【具体实施方式】
实施例1：
将980kg二氯甲烷质量分数占86.6％的二氯甲烷-甲醇混合液投到料液罐C1中，温度为30℃，压力为1atm(绝压)，加压塔(HT)操作压力为10atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；常压塔(LT)操作压力为1atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃，经过换热器H2热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇液体温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。分离后的甲醇质量分数为99.9％，收率为99.3％；分离后的二氯甲烷质量分数为99.91％，收率为99.4％。
实施例2：
将1040kg二氯甲烷质量分数占94.2％的二氯甲烷-甲醇混合液投到料液罐C1中，温度为30℃，压力为1atm(绝压)，加压塔(HT)操作压力为10atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；常压塔(LT)操作压力为1atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃，经过换热器H2热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇液体温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。分离后的甲醇质量分数为99.94％，收率为99.6％；分离后的二氯甲烷质量分数为99.9％，收率为99.7％。
实施例3：
将1130kg二氯甲烷质量分数占88.3％的二氯甲烷-甲醇混合液投到料液罐C1中，温度为30℃，压力为1atm(绝压)，加压塔(HT)操作压力为10atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；常压塔(LT)操作压力为1atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃，经过换热器H2热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇液体温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。分离后的甲醇质量分数为99.95％，收率为99.6％；分离后的二氯甲烷质量分数为99.92％，收率为99.7％。
实施例4：
将1430kg二氯甲烷质量分数占90.6％的二氯甲烷-甲醇混合液投到料液罐C1中，温度为30℃，压力为1atm(绝压)，加压塔(HT)操作压力为10atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；常压塔(LT)操作压力为1atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃，经过换热器H2热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇液体温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。分离后的甲醇质量分数为99.98％，收率为99.6％；分离后的二氯甲烷质量分数为99.95％，收率为99.4％。
实施例5：
将1210kg二氯甲烷质量分数占92.9％的二氯甲烷-甲醇混合液投到料液罐C1中，温度为30℃，压力为1atm(绝压)，加压塔(HT)操作压力为10atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；常压塔(LT)操作压力为1atm(绝压)，塔板数为28块板，进料位置为第2块板，塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃，经过换热器H2热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇液体温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。分离后的甲醇质量分数为99.94％，收率为99.5％；分离后的二氯甲烷质量分数为99.93％，收率为99.6％。

Claims (3)

1.一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法，其特征在于实现该方法的装置包括如下组成部分：
加压塔(HT)、常压塔(LT)、料液罐C1、甲醇产品罐C2、二氯甲烷产品罐C3、冷凝器H1、换热器H2、再沸器H3、加压泵P1、阀门V1、阀门V2、阀门V3；料液罐C1有两条出料管路，出料管路①将阀门V3、加压泵P1、加压塔(HT)依次连接，出料管路②将阀门V2、常压塔(LT)依次连接，常压塔(LT)气相出口管路③与冷凝器H1连接，然后连接至料液罐C1进料口，加压塔(HT)气相出料口管路④与换热器H2热物流进口连接，换热器H2热物流出口经管路⑤与阀门V1、料液罐C1进料口依次连接，加压塔(HT)塔釜液相出口管路分两个支路，一个直接与二氯甲烷产品罐C3连接，另一个经再沸器H3后连接回塔釜汽相入口，常压塔(LT)塔釜液相出口管路分两个支路，一个直接与甲醇产品罐C2连接，另一个与换热器H2冷物流入口连接，换热器H2冷物流出口通过管路⑥与常压塔(LT)塔釜汽相入口连接；
采用上述装置进行完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法，包括如下步骤：
(1)将二氯甲烷和甲醇原料混合液加入到料液罐C1中，混合液由出料管路①经过阀门V3和加压泵P1加压后输送至加压塔(HT)，同时，混合液由出料管路②经过阀门V2输送至常压塔(LT)；
(2)在加压塔(HT)内，二氯甲烷和甲醇共沸物以气相的形式从塔顶气相出口管路④进入换热器H2热物流入口进行换热，换热后通过管路⑤经过阀门V1减压，进入料液罐C1，高纯度的二氯甲烷液体从塔釜液相出口流出，一部分直接收集至二氯甲烷产品罐C3，另一部分经再沸器H3再沸后进入加压塔(HT)；
(3)与步骤(2)同时，在常压塔(LT)内，二氯甲烷和甲醇共沸物以气相的形式从塔顶气相出口管路③馏出，后经过冷凝器H1冷凝进入料液罐C1，高纯度的甲醇液体从塔釜液相出口流出，一部分直接收集至甲醇产品罐C2，另一部分经换热器H2加热全部汽化后，经管路⑥进入常压塔(LT)；
(4)在换热器H2内实现完全热集成，来自常压塔(LT)塔釜的高纯度甲醇液体与来自加压塔(HT)塔顶的气相二氯甲烷-甲醇共沸物进行换热，高纯度甲醇液体全部汽化，二氯甲烷-甲醇共沸物全部冷凝；
加压塔(HT)操作压力为10atm，常压塔(LT)操作压力为1atm；
加压塔(HT)理论板数为28块板，进料位置为第2块板；
常压塔(LT)理论板数为28块板，进料位置为第2块板；
加压塔(HT)塔顶温度为117.5℃，塔釜温度为125.6℃；
常压塔(LT)塔顶温度为37.8℃，塔釜温度为68.5℃。
2.根据权利要求1所述的一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法，其特征在于：经过换热器H2完全热集成后，全部汽化后的高纯度甲醇温度为68.8℃，全部冷凝的二氯甲烷-甲醇共沸物温度为117.4℃。
3.根据权利要求1所述的一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法，其特征在于：分离后的甲醇液体质量分数大于99.9％，甲醇收率大于99.3％；二氯甲烷液体质量分数大于99.9％，二氯甲烷收率大于99.4％。
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