CN105859506B - 一种利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法，属于石油化工领域。该方法的萃取精馏过程中所使用的溶剂包括以下质量份的组分：主溶剂1.5‑9份和副溶剂1份，所述主溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺和/或N‑甲酰吗啉，所述副溶剂为1‑丁醇、2‑丁醇、1‑戊醇、2‑戊醇、环戊醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、苯酚中的至少一种。本发明提供的方法对环戊烷和新己烷具有优异的分离效果且具有低能耗。

Description

一种利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法

技术领域

本发明涉及石油化工领域，特别涉及一种利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法。

背景技术

萃取精馏工艺是通过向接近精馏塔的顶部加入溶剂，来改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使普通精馏难以分离的液体混合物(例如，近沸点物系或共沸物系)变得易于分离的一种特殊精馏方法。萃取精馏按其操作方式的不同可以分为连续萃取精馏和间歇精馏。而连续萃取精馏以其操作简单，分离效率高而应用广泛。

在连续萃取精馏过程中，进料、溶剂的加入和回收都是连续的。连续萃取精馏一般采用双塔操作，即萃取精馏塔和溶剂回收塔。在萃取精馏塔内，待分离的进料在塔的中部连续进入塔内，而溶剂则在靠近塔顶的部位连续加入，经蒸馏处理后，易挥发组分由塔顶馏出，而难挥发组分和溶剂由塔釜馏出并进入溶剂回收塔。在溶剂回收塔内，通过普通蒸馏分离处理，难挥发组分和溶剂得以分离，难挥发组分由塔顶馏出，而溶剂则由塔釜馏出并循环至萃取精馏塔。

溶剂在萃取精馏过程中具有重要的作用。用于萃取精馏过程的溶剂具有如下几个标准：1)溶剂选择性：溶剂的加入能够使待分离组分的相对挥发度按照分离要求的方向改变，其中，溶剂选择性可以用相对挥发度表示。要求溶剂具有较高的选择性，以提高溶剂的利用率。2)溶剂溶解性：要求溶剂与待分离组分间有较大的相互溶解度，以防止液体在塔内产生分层现象，但具有高选择性的溶剂往往伴有不互溶性或较低的溶解性，因此需要通过权衡选取合适的溶剂，使其既具有较好的选择性又具有较高的溶解性。3)沸点：溶剂的沸点应高于原进料混合物的沸点，以防止形成溶剂/非溶剂共沸物；但也不能过高，以避免造成溶剂回收塔釜温度过高。4)其它：溶剂的粘度、密度、表面张力、比热和蒸发潜热等的大小都直接影响到塔板效率和热量消耗，对过程的经济指标产生影响；此外，溶剂使用安全、无毒性、不腐蚀、热稳定性好、价格便宜及来源丰富等也都是选择溶剂时要考虑的因素。

对于环戊烷/新己烷体系来说，由于环戊烷和新己烷的沸点相近(常压下环戊烷沸点为49.25℃，新己烷为49.74℃)，相对挥发度接近于1，且两者的饱和蒸气压与温度的直线相交形成共沸，可见两者即是近沸又是共沸混合物。所以现有技术通常使用萃取精馏工艺分离环戊烷/新己烷体系。其中，针对环戊烷/新己烷体系所使用的萃取溶剂包括N-(β-巯乙基)-2-吡咯烷酮(NMEP)、环己醇(CHOL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、或者它们的组合。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术使用的萃取溶剂在与环戊烷/新己烷体系混合时易出现双液相，造成分离效果较差。而且，上述溶剂的沸点相对较高，使分离过程能耗较高。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种具有优异分离效果以及低能耗的利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法。具体技术方案如下：

一种利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法，其中，在萃取精馏过程中所使用的溶剂包括以下质量份的组分：主溶剂1.5-9份和副溶剂1份，所述主溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或N-甲酰吗啉，所述副溶剂为1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、环戊醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、苯酚中的至少一种。

具体地，所述方法包括：在萃取精馏塔的中部，对环戊烷/新己烷体系进行连续进料；与此同时，在所述萃取精馏塔的塔顶以下第2-5块塔板处，对所述溶剂进行连续进料；

在所述萃取精馏塔内，所述新己烷在所述溶剂的作用下与所述环戊烷分离，然后所述新己烷由所述萃取精馏塔的塔顶馏出，而所述环戊烷与所述溶剂的混合物由所述萃取精馏塔的塔釜馏出，并进入溶剂回收塔；

在所述溶剂回收塔内，所述环戊烷与所述溶剂分离，然后所述环戊烷由所述溶剂回收塔的塔顶馏出，而所述溶剂由所述回收塔的塔釜馏出并循环至所述萃取精馏塔进行再利用。

进一步地，所述方法还包括：对所述溶剂回收塔的塔釜处产生的热量进行回收，并利用回收的热量加热所述环戊烷/新己烷体系和所述溶剂。

具体地，所述溶剂与所述环戊烷/新己烷体系的质量比为3-10:1。

作为优选，所述溶剂与所述环戊烷/新己烷体系的质量比为5-8:1。

具体地，以饱和气相进料的方式，对所述环戊烷/新己烷体系进行连续进料。

具体地，所述溶剂的进料温度为50-55℃。

具体地，控制所述萃取精馏塔的塔顶压力以及所述溶剂回收塔的塔顶压力均为110-120kPa。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法，使用N,N-二甲基甲酰胺和/或N-甲酰吗啉作为具有强选择性的主溶剂，使用1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、环戊醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、苯酚中的至少一种作为具有高溶解性的副溶剂。一方面，由于N,N-二甲基甲酰胺和N-甲酰吗啉均具有强极性，能够显著改变环戊烷和新己烷之间的分子间作用力，而且该主溶剂与环戊烷之间的分子间作用力要强于与新己烷之间的分子作用力，使新己烷较环戊烷更易挥发。可见，该主溶剂能有效提高环戊烷和新己烷的相对挥发度，使两者易于分离。另一方面，由于所选用的副溶剂属于弱极性或者中度极性的溶剂，与环戊烷和新己烷的溶解性良好，通过与主溶剂配合使用，能够有效提高主溶剂与环戊烷和新己烷之间的溶解性，更利于溶剂与环戊烷和新己烷的传质，提高分离效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法流程图。

附图标记分别表示：

1 萃取精馏塔；

2 溶剂回收塔；

3 第一冷凝器；

4 第一再沸器；

5 第二冷凝器；

6 第二再沸器；

7 换热器；

8 预热器。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法，其中，在萃取精馏过程中所使用的溶剂包括以下质量份的组分：主溶剂1.5-9份和副溶剂1份，主溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或N-甲酰吗啉，副溶剂为1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、环戊醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、苯酚中的至少一种。

其中，本发明实施例所述的“萃取精馏”为本领域常规的萃取精馏工艺，本发明实施例在此对其不作更具体地限定。

发明人研究发现，溶剂筛选最重要的两个指标是溶剂的选择性和溶解性。一般情况下，溶剂选择性越高，其溶解度越差，反之亦然。溶剂的选择性一般是由溶剂的极性决定，溶剂的极性越强，对被分离组分的作用力就越强，因此，被分离组分中极性相对较强的组分与溶剂之间的作用力要比极性相对较弱的组分与溶剂的之间的作用力更强，使得该极性相对较弱的组分更易挥发，从而达到分离的目的。然而根据极性相似相容原理，溶剂的极性越强，与非极性体系之间的溶解度也就越差，导致上述的溶剂选择性越高其溶解度越差的现象。因此，为了解决该技术问题，发明人通过同时使用主溶剂(用于提高对被分离组分的选择性)以及副溶剂(用于提高对被分离组分的溶解性)作为萃取过程的分离溶剂。从而在保证对被分离组分具有强选择性的前提下提高萃取溶剂对被分离组分的溶解度。

本发明实施例中，选用N,N-二甲基甲酰胺和/或N-甲酰吗啉作为主溶剂，用于提高对环戊烷和新己烷的选择性。这是因为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲酰吗啉(NMF)均具有强极性，能够显著改变环戊烷和新己烷之间的分子间作用力，而且该主溶剂与环戊烷之间的分子间作用力要强于与新己烷之间的分子作用力，使新己烷较环戊烷更易挥发。可见，该主溶剂能有效提高环戊烷和新己烷的相对挥发度，使两者易于分离。具体地，该主溶剂可以为单独的N,N-二甲基甲酰胺，或者单独的N-甲酰吗啉，或者任意质量比例下的N,N-二甲基甲酰胺和N-甲酰吗啉的混合物。

本发明实施例使用1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、环戊醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、苯酚中的至少一种作为副溶剂，用于提高对环戊烷和新己烷的溶解性。这是因为上述各副溶剂属于弱极性或者中度极性的溶剂，与环戊烷和新己烷的溶解性良好，其通过与主溶剂配合使用，能够有效提高主溶剂与环戊烷和新己烷之间的溶解性，更利于溶剂与环戊烷和新己烷的传质，提高分离效果。具体地，该副溶剂可以为单独的1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、环戊醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯或者苯酚，或者它们的组合。

此外，本发明实施例使用的上述主溶剂和副溶剂成本低廉，更利于降低环戊烷和新己烷分离过程成本。

为了清楚地描述本发明实施例所述的方法，结合图1所示的流程图对其进行说明。如图1所示，本发明实施例所述的方法包括：在萃取精馏塔1的中部，对环戊烷/新己烷体系进行连续进料；与此同时，在萃取精馏塔1的塔顶以下第2-5块，优选第3-5块塔板处，对溶剂进行连续进料。在萃取精馏塔1内，新己烷在溶剂的作用下与环戊烷分离，然后新己烷(气相)由萃取精馏塔1的塔顶馏出并经第一冷凝器3冷凝至液相后回收，而环戊烷与溶剂的混合物(液相)由萃取精馏塔1的塔釜馏出，并经第一再沸器4进一步加热后，进入溶剂回收塔2。在溶剂回收塔2内，环戊烷与溶剂分离，然后环戊烷(气相)由溶剂回收塔2的塔顶馏出，并经第二冷凝器5冷凝至液相回收。而溶剂由回收塔的塔釜馏出，并经第二再沸器6加热然后循环至萃取精馏塔1进行再利用。

其中，本发明实施例中所述的“塔釜”为本领域常用的技术术语，指的是指塔的下部液相蒸发的部分。本发明实施例中所述的“溶剂回收塔”为本领域常见的蒸馏塔。

本领域技术人员可以理解的是，在萃取精馏塔1内，通过溶剂改变环戊烷和新己烷的相对挥发度，从而使环戊烷和新己烷根据精馏原理进行分离。而在溶剂回收塔2内，由于溶剂和环戊烷的沸点相差较大，通过常规的蒸馏处理即可将溶剂与环戊烷分离。

此外，由于溶剂的沸点高于环戊烷和新己烷的沸点，所以它总是从塔釜排出的。为了在萃取精馏塔1的绝大部分塔板上均能维持较高的溶剂浓度，所以将溶剂的进料口限定为在原料的进料口以上。但是，为了便于后续溶剂的回收，以便于使新己烷从萃取精馏塔1的塔顶馏出之前将其中的溶剂浓度降至可以忽略的程度，所以，本发明实施例将溶剂的进料口限定为在塔顶以下2-5块塔板处，例如在塔顶以下2块塔板处、在塔顶以下3块塔板处、在塔顶以下4块塔板处。

进一步地，该方法还包括：使用换热器7对溶剂回收塔2的塔釜处产生的热量进行回收，并利用回收的热量加热环戊烷/新己烷体系和溶剂，从而提高热量利用率，减少分离过程的能耗。

发明人研究发现，在分离过程中，溶剂与所述环戊烷/新己烷体系的质量比(以下简称剂油比)对环戊烷和新己烷的分离效果具有重要的影响。通常使用相对挥发度来表示环戊烷与新己烷之间的分离效果。相对挥发度值越高，表明环戊烷与新己烷之间越容易分离。可以理解的是，环戊烷与新己烷之间的相对挥发度可以通过相平衡实验得到或者通过利用计算机模拟实验得到。举例来说，可以采用本领域常见的CP-I型气液双循环平衡釜测定当存在溶剂时，环戊烷与新己烷之间的相对挥发度。

举例来说，当选用DMF和1-丁醇(其中，DMF与1-丁醇的质量比为9:1)作为萃取溶剂对环戊烷/新己烷体系进行分离时(其中，环戊烷与新己烷的质量比为4:1)，发明人利用CP-I型气液双循环平衡釜测定不同剂油比下环戊烷和新己烷之间的相对挥发度(α)。同时，在不含溶剂时，单独测定了环戊烷和新己烷之间的相对挥发度作为对照。结果如表1所示：

表1

剂油比	α值(不含混合溶剂)	α值(含溶剂)
			2:1	1	1.123
3:1	1	1.174
			4:1	1	1.209
5:1	1	1.230

6:1	1	1.251
			6.67:1	1	1.255

由表1可知，当使用上述溶剂时，新己烷和环戊烷之间的相对挥发度得以提高，利于两者的分离。而当剂油比增加时，α值也随之增加，但当剂油比增大至某一值后，α值增加的幅度逐渐减小。基于此，本发明实施例控制溶剂与环戊烷/新己烷体系的质量比(即剂油比)为3-10:1，优选为5-8:1。举例来说，该剂油比可以为4:1、6:1、7:1、7.5:1、9:1等。

具体地，以饱和气相进料的方式，对环戊烷/新己烷体系进行连续进料。其中，该饱和气相进料可以通过预热器8对于环戊烷/新己烷体系进行预热得到。由于萃取溶剂存在着溶解度和选择性之间的矛盾，饱和气相进料时，可以和溶剂相互接触，有相对较高的传质效率，所以本发明实施例通过采用饱和气相进料方式，来提高环戊烷和新己烷在萃取精馏塔1内的分离效果。

具体地，溶剂的进料温度为50-55℃，例如，该温度可以为51℃、52℃、53℃、54℃等。这是因为溶剂的进料温度必须适宜，一般比塔顶温度高3-5℃，温度过低，内回流增加，溶剂恒定浓度降低；温度过高，容易造成塔顶产品不合格，溶剂损耗量增加。

具体地，为了利于萃取精馏过程的顺利进行，提高环戊烷和新己烷之间的分离效果，本发明实施例控制萃取精馏塔1的塔顶压力以及溶剂回收塔2的塔顶压力均为110-120kPa。例如，该压力可以为111kPa、112kPa、113kPa、114kPa、115kPa、116kPa、117kPa、118kPa、119kPa等。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

在以下具体实施例中操作过程未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。

以下实施例中所使用的环戊烷/新己烷体系中环戊烷与新己烷的质量比均为4:1。

实施例1

在萃取精馏塔1的中部，以饱和气相进料方式对环戊烷/新己烷体系进行连续进料；与此同时，在萃取精馏塔1的塔顶以下第4块塔板处，对52℃的溶剂进行连续进料。在萃取精馏塔1内，新己烷在溶剂的作用下与环戊烷分离，然后新己烷(气相)由萃取精馏塔1的塔顶馏出并经第一冷凝器3冷凝至液相后回收，而环戊烷与溶剂的混合物(液相)由萃取精馏塔1的塔釜馏出，并经第一再沸器4进一步加热后，进入溶剂回收塔2。在溶剂回收塔2内，环戊烷与溶剂分离，然后环戊烷(气相)由溶剂回收塔2的塔顶馏出，并经第二冷凝器5冷凝至液相回收。而溶剂由回收塔的塔釜馏出，并经第二再沸器6加热然后循环至萃取精馏塔1进行再利用。利用换热器7对溶剂回收塔2的塔釜处产生的热量进行换热处理，用于加热溶剂和环戊烷/新己烷。其中，在上述分离过程中，控制萃取精馏塔1和溶剂回收塔2的塔顶压力均为115kPa。

其中，本实施例中，溶剂和环戊烷/新己烷体系的质量比为6:1。所使用的溶剂包括5质量份的主溶剂和1质量份的副溶剂：主溶剂为DMF，副溶剂为1-丁醇。

对本实施例分离得到的新己烷和环戊烷的纯度进行测量，结果表明，新己烷的纯度高达99.5％，而环戊烷的纯度高达99.4％。可见，利用本发明实施例提供的方法分离环戊烷和新己烷，不仅能耗低，成本低，且具有优异的分离效果。

实施例2

本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，区别在于：

1)溶剂的进料温度为53℃；且溶剂在萃取精馏塔1的塔顶以下第3块塔板处进料。

2)萃取精馏塔1和溶剂回收塔2的塔顶压力均为110kPa。

3)溶剂和环戊烷/新己烷体系的质量比为5:1。

4)所使用的溶剂包括7质量份的主溶剂和1质量份的副溶剂：主溶剂为NMF，副溶剂为环戊醇。

对本实施例分离得到的新己烷和环戊烷的纯度进行测量，结果表明，新己烷的纯度高达99.47％，而环戊烷的纯度高达99.5％。可见，利用本发明实施例提供的方法分离环戊烷和新己烷，不仅能耗低，成本低，且具有优异的分离效果。

实施例3

本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，区别在于：

1)溶剂的进料温度为55℃；且溶剂在萃取精馏塔1的塔顶以下第3块塔板处进料。

2)萃取精馏塔1和溶剂回收塔2的塔顶压力均为112kPa。

3)溶剂和环戊烷/新己烷体系的质量比为7:1。

4)所使用的溶剂包括4质量份的主溶剂和1质量份的副溶剂：主溶剂为NMF，副溶剂为乙二醇。

对本实施例分离得到的新己烷和环戊烷的纯度进行测量，结果表明，新己烷的纯度高达99.45％，而环戊烷的纯度高达99.43％。可见，利用本发明实施例提供的方法分离环戊烷和新己烷，不仅能耗低，成本低，且具有优异的分离效果。

实施例4

本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，区别在于：

1)溶剂的进料温度为51℃。

2)萃取精馏塔1和溶剂回收塔2的塔顶压力均为114kPa。

3)溶剂和环戊烷/新己烷体系的质量比为8:1。

4)所使用的溶剂包括3质量份的主溶剂和1质量份的副溶剂：主溶剂为NMF和DMF的混合物(NMF与DMF的质量比为1:1)，副溶剂为2-戊醇。

对本实施例分离得到的新己烷和环戊烷的纯度进行测量，结果表明，新己烷的纯度高达99.5％，而环戊烷的纯度高达99.5％。可见，利用本发明实施例提供的方法分离环戊烷和新己烷，不仅能耗低，成本低，且具有优异的分离效果。

实施例5

本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，区别在于：

1)溶剂的进料温度为50℃。

2)萃取精馏塔1和溶剂回收塔2的塔顶压力均为116kPa。

3)溶剂和环戊烷/新己烷体系的质量比为10:1。

4)所使用的溶剂包括9质量份的主溶剂和1质量份的副溶剂：副溶剂为乙酸乙酯。

对本实施例分离得到的新己烷和环戊烷的纯度进行测量，结果表明，新己烷的纯度高达99.39％，而环戊烷的纯度高达99.3％。可见，利用本发明实施例提供的方法分离环戊烷和新己烷，不仅能耗低，成本低，且具有优异的分离效果。

实施例6

本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，区别在于：

1)溶剂的进料温度为54℃。

2)萃取精馏塔1和溶剂回收塔2的塔顶压力均为120kPa。

3)溶剂和环戊烷/新己烷体系的质量比为3:1。

4)所使用的溶剂包括1.5质量份的主溶剂和1质量份的副溶剂：副溶剂为苯酚。

对本实施例分离得到的新己烷和环戊烷的纯度进行测量，结果表明，新己烷的纯度高达99.3％，而环戊烷的纯度高达99.2％。可见，利用本发明实施例提供的方法分离环戊烷和新己烷，不仅能耗低，成本低，且具有优异的分离效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用萃取精馏工艺分离环戊烷和新己烷的方法，其特征在于，在萃取精馏过程中所使用的溶剂包括以下质量份的组分：主溶剂1.5-9份和副溶剂1份，所述主溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或N-甲酰吗啉，所述副溶剂为1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、环戊醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、苯酚中的至少一种；

所述方法包括：在萃取精馏塔的中部，对环戊烷/新己烷体系进行连续进料；与此同时，在所述萃取精馏塔的塔顶以下第2-5块塔板处，对所述溶剂进行连续进料；

在所述萃取精馏塔内，所述新己烷在所述溶剂的作用下与所述环戊烷分离，然后所述新己烷由所述萃取精馏塔的塔顶馏出，而所述环戊烷与所述溶剂的混合物由所述萃取精馏塔的塔釜馏出，并进入溶剂回收塔；

在所述溶剂回收塔内，所述环戊烷与所述溶剂分离，然后所述环戊烷由所述溶剂回收塔的塔顶馏出，而所述溶剂由所述回收塔的塔釜馏出并循环至所述萃取精馏塔进行再利用；

以饱和气相进料的方式，对所述环戊烷/新己烷体系进行连续进料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述溶剂回收塔的塔釜处产生的热量进行回收，并利用回收的热量加热所述环戊烷/新己烷体系和所述溶剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶剂与所述环戊烷/新己烷体系的质量比为3-10:1。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶剂与所述环戊烷/新己烷体系的质量比为5-8:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂的进料温度为50-55℃。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，控制所述萃取精馏塔的塔顶压力以及所述溶剂回收塔的塔顶压力均为110-120kPa。