CN1064663C - 二甲醚和氯甲烷混合物的制备及用水作萃取剂的分馏方法 - Google Patents

二甲醚和氯甲烷混合物的制备及用水作萃取剂的分馏方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备二甲醚和氯甲烷混合物的方法以及用水作萃取剂进行萃取蒸馏来分馏这一混合物的方法。通过甲醇与氯化氢反应来制备该混合物。然后用水作为萃取剂进行萃取蒸馏，得到氯甲烷作为塔顶产物。下一步中，通过蒸馏除去二甲醚；而在另一步骤中，从仍存在的甲醇中分离出萃取水。

Description

二甲醚和氯甲烷混合物的制备及用水作萃取剂的分馏方法
本发明涉及一种二甲醚和氯甲烷混合物的制备方法，以及涉及用水作萃取剂进行萃取蒸馏来分馏这一混合物的方法。
氯甲烷在工业上是制备氯氟碳的重要原料，后者用作气喷包装中的喷射剂。二甲醚越来越多地用作气喷包装中的喷射剂，因为它们不含卤素，因此对减少臭氧有较小的潜在影响。
正如反应方程式(I)和(II)所示，在甲醇与HCl的反应中生成这两种化合物，反应在工业上常常在γ-Al2O3催化剂上进行，以提高反应速率：
在先有技术中，通常把氯甲烷制备中得到的二甲醚作为废料，并用硫酸水解的方法来处理它。但是，由于二甲醚可用作喷射剂，它是有价值的，因此需要有一种方法，使得有可能在工业上利用这些不可避免产生的二甲醚。
二甲醚和氯甲烷的混合物不能用先有技术的蒸馏法分离，因为两组分的沸点彼此很接近(二甲醚的沸点为-24．9℃，氯甲烷的沸点为-23．7℃)，而且两组分还形成共沸物。
因此，本发明的目的是开发一种得到纯二甲醚和纯氯甲烷的制备和分馏的方法。
根据本发明，这一目的通过一种两段合成法随后三段处理法来实现，该法包括用水的萃取蒸馏。
因此本发明涉及一种二甲醚和氯甲烷混合物的制备和分馏方法，该法包括
a)甲醇与过量的HCl反应，
b)步骤a)得到的混合物与过量甲醇反应，
c)将步骤b)得到的混合物送到萃取蒸馏塔；
d)水作为萃取剂从萃取蒸馏塔的上部加入，
e)从萃取蒸馏塔塔顶取出氯甲烷，
f)从萃取蒸馏塔塔底取出水、甲醇和二甲醚的混合物，并将它送到第一蒸馏塔，
g)从第一蒸馏塔塔顶取出二甲醚，
h)从第一蒸馏塔塔底取出水和甲醇的混合物，
i)将步骤h)中得到的混合物送到第二蒸馏塔，
k)从第二蒸馏塔塔顶取出纯甲醇，l)从第二蒸馏塔塔底取出水，
m)将步骤k)中得到的甲醇送入步骤a)和b)中提到的反应。
对于步骤a)和b)中描述的酯化反应来说，使用催化剂是优选的。适合的例子是γ-Al2O3催化剂。
步骤c)中描述的混合物的输送优选通过以下步骤进行：在冷凝器中使气体混合物液化；用泵将冷凝物输送；在进入第一蒸馏塔以前再将它汽化。
萃取蒸馏优选在l～25巴压力下进行。所用的所有塔都可有任何适合的设计，优选使用填料塔。
在本发明一实施方案中，萃取蒸馏塔这样操作，以致二甲醚和甲醇在步骤g)中可从塔顶取出。用这一方法得到的产物物流部分取出并送到步骤a)和b)中所述的反应中。这一实施方案可通过改变平衡来影响氯甲烷和二甲醚的数量比。
图1说明本发明一优选实施方案的流程图，说明如下。
将甲醇(1)蒸汽通过管线(3)送入两段酯化反应器(6)。另外，气态HCl(2)通过管线(5)送入反应器。两段酯化反应器可设计成两段管式反应器的形式。在第一段中，将HCl和甲醇加到反应器中。反应物的数量是这样的，以HCl的物质量超过与甲醇反应所需的化学计量物质量的至多20％。HCl和甲醇的混合物流过反应器的第一段，第一段装有催化剂。在气相反应的情况下，反应是放热的，以致应对反应器的两段提供冷却。离开反应器第一段的氯甲烷、水和HCl的混合物与这样一数量的甲醇混合，甲醇的数量超过与混合物中存在的HCl反应所需的化学计量物质量的至多20％。混合物流过反应器的第二段，它也可装有催化剂。反应可用液态反应物或气态反应物进行。在反应方程式(I)和(II)中所述的反应在反应器(6)中进行。
然后将离开的反应器的含二甲醚、氯甲烷、甲醇和水的混合物送入萃取蒸馏塔(17)。混合物优选通过管线(10)进入冷凝器(11)，在那里被液化，然后在混合物通过管线(16)送入萃取蒸馏塔(17)以前，通过管线(12)、泵(13)和管线(14)到汽化器(15)。二甲醚和氯甲烷在萃取蒸馏塔(17)中分离，塔底用汽化器(18)加热。水作为萃取剂加入，优选在5～50下通过管线(26)送入萃取蒸馏塔(17)的上部。水使二甲醚沉降在塔底，而氯甲烷作为蒸汽在塔顶通过管线(20)取出，如果需要，送入冷凝器(21)。如果塔顶的蒸汽含有大量水(水量与萃取蒸馏塔(17)的操作条件有关)，冷凝物可通过管线(22)送入相分离器(23)。如果使用相分离器，水相通过管线(24)返回到萃取蒸馏塔(17)的塔顶。然后将氯甲烷通过管线(25)送到产物贮罐(43)。如果不使用相分离器，可将一部分冷凝物通过管线(24)作为回流送回萃取蒸馏塔的塔顶，而剩余部分被取出并通过管线(25)送入产物贮缸(43)。甲醇、二甲醚和水的混合物收集在萃取蒸馏塔(17)的底部。如果需要，它通过管线(19)、泵(30)和管线(31)送到热交换器(29)，在那里它被加热；然后通过管线(32)送入第一蒸馏塔(33)，在那里除去二甲醚。在塔顶通过管线(38)取出二甲醚蒸汽，如果需要，将它送入冷凝器(39)。从这里一部分冷凝物可通过管线(40)和(41)作为回流返回第一蒸馏塔(33)的塔顶；另一部分通过管线(42)取出，并送到产物贮罐(44)。甲醇和水的混合物收集在第一蒸馏塔(33)的塔底，它们通过汽化器(34)加热。通过管线(35)将该混合物送到泵(36)，并通过管线(46)流出；如果需要，部分通过管线(37)送到热交换器(29)，在那里它被冷却；如果需要，通过管线(28)到冷却器(27)中，在那里被进一步冷却。从冷却器出来，它作为萃取剂通过管线(26)再次加到萃取蒸馏塔(17)中。为了使体系开工和为了补偿损失，通过管线(57)送入新鲜水(58)。将第一蒸馏塔(33)塔底产物的其余部分通过管线(47)送入第二蒸馏塔(48)，在那里将甲醇和水分离。第二蒸馏塔优选在常压下操作。纯的甲醇蒸汽从第二蒸馏塔(48)的项部通过管线(51)取出。它可在冷凝器(52)中液化，并部分通过通过管线(53)返回第二蒸馏塔(48)塔顶。其余的甲醇通过管线(54)送入酯化反应器(6)。纯水收集在第二蒸馏塔(48)的塔底。它通过管线(50)排出。第二蒸馏塔(48)的塔底通过汽化器(49)加热。
在本发明一特定的实施方案中，只生产氯甲烷是可能的。通过按这样的方式来操作第一蒸馏塔(33)可做到这一点，即蒸出二甲醚和甲醇。生成的混合物通过管线(45)送到酯化反应器(6)，在那里由于反应平衡变更，主要生成氯甲烷。一部分从第一蒸馏塔出现的反应生成水直接通过管线(47)、(56)和(50)排出。在本发明这一具体的实施方案中，第二蒸馏塔(48)是不必要的。
下表汇集了在优选的压力范围内出现的以℃表示的塔顶和塔底温度。
1巴 25巴
塔 塔顶 塔底 塔顶 塔底
（17） -24 90 90 200
（33） -25 100 85 224
（48） 64 100 180 224
实施例
将7．1吨／小时甲醇和5．3吨／小时HCl送入酯化反应器(6)。在250℃、4巴下，用γ-Al2O3催化剂进行的两段反应生成有以下组成的反应气体：
二甲醚        1．8吨／小时
甲醇          0．01吨／小时
氯甲烷        7．3吨／小时
H2O           3．29吨／小时
该反应生成气体在约4巴、最低温度约10℃下，在冷凝器(11)中完全液化。生成的冷凝物用泵(13)送到汽化器(15)。在那里在10巴、约100℃下，冷凝物被部分汽化。在冷凝器(11)中释放的冷凝热有可能用作这一目的的热介质。离开(15)的蒸汽／液体混合物完全送入萃取蒸馏塔(17)，它同样在10巴下操作。
由于料想不到的原因，如果HCl出现在反应气体中，它可在冷凝器(11)中用氢氧化钠水溶液中和。在萃取蒸馏塔(17)中，二甲醚溶于约36吨／小时萃取水中，其甲醇含量约为2．4％(重量)。因为一定数量的氯甲烷也溶于萃取剂中，它在塔的下部被汽提出。
通过汽化器(18)用加热蒸汽进行加热。萃取蒸馏的塔底产物是由以下组分组成的混合物：
1．8吨／小时        二甲醚
0．9吨／小时        甲醇
39．0吨／小时       水。
在这一产物物流中氯甲烷的含量为约1ppm。
萃取蒸馏塔(17)的液体塔顶产物为7．3吨／小时氯甲烷，其二甲醚含量小于20ppm。萃取水必需以尽可能低的温度经管线(26)送入，优选约35℃。萃取蒸馏塔(17)的塔顶温度为约40℃。这使得用再循环冷却水冷凝塔顶产物成为可能。塔底温度为约124℃，以致用低压蒸汽加热是可能的。
出料用泵(30)从萃取蒸馏塔(17)塔底排出，在热交换器(29)中预热并送到塔(33)。它同样在10巴下操作。在这种情况下，塔顶产物为约1．8吨／小时约40℃的液体二甲醚。在二甲醚中氯甲烷的含量小于20ppm。第一蒸馏塔(33)的塔底产物为约40吨／小时水的混合物，其甲醇含量约2．4％(重量)。其大部分(约36吨／小时)在冷却到约35℃后再次送入萃取蒸馏塔(17)。一部分第一蒸馏塔(33)的塔底产物物流送入第二蒸馏塔(48)。在那里，在1巴压力下甲醇从水中分离出。在那里甲醇(约0．01吨／小时)作为塔顶产物得到，并再次送入反应器(6)。塔底产物为水(约3．9吨／小时)，其甲醇含量为约0．08％(重量)。

Claims (14)

1．一种制备和分馏二甲醚和氯甲烷混合物的方法，该法包括
a)甲醇与过量HCl反应，
b)步骤a)中得到的混合物与过量的甲醇反应，
c)将步骤b)中得到的混合物送到萃取蒸馏塔，
d)将水作为萃取剂加到萃取蒸馏塔的上部，
e)从萃取蒸馏塔的塔顶取出氯甲烷，
f)从萃取蒸馏塔的塔底取出水、甲醇和二甲醚的混合物，并送入第一蒸馏塔，
g)从第一蒸馏塔塔顶取出二甲醚
h)从第一蒸馏塔塔底取出水和甲醇的混合物，
i)将步骤h)中得到的混合物送入第二蒸馏塔，
k)从第二蒸馏塔塔顶取出纯甲醇，
1)从第二蒸馏塔塔底取出水，
m)将步骤k)中得到的甲醇送到步骤a)和b)中提到的反应中。
2．根据权利要求1的方法，其中步骤e)和g)中得到的产物在进一步应用前冷凝。
3．根据权利要求1或2的方法，其中在步骤e)中由萃取蒸馏塔塔顶得到的产物物流进行相分离。
4．根据权利要求1的方法，其中作为气体产生的反应混合物在步骤c)中描述的进料过程先冷凝，然后再汽化。
5．根据权利要求1的方法，其中1)这样来操作第一蒸馏塔，以致使步骤g)的塔顶产物为甲醇和二甲醚，2)将步骤1)中得到的混合物送到步骤a)和b)描述的，在酯化反应器中的反应中，3)将步骤h)中提到的塔底产物取出。
6．根据权利要求5的方法，其中将步骤1)中得到的混合物部分返回第一蒸馏塔的塔顶。
7．根据权利要求1的方法，其中在步骤c)后的萃取蒸馏在1～25巴下进行。
8．根据权利要求1的方法，其中所用的全部塔为填料塔。
9．根据权利要求1的方法，其中萃取水在送入步骤d)中萃取蒸馏时为5～50℃。
10．根据权利要求1的方法，其中步骤f)中所述的混合物在加到第一蒸馏塔以前被加热，而其中在步骤h)中提到的混合物在加到萃取蒸馏塔中以前被冷却。
11．根据权利要求10的方法，其中步骤f)中描述的混合物的加热在热交换器中进行，而其中在步骤h)中描述的混合物的冷却同样在热交换器中进行，而其中在步骤h)中描述的混合物在送入萃取蒸馏塔以前冷却到尽可能低的温度。
12．根据权利要求1的方法，其中在步骤a)和b)中所述的反应借助催化剂进行。
13．根据权利要求1或12的方法，其中在步骤a)和b)中提到的前体过量至多反应所需化学计量的20％。
14．根据权利要求1的方法，其中1)步骤e)中得到的产物一部分返回萃取蒸馏塔的塔顶，和／或2)步骤g)中得到的产物一部分返回到第一蒸馏塔的塔顶，和／或3)步骤h)中得到的混合物中一部分作为萃取剂送入萃取蒸馏塔，和／或4)在步骤k)中得到的产物一部分送到第二蒸馏塔的塔顶。
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