CN109053819B - 一种二茂铁连续分离精制装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二茂铁连续分离精制装置及工艺，该装置包括溶剂分离塔、惰性粒子流化床升华器、杂质分离器、惰性粒子流化床凝华塔、二茂铁收集器、溶剂吸收塔、循环气加热器及工艺气体安全控制系统，通过利用该装置，结合惰性粒子升华‑凝华精制工艺和惰性载气闭路循环工艺，能够连续分离精制，得到纯度得到含量大于99.5%的二茂铁产品。本发明能够处理含有二茂铁的混合液，特别适用于处理甲醇钠法生产二茂铁的反应液。工艺流程合理、自动化程度高且具有过程能耗低、产品质量高、安全稳定性好等特点，是一种高效可行的二茂铁连续分离精制工艺。
Description
技术领域
本发明提供了一种二茂铁连续分离精制装置及分离精制工艺，特别适用于处理甲醇钠法制备二茂铁的反应液，包含了惰性粒子升华-凝华精制工艺和惰性载气闭路循环工艺。
背景技术
二茂铁及其衍生物在工业、农业、医药、航天等领域有着广泛的应用。目前工业上二茂铁精制方法有重结晶法、水蒸汽蒸馏法何升华法等。重结晶法使用有机溶剂作为重结晶溶剂，结合升华、蒸发得到高纯度的二茂铁产品，但是工艺复杂、溶剂挥发损失及环境污染问题较为严重。水蒸汽蒸馏法主要采用大量的水蒸汽使混合物中的二茂铁升华冷凝后经固液分离和干燥得到产品。升华法则利用二茂铁相变使得二茂铁和不易挥发的杂质分离，达到精制的目的。以上方法能够有效处理二茂铁粗产品.
但是以含有有机溶剂的二茂铁混合液（特别是甲醇钠法制备二茂铁的反应液）
为原料制备高纯二茂铁时，传统工艺首先将反应液中的甲醇蒸干得到含有二茂铁粉末，然后使用水蒸汽蒸馏法或升华法对含有二茂铁粉末进行处理得到最终产品。由于甲醇钠法制备二茂铁的反应液组分相对比较复杂，使用传统方法工艺步骤多、一般采用间歇化操作、处理量小、环境影响大。
发明内容
针对以上缺陷，本发明提供了一种使用惰性粒子流化床、惰性载气闭路循环的二茂铁连续分离精制装置及分离精制工艺，本发明工艺适用于处理含有二茂铁的混合液，特别适用于处理甲醇钠法生产二茂铁的反应液。
所述的一种二茂铁连续分离精制装置，包括溶剂分离塔、惰性粒子流化床升华器、杂质分离器、惰性粒子流化床凝华塔、二茂铁收集器、溶剂吸收塔、循环气加热器及工艺气体安全控制系统，其特征在于溶剂分离塔中部设有进料口、顶部设有溶剂出口，底部设有出料口，溶剂分离塔的出料口连接惰性粒子流化床升华器中部进料口；惰性粒子流化床升华器底部进气口连接循环气加热器，顶部出气口连接杂质分离器进料口；杂质分离器底部设有杂质出料口，顶部出料口连接惰性粒子流化床凝华塔底部进料口；惰性粒子流化床凝华塔顶部出料口连接二茂铁收集器的中部进料口；二茂铁收集器底部设有二茂铁出料口，二茂铁收集器顶部出料口连接溶剂吸收塔底部进料口，溶剂吸收塔上连接第一循环泵及冷却器构成冷却循环体系，溶剂吸收塔顶部气体出口通过第二循环泵连接循环气加热器进气口，循环气加热器进气口上连接工艺气体安全控制系统，循环气加热器上通有热源，冷却器上通有冷源。
所述的一种二茂铁连续分离精制装置，其特征在于溶剂吸收塔底部连接有溶剂储罐，第一循环泵与溶剂储罐的出料口连接；溶剂储罐底部设有溶剂出口管道，溶剂出口管道上设有电磁控制阀及出料泵，用于控制出料。
所述的一种二茂铁连续分离精制装置，其特征在于工艺气体安全控制系统包括载气输送管道，载气输送管道进气口设置在溶剂吸收塔与循环气加热器之间，载气输送管道上设有载体电磁控制阀，循环气加热器的气体入口处设置体系压力监控系统，确保系统操作压力在正常工况范围；第二循环泵与循环气加热器之间设有第三电磁控制阀，第三电磁控制阀一侧设有放空阀，确保系统氧含量在安全工况范围。
所述装置的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于包括如下步骤：
1）含有二茂铁的原料液经过溶剂分离塔脱除原料液中的溶剂，脱溶剂后的物料进入惰性粒子流化床升华器；
2）载气经循环气加热器热交换后进入惰性粒子流化床升华器与物料接触，物料中的二茂铁在载气作用下升华进入载气相，不易挥发的杂质成为固相粉末被载气一同带入杂质分离器，惰性粒子流化床升华器内含有内加热系统，床层温度为110~170℃，优选115~130℃；
3）在杂质分离器中，固相粉末杂质被截留，从杂质分离器底部排出，经过杂质分离器分离固相粉末后的升华二茂铁与载气进入惰性粒子流化床凝华塔；
4）惰性粒子流化床凝华塔壳体上通冷源，在冷源的作用下，二茂铁凝华成为固相粉末，被载气带入二茂铁收集器，惰性粒子流化床凝华塔塔内有冷凝盘管、塔外壁有冷凝夹套，惰性粒子流化床凝华塔床层温度为70~95℃；
5）固体二茂铁在二茂铁收集器中收集，从收集器底部出料；载气进入溶剂吸收塔；
6）开户第一循环泵及冷却器，溶剂吸收塔中的物料形成循环，在冷却器的作用下，载气中的溶剂蒸汽和二茂铁粉末被从溶剂吸收塔底部出来的低温溶剂洗涤，洗涤后的载气从溶剂吸收塔顶部排出，经第二循环泵输送到循环气加热器与热源进行换交换，成为热载气返回至惰性粒子流化床升华器中循环使用，溶剂吸收塔操作温度为10~40℃，优选温度为15~25℃。
所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于含有二茂铁的原料液中溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇或四氢呋喃。
所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于载气为惰性气体，惰性气体包括氮气或二氧化碳。
所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于惰性粒子流化床升华器和惰性粒子流化床凝华塔中所用的惰性粒子为改性氧化铝或改姓氧化锆，其粒径1.5~5mm；惰性粒子流化床升华器内部设有内加热结构；惰性粒子流化床凝华塔外部有热交夹套，内部有热交换结构。
所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于杂质分离器和二茂铁收集器分别为布袋除尘器或金属滤网除尘器。
所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于工艺气体安全控制系统包括气体含量监控系统和体系压力监控系统。
所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于体系压力系统在溶剂吸收塔出口分别设置氧含量、有机溶剂含量和粉尘浓度监控系统，通过控制载气补充量保证体系远离爆炸范围。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明将工艺原料中的溶剂，经过溶剂脱除处理可以回用，使用升华凝华法可以得到高纯度的产品；升华器和凝华塔采用惰性粒子流化床技术原料处理量大、能量利用率高、产品粘壁情况减少；工艺中的溶剂吸收塔可以冷却吸收载气中的溶剂蒸汽，同时处理二茂铁分离器尾气中的二茂铁粉尘，吸收的溶剂和二茂铁会进行进一步处理和利用；工艺中载气为惰性气体循环使用，无废气排放、环境友好；工艺实时监测粉尘浓度、氧含量和甲醇含量能够有效防止粉尘爆炸的危险，提高装置的操作安全性能。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
图中：1-溶剂分离塔，2-惰性粒子流化床升华器，3-杂质分离器，4-惰性粒子流化床凝华塔，5-二茂铁收集器，6-溶剂吸收塔，7-循环气加热器，8-第一循环泵，9-冷却器，11-第二循环泵，10-载气输送管道，12-溶剂储罐，13-溶剂出口管道，14-电磁控制阀，15-出料泵，16-载体电磁控制阀，17-第三电磁控制阀。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例进一步说明本发明的所提供的方法，但本发明并不因此受到限制。
如图1所示，本发明的一种二茂铁连续分离精制装置，包括溶剂分离塔1、惰性粒子流化床升华器2、杂质分离器3、惰性粒子流化床凝华塔4、二茂铁收集器5、溶剂吸收塔6、循环气加热器7及工艺气体安全控制系统，溶剂分离塔1中部设有进料口、顶部设有甲醇出口，底部设有出料口，溶剂分离塔1的出料口连接惰性粒子流化床升华器2中部进料口；惰性粒子流化床升华器2底部进气口连接循环气加热器7，顶部出气口连接杂质分离器3进料口；杂质分离器3底部设有杂质出料口，顶部出料口连接惰性粒子流化床凝华塔4底部进料口；惰性粒子流化床凝华塔4顶部出料口连接二茂铁收集器5的中部进料口；二茂铁收集器5底部设有二茂铁出料口，二茂铁收集器5顶部出料口连接溶剂吸收塔6底部进料口，溶剂吸收塔6上连接第一循环泵8及冷却器9构成冷却循环体系，溶剂吸收塔6顶部气体出口通过第二循环泵11连接循环气加热器7进气口，循环气加热器7进气口上连接工艺气体安全控制系统，循环气加热器7上通有热源，冷却器9上通有冷源。
为了便于形成循环系统，也便于多余甲醇的回收，本发明在溶剂吸收塔6底部连接有溶剂储罐12，第一循环泵8与溶剂储罐12的出料口连接；溶剂储罐12底部设有甲醇出口管道13，甲醇出口管道13上设有电磁控制阀14及出料泵15，用于控制出料。
为了便于控制整个系统的气体量，提高操作安全性，本发明的工艺气体安全控制系统包括载气输送管道10，在载气输送管道10进气口设置在溶剂吸收塔6与循环气加热器7之间，载气输送管道10上设有载体电磁控制阀16，循环气加热器7的气体入口处设置体系压力监控系统，确保系统操作压力在正常工况范围；第二循环泵11与循环气加热器7之间设有第三电磁控制阀17，第三电磁控制阀17一侧设有放空阀。
本发明的惰性粒子流化床升华器2和惰性粒子流化床凝华塔4中所用的惰性粒子为改性氧化铝或改性氧化锆等材质，其粒径1.5~5mm；杂质分离器3和二茂铁收集器5分别为布袋除尘器或金属滤网除尘器；工艺气体安全控制系统包括气体含量监控系统和体系压力监控系统，体系压力系统在溶剂吸收塔6出口分别设置氧含量、甲醇含量和粉尘浓度监控系统，通过控制载气补充量保证体系原理爆炸范围。
实施例：
如图1所示，本发明基于所述装置的二茂铁连续分离精制工艺，处理含有二茂铁的原料液，该工艺包括如下步骤：
1）含有二茂铁的反应液经过有机溶剂分离塔1脱除反应液中的甲醇，脱甲醇后的物料进入惰性粒子流化床升华器2；
2）载气经循环气加热器7热交换后进入惰性粒子流化床升华器2与物料接触，物料中的二茂铁在载气作用下升华进入载气相，不易挥发的杂质成为固相粉末被载气一同带入杂质分离器3，惰性粒子流化床升华器2床层温度为110~170℃，载气为惰性气体，惰性气体包括氮气或二氧化碳；
3）在杂质分离器3中，固相粉末杂质被截留，从杂质分离器3底部排出，经过杂质分离器3分离固相粉末后的升华二茂铁与载气进入惰性粒子流化床凝华塔4；
4）惰性粒子流化床凝华塔4壳体上通冷源，在冷源的作用下，二茂铁凝华成为固相粉末，被载气带入二茂铁收集器5，惰性粒子流化床凝华塔4塔内有冷凝盘管、塔外壁有冷凝夹套，惰性粒子流化床凝华塔4床层温度为70~95℃；
5）固体二茂铁在二茂铁收集器5中收集，从收集器底部出料；载气进入溶剂吸收塔6，溶剂吸收塔6中的溶剂为甲醇；
6）开户第一循环泵8及冷却器9，溶剂吸收塔6中的物料形成循环，在冷却器9的作用下，载气中的甲醇蒸汽和二茂铁粉末被从溶剂吸收塔6底部出来的低温甲醇洗涤，洗涤后的载气从溶剂吸收塔6顶部排出，经第二循环泵11输送到循环气加热器7与热源进行换交换，成为热载气返回至惰性粒子流化床升华器2中循环使用，溶剂吸收塔6操作温度为20~40℃。
实施例1：
原料组成（质量分数%）
操作参数
原料处理量为4.5t/h，氮气循环量为16m3/h，惰性粒子升华器中的惰性粒子为直径5mm的改性氧化铝粒子，惰性粒子凝华塔中采用直径为2mm的改性氧化锆粒子。最终二茂铁产量为419kg/h，产品中二茂铁质量分数99.5%。
实例2：
原料组成（质量分数%）
操作参数
原料处理量为4.5t/h，氮气循环量为16m3/h，惰性粒子升华器中的惰性粒子为直径5mm的改性氧化铝粒子，惰性粒子凝华塔中采用直径为2mm的氧化锆粒子。最终二茂铁产量为435kg/h，产品中二茂铁质量分数99.3%。
实例3：
原料组成（质量分数%）
操作参数
原料处理量为4.5t/h，氮气循环量为16m3/h，惰性粒子升华器中的惰性粒子为直径5mm的改性氧化铝粒子，惰性粒子凝华塔中采用直径为2mm的氧化锆粒子。最终二茂铁产量为432kg/h，产品中二茂铁质量分数99.1%。
体系压力控制系统设置压力0.1MPa，气体含量检测系统实时监测体系内氧气含量，控制体系氧含量小于2%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种二茂铁连续分离精制工艺，采用二茂铁连续分离精制装置，所述装置包括溶剂分离塔（1）、惰性粒子流化床升华器（2）、杂质分离器（3）、惰性粒子流化床凝华塔（4）、二茂铁收集器（5）、溶剂吸收塔（6）、循环气加热器（7）及工艺气体安全控制系统，溶剂分离塔（1）中部设有进料口、顶部设有溶剂出口，底部设有出料口，溶剂分离塔（1）的出料口连接惰性粒子流化床升华器（2）中部进料口；惰性粒子流化床升华器（2）底部进气口连接循环气加热器（7），顶部出气口连接杂质分离器（3）进料口；杂质分离器（3）底部设有杂质出料口，顶部出料口连接惰性粒子流化床凝华塔（4）底部进料口；惰性粒子流化床凝华塔（4）顶部出料口连接二茂铁收集器（5）的中部进料口；二茂铁收集器（5）底部设有二茂铁出料口，二茂铁收集器（5）顶部出料口连接溶剂吸收塔（6）底部进料口，溶剂吸收塔（6）上连接第一循环泵（8）及冷却器（9）构成冷却循环体系，溶剂吸收塔（6）顶部气体出口通过第二循环泵（11）连接循环气加热器（7）进气口，循环气加热器（7）进气口上连接工艺气体安全控制系统，循环气加热器（7）上通有热源，冷却器（9）上通有冷源，其特征在于所述连续分离精制工艺包括如下步骤：
1）含有二茂铁的原料液经过溶剂分离塔（1）脱除原料液中的溶剂，脱溶剂后的物料进入惰性粒子流化床升华器（2）；
2）载气经循环气加热器（7）热交换后进入惰性粒子流化床升华器（2）与物料接触，物料中的二茂铁在载气作用下升华进入载气相，不易挥发的杂质成为固相粉末被载气一同带入杂质分离器（3），惰性粒子流化床升华器（2）内含有内加热系统，床层温度为110~170℃；
3）在杂质分离器（3）中，固相粉末杂质被截留，从杂质分离器（3）底部排出，经过杂质分离器（3）分离固相粉末后的升华二茂铁与载气进入惰性粒子流化床凝华塔（4）；
4）惰性粒子流化床凝华塔（4）壳体上通冷源，在冷源的作用下，二茂铁凝华成为固相粉末，被载气带入二茂铁收集器（5），惰性粒子流化床凝华塔（4）塔内有冷凝盘管、塔外壁有冷凝夹套，惰性粒子流化床凝华塔（4）床层温度为70~95℃；
5）固体二茂铁在二茂铁收集器（5）中收集，从收集器底部出料；载气进入溶剂吸收塔（6）；
6）开户第一循环泵（8）及冷却器（9），溶剂吸收塔（6）中的物料形成循环，在冷却器（9）的作用下，载气中的溶剂蒸汽和二茂铁粉末被从溶剂吸收塔（6）底部出来的低温溶剂洗涤，洗涤后的载气从溶剂吸收塔（6）顶部排出，经第二循环泵（11）输送到循环气加热器（7）与热源进行换交换，成为热载气返回至惰性粒子流化床升华器（2）中循环使用，溶剂吸收塔（6）操作温度为10~40℃。
2.根据权利要求1所述的一种二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于溶剂吸收塔（6）底部连接有溶剂储罐（12），第一循环泵（8）与溶剂储罐（12）的出料口连接；溶剂储罐（12）底部设有溶剂出口管道（13），溶剂出口管道（13）上设有电磁控制阀（14）及出料泵（15），用于控制出料。
3.根据权利要求1所述的一种二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于工艺气体安全控制系统包括载气输送管道（10），载气输送管道（10）进气口设置在溶剂吸收塔（6）与循环气加热器（7）之间，载气输送管道（10）上设有载体电磁控制阀（16），循环气加热器（7）的气体入口处设置体系压力监控系统，确保系统操作压力在正常工况范围；第二循环泵（11）与循环气加热器（7）之间设有第三电磁控制阀（17），第三电磁控制阀（17）一侧设有放空阀，确保系统氧含量在安全工况范围。
4.根据权利要求1所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于含有二茂铁的原料液中溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇或四氢呋喃。
5.根据权利要求1所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于载气为惰性气体，惰性气体包括氮气或二氧化碳。
6.根据权利要求1所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于惰性粒子流化床升华器（2）和惰性粒子流化床凝华塔（4）中所用的惰性粒子为改性氧化铝或改姓氧化锆，其粒径1.5~5mm；惰性粒子流化床升华器（2）内部设有内加热结构；惰性粒子流化床凝华塔（4）外部有热交夹套，内部有热交换结构。
7.根据权利要求1所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于杂质分离器（3）和二茂铁收集器（5）分别为布袋除尘器或金属滤网除尘器。
8.根据权利要求1所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于工艺气体安全控制系统包括气体含量监控系统和体系压力监控系统。
9.根据权利要求8所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于体系压力系统在溶剂吸收塔（6）出口分别设置氧含量、有机溶剂含量和粉尘浓度监控系统，通过控制载气补充量保证体系远离爆炸范围。
10.根据权利要求1所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于步骤6）中溶剂吸收塔（6）操作温度为15~25℃。
11.根据权利要求1所述的二茂铁连续分离精制工艺，其特征在于步骤2）中的床层温度为115~130℃。
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