CN110066226A - 一种含乙腈废水的精制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含乙腈废水的精制工艺，筛选苯作为夹带剂，将含乙腈的废水与苯一起加入到倾析器中分成两相，苯将大部分乙腈萃取到有机相，脱除了大部分乙腈的废水进入减压精馏塔(0.4～0.5atm)，塔底得到纯度超过99.9％的水，有机相和水精制塔的塔顶共沸物一起加入到加压塔(4～5atm)，从塔底得到纯度超过99.9％的乙腈，塔顶乙腈‑水‑苯的共沸物循环回倾析器。调节压力实现加压塔塔顶蒸汽和减压塔釜再沸器的热量集成，塔釜物流用于进料预热。相比于现有的萃取精馏工艺，本工艺的流程简单，在成本和能量消耗方面优势明显，能耗降低超过40％，可实施性强。

Description

一种含乙腈废水的精制工艺

技术领域

本发明涉及分离提纯领域，更具体的说是涉及一种含乙腈废水的精制工艺。

背景技术

乙腈最主要的用途是作溶剂。如作为抽提丁二烯的溶剂，合成纤维的溶剂和某些特殊涂料的溶剂。在石油工业中用于从石油烃中除去焦油、酚等物质的溶剂。在油脂工业中用作从动植物油中抽提脂肪酸的溶剂。乙腈还是精细化学品中的重要有机中间体，广泛用于织物染色，照明，香料制造和感光材料制造。在作为溶剂的应用中，会产生大量的乙腈废水，回收废水中的乙腈不仅可以减少环境污染，同时还可以获得高附加值的乙腈制品。但由于乙腈和水存在共沸，通过普通精馏的方式是无法实现有效分离的，特殊的分离方式包括萃取精馏、变压精馏、共沸精馏、膜分离等。

目前针对乙腈废水的分离提纯，最常用的分离方式是乙二醇作为萃取剂的萃取精馏工艺，例如专利CN105968028A中提出了一种乙腈连续负压蒸馏萃取工艺，实现了乙二醇对乙腈废水的精制。专利CN109133268A中提出将乙腈浓度小于15wt％的乙腈工业废水加热后，连续循环通过以膜为接触介质的膜组件中，膜介质的另一侧抽真空，废水中乙腈扩散或溶解扩散通过膜介质，获得高浓度乙腈。另有文献提出乙腈和水的共沸组成对压力是敏感的，采用变压精馏可以有效实现乙腈的精制回收。虽然以上技术均公开了针对于含有乙腈废水的分离提纯，但是，现在技术中所公开的技术方案存在工艺复杂能耗和成本较高的技术问题。

因此，考虑到乙腈废水中的乙腈含量相对较低，且存在共沸，分离过程属于能量密集型这一现状，开发新的分离技术，研究一种含乙腈废水的精制工艺，实现乙腈精制回收的同时降低分离过程的能耗是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，寻求更加高效的乙腈废水分离回收技术，同时降低分离过程的能量消耗，本发明提出了一种含乙腈废水的精制工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含乙腈废水的精制工艺，所述工艺具体步骤如下：

(1)倾析分相：选用夹带剂，将含乙腈的废水与夹带剂一起加入到倾析器中，在倾析器中分成两相，将大部分乙腈萃取到有机相；

(2)废水精制：脱除了大部分乙腈的废水通过减压精馏塔进行分离，塔底得到纯度超过99.9％的水，塔顶得到乙腈和水的共沸物；

(3)乙腈精制：将倾析器的有机相和水精制塔的塔顶共沸物一起加入到加压精馏塔，从塔底得到纯度超过99.9％的乙腈，塔顶乙腈-水-苯的共沸物循环回倾析器。

进一步的，所述步骤(1)中倾析器温度为常温25℃～35℃，所述夹带剂为苯，所述夹带剂的用量根据进料组成确定，通常与进料的比例为0.4～0.6：1。

通过采用上述技术方案，本发明的技术效果如下：

夹带剂作用的原理是夹带剂可从两方面影响溶质在超临界流体中的溶解度和选择性，即溶剂流体的密度和溶质与夹带剂分子间的相互作用，通常夹带剂在使用中用量较少对溶剂流体的密度影响不大，甚至还会降低超临界流体的密度，而影响溶解度和选择性的决定因素就是夹带剂与溶质分子间的范德华力或夹带剂与溶质有特定的分子间作用。另外在溶剂的临界点附近溶质溶解度对温度、压力的变化最为敏感，加入夹带剂后，能使混合溶剂的临界点相应改变，更接近萃取温度。增强溶质溶解度对温度压力的敏感程度，使被分离组分通过温度、压力从循环气体中分离出来，以避免气体再次压缩的高能耗，夹带剂不仅可以增加溶质在超临界流体中的溶解度和选择性，同时还可以作为助表面活性剂有利于超临界流体微乳液的形成。

进一步的，所述步骤(2)减压精馏塔中，塔板数为25～50块，进料位置为18～45块，塔顶压力设定为0.4-0.5atm，塔釜温度为72～80℃。

进一步的，所述步骤(3)中乙腈精制塔的压力为4～5atm，塔板数为20～50块，有机相进料位置为2～8块，乙腈-水共沸物进料位置为12～30块。

进一步的，所述水精制塔的塔釜温度和乙腈精制塔的塔顶温度差超过15℃，将乙腈精制塔的蒸汽与水精制塔的塔釜再沸器直接换热。

进一步的，水精制塔的塔釜出料将进料从25℃预热到40～45℃，乙腈精制塔的塔釜出料将其预热到60℃，乙腈精制塔塔顶馏出的三元共沸物将有机相进料从25℃预热到50℃。

通过采用上述技术方案，本发明所实现的技术效果如下：

为了更好的实现本发明的技术方案，申请人对于工艺条件进行了进一步限定。

关于压力参数：

减压精馏塔的压力设定为0.4～0.5atm，一方面低压可以提高乙腈在共沸组成中的含量，降低从减压塔塔顶进入加压塔的水含量，另一方面降低减压精馏塔塔釜温度(72～80℃)，方便热量集成的实施；

乙腈精制塔的压力设定为4～5atm，一方面保证乙腈精制塔的塔顶以三元共沸组成蒸出，此时回流量最小，另一方面用于提高塔顶温度与减压精馏塔换热。

关于温度参数：

通过压力设定，使得减压精馏塔的塔顶温度超过50℃，从而可以采用循环水进行冷却，对于乙腈精制塔的塔顶温度为90～105℃，减压精馏塔塔釜温度为72～80℃，可以实现塔顶蒸汽与塔釜再沸器的热量集成。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种含乙腈废水的精制工艺。

申请人基于全年总成本的计算与萃取精馏和变压精馏比较，本发明整个系统操作稳定，流程简单。

关于整体工艺的热集成，首先考虑乙腈精制塔的塔顶蒸汽与水精制塔的塔釜再沸器进行热交换，其次，水精制塔的塔釜出料将进料从25℃预热到40～45℃，乙腈精制塔的塔釜出料将其进一步预热到60℃，乙腈精制塔塔顶馏出的三元共沸物将有机相进料从25℃预热到50℃，实现能量的高效利用。

热集成的新工艺在能耗费用方面相比热集成的萃取精馏和变压精馏可降低40％以上，并且进料量越大，节能效果越明显。

本发明最重要的是避免了高沸点萃取剂的加入，同时采用高低压技术实现了工艺的全热集成，提高了能量利用效率。最后，苯作为为夹带剂，将大部分的乙腈萃取到有机相，减少了从水分离塔到乙腈精制塔的进料流量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为含乙腈的废水精制工艺装置图；

图中：S-1-倾析器，T1-水精制塔，T2-乙腈精制塔，H1-预热换热器1，H2-预热换热器2，H3-预热换热器3。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明公开了一种含乙腈废水的精制工艺，其整个工艺过程中的设备主要由倾析器(S-1)，水精制塔(T1)，乙腈精制塔(T2)，预热换热器1、预热换热器2、预热换热器3组成。

下面以进料流量为500kmol/h的乙腈废水为例进行对本发明的技术方案的进一步阐述：

乙腈占20mol％，水占80mol％，进料温度为25℃。

将乙腈废水与苯一起加入到倾析器(S-1)，倾析器温度为25℃，苯的流率为48mol/h，经倾析器分成有机相和水相。

水相进入水精制塔(T1)的中下部，塔顶压力为0.4atm，塔板数为25～50块，进料位置为18～45块，从塔底得到纯度为99.9mol％的水，塔顶得到的乙腈和水的共沸物与倾析器的有机相一起进入乙腈精制塔(T2)，

乙腈精制塔的压力为4atm，塔板数为20～50块，有机相进料位置为28块，乙腈-水共沸物进料位置为12～30块，从塔底得到纯度超过99.9mol％的乙腈，塔顶乙腈-水-苯的共沸物循环回倾析器(S-1)。

在流程设计的基础上，对其进行热集成：

(1)水精制塔、塔釜温度和乙腈精制塔的塔顶温度差超过15℃，将乙腈精制塔的蒸汽与水精制塔的塔釜再沸器直接换热；

(2)将水精制塔(T1)塔釜出来的水通过换热器(H1)预热进料到40℃，将乙腈精制塔(T2)塔釜出来的乙腈通过换热器(H2)进一步预热到60℃；

(3)乙腈精制塔(T2)塔顶的三元共沸物可用来预热乙腈精制塔的进料到50℃，从而降低乙腈精制塔的蒸汽消耗。

本发明热集成的新工艺在能耗费用方面相比热集成的萃取精馏和变压精馏可降低40％以上，并且进料量越大，节能效果越明显。最重要的是避免了高沸点萃取剂的加入，同时采用高低压技术实现了工艺的全热集成，提高了能量利用效率。最后，苯作为为夹带剂，将大部分的乙腈萃取到有机相，减少了从水分离塔到乙腈精制塔的进料流量。该工艺与热集成的萃取精馏工艺相比，流程更加简单，容易控制，申请人通过工艺模拟软件进行设计，对比常规的萃取精馏工艺，能量消耗降低40％以上，节能效果明显，在取得更高的经济效益的同时还可以减少蒸汽的使用，从而降低CO₂排放，减少污染。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种含乙腈废水的精制工艺，其特征在于：所述工艺具体步骤如下：

(1)倾析分相：选用夹带剂，将含乙腈的废水与夹带剂一起加入到倾析器中，在倾析器中分成两相，将大部分乙腈萃取到有机相；

(2)废水精制：脱除了大部分乙腈的废水通过减压精馏塔进行分离，塔底得到纯度超过99.9％的水，塔顶得到乙腈和水的共沸物；

(3)乙腈精制：将倾析器的有机相和水精制塔的塔顶共沸物一起加入到加压精馏塔，从塔底得到纯度超过99.9％的乙腈，塔顶乙腈-水-苯的共沸物循环回倾析器。

2.根据权利要求1所述的含乙腈废水的精制工艺，其特征在于：所述步骤(1)中倾析器温度为常温25℃～35℃，所述夹带剂为苯，所述夹带剂的用量与进料的比例为0.4～0.6：1。

3.根据权利要求1所述的含乙腈废水的精制工艺，其特征在于：所述步骤(2)减压精馏塔中，塔板数为25～50块，进料位置为18～45块，塔顶压力设定为0.4-0.5atm，塔釜温度为72～80℃。

4.根据权利要求1所述的含乙腈废水的精制工艺，其特征在于：所述步骤(3)中乙腈精制塔的压力为4～5atm，塔板数为20～50块，有机相进料位置为2～8块，乙腈-水共沸物进料位置为12～30块。

5.根据权利要求1所述的含乙腈废水的精制工艺，其特征在于：所述水精制塔的塔釜温度和乙腈精制塔的塔顶温度差超过15℃，将乙腈精制塔的塔顶蒸汽与水精制塔的塔釜再沸器直接换热。

6.根据权利要求1所述的含乙腈废水的精制工艺，其特征在于：水精制塔的塔釜出料将进料从25℃预热到40～45℃，乙腈精制塔的塔釜出料将其进一步预热到60℃，乙腈精制塔塔顶馏出的三元共沸物将来自倾析器的有机相进料从25℃预热到50℃。