CN114712884A

CN114712884A - 一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置及方法

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Publication number: CN114712884A
Application number: CN202210638081.2A
Authority: CN
Inventors: 李群生
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2022-06-08
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2022-07-08
Anticipated expiration: 2042-06-08
Also published as: CN114712884B

Abstract

本发明公开了一种精馏‑膜分离联合生产电子级乙醇装置及方法，方法步骤包括：将来源不同的乙醇原料输送至第一脱轻塔，首先脱除其中水、甲醇等轻组分杂质；得到的采出液继续送入第一脱重塔，脱除其中正丙醇、异丁醇、异戊醇等重组分杂质；得到第一次富集后的乙醇采出液，再依次送入第二脱轻塔、机动塔和第二脱重塔，进一步脱除其中轻重组分杂质；得到再次富集后的采出液送入膜分离装置脱除其中微量固体颗粒及金属离子，得到成品电子级乙醇。本发明生产过程路线短、成本低、操作简单、污染小、安全系数高，产品纯度高、质量好，适应市场高端化需求。

Description

一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置及方法

技术领域

本发明涉及电子化学品生产技术领域，更具体的说是涉及一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置及方法。

背景技术

超净高纯试剂称为方法化学品或湿化学品，是超大规模集成电路制作过程中的关键性基础化工材料之一，主要用于芯片的清洗、蚀刻，另外超净高纯试剂还用于芯片掺杂和沉淀方法，因此超净高纯化学品的生产具有极高的经济效益。电子级无水乙醇是使用普级酒精为原料，采用脱水方法生产的无水乙醇，与普通无水酒精相比，电子级无水乙醇对水分含量、微量杂质含量等指标方面有更高的要求，可应用于电池电解液、清洗电子元器件等。而当前电子级无水乙醇生产技术相对落后，且缺少规模化生产装置。因此，在原有的生产装置基础上，通过方法调整，生产高纯度电子级无水乙醇，不仅可以为企业拓宽产品市场、增加效益，还可以解决在该领域上过于依赖进口的问题。

其中，中国专利一种无水电子乙醇的制备方法公开了一种以工业乙醇为原料，采用渗透汽化的方式生产电子级乙醇的方法，此方法安全系数高，可连续生产，但整个方法除精馏外，还涉及渗透汽化以及离子交换树脂吸附相关流程，对材料和技术要求较高；中国专利一种精馏-膜分离耦合法生产燃料乙醇、电子级乙醇的装置及新方法公开了一种精馏-膜分离耦合法联产燃料乙醇和电子级无水乙醇的方法，系统操作简单、节能高效，但无法实现电子级乙醇的单独生产。

因此，提供一种操作简单的精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置及方法，具有能耗低、路线短、成本低等优点，且生产的产品质量高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置，包括依次通过管道连接的原料泵、第一脱轻塔组件、第一脱重塔组件、第二脱轻塔组件、机动塔组件、第二脱重塔组件和膜分离装置。

进一步的，所述第一脱轻塔组件包括第一脱轻塔、第一冷凝器、第一回流罐、第一回流泵和第一再沸器，所述原料泵与所述第一脱轻塔中部通过管道连接相通，所述第一脱轻塔与其顶部的所述第一冷凝器、所述第一回流罐和所述第一回流泵依次通过管道连接；所述第一脱轻塔与其底部的所述第一再沸器通过管道连接；所述第一脱重塔组件包括第一脱重塔、第二冷凝器、第二回流罐、第二回流泵和第二再沸器，所述第一再沸器通过第一出料泵与所述第一脱重塔连接相通；所述第一脱重塔与其顶部的所述第二冷凝器、所述第二回流罐和所述第二回流泵依次通过管道连接；所述第一脱重塔与其底部的所述第二再沸器通过管道连接；所述第二脱轻塔组件包括第二脱轻塔、第三冷凝器、第三回流罐、第三回流泵和第三再沸器，所述第二脱轻塔中部与所述第一脱重塔顶部连接相通；所述第二脱轻塔与其顶部的所述第三冷凝器、所述第三回流罐和所述第三回流泵依次通过管道连接；所述第二脱轻塔与其底部的所述第三再沸器通过管道连接；所述机动塔组件包括机动塔、第四冷凝器、第四回流罐、第四回流泵和第四再沸器，所述第三再沸器通过第二出料泵与所述机动塔连接相通；所述机动塔与其顶部的所述第四冷凝器、所述第四回流罐和所述第四回流泵依次通过管道连接；所述机动塔与其底部的所述第四再沸器通过管道连接；所述第二脱重塔组件包括第二脱重塔、第五冷凝器、第五回流罐、第五回流泵和第五再沸器，所述第四再沸器通过第三出料泵与所述第二脱重塔连接相通；所述第二脱重塔与其顶部的所述第五冷凝器、所述第五回流罐和所述第五回流泵依次通过管道连接；所述第二脱重塔与其底部的所述第五再沸器通过管道连接；所述膜分离装置与所述第二脱重塔顶部连接相通。

进一步的，所述第一脱轻塔、所述第一脱重塔、所述第二脱轻塔、所述机动塔和所述第二脱重塔均为板式塔或填料塔。

一种利用精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置而进行的方法，包括以下步骤：

1）将来源不同的乙醇原料输送至第一脱轻塔，脱除其中轻组分杂质；

2）将步骤1）中乙醇采出液送入第一脱重塔，脱除其中重组分杂质，塔顶得到第一次富集后的乙醇采出液；

3）将步骤2）中乙醇采出液送入第二脱轻塔，进一步脱除其中微量轻组分杂质；

4）将步骤3）中乙醇采出液送入机动塔，随机脱除其中轻重组分杂质；

5）将步骤4）中乙醇采出液送入第二脱重塔，进一步脱除其中微量重组分杂质，得到再次富集后的乙醇采出液；

6）将步骤5）所得采出液送入膜分离装置脱除其中痕量金属离子及固体颗粒，得到成品电子级乙醇。

进一步的，在步骤1）中的乙醇原料至少包括工业级乙醇、燃料乙醇、无水乙醇、优级酒精。

进一步的，在步骤1）中，轻组分杂质包括水、甲醇及其他低沸点组分。

进一步的，在步骤2）中，重组分杂质包括正丙醇、异丁醇、异戊醇及其他重组分杂醇油。

进一步的，在步骤6）中，膜分离方式为纳滤或超滤或渗透汽化，其中纳滤操作要求膜面积≥0.1m²，过滤孔径≥1nm，操作压力0.1-1Mpa。

进一步的，在步骤6）中，痕量金属离子包括Na、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb和Cl。

由此可知，本发明提供了一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置及方法，与现有技术相较而言，本发明：

1、通过多级串联的脱轻脱重塔精馏进行分离提纯，制备过程路线短、成本低、操作简单、污染小、安全系数高，具有很大的工业推广价值和市场应用前景；

2、结合膜分离方法，进一步脱除其中固体颗粒及金属离子，实现产品等级达到国际电子级试剂标准等级，适应市场的高端化需求；

3、采用来源不同的乙醇为原料，对其中轻重组分杂质、固体颗粒、金属离子等杂质进行脱除，原料来源广泛，生产的产品纯度高、质量好；

4、膜分离采用纳滤、超滤、渗透汽化或其他方式，精馏塔（第一脱轻塔、第一脱重塔、第二脱轻塔、机动塔和第二脱重塔）采用板式塔或填料塔，设备技术成熟可靠，运行稳定，可连续生产。

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 附图为本发明提供的一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置的方法流程示意图。

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，本发明实施例公开了一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置，包括原料泵1、第一脱轻塔2、第一冷凝器3、第一回流罐4、第一回流泵5、第一再沸器6、第一脱重塔7、第二冷凝器8、第二回流罐9、第二回流泵10、第二再沸器11、第二脱轻塔12、第三冷凝器13、第三回流罐14、第三回流泵15、第三再沸器16、机动塔17、第四冷凝器18、第四回流罐19、第四回流泵20、第四再沸器21、第二脱重塔22、第五冷凝器23、第五回流罐24、第五回流泵25、第五再沸器26和膜分离装置27，原料泵1与第一脱轻塔2中部通过管道连接相通，第一脱轻塔2与其顶部的第一冷凝器3、第一回流罐4和第一回流泵5依次通过管道连接；第一脱轻塔2与其底部的第一再沸器6通过管道连接；第一再沸器6通过第一出料泵28与第一脱重塔7连接相通；第一脱重塔7与其顶部的第二冷凝器8、第二回流罐9和第二回流泵10依次通过管道连接；第一脱重塔7与其底部的第二再沸器11通过管道连接；第二脱轻塔12中部与第一脱重塔7顶部连接相通；第二脱轻塔12与其顶部的第三冷凝器13、第三回流罐14和第三回流泵15依次通过管道连接；第二脱轻塔12与其底部的第三再沸器16通过管道连接；第三再沸器16通过第二出料泵29与机动塔17连接相通；机动塔17与其顶部的第四冷凝器18、第四回流罐19和第四回流泵20依次通过管道连接；机动塔17与其底部的第四再沸器21通过管道连接；第四再沸器21通过第三出料泵30与第二脱重塔22连接相通；第二脱重塔22与其顶部的第五冷凝器23、第五回流罐24和第五回流泵25依次通过管道连接；第二脱重塔22与其底部的第五再沸器26通过管道连接；膜分离装置27具有电子级乙醇产品出口，膜分离装置27与第二脱重塔22顶部连接相通。

本发明实施例还公开了一种利用上述装置而进行的方法，包括以下步骤：

1）将来源不同的乙醇原料输送至第一脱轻塔2，脱除其中轻组分杂质；

在此步骤中，乙醇原料至少包括工业级乙醇、燃料乙醇、无水乙醇、优级酒精；在本实施例中，选择为优级高度无水乙醇原料（含水量≤0.05%，杂醇含量≤0.01%，酸度≤0.05mmol/100g，碱度≤0.01mmol/100g）；原料来源广泛，生产的产品纯度高、质量好；

在此步骤中，轻组分杂质包括水、甲醇及其他低沸点组分；

在此步骤中，第一脱轻塔2为板式塔或填料塔，当选择为填料塔时，要求有效填料高度≥10m，塔内径≥30mm；在本实施例中，第一脱轻塔2选择为有效填料高度为20m，塔内径为50mm的填料塔，使用换热面积分别为1.2m²、2.7m²的固定管板式第一冷凝器3和第一再沸器6进行全塔换热，塔釜组分需返回至第一脱轻塔2对其中乙醇进行再回收；

2）将步骤1）中乙醇采出液送入第一脱重塔7，脱除其中重组分杂质，塔顶得到第一次富集后的乙醇采出液；

在此步骤中，重组分杂质包括正丙醇、异丁醇、异戊醇及其他重组分杂醇油；

在此步骤中，第一脱重塔7为板式塔或填料塔，其中当选择为填料塔时，要求有效填料高度为≥10m，塔内径为≥50mm；在本实施例中，第一脱重塔7有效填料高度为24m，塔内径80mm，第二冷凝器8换热面积2.3m²，第二再沸器11换热面积5.7m²，均为固定管板式，塔顶馏出液部分需返回至第一脱重塔7对其中乙醇进行再回收；

3）将步骤2）中乙醇采出液送入第二脱轻塔12，进一步脱除其中微量轻组分杂质；

在此步骤中，第二脱轻塔12为板式塔或填料塔，当选择为填料塔时，要求有效填料高度≥10m，塔内径≥30mm；

4）将步骤3）中乙醇采出液送入机动塔17，随机脱除其中轻重组分杂质；

在此步骤中，机动塔17为板式塔或填料塔，且可根据实际进料情况随机选择脱除轻重组分杂质；在本实施例中，机动塔17选择为有效填料高度为≥20m，塔内径≥50mm的填料塔，第四冷凝器18和第四再沸器21均为固定管板式；

5）将步骤4）中乙醇采出液送入第二脱重塔22，进一步脱除其中微量重组分杂质，得到再次富集后的乙醇采出液；

在此步骤中，第二脱重塔22为板式塔或填料塔，其中当选择为填料塔时，要求有效填料高度为≥10m，塔内径为≥50mm；

在此步骤中，再次富集后的乙醇采出液含量≥99%，其中≥0.5µm的尘埃颗粒含量≤25个/mL，塔釜部分组分需返回至第二脱重塔22对其中乙醇进行再回收；

上述步骤通过多级串联的脱轻脱重塔精馏进行分离提纯，制备过程路线短、成本低、操作简单、污染小、安全系数高。

6）将步骤5）所得采出液送入膜分离装置27脱除其中痕量金属离子及固体颗粒，得到成品电子级乙醇。

在此步骤中，膜分离方式为纳滤或超滤或渗透汽化，其中纳滤操作要求膜面积≥0.1m²，过滤孔径≥1nm，操作压力0.1-1Mpa，乙醇在压力差推动力作用下透过膜进入产品一侧，而金属离子由于与膜所带电荷的静电相互作用被截留在进料一侧；在本实施例中，膜分离过程为纳滤，使用面积0.16m²，过滤孔径5nm的纳滤膜，操作压力0.5Mpa

在此步骤中，痕量金属离子包括Na、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb和Cl；

在此步骤中，成品电子级乙醇的含量≥99.99%，其中≥0.5µm的尘埃颗粒含量≤5个/mL，单项金属阳离子含量控制在1ppb以下，单项金属阴离子控制在10ppb以下，此步骤进一步脱除其中固体颗粒及金属离子，实现产品等级达到国际电子级试剂标准等级，适应市场的高端化需求。

值得提出的是，步骤1）、2）、3）、4）、5）中轻重组分杂质的脱除可以分别从塔顶塔釜采出之外，也可从塔的其他位置侧线采出。

本实施例生产出的电子级乙醇含量采用气相色谱进行分析，阴阳离子采用离子色谱分析，尘埃颗粒采用激光颗粒计数仪进行测定，产品要求符合电子级试剂国际标准，具体数据如表1：

表1

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

1.一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置，其特征在于，包括依次通过管道连接的原料泵、第一脱轻塔组件、第一脱重塔组件、第二脱轻塔组件、机动塔组件、第二脱重塔组件和膜分离装置。

2.根据权利要求1所述的一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置，其特征在于，所述第一脱轻塔组件包括第一脱轻塔、第一冷凝器、第一回流罐、第一回流泵和第一再沸器，所述原料泵与所述第一脱轻塔中部通过管道连接相通，所述第一脱轻塔与其顶部的所述第一冷凝器、所述第一回流罐和所述第一回流泵依次通过管道连接；所述第一脱轻塔与其底部的所述第一再沸器通过管道连接；所述第一脱重塔组件包括第一脱重塔、第二冷凝器、第二回流罐、第二回流泵和第二再沸器，所述第一再沸器通过第一出料泵与所述第一脱重塔连接相通；所述第一脱重塔与其顶部的所述第二冷凝器、所述第二回流罐和所述第二回流泵依次通过管道连接；所述第一脱重塔与其底部的所述第二再沸器通过管道连接；所述第二脱轻塔组件包括第二脱轻塔、第三冷凝器、第三回流罐、第三回流泵和第三再沸器，所述第二脱轻塔中部与所述第一脱重塔顶部连接相通；所述第二脱轻塔与其顶部的所述第三冷凝器、所述第三回流罐和所述第三回流泵依次通过管道连接；所述第二脱轻塔与其底部的所述第三再沸器通过管道连接；所述机动塔组件包括机动塔、第四冷凝器、第四回流罐、第四回流泵和第四再沸器，所述第三再沸器通过第二出料泵与所述机动塔连接相通；所述机动塔与其顶部的所述第四冷凝器、所述第四回流罐和所述第四回流泵依次通过管道连接；所述机动塔与其底部的所述第四再沸器通过管道连接；所述第二脱重塔组件包括第二脱重塔、第五冷凝器、第五回流罐、第五回流泵和第五再沸器，所述第四再沸器通过第三出料泵与所述第二脱重塔连接相通；所述第二脱重塔与其顶部的所述第五冷凝器、所述第五回流罐和所述第五回流泵依次通过管道连接；所述第二脱重塔与其底部的所述第五再沸器通过管道连接；所述膜分离装置与所述第二脱重塔顶部连接相通。

3.根据权利要求2所述的一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置，其特征在于，所述第一脱轻塔、所述第一脱重塔、所述第二脱轻塔、所述机动塔和所述第二脱重塔均为板式塔或填料塔。

4.根据权利要求2或3所述的一种精馏-膜分离联合生产电子级乙醇装置而进行的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤1）中的乙醇原料至少包括工业级乙醇、燃料乙醇、无水乙醇、优级酒精。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤1）中，轻组分杂质包括水、甲醇及其他低沸点组分。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤2）中，重组分杂质包括正丙醇、异丁醇、异戊醇及其他重组分杂醇油。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤6）中，膜分离方式为纳滤或超滤或渗透汽化，其中纳滤操作要求膜面积≥0.1m²，过滤孔径≥1nm，操作压力0.1-1Mpa。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤6）中，痕量金属离子包括Na、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb和Cl。