CN115317944B - 一种有机硅环体混合物的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有机硅环体混合物的分离方法，采用隔板塔进行分离，得到轻组分、中间组分以及重组分，轻组分包括六甲基二硅氧烷和六甲基环三硅氧烷，所述中间组分至少包括八甲基环四硅氧烷，所述重组分包括十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷以上的高环化合物。

Description

一种有机硅环体混合物的分离方法
技术领域
本发明涉及一种有机硅环体混合物的分离方法，属于有机硅生产技术领域。
背景技术
有机硅环体混合物分离是有机硅生产链中的重要环节，有机硅环体混合物中的八甲基环四硅氧烷(D4)或混合环体(DMC，其中D4占比80％～90％)是硅油和硅橡胶等下游产业链的中间体，是日化用品和其他精细化工品的重要添加剂。
现有技术通常使用双塔流程对有机硅环体混合物进行分离，即有机硅环体混合物经过低压蒸汽预热到合适的温度，进入脱低塔，在脱低塔中将有机硅环体混合物中的轻组分进行分离，从脱低塔的塔顶分离出轻组分六甲基二硅氧烷(MM)和六甲基环三硅氧烷(D3)，然后使去除了轻组分的有机硅环体混合物进入DMC塔中，在DMC塔中进行分离处理，从DMC塔的塔顶分离出D4或DMC，从DMC塔的塔釜分离出十甲基环五硅氧烷(D5)和十二甲基环六硅氧烷(D6)以及十四甲基环七硅氧烷(D7)等高环。然而，双塔流程不仅增加了设备投资，还会产生过多的能耗。
发明内容
本发明提供一种有机硅环体混合物的分离方法，该方法通过一个分离塔就可以实现有机硅环体混合物的分离，设备投资费用少，并且过程能耗低。
本发明提供一种有机硅环体混合物的分离方法，其中，采用隔板塔进行分离，所述隔板塔包括顶部的精馏段、底部的提馏段以及位于所述精馏段和所述提馏段之间的分离段，且所述精馏段、所述分离段以及所述提馏段依次相互贯通，所述分离段包括并列排布、且互不连通的预分馏段以及主分馏段，所述预分馏段具有进料口，所述主分馏段具有出料口；
所述分离方法包括：
使待分离混合物经所述进料口进入所述预分馏段，所述待分离混合物经所述预分馏段处理得到第一混合物以及第二混合物，所述第一混合物上行进入所述精馏段，所述第二混合物下行进入所述提馏段；
所述第一混合物经所述精馏段处理得到轻组分以及第一中间组分，所述轻组分经所述精馏段的顶部采出，所述第一中间组分下行进入所述主分馏段；
所述第二混合物经所述提馏段处理得到重组分以及第二中间组分，所述重组分经所述提馏段的底部采出，所述第二中间组分上行进入所述主分馏段；
所述第一中间组分以及所述第二中间组分经所述主分馏段处理得到所述中间组分，所述中间组分经所述出料口采出；
所述轻组分包括六甲基二硅氧烷和六甲基环三硅氧烷，所述中间组分至少包括八甲基环四硅氧烷，所述重组分包括十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷以上的高环化合物。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，所述隔板塔塔顶操作压力为5～80kPaA。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，所述预分馏段和所述主分馏段的气相分配比为(1～2.5)：1。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，所述预分馏段和所述主分馏段的液相分配比为1：(2～6)。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，所述精馏段的采出温度为60～90℃。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，还包括，使用所述中间组分和/或所述重组分对所述待分离混合物进行换热处理。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，使用所述中间组分和所述重组分对所述分离混合物进行换热处理，包括：
使用所述重组分对所述待分离混合物进行第一换热处理，得到第一换热待分离混合物；
使用所述中间组分对所述第一换热待分离混合物进行第二换热处理。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，经所述第一换热处理后，所述重组分的温度为70～100℃。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，经所述第二换热处理后，所述中间组分的温度为60～100℃。
如上所述的有机硅环体混合物的分离方法，其中，所述隔板塔的回流比为12～15。
本发明提供一种有机硅环体混合物的分离方法，通过对用于分离有机硅环体混合物的隔板塔的结构进行特定的选择，能够实现仅通过一个分离塔完成有机硅环体混合物的分离，设备投资费用低，并且能耗低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关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它的附图。
图1为本发明一些实施方式中隔板塔的结构示意图；
图2为本发明一些实施方式中有机硅环体混合物的分离方法的工艺流程图；
图3为本发明对比例中有机硅环体混合物的分离方法的工艺流程图。
附图标记说明：
1：原料泵；
2：环体一级预热器；
3：环体二级预热器；
4：蒸气加热器；
5：隔板塔冷凝器；
6：隔板塔回流罐；
7：隔板塔回流泵；
8：侧采泵；
9：隔板塔塔釜泵；
10：隔板塔再沸器；
11：隔板塔；
12：脱低塔；
13：脱低塔冷凝器；
14：脱低塔回流罐；
15：脱低塔回流泵；
16：脱低塔塔釜泵；
17：脱低塔再沸器；
18：DMC塔；
19：DMC塔冷凝器；
20：DMC塔回流罐；
21：DMC塔回流泵；
22：DMC塔冷却器；
23：DMC塔再沸器；
24：DMC塔塔釜泵；
25：高环冷却器；
111：精馏段；
112：提馏段；
113：预分馏段；
114：主分馏段；
115：进料口；
116：出料口。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种有机硅环体混合物的分离方法。图1为本发明一些实施方式中隔板塔的结构示意图。如图1所示，采用隔板塔11进行分离，隔板塔11包括顶部的精馏段111、底部的提馏段112以及位于精馏段111和提馏段112之间的分离段，且精馏段111、分离段以及提馏段112依次相互贯通，分离段包括并列排布、且互不连通的预分馏段113以及主分馏段114，预分馏段113具有进料口115，主分馏段114具有出料口116；
分离方法包括：
使待分离混合物经进料口115进入预分馏段113，待分离混合物经预分馏段113处理得到第一混合物以及第二混合物，第一混合物上行进入精馏段111，第二混合物下行进入提馏段112；
第一混合物经精馏段111处理得到轻组分以及第一中间组分，轻组分经精馏段111的顶部采出，第一中间组分下行进入主分馏段114；
第二混合物经提馏段112处理得到重组分以及第二中间组分，重组分经提馏段112的底部采出，第二中间组分上行进入主分馏段114；
第一中间组分以及第二中间组分经主分馏段114处理得到中间组分，中间组分经出料口116采出；
轻组分包括六甲基二硅氧烷和六甲基环三硅氧烷，中间组分至少包括八甲基环四硅氧烷，重组分包括十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷以上的高环化合物。
本发明的待分离混合物为有机硅环体混合物。本发明对有机硅环体混合物的具体组分不做特别限定，只要包括本领域常用的有机硅环体的混合物都属于本发明的保护范围之内。
具体地，本发明的有机硅环体混合物的分离方法包括：使待分离混合物经设置在预分馏段113的进料口115进入预分馏段113，在预分馏段113中待分离混合物受热，待分离混合物中容易挥发的物质会气化成第一混合物，第一混合物会上行进入顶部的精馏段111，不容易挥发的物质则为第二混合物，第二混合物会在重力的作用下下行进入提馏段112；
在精馏段111中，第一混合物会继续受热，使第一组合物中的轻组分被蒸出，进而从精馏段111的顶部采出，第一混合物中剩余的组分则为第一中间组分，第一中间组分在塔顶的冷凝液的作用下，会向下进入主分馏段114；
在提馏段112中，第二混合物会继续受热，第二混合物中易挥发的第二中间组分会被蒸发，向上进入主分馏段114，而难挥发的重组分会在重力作用下持续下行，然后经提馏段112的底部采出；
第一中间组分和第二中间组分在主分馏段114内会继续进行精馏处理，以得到高纯度的中间组分，随后将中间组分经主分馏段114的出料口采出。
可以理解，本发明的隔板塔11的塔釜还包括再沸器，用于为提馏段112提供热能，塔顶还包括冷凝器，用于提供冷凝液。本发明中，可以使用原料泵使待分离混合物经进料口115进入预分馏段113。
本发明对精馏段111、提馏段112、预分馏段113以及主分馏段114的塔板数不做特别限定，可以根据实际的分离需求进行设定。本发明不限定进料口115的具体位置以及数量，只要进料口115位于预分馏段113即可。本发明不限定出料口116的具体位置以及数量，只要出料口116位于主分馏段114即可。本发明中，可以根据实际需要选择从哪个位置的进料口115进料，以及从哪个位置的出料口116进行出料。
本发明中，可以按照挥发性的强弱将分离出的有机硅环体混合物分为轻组分、中间组分以及重组分。
本发明中，最容易挥发的轻组分包括六甲基二硅氧烷和六甲基环三硅氧烷。最难挥发的重组分包括十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷以上的高环化合物，可以理解，重组分也可以包括沸点高于十二甲基环六硅氧烷的沸点的高环化合物。挥发性介于轻组分和重组分之间的中间组分至少包括八甲基环四硅氧烷，可以理解，中间组分可以只包括八甲基环四硅氧烷，也可以为包括八甲基环四硅氧烷的混合环体，在一些实施方式中，混合环体中，D4的占比80％～90％。
本发明通过使用上述的分离方法分离有机硅环体混合物，能够使用一个塔得到特定的轻组分、中间组分以及重组分，所得到的各组分能够进行工业回用，并且本发明的分离方法能够节约设备投资费用以及能耗，适合广泛应用推广。
在本发明的一些实施方式中，为了防止轻组分中的精馏段111的六甲基环三硅氧烷结晶，可以使精馏段111的采出温度为60～90℃。进一步地，可以使精馏段111的采出温度为75～90℃。
在本发明的一些实施方式中，隔板塔11塔顶操作压力为5～80kPaA。优选的，隔板塔11的压力可行域为10～30kPaA。
本发明中，隔板塔11塔顶操作压力太低，塔顶温度变低，轻组分D3会出现结晶现象，堵塞管道，影响操作；隔板塔11塔顶压力太高，塔釜重组分温度升高，需要用高品位的导热油系统，浪费能耗。当隔板塔11的塔顶操作压力满足上述的关系时，能够平衡轻组分的采出温度以及重组分的泡点温度，更好的实现轻组分和重组分的兼顾。
可以理解，由于精馏段111同时与预分馏段113和主分馏段114连通，因此精馏段111产生的第一中间组分在下行的过程中也会进入预分馏段113；由于提馏段112同时与预分馏段113和主分馏段114连通，因此提馏段112产生的第二中间组分也会上行至预分馏段113，即预分馏段113和主分馏段114都同时包含上行的气相，以及下行的液相。进入预分馏段113的第一中间组分以及第二中间组分会与待分离混合物混合，在预分馏段113继续分离，产生第一混合物以及第二混合物。
在本发明的一些实施方式中，为了在节约能耗的情况下，提高轻组分、重组分以及中间组分的收率，预分馏段113和主分馏段114的气相分配比为(1～2.5)：1；和/或，
预分馏段3和主分馏段4的液相分配比为1：(2～6)。
本发明中，气相分配比指的是预分馏段3的气相流量和主分馏段4的气相流量的比值。液相分配比指的是预分馏段3的液相流量和主分馏段4的液相流量的比值。本发明可以通过控制预分馏段3的塔板数、主分馏段4的塔板数、进料的位置和出料的位置中的至少一个，以控制预分馏段3和主分馏段4的气相分配比或预分馏段3和主分馏段4的液相分配比。
在本发明的一些实施方式中，使用中间组分和/或重组分对待分离混合物进行换热处理。
本发明中，由于中间组分和/或重组分的采出温度较高，因此可以利用中间组分和/或重组分对待分离混合物进行换热处理，对待分离混合物进行预热，以减少分离能耗，并且还能够省略使用冷凝水对中间组分和/或重组分进行冷凝处理的步骤。
本发明不限定换热处理的具体过程，在一些实施方式中，可以采用具有相互接触的两个腔体的换热套管，将中间组分和/或重组分通入换热套管的一个腔体中，将待分离混合物通入换热套管的另一个腔体中，利用热传导实现中间组分和/或重组分与待分离混合物的换热处理。
在本发明的一些实施方式中，使用中间组分和重组分对待分离混合物进行换热处理，包括：
使用重组分对待分离混合物进行第一换热处理，得到第一换热待分离混合物；
使用中间组分对第一换热待分离混合物进行第二换热处理。
本发明中，由于重组分的采出温度通常会高于中间组分的采出温度，因此可以先使用重组分对待分离混合物进行第一换热处理，提高待分离混合物的温度，得到第一换热待分离混合物，然后使用中间组分对待分离混合物进行第二换热处理，经第二换热处理后的待分离混合物物进入预分馏段3进行分离。
本发明通过重组分和中间组分依次对待分离混合物进行换热处理，能够更好的节约能耗，降低分离成本。
在本发明的一些实施方式中，为了最大化利用采出的重组分和中间组分的热量，得到有利于储存的重组分以及中间组分，经第一换热处理后，重组分的温度为70～100℃；和/或，
经第二换热处理后，中间组分的温度为60～100℃。
在本发明的一些实施方式中，为了提高分离效率以及节约分离成本，隔板塔11的回流比为12～15。
以下，结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，以下实施例中所记载的所有份、百分含量、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1
本实施例的有机硅环体混合物的分离方法包括以下步骤：
图2为本发明一些实施方式中有机硅环体混合物的分离方法的工艺流程图，如图2和图1所示，使用原料泵1将待分离混合物从隔板塔11的进料口115进入预分馏段113，待分离混合物经预分馏段113处理得到第一混合物以及第二混合物，第一混合物上行进入精馏段111，第二混合物下行进入提馏段112；
第一混合物经精馏段111处理得到轻组分以及第一中间组分，塔顶气相物料经隔板塔冷凝器5冷却至75℃后进入隔板塔回流罐6，隔板塔冷凝器5中使用的冷却介质为60℃的热水(图2中HWR为热水回水，HWS为热水上水)，使用隔板塔回流泵7将轻组分经精馏段111的顶部采出，第一中间组分下行进入主分馏段114；
第二混合物经提馏段112处理得到重组分以及第二中间组分，隔板塔再沸器10使用10公斤蒸汽(S10)作为热源(图2中C10为10公斤蒸汽凝液)，使用隔板塔塔釜泵9将重组分经提馏段112的底部采出，第二中间组分上行进入主分馏段114；
第一中间组分以及第二中间组分经主分馏段114处理得到中间组分，使用侧采泵8将中间组分经出料口116采出；
使重组分以及待分离混合物进入环体一级预热器2，进行第一换热处理，得到第一换热待分离混合物；
使中间组分以及第一换热待分离混合物进入环体二级预热器3，得到第二换热待分离混合物；
使第二换热待分离混合物进入蒸气加热器4进行第三换热处理，经第三换热处理后的待分离混合物进入预分馏段113，蒸气加热器4的加热介质为5公斤蒸汽(S5)(图2中C5为5公斤蒸汽凝液)；
其中，待分离混合物的年处理量为18万吨，经第一换热处理后，重组分的温度为75℃，经第二换热处理后，中间组分的温度为65℃；
预分馏段113和主分馏段114的气相分配比为1.53：1、预分馏段113与主分馏段114的液相分配比为1：3.98；
轻组分包括MM和D3(轻组分中，MM和D3的质量百分含量之和≥99％)，中间组分包括DMC和D4(D4的质量百分含量为88％)，重组分包括D5、D6以及D6以上的高环化合物(重组分中，D5和D6的质量百分含量之和≥99％)。
对比例1
本对比例的有机硅环体混合物的分离方法包括以下步骤：
图3为本发明对比例中有机硅环体混合物的分离方法的工艺流程图。如图3所示，本对比例采用串联的脱低塔12和DMC塔18对有机硅环体混合物进行分离，具体包括：
利用原料泵1使待分离混合物进入蒸气加热器4进行换热处理，经换热处理后的待分离混合物进入脱低塔12；蒸气加热器4的加热介质为5公斤蒸汽(S5)(图3中C5为5公斤蒸汽凝液)；
待分离混合物经脱低塔12处理得到轻组分以及第一混合物，轻组分上行进入脱低塔12的精馏段111，塔顶气相物料经脱低塔冷凝器13冷却至75℃后进入脱低塔回流罐14，然后经脱低塔回流泵15采出得到轻组分；脱低塔冷凝器13中使用的冷却介质为60℃的热水(图3中HWR为热水回水，HWS为热水上水)；
第一混合物下行进入脱低塔12的提馏段，脱低塔再沸器17使用10公斤蒸汽(S10)作为热源，使用脱低塔塔釜泵16将第一混合物经提馏段的底部采出，送入DMC塔18；
第一混合物经DMC塔18处理后，分别得到中间组分以及重组分，中间组分上行进入精馏段111，塔顶气相物料经DMC塔冷凝器19冷却至75℃后进入DMC塔回流罐20，然后经DMC塔回流泵21采出进入DMC塔冷却器22进行冷却，得到中间组分；DMC塔冷凝器19中使用的冷却介质为60℃的热水(图3中HWR为热水回水，HWS为热水上水)；
重组分下行进入DMC塔18的提馏段，DMC塔再沸器23使用10公斤蒸汽(S10)作为热源，使用DMC塔塔釜泵24将重组分经提馏段的底部采出，送入高环冷却器25进行冷却，得到重组分；
重组分、轻组分和中间组分的组成与实施例1相同。
对比例2
本对比例的有机硅环体混合物的分离方法与对比例1基本相同，不同之处在于，
脱低塔再沸器17使用导热油电加热系统作为热源。
对实施例和对比例的有机硅环体混合物的分离方法的能耗进行计算，结果见表1。
表1
从表1可以看出，本发明实施例的有机硅环体混合物的分离方法，能够节约至少38％左右的能耗。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种有机硅环体混合物的分离方法，其特征在于，采用隔板塔进行分离，所述隔板塔包括顶部的精馏段、底部的提馏段以及位于所述精馏段和所述提馏段之间的分离段，且所述精馏段、所述分离段以及所述提馏段依次相互贯通，所述分离段包括并列排布、且互不连通的预分馏段以及主分馏段，所述预分馏段具有进料口，所述主分馏段具有出料口；
所述分离方法包括：
使待分离混合物经所述进料口进入所述预分馏段，所述待分离混合物经所述预分馏段处理得到第一混合物以及第二混合物，所述第一混合物上行进入所述精馏段，所述第二混合物下行进入所述提馏段；
所述第一混合物经所述精馏段处理得到轻组分以及第一中间组分，所述轻组分经所述精馏段的顶部采出，所述第一中间组分下行进入所述主分馏段；
所述第二混合物经所述提馏段处理得到重组分以及第二中间组分，所述重组分经所述提馏段的底部采出，所述第二中间组分上行进入所述主分馏段；
所述第一中间组分以及所述第二中间组分经所述主分馏段处理得到所述中间组分，所述中间组分经所述出料口采出；
所述轻组分包括六甲基二硅氧烷和六甲基环三硅氧烷，所述中间组分至少包括八甲基环四硅氧烷，所述重组分包括十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷以上的高环化合物；
所述隔板塔塔顶操作压力为5～80kPaA；
所述预分馏段和所述主分馏段的气相分配比为(1～2.5)：1；
所述预分馏段和所述主分馏段的液相分配比为1：(2～6)；
所述精馏段的采出温度为60～90℃；
使用所述重组分对所述待分离混合物进行第一换热处理，得到第一换热待分离混合物；
使用所述中间组分对所述第一换热待分离混合物进行第二换热处理；
经所述第一换热处理后，所述重组分的温度为70～100℃；
经所述第二换热处理后，所述中间组分的温度为60～100℃；
所述隔板塔的回流比为12～15。
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