CN118184517A - 一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,属于双极膜电渗析和锂电池添加剂技术领域。本发明通过真空干燥提纯三乙胺盐酸盐,经碱性物溶液反应、活性炭二次提纯、过滤分离、一级离心式油水分离器分离、pH调节后,送入双极膜电渗析装置,得到含三乙胺溶液、碱性溶液、盐酸,含三乙胺溶液经二级离心式油水分离器分离,最终实现三乙胺的完全回收。本发明中三乙胺的整体回收率在99%以上,三乙胺纯度在99%以上。本发明的方法实现了资源的高效全利用、高浓度盐酸和碱液、废液的零排放,大大降低了生产成本,具有显著的环境效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于双极膜电渗析和锂电池添加剂技术领域,具体涉及一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法。
背景技术
工业上利用氯代碳酸乙烯酯为原料在有机溶剂中反应得到产品碳酸亚乙烯酯,由于反应过程中常常使用三乙胺作为脱氯化氢试剂,会并随产生副产物三乙胺盐酸盐。三乙胺盐酸盐其本身定位为有害物品,在吸入、皮肤接触及吞食均为有害,同时其会对眼睛、呼吸系统以及皮肤进行刺激,若是随意排放则会对环境造成严重的危害。另外,由于氯代碳酸乙烯酯颜色一般为黄黑色液体(杂质),导致副产物三乙胺盐酸盐的颜色多为黑色,这主要是副产物三乙胺盐酸盐中掺入了原料反应物等有机物杂质,导致碳酸亚乙烯酯制备过程中副产物三乙胺盐酸盐进一步回收高纯三乙胺困难。因此,工业上多将碳酸亚乙烯酯过程中的三乙胺盐酸盐作为固体废弃物处理。然而,随着锂电池添加剂的竞争和锂电池价格的下行以及三乙胺产能的受限,加剧了行业的竞争,如何降低碳酸亚乙烯酯的工艺制备成本是企业的研究重点,即三乙胺的回收利用。
目前,对碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐的回收利用三乙胺盐酸盐的来源主要来自于医药中间体,尤其是以烷基酯法生产草甘膦中副产三乙胺盐酸盐,但草甘膦的制备过程中原料为以甘氨酸、亚磷酸二甲酯和聚甲醛,该原料非常稳定,医药中间体副产物三乙胺盐酸盐的处理难度较电池添加剂领域更加简单。现三乙胺盐酸盐的回收技术有碱液蒸馏法、萃取蒸馏法、振荡法、电渗析法。碱液蒸馏法主要通过加入氨水、氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钙溶液调节三乙胺盐酸盐的pH,然后经静置分离,上层回收三乙胺,进一步蒸馏提纯,该方法中氨水反应过程会有气味、碳酸钠反应过程中会产生CO2、氢氧化钙溶液是浆液需进一步过滤增加了工艺成本,四种碱性溶液均会产生碱性废盐溶液,需中和处理后达标排放,造成资源的浪费;萃取蒸馏法是将三乙胺盐酸盐经碱性溶液反应,得到三乙胺的混合液,并加入对三乙胺选择性溶解的萃取剂,经分离后,得到含三乙胺的萃取剂溶液和废液,对含三乙胺的萃取剂溶液进行蒸馏分离回收三乙胺和萃取剂,该法具有能耗高、产生废液、萃取剂价格昂贵、萃取剂的损失等问题;振荡法是将三乙胺盐酸盐经碱液中和反应后,送入震荡反应塔,根据密度的不同进行分离氯化钠溶液和三乙胺,该法具有占地面积大、设备投资大、三乙胺回收率不高、产生碱性废盐水的问题;电渗析法是通过离子交换膜实现溶液中阴阳离子的选择性透过,在电场作用下阴阳离子发生定向迁移,从而实现溶液中带电离子的脱除或富集浓缩,可以实现三乙胺和盐溶液的综合利用,节能减排,具有广阔的应用前景。
公开号为CN108409577A的中国发明专利文件,公开了一种由三乙胺盐酸盐回收三乙胺的双极膜电渗析方法。该专利中采用硫酸钠溶液作为极液,由于没有对阴阳两极电解液循环使用,因此在电解过程中会不断电解水,导致极液的浓度上升,进而影响电解效率,导致成本上升;此专利在电解过程中三乙胺盐酸盐与OH-结合,产生三乙胺和盐酸,属于酸碱中和反应,进而释放热量,电解过程中也会释放热量,在两者的结合下,导致双极膜电渗析装置的温度进一步会上升,由于温度上升,三乙胺会与水分离,三乙胺会与膜结合,膜表面覆盖有机物,导致膜的使用寿命和电解效率下降。另外,该专利中三乙胺溶液经淡化罐产生的废水尽管可以达标排放,但没有对其进一步利用,造成资源的浪费。
公开号为CN101195639A的中国发明专利文件,公开了一种草甘膦母液处理方法。草甘膦母液为强酸性液体,内含大量三乙胺(Et3N)、盐酸、草甘膦、三乙胺盐酸盐(Et3NHCl)等,该专利将草甘膦母液经扩散渗析可以得到盐酸和草甘膦残液,草甘膦残液经加碱液调节、蒸馏后得到三乙胺,但会产生大量的废液;此专利又介绍了传统的电渗析法,会得到含三乙胺盐酸盐的盐酸,并不能得到三乙胺和纯度高的盐酸;该专利还介绍了四循环或五循环体系的电渗析系统,得到的是盐酸和Et3NH+溶液,需对Et3NH+溶液加碱液调节后才能得到三乙胺;最后该专利介绍了双极膜的三循环体系电渗析系统,在IV浓室、VII三乙胺回收室分别得到盐酸和Et3NH+溶液,由于在电场和阳离子交换膜的作用下H+和Et3NH+都进入VII三乙胺回收室,因此,需要过量的OH-与H+和Et3NH+结合才能得到三乙胺,要想产生过量的OH-,需加大电量,进而浪费大量的电能,导致成本的上升。另外,在VII三乙胺回收室中OH-与H+和Et3NH+结合,都属于酸碱中和反应,中和反应会释放热量,电解过程中也会释放热量,在两者的结合下,导致双极膜电渗析装置的温度进一步会上升,由于温度上升,三乙胺会与水分离,三乙胺会与膜结合,膜表面覆盖有机物,导致膜的使用寿命和电解效率下降。
公开号为CN102531927A的中国发明专利文件,公开了一种利用双极膜电渗析制备四丙基氢氧化铵的方法。该专利中以四丙基溴化铵为反应液,利用双极膜电渗析中阴阳离子(OH-、Br-)的定向迁移,得到四丙基氢氧化铵粗液和氢溴酸溶液,但氢溴酸的质量浓度在7-7.8%之间,四丙基溴化铵(以四丙基氢氧化铵计)的利用率为72.3-80.3%;此专利中四丙基氢氧化铵粗液还需进一步精馏浓缩处理才能达到质量浓度为25%,能耗高。另外,该专利中碱室和中间碱室分别加入自来水,自来水中含有大量的杂质(Ca2+、Mg2+、Cl-等),在电解过程中会导致氢溴酸溶液中含有Cl-等阴离子杂质、四丙基氢氧化铵粗液中含有Ca2+等阴离子杂质,导致目标产物的纯度降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,本方法中三乙胺回收率高、碱性溶液液和盐酸浓度可调、工艺路线短、无废液排放,能够实现碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐的资源化综合利用,有利于降低制备碳酸亚乙烯酯的成本,提高产品的竞争力。
为解决上述问题,本发明提供的一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺方法,采用双极膜电渗析装置进行,双极膜电渗析装置包括阴阳两极极液室、酸室、碱室、脱盐室,阳极极液室由阳极板和双极膜以及极液组成,酸室左侧有双极膜、右侧有外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜,碱室左侧有外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、右侧有双极膜,脱盐室左侧为外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、右侧为外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜,阴极极液室由阴极板和双极膜以及极液组成,双极膜由阴离子交换膜、中间界面亲水层、阳离子交换膜组成,阴阳两极极液室、酸室、碱室、脱盐室分别设置热交换系统和管路循环系统,双极膜、外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜均为耐酸碱的含氟树脂材料组成,包括如下步骤:
(1)将碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐经真空干燥后,得到第一固体物;
(2)将碱性固体物与纯水配制成碱性物溶液,然后将第一固体物加入其中,混合搅拌反应,得到第一混合溶液;将活性炭加入到第一混合溶液中脱色处理1-2h,经过滤后,得到第二混合溶液和活性炭,并对活性炭经重复再生回收利用;
(3)第二混合溶液进入一级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和第二混合溶液残液;将第二混合溶液残液经纯水调节pH至12.5-13.1,得到第三混合溶液;
(4)第三混合溶液经冷却降温到5-18℃,送入保安过滤器,然后进入原液罐,最后进入双极膜电渗析装置的脱盐室中;将5-18℃的纯水分别通入酸液罐、碱液罐,然后分别进入酸室、碱室;将5-18℃的2-4%氢氧化钠溶液通入极液罐,然后分别等体积进入阳极极液室、阴极极液室;
(5)将双极膜电渗析装置的阴极板与直流电源的负极相连,阳极板与直流电源的正极相连;阴阳两极极液室通过管路系统连通循环流动,酸室、碱室、脱盐室各自通过管路系统循环流动,各隔室通过热交换系统控制电解反应温度为5-18℃,经电解反应后,在酸室得到氯化氢溶液,碱室得到碱性溶液,脱盐室得到含三乙胺溶液,并对碱性溶液回收利用;
(6)将含三乙胺溶液在40-60℃下进入二级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和残液,并对残液回收利用;
所述步骤(2)中,碱性固体物为氢氧化钠或氢氧化钾;
所述步骤(4)中,原液罐的出口通过泵、阀门、管线与脱盐室的入口连接,脱盐室的出口通过管线与原液罐入口连接;酸液罐的出口通过泵、阀门、管线与酸室的入口连接,酸室的出口通过管线与酸液罐入口连接;碱液罐的出口通过泵、阀门、管线与碱室的入口连接,碱室的出口通过管线与碱液罐入口连接;极液罐的出口通过泵、阀门、管线与阳极极液室和阴极极液室的入口连接,阳极极液室和阴极极液室的出口与极液罐入口连接。
进一步地,所述步骤(1)中,真空干燥条件为:干燥温度80-150℃、干燥时间2-6h。
进一步地,所述步骤(2)中,第一固体物、碱性固体物、纯水用量比例为1mol:1.01-1.05mol:200-300mL。
进一步地,所述步骤(2)中,混合搅拌反应条件为:转速200-300r/min、反应时间1-2h、反应温度20-60℃。
进一步地,所述步骤(2)中,活性炭加入量以第一混合溶液中纯水用量计为10-30g:1000mL;活性炭重复再生条件为:真空干燥温度100-150℃、真空干燥时间1-3h。
进一步地,所述步骤(4)中,保安过滤器的过滤精度为≤2μm。
进一步地,所述步骤(4)中,原液罐、酸液罐、碱液罐、极液罐中溶液体积比例关系为400mL:150-250mL:200-300mL:800mL。
进一步地,所述步骤(5)中,双极膜电渗析装置中外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、双极膜的抗压强度≥0.6MPa、单张膜电阻≤5Ω、组装对数为5-10。组装对数的含义为以酸室、脱盐室、碱室为一组。
进一步地,所述步骤(5)中,各隔室循环流量与原液罐溶液体积的比例关系为320-480mL/h:400mL;电解反应条件为:操作电压20-40V、电流密度400-800A/m2、电解时间50-100min。
进一步地,所述步骤(5)中,对碱性溶液回收利用,是将碱性溶液返回到步骤(2)中充当碱性物溶液使用。
进一步地,所述步骤(6)中,对残液回收利用,是将残液返回到步骤(3)中充当纯水使用。
采用上述技术方案后,与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明采用双极膜电渗析装置具有选择性透过阴阳离子的作用,通过热交换系统精准控制各隔室的反应温度,有助于三乙胺与水的互溶,实现在电解过程中对膜的保护,进而延长膜的使用寿命,并提高了三乙胺的回收率。
(2)本发明采用真空干燥的方式提纯碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐,再通过活性炭进一步提纯脱色,有助于在电解过程中防止其它有机物成分对膜造成损伤,延长双极膜电渗析装置的使用寿命。
(3)本发明采用两级离心式油水分离器利用其离心力实现油水分离相比较传统利用重力的静置分离方式,反应时间更短、连续化、自动化程度高、分离效率高;另外,本发明中保安过滤器装置有助于防止活性炭等不溶于水的颗粒物进入双极膜电渗析装置,有助于维持双极膜电渗析装置的正常运行。
(4)本发明采用双极膜电渗析法回收碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐,同时实现了三乙胺、碱性溶液、氯化氢溶液的三者回收利用,其中三乙胺的整体回收率达到99%以上,三乙胺纯度达到99%以上,Na+或K+回收率为90.0-94.0%,Cl-回收率为85.3-90%,电流效率为82.9-94.8%。
(5)本发明通过控制原液罐、酸液罐、碱液罐、极液罐中溶液体积比以及电解条件,得到了高浓度碱性溶液和氯化氢溶液,碱性溶液浓度为3.6-6.33mol/L,氯化氢溶液浓度为3.9-7.61mol/L,远远高于其它电渗析方法得到的碱性溶液和盐酸。
(6)本发明实现了资源的高效全利用,其中碱液的回收利用,无需额外重新引入碱液,降低了运行成本,提高了竞争力;另外,将残液用于pH的调节,实现废液的零排放,大大降低了生产成本,具有显著的环境效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程示意图;
图2为本发明双极膜电渗析装置工作原理图;
图3为气相色谱外标法三乙胺(TEA)浓度的标准曲线图;
图4为实施例1的步骤(2)中第一混合溶液和第二混合溶液、步骤(3)中第二混合溶液残液和第三混合溶液、步骤(6)中残液的气相色谱(GC)图;
图5为实施例1的步骤(6)中三乙胺储罐中三乙胺(TEA)的GC图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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,都应当属于本发明保护的范围。
参照图1,本发明采用的装置包括真空干燥箱、反应罐、脱色罐、抽滤装置、离心式油水分离器、调节罐、保安过滤器、原液罐、双极膜电渗析装置、酸液罐、碱液罐、极液罐、缓冲罐、残液储罐、三乙胺储罐以及配套的蠕动泵、流量计、管道、阀门及控制系统。双极膜电渗析装置有极液室、脱盐室、酸室、碱室,各隔室都设置有进料口和出料口以及热交换系统。碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐经真空干燥箱干燥处理后加入到反应罐中,并将碱性物溶液也加入到反应罐中,得到第一混合溶液;第一混合溶液经管线至脱色罐中,并加入活性炭,然后经抽滤装置,得到活性炭和第二混合溶液,活性炭回收利用;第二混合溶液转移至一级离心式油水分离器,得到三乙胺和第二混合溶液残液,三乙胺经管线连接至三乙胺储罐,第二混合溶液残液进入调节罐,调节罐设置有热交换系统;第二混合溶液残液经调节水(纯水或残液)调和后,得到第三混合溶液,第三混合溶液通过管线依次连接蠕动泵、保安过滤器进入原液罐;原液罐设置顶部第三混合溶液进料口、含三乙胺溶液进料口,底部设置含三乙胺溶液出料口、第三混合溶液出料口,顶部第三混合溶液进料口通过管线与保安过滤器连接,顶部含三乙胺溶液进料口通过管线与双极膜电渗析装置脱盐室出口连接,底部第三混合溶液出料口经过管线、蠕动泵连接至双极膜电渗析装置脱盐室进料口,底部含三乙胺溶液出料口通过管线、蠕动泵进入缓冲罐;缓冲罐设置有热交换系统,通过管线、蠕动泵进入二级离心式油水分离器,得到残液和三乙胺,三乙胺进入三乙胺储罐,残液进入残液储罐;残液储罐通过管线、蠕动泵进入调节罐,残液充当调节水回收利用;纯水进入到碱液罐,碱液罐设置热交换系统、顶部碱性溶液进料口、底部设置碱性溶液出料口,碱液罐底部出料口经管线、蠕动泵连接到双极膜电渗析装置碱室进料口;双极膜双极膜电渗析装置碱室出料口通过管线连接到碱液罐顶部进料口;纯水进入到酸液罐,酸液罐设置热交换系统、顶部进料口、底部设置出料口,酸液罐底部出料口经管线、蠕动泵连接到双极膜电渗析装置酸室进料口;双极膜双极膜电渗析装置酸室出料口通过管线连接到酸液罐顶部进料口;氢氧化钠溶液进入到极液罐,极液罐设置热交换系统、顶部进料口、底部设置出料口,极液罐底部出料口经管线、蠕动泵连接到双极膜电渗析装置极液室进料口;双极膜双极膜电渗析装置极液室出料口通过管线连接到极液罐罐顶部进料口。
本发明实施例中双极膜电渗析装置型号为TWED-3来自山东天维膜技术有限公司,双极膜电渗析装置由外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、双极膜、极板、蠕动泵、直流电源、测温模块、管路系统、热交换系统组成;其中外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜型号为TWEDA1R70H、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜型号为TWEDC1S70H、双极膜型号为TWEDBP1R70H,单膜有效面积为0.055m2,膜堆采用三隔室。
实施例1
(1)将300g碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐在100℃的真空烘箱中干燥4h,得到第一固体物;
(2)将2.06mol氢氧化钠、500mL纯水加入到反应罐中,得到氢氧化钠溶液;然后将2mol第一固体物加入反应罐中,并在40℃、250r/min下反应1.5h,得到第一混合溶液;将第一混合溶液和10g颗粒粒径为2微米的活性炭加入到脱色罐中脱色1.5h,然后经抽滤装置,得到第二混合溶液和活性炭;将活性炭在120℃下真空干燥2h,再生回收利用;
(3)第二混合溶液进入一级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和第二混合溶液残液,三乙胺进入三乙胺储罐,第二混合溶液残液进入调节罐;将100mL纯水加入到调节罐中调节pH为12.97,得到第三混合溶液;
(4)第三混合溶液在调节罐中冷却降温至10℃,经过滤精度为1微米的保安过滤器进入到原液罐中,原液罐中第三混合溶液体积为600mL,然后进入双极膜电渗析装置的脱盐室中;将375mL的10℃纯水加入到碱液罐,然后进入双极膜电渗析装置的碱室中;将300mL的10℃纯水加入到酸液罐,然后进入双极膜电渗析装置的酸室中;将1.2L的10℃3%氢氧化钠溶液加入到极液罐,然后平均进入双极膜电渗析装置的阴阳两极液室中;
(5)将双极膜电渗析装置的阴极板与直流电源的负极相连,阳极板与直流电源的正极相连;阴阳两极极液室通过管路系统连通循环流动,酸室、碱室、脱盐室各自通过管路系统循环流动,控制酸室、碱室、脱盐室、阴极极液室、阳极极液室的循环流量为700mL/h,外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、双极膜的抗压强度均为0.7MPa、单张膜电阻均为4Ω、组装对数为9,通过各隔室的热交换系统控制电解反应温度在10℃,在操作电压为30V,电流密度为650A/m2,电解时间为60min;在酸室得到氯化氢溶液,进入酸液罐;碱室得到氢氧化钠溶液,进入碱液罐,并对氢氧化钠溶液返回到步骤(2)回收利用;脱盐室得到含三乙胺溶液,进入原液罐,最终进入缓冲罐;
(6)将缓冲罐中含三乙胺溶液加热到50℃,送入二级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和残液,三乙胺和残液分别进入三乙胺储罐、残液储罐,然后残液返回到步骤(3)中回收利用;
对步骤(2)中,第一混合溶液和第二混合溶液进行气相色谱(GC)测试,见图4,其中GC测试为外标法定量分析;
对步骤(3)中,第二混合溶液残液和第三混合溶液进行GC测试,见图4,其中GC测试为外标法定量分析;
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液进行电感耦合等离子体光谱仪(ICP)的Na+浓度测试和酸碱中和滴定中碱浓度测试,测试结果见表1;氯化氢溶液进行氯离子(Cl-)浓度测试和酸碱中和滴定中酸浓度测试,测试结果见表1;
对步骤(6)中,残液进行GC测试,见图4,其中GC测试为外标法定量分析;三乙胺储罐中三乙胺进行GC测试和水分测试,其中GC测试为定性分析,定性分析结果见图5,水分测试结果见表1。
气相色谱的定量分析操作如下:将不同用量的色谱级三乙胺与30mL纯水混合后,以30mL色谱级三氯甲烷为萃取溶剂,得到不同浓度的三乙胺溶液的标准曲线,平均误差≥0.999;取30mL测试样经30mL色谱级三氯甲烷萃取后,根据三乙胺的标准曲线得到浓度,进而得到三乙胺回收率。
气相色谱的定性分析操作如下:将色谱级三氯甲烷与三乙胺混合后,根据面积归一化法,扣除色谱级三氯甲烷的峰面积,三乙胺峰面积占所有峰面积的比例,即为纯度。
电感耦合等离子体光谱仪(ICP)的Na+/K+浓度测试方法:以氯化钠/氯化钾与去离子水配制不同浓度的氯化钠/氯化钾溶液的标准曲线,平均误差≥0.999,测试样根据氯化钠/氯化钾溶液的标准曲线得到Na+/K+浓度,进而得到Na+/K+回收率。
酸碱中和滴定测试中碱浓度测试方法:取10mL待测样,加入2-3滴甲基橙作指示剂,然后用0.5mol/L盐酸标准溶液滴定,终点颜色由黄色变为橙色且30秒内不褪色,计算公式为:CNaOH=0.5×VHCl/10,CNaOH为碱浓度,mol/L;VHCl为消耗盐酸的体积,mL。
酸碱中和滴定测试中酸浓度测试方法:取10mL待测样,加入2-3滴酚酞试剂作指示剂,然后用0.5mol/L氢氧化钠标准溶液滴定,终点颜色由无色变为粉色且30秒内不褪色,计算公式为:CHCl=0.5×VNaOH/10,CHCl为酸浓度,mol/L;VNaOH为消耗氢氧化钠溶液的体积,mL。
Cl-浓度测试方法:见《GBT11896-1989水质氯化物的测定》。
水分测试方法:首先用无水甲醇清洗AKF-1全自动卡尔费休水分测定仪,然后进行空白、漂移校正,最后用去离子水与卡尔费休试剂混合溶液进行标定,然后加入待测样,系统自动计算出水分含量百分比。
电流效率以Na+/K+为计算标准,计算公式如下:CE=(CtVt-C0V0)×ZF/(NIt)×100,CE为电流效率,%;Ct为t时刻下碱性溶液的碱浓度,mol/L;Vt为t时刻下碱性溶液的体积,L;C0为初始时刻下碱性溶液的碱浓度,mol/L;V0为初始时刻下碱性溶液的体积,L;Z为Na+/K+的绝对化合价,为1;F为法拉第常数,96485C/mol;N为膜组装对数,5-10;I为电流,A;t为电解时间,min。
Na+/K+回收率,计算公式如下:Y1=C1×V1/nNaOH/KOH×100,Y1为Na+/K+回收率,%;C1为碱室中Na+/K+浓度,mol/L;V1为碱室中溶液体积,L;nNaOH/KOH为加入反应罐中氢氧化钠/氢氧化钾的物质的量,mol。
Cl-回收率,计算公式如下:Y2=C2×V2/n三乙胺盐酸盐×100,Y2为Cl-回收率,%;C2为酸室中Cl-浓度,mol/L;V2为酸室中溶液体积,L;n三乙胺盐酸盐为加入反应罐中三乙胺盐酸盐的物质的量,mol。
三乙胺回收率,计算公式如下:Y3=(n第一混合溶液-n残液)/n第一混合溶液×100,Y3为三乙胺的回收率,%;n第一混合溶液为第一混合溶液中含三乙胺的物质的量,mol;n残液为残液中含三乙胺的物质的量,mol。
油水分离效率,计算公式如下:Y4=(C分离前-C分离后)/C分离前×100,Y4为三乙胺与水分离的效率,%;C分离前为第二混合溶液或第三混合溶液中三乙胺的浓度,g/L;C分离后为第二混合残液或残液中三乙胺的浓度,g/L。
由图4结合图3可知,第一混合溶液、第二混合溶液、第二混合溶液残液、第三混合溶液、残液中三乙胺的浓度分别为377.57g/L、377g/L、30.16g/L、26.94g/L、3.0g/L,并结合上述公式可知,三乙胺的回收率达到99.04%、一级离心式油水分离器效率为92.0%、二级离心式油水分离器效率为88.8%,平均油水分离效率达到90.4%;由图5可知,三乙胺的纯度为99.5%,由于气相色谱不能检测水含量,结合表1中水分分析可知,三乙胺含水量为0.3%,因此,三乙胺的整体纯度为99.2%。
由表1可知,Na+浓度为5.06mol/L、Cl-浓度为6.0mol/L、氢氧化钠溶液的碱浓度为5.06mol/L、氯化氢溶液的酸浓度为6.0mol/L,经计算可知,Na+回收率为92.1%、Cl-回收率为90.0%;在电流密度为600A/m2、电解时间为60min下,经计算可知,电流效率为94.8%。
实施例2
(1)将300g碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐在80℃的真空烘箱中干燥6h,得到第一固体物;
(2)将2.02mol氢氧化钠、400mL纯水加入到反应罐中,得到氢氧化钠溶液;然后将2mol第一固体物加入反应罐中,并在20℃、200r/min下反应2h,得到第一混合溶液;将第一混合溶液和4g颗粒粒径为2微米的活性炭加入到脱色罐中脱色2h,然后经抽滤装置,得到第二混合溶液和活性炭;将活性炭在100℃下真空干燥3h,再生回收利用;
(3)第二混合溶液进入一级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和第二混合溶液残液,三乙胺进入三乙胺储罐,第二混合溶液残液进入调节罐;将200mL纯水加入到调节罐中调节pH为12.5,得到第三混合溶液;
(4)第三混合溶液在调节罐中冷却降温至18℃,经过滤精度为2微米的保安过滤器进入到原液罐中,原液罐中第三混合溶液体积为600mL,然后进入双极膜电渗析装置的脱盐室中;将300mL的18℃纯水加入到碱液罐,然后进入双极膜电渗析装置的碱室中;将225mL的18℃纯水加入到酸液罐,然后进入双极膜电渗析装置的酸室中;将1.2L的18℃ 2%氢氧化钠溶液加入到极液罐,然后平均进入双极膜电渗析装置的阴阳两极液室中;
(5)将双极膜电渗析装置的阴极板与直流电源的负极相连,阳极板与直流电源的正极相连;阴阳两极极液室通过管路系统连通循环流动,酸室、碱室、脱盐室各自通过管路系统循环流动,控制酸室、碱室、脱盐室、阴极极液室、阳极极液室的循环流量为480mL/h,外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、双极膜的抗压强度均为0.6MPa、单张膜电阻均为2Ω、组装对数为10,通过各隔室的热交换系统控制电解反应温度在18℃,在操作电压为20V,电流密度为400A/m2,电解时间为100min;在酸室得到氯化氢溶液,进入酸液罐;碱室得到氢氧化钠溶液,进入碱液罐,并对氢氧化钠溶液返回到步骤(2)回收利用;脱盐室得到含三乙胺溶液,进入原液罐,最终进入缓冲罐;
(6)将缓冲罐中含三乙胺溶液加热到40℃,送入二级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和残液,三乙胺和残液分别进入三乙胺储罐、残液储罐,然后残液返回到步骤(3)中回收利用;
对步骤(2)中的第一混合溶液和第二混合溶液、步骤(3)中的第二混合溶液残液和第三混合溶液、步骤(6)中的残液和三乙胺储罐中三乙胺进行GC测试,测试方法同实施例1,测试结果见表2;
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、氯离子浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1,测试结果见表2;
对步骤(6)中,三乙胺储罐中三乙胺进行水分测试,测试方法同实施例1,测试结果见表2。
由表2可知,第一混合溶液、第二混合溶液、第二混合溶液残液、第三混合溶液、残液中三乙胺的浓度分别为464.17g/L、464g/L、32.48g/L、23.6g/L、2.83g/L,并经计算可知,三乙胺的回收率达到99.1%、一级油水分离器效率为93.0%、二级油水分离器效率为88.0%,平均油水分离效率达到90.5%;三乙胺的纯度为99.4%,三乙胺含水量为0.4%,因此,三乙胺的整体纯度为99.0%;Na+浓度为6.33mol/L、Cl-浓度为7.61mol/L、碱浓度为6.33mol/L、酸浓度为7.61mol/L,经计算可知,Na+回收率为94.0%、Cl-回收率为85.6%;在电流密度为400A/m2、电解时间为100min下,经计算可知,电流效率为83.3%。
实施例3
(1)将300g碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐在150℃的真空烘箱中干燥2h,得到第一固体物;
(2)将2.1mol氢氧化钾、600mL纯水加入到反应罐中,得到氢氧化钾溶液;然后将2mol第一固体物加入反应罐中,并在60℃、300r/min下反应1h,得到第一混合溶液;将第一混合溶液和18g颗粒粒径为2微米的活性炭加入到脱色罐中脱色1h,然后经抽滤装置,得到第二混合溶液和活性炭;将活性炭在150℃下真空干燥1h,再生回收利用;
(3)第二混合溶液进入一级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和第二混合溶液残液,三乙胺进入三乙胺储罐,第二混合溶液残液进入调节罐;将100mL纯水加入到调节罐中调节pH为13.1,得到第三混合溶液;
(4)第三混合溶液在调节罐中冷却降温至5℃,经过滤精度为1微米的保安过滤器进入到原液罐中,原液罐中第三混合溶液体积为700mL,然后进入双极膜电渗析装置的脱盐室中;将525mL的5℃纯水加入到碱液罐,然后进入双极膜电渗析装置的碱室中;将437.5mL的5℃纯水加入到酸液罐,然后进入双极膜电渗析装置的酸室中;将1.4L的5℃ 4%氢氧化钠溶液加入到极液罐,然后平均进入双极膜电渗析装置的阴阳两极液室中;
(5)将双极膜电渗析装置的阴极板与直流电源的负极相连,阳极板与直流电源的正极相连;阴阳两极极液室通过管路系统连通循环流动,酸室、碱室、脱盐室各自通过管路系统循环流动,控制酸室、碱室、脱盐室、阴极极液室、阳极极液室的循环流量为840mL/h,外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、双极膜的抗压强度均为0.8MPa、单张膜电阻均为5Ω、组装对数为10,通过各隔室的热交换系统控制电解反应温度在5℃,在操作电压为40V,电流密度为800A/m2,电解时间为50min;在酸室得到氯化氢溶液,进入酸液罐;碱室得到氢氧化钾溶液,进入碱液罐,并对氢氧化钾溶液返回到步骤(2)回收利用;脱盐室得到含三乙胺溶液,进入原液罐,最终进入缓冲罐;
(6)将缓冲罐中含三乙胺溶液加热到60℃,送入二级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和残液,三乙胺和残液分别进入三乙胺储罐、残液储罐,然后残液返回到步骤(3)中回收利用;
对步骤(2)中的第一混合溶液和第二混合溶液、步骤(3)中的第二混合溶液残液和第三混合溶液、步骤(6)中的残液和三乙胺储罐中三乙胺进行GC测试,测试方法同实施例1,测试结果见表3;
对步骤(5)中,氢氧化钾溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的K+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实例1,测试结果见表3;
对步骤(6)中,三乙胺储罐中三乙胺进行水分测试,测试方法同实施例1,测试结果见表3。
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由表3可知,第一混合溶液、第二混合溶液、第二混合溶液残液、第三混合溶液、残液中三乙胺的浓度分别为318.20g/L、318.0g/L、28.62g/L、26.0g/L、2.5g/L,并经计算可知,三乙胺的回收率达到99.1%、一级油水分离器效率为91.0%、二级油水分离器效率为90.4%,平均油水分离效率达到90.7%;三乙胺的纯度为99.6%,三乙胺含水量为0.3%,因此,三乙胺的整体纯度为99.3%;K+浓度为3.60mol/L、Cl-浓度为3.9mol/L、碱浓度为3.6mol/L、酸浓度为3.9mol/L,经计算可知,K+回收率为90.0%、Cl-回收率为85.3%;在电流密度为800A/m2、电解时间为50min下,经计算可知,电流效率为82.9%。
实施例4
(1)将300g碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐在130℃的真空烘箱中干燥5h,得到第一固体物;
(2)将2.08mol氢氧化钠、600mL纯水加入到反应罐中,得到氢氧化钠溶液;然后将2mol第一固体物加入反应罐中,并在30℃、250r/min下反应2h,得到第一混合溶液;将第一混合溶液和9g颗粒粒径为2微米的活性炭加入到脱色罐中脱色2h,然后经抽滤装置,得到第二混合溶液和活性炭;将活性炭在120℃下真空干燥3h,再生回收利用;
(3)第二混合溶液进入一级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和第二混合溶液残液,三乙胺进入三乙胺储罐,第二混合溶液残液进入调节罐;将300mL纯水加入到调节罐中调节pH为12.9,得到第三混合溶液;
(4)第三混合溶液在调节罐中冷却降温至15℃,经过滤精度为0.5微米的保安过滤器进入到原液罐中,原液罐中第三混合溶液体积为900mL,然后进入双极膜电渗析装置的脱盐室中;将495mL的15℃纯水加入到碱液罐,然后进入双极膜电渗析装置的碱室中;将400mL的15℃纯水加入到酸液罐,然后进入双极膜电渗析装置的酸室中;将1.8L的10℃ 3%氢氧化钠溶液加入到极液罐,然后平均进入双极膜电渗析装置的阴阳两极液室中;
(5)将双极膜电渗析装置的阴极板与直流电源的负极相连,阳极板与直流电源的正极相连;阴阳两极极液室通过管路系统连通循环流动,酸室、碱室、脱盐室各自通过管路系统循环流动,控制酸室、碱室、脱盐室、阴极极液室、阳极极液室的循环流量为1080mL/h,外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、双极膜的抗压强度均为0.8MPa、单张膜电阻均为5Ω、组装对数为5,通过各隔室的热交换系统控制电解反应温度在18℃,在操作电压为25V,电流密度为700A/m2,电解时间为100min;在酸室得到氯化氢溶液,进入酸液罐;碱室得到氢氧化钠溶液,进入碱液罐,并对氢氧化钠溶液返回到步骤(2)回收利用;脱盐室得到含三乙胺溶液,进入原液罐,最终进入缓冲罐;
(6)将缓冲罐中含三乙胺溶液加热到45℃,送入二级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和残液,三乙胺和残液分别进入三乙胺储罐、残液储罐,然后残液返回到步骤(3)中回收利用。
对步骤(2)中的第一混合溶液和第二混合溶液、步骤(3)中的第二混合溶液残液和第三混合溶液、步骤(6)中的残液和三乙胺储罐中三乙胺进行GC测试,测试方法同实施例1,测试结果见表2;
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实例1,测试结果见表4;
对步骤(6)中,三乙胺储罐中三乙胺进行水分测试,测试方法同实施例1,测试结果见表4。
由表4可知,第一混合溶液、第二混合溶液、第二混合溶液残液、第三混合溶液、残液中三乙胺的浓度分别为318.2g/L、318g/L、25.44g/L、23.11g/L、2.54g/L,并经计算可知,三乙胺的回收率达到99.1%、一级油水分离器效率为92.0%、二级油水分离器效率为89.0%,平均油水分离效率达到90.5%;三乙胺的纯度为99.4%,三乙胺含水量为0.4%,因此,三乙胺的整体纯度为99.0%;Na+浓度为3.8mol/L、Cl-浓度为4.3mol/L、碱浓度为3.8mol/L、酸浓度为4.3mol/L,经计算可知,Na+回收率为90.4%、Cl-回收率为86.0%;在电流密度为700A/m2、电解时间为100min下,经计算可知,电流效率为94.3%。
对比例1
对比例1与实施例1的步骤(1)、(2)、(4)、(5)相同,不同之处在于步骤(3)和步骤(6)中无离心式油水分离器,将离心式油水分离器改为静置分离,静置分离时间为2h。
步骤(3)操作方法:
第二混合溶液进行一次静置分离,静置时间为2h,得到三乙胺和第二混合溶液残液,三乙胺进入三乙胺储罐,第二混合溶液残液进入调节罐;将100mL纯水加入到调节罐中调节溶液至pH为12.97,得到第三混合溶液。
步骤(6)操作方法:
将缓冲罐中含三乙胺溶液加热到50℃,进行二次静置分离,静置时间为2h,上层得到三乙胺,下层得到残液,三乙胺和残液分别进入三乙胺储罐、残液储罐,然后残液返回到步骤(3)中回收利用。
对步骤(3)中第二混合溶液残液和第三混合溶液、步骤(6)中残液进行GC测试,测试方法同实施例1。
经GC测试,测试结果为:第二混合溶液残液中三乙胺的浓度:113.1g/L、第三混合溶液中三乙胺的浓度:101.04g/L、残液中三乙胺的浓度:26.27g/L,经计算可知,一次静置油水分离效率为70.0%、二次静置油水分离效率为74.0%,平均静置油水分离效率为72.0%。
由此可知,离心式油水分离器的分离效率远远大于静置分离,并能实现连续化,静置分离方式耗时长且效率低下。
对比例2
对比例2与实施例1的步骤(1)、(2)、(3)、(6)相同,不同之处在于步骤(4)和步骤(5)中温度的不同,将10℃修改为25℃。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1。
经ICP的Na+浓度测试和Cl-浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为:Na+浓度为4.76mol/L、Cl-浓度为5.7mol/L、碱浓度为4.76mol/L、酸浓度为5.7mol/L。
在实验过程中发现,温度升高到18.7℃以上时,第三混合溶液出现两相。由此可知,当温度升高后,三乙胺与水分离,在电解时三乙胺被膜吸附,导致电解效率下降;随着电解时间的延长,膜的使用寿命和电解效率会进一步下降,进而导致膜的报废,增加工艺运行成本。
对比例3
对比例3与实施例1的步骤(1)、(2)、(3)、(5)、(6)相同,不同之处在于步骤(4)的极液罐中氢氧化钠溶液浓度的不同,将3%氢氧化钠溶液更换为5%氢氧化钠溶液。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1。
经ICP测试和氯离子浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为Na+浓度为4.06mol/L、Cl-浓度为4.9mol/L、碱浓度为4.06mol/L、酸浓度为4.9mol/L;经计算可知,电流效率为73.9%。
由此可知,氢氧化钠溶液会影响Na+浓度、Cl-浓度、碱浓度、酸浓度,进而影响电流效率,因此,氢氧化钠溶液作为极液是有最佳浓度范围的。
对比例4
对比例4与实施例2的步骤(1)、(2)、(3)、(5)、(6)相同,不同之处在于步骤(4)中纯水加入到碱液罐和酸液罐中体积不同,将碱液罐中300mL纯水修改为250mL、将酸液罐中225mL纯水修改为200mL。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1。
经ICP测试和Cl-浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为Na+浓度为6.33mol/L、Cl-浓度为7.61mol/L、碱浓度为6.33mol/L、酸浓度为7.61mol/L。
在实验过程中,发现碱液罐中总体积由250mL变为300mL,酸液罐中总体积由200mL变为225mL。由此可知,当酸和碱浓度超过一定浓度时,会穿透膜,造成浓度的下降,并会影响膜本身的性能,造成膜使用寿命下降,因此,酸液罐和碱液罐纯水的加入量有一定范围。
对比例5
对比例5与实施例1的步骤(1)、(2)、(3)、(5)、(6)相同,不同之处在于步骤(4)中纯水加入到碱液罐和酸液罐中体积不同,将碱液罐中375mL纯水修改为600mL、将酸液罐中300mL纯水修改为600mL。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1。
经ICP的Na+浓度测试和氯离子浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为Na+浓度:2.6mol/L、Cl-浓度:2.46mol/L、碱浓度:2.6mol/L、酸浓度:2.46mol/L,经计算可知,电解效率为48.7%、Na+回收率为75.7%、Cl-回收率为73.8%。
由此可知,纯水加入到酸液罐和碱液罐的量会影响Na+浓度、Cl-浓度、碱浓度、酸浓度,并影响电流效率、Na+回收率、Cl-回收率。因此,酸液罐和碱液罐纯水的加入量有一定范围。
对比例6
对比例6与实施例1的步骤(1)、(2)、(3)、(5)、(6)相同,不同之处在于步骤(4)中极液罐中极液种类的不同,将3%氢氧化钠溶液更换为3%硫酸钠。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1。
经ICP的Na+浓度测试测试和Cl-浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为Na+浓度为3.82mol/L、Cl-浓度为4.0mol/L、碱浓度为3.82mol/L、酸浓度为4.0mol/L,经计算可知,电流效率为71.5%、Na+回收率为69.5%、Cl-回收率为60.0%。
由此可知,极液的种类会影响Na+浓度、Cl-浓度、碱浓度、酸浓度,进而影响电流效率、Na+回收率、Cl-回收率。因此,氢氧化钠溶液是该反应的最佳极液。
对比例7
对比例7与实施例1的不同之处在于双极膜电渗析装置有无外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜和外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1。
经ICP测试和Cl-浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为Na+浓度为3.28mol/L、Cl-浓度为3.28mol/L、碱浓度为3.28mol/L、酸浓度为3.28mol/L,经计算可知,电流效率为61.5%、Na+回收率为66.9%、Cl-回收率为68.9%。
在实验过程中,我们发现碱液罐中总体积由375mL变为420mL,酸液罐中总体积由300mL变为420mL。由此可知,当酸和碱浓度超过一定浓度时,会穿透膜,造成酸和碱浓度以及电流效率的下降,并会影响膜本身的性能,造成膜使用寿命下降,因此,外覆一层阻穿膜具有重要的意义。
对比例8
对比例8与实施例1的步骤(2)、(3)、(4)、(5)、(6)相同,不同之处在于无步骤(1)。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1;
对步骤(6)中的三乙胺储罐中三乙胺进行GC测试和水分测试,测试方法同实施例1。
经ICP的Na+浓度测试和氯离子浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为Na+浓度:4.36mol/L、Cl-浓度:5.36mol/L、碱浓度:4.36mol/L、酸浓度:5.36mol/L,经计算可知,电解效率为81.7%、Na+回收率为79.4%、Cl-回收率为80.4%;经GC测试可知,三乙胺储罐中三乙胺的纯度为93.5%,水分含量为0.3%,三乙胺的整体纯度为93.2%。
由此可知,无真空干燥提纯时,三乙胺盐酸盐的杂质在电解时会被膜吸附,影响双极膜电渗析装置的电解效率,随着长时间的运行,膜表面吸附会更多的有机物杂质,会导致电解效率和膜使用寿命的下降。因此,真空干燥提纯有助于提升三乙胺回收的纯度和维持双极膜电渗析装置的正常运行。
对比例9
对比例9与实施例1的步骤(1)、(3)、(4)、(5)、(6)相同,不同之处在于无步骤(2)中活性炭提纯处理。
对步骤(5)中,氢氧化钠溶液和氯化氢溶液分别进行ICP的Na+浓度测试、Cl-浓度测试,并都进行酸碱中和滴定测试,测试方法同实施例1;
对步骤(6)中的三乙胺储罐中三乙胺进行GC测试和水分测试,测试方法同实施例1。
经ICP的Na+浓度测试和氯离子浓度测试以及酸碱中和滴定测试,测试结果分别为Na+浓度:4.66mol/L、Cl-浓度:5.66mol/L、碱浓度:4.66mol/L、酸浓度:5.66mol/L,经计算可知,电解效率为87.3%、Na+回收率为84.8%、Cl-回收率为84.9%;经GC测试可知,三乙胺储罐中三乙胺的纯度为95.5%,水分含量为0.3%,三乙胺的整体纯度为95.2%。
由此可知,无活性炭吸附提纯时,三乙胺盐酸盐的杂质在电解时会被膜吸附,影响双极膜电渗析装置的电解效率,膜表面吸附会更多的有机物杂质,会导致电解效率和膜使用寿命的下降。因此,活性炭提纯有助于提升三乙胺回收的纯度和维持双极膜电渗析装置的正常运行。
由上述可知,离心式油水分离器能实现连续化分离三乙胺与水两相,分离效率高、分离时间短;电解时的反应温度是维护双极膜电渗析装置平稳运行的关键,温度会影响三乙胺在水中的溶解度,进而影响膜的使用寿命,该反应需要精准控制温度;极液浓度会影响双极膜电渗析装置的电解效率,极液有最佳浓度范围;酸液罐和碱液罐纯水的加入量会影响氯化氢溶液浓度、碱性溶液浓度,纯水加入量过低时,得到高浓度的氯化氢溶液和碱性溶液会穿透膜,导致使用寿命下降,然而纯水加入量过高时,氯化氢溶液浓度低、碱性溶液浓度低,需进一步浓缩提高浓度,导致工艺成本高;极液种类会影响电解效率和回收率,因此该反应的最佳极液是氢氧化钠溶液;外覆一层阻穿膜会提高双极膜装置的使用寿命、电解效率等,是该方法的关键性因素;真空干燥和活性炭吸附的提纯方式有助于实现高纯三乙胺的回收和维持双极膜电渗析装置长时间高效正常运行。
以上所述,仅为本发明专利较佳实施例而已,不能依次限定本发明实施的范围,即依本发明专利范围及说明书内容所述的等效变化及修饰,皆应属于本发明涵盖的范围内。
Claims (11)
1.一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,采用双极膜电渗析装置进行,双极膜电渗析装置包括阴阳两极极液室、酸室、碱室、脱盐室,阳极极液室由阳极板和双极膜以及极液组成,酸室左侧有双极膜、右侧有外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜,碱室左侧有外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、右侧有双极膜,脱盐室左侧为外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、右侧为外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜,阴极极液室由阴极板和双极膜以及极液组成,双极膜由阴离子交换膜、中间界面亲水层、阳离子交换膜组成,阴阳两极极液室、酸室、碱室、脱盐室分别设置热交换系统和管路循环系统,双极膜、外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜均为耐酸碱的含氟树脂材料组成,包括如下步骤:
(1)将碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐经真空干燥后,得到第一固体物;
(2)将碱性固体物与纯水配制成碱性物溶液,然后将第一固体物加入其中,混合搅拌反应,得到第一混合溶液;将活性炭加入到第一混合溶液中脱色处理1-2h,经过滤后,得到第二混合溶液和活性炭,并对活性炭经重复再生回收利用;
(3)第二混合溶液进入一级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和第二混合溶液残液;将第二混合溶液残液经纯水调节pH至12.5-13.1,得到第三混合溶液;
(4)第三混合溶液经冷却降温到5-18℃,送入保安过滤器,然后进入原液罐,最后进入双极膜电渗析装置的脱盐室中;将5-18℃的纯水分别通入酸液罐、碱液罐,然后分别进入酸室、碱室;将5-18℃的2-4%氢氧化钠溶液通入极液罐,然后分别等体积进入阳极极液室、阴极极液室;
(5)将双极膜电渗析装置的阴极板与直流电源的负极相连,阳极板与直流电源的正极相连;阴阳两极极液室通过管路系统连通循环流动,酸室、碱室、脱盐室各自通过管路系统循环流动,各隔室通过热交换系统控制电解反应温度为5-18℃,经电解反应后,在酸室得到氯化氢溶液,碱室得到碱性溶液,脱盐室得到含三乙胺溶液,并对碱性溶液回收利用;
(6)将含三乙胺溶液在40-60℃下进入二级离心式油水分离器分离,得到三乙胺和残液,并对残液回收利用;
所述步骤(2)中,碱性固体物为氢氧化钠或氢氧化钾;
所述步骤(4)中,原液罐的出口通过泵、阀门、管线与脱盐室的入口连接,脱盐室的出口通过管线与原液罐入口连接;酸液罐的出口通过泵、阀门、管线与酸室的入口连接,酸室的出口通过管线与酸液罐入口连接;碱液罐的出口通过泵、阀门、管线与碱室的入口连接,碱室的出口通过管线与碱液罐入口连接;极液罐的出口通过泵、阀门、管线与阳极极液室和阴极极液室的入口连接,阳极极液室和阴极极液室的出口与极液罐入口连接。
2.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,真空干燥条件为:干燥温度80-150℃、干燥时间2-6h。
3.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,第一固体物、碱性固体物、纯水用量比例为1mol:1.01-1.05mol:200-300mL。
4.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,混合搅拌反应条件为:转速200-300r/min、反应时间1-2h、反应温度20-60℃。
5.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,活性炭加入量以第一混合溶液中纯水用量计为10-30g:1000mL;活性炭重复再生条件为:真空干燥温度100-150℃、真空干燥时间1-3h。
6.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(4)中,保安过滤器的过滤精度为≤2μm。
7.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(4)中,原液罐、酸液罐、碱液罐、极液罐中溶液体积比例关系为400mL:150-250mL:200-300mL:800mL。
8.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(5)中,双极膜电渗析装置中外覆一层OH-阻穿膜的阴离子交换膜、外覆一层H+阻穿膜的阳离子交换膜、双极膜的抗压强度≥0.6MPa、单张膜电阻≤5Ω、组装对数为5-10。
9.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(5)中,各隔室循环流量与原液罐溶液体积的比例关系为320-480mL/h:400mL;电解反应条件为:操作电压20-40V、电流密度400-800A/m2、电解时间50-100min。
10.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(5)中,对碱性溶液回收利用,是将碱性溶液返回到步骤(2)中充当碱性物溶液使用。
11.根据权利要求1所述一种碳酸亚乙烯酯副产物三乙胺盐酸盐回收三乙胺的方法,其特征在于,所述步骤(6)中,对残液回收利用,是将残液返回到步骤(3)中充当纯水使用。
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CN114989019A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-02 | 中北大学 | 一种基于双极膜电渗析-超滤的酸性离子液体回收方法 |
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2024
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