基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-乙腈共沸物精餾分離方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-乙腈共沸物精餾分離方法，屬于特殊精餾技術范疇。該工藝的特點在于萃取劑為加入了離子液體的混合物，萃取劑可回收利用，能耗低，產品質量更高。
【背景技術】
[0002]異丙醇(isopropanol)，又名二甲基甲醇、2-丙醇，行業中也作IPA，分子式為C3H8O,化學性質與乙醇、丙醇相似，但是有仲醇的特性，能夠溶解生物堿、橡膠、蟲膠、山達月旨、松香、乳香、合成樹脂等多種有機物。此外，它還是精制潤滑油的優良脫蠟劑、棉籽油的萃取劑、防凍劑、脫水機、防霧劑，在醫藥、農藥、香料、化妝品、有機合成方面有著廣泛的應用。乙腈(acetonitri Ie )，又名甲基氰，分子式為C2H3N，有類似于醚的特殊氣味，有優良的溶劑性能，能溶解多種有機、無機和氣體物質。乙腈能發生典型的腈類反應，并被用于制備許多典型含氮化合物，是一個重要的有機中間體。乙腈可用于合成維生素A、可的松、碳胺類藥物及其中間體的溶劑，還用于制造維生素BI和氨基酸的活性介質溶劑。可代替氯化溶劑。此外還用于乙烯基涂料、脂肪酸的萃取劑、酒精變性劑、丁二烯萃取劑和丙烯腈合成纖維的溶劑，在織物染色，照明，香料制造和感光材料制造中也有許多用途。但是由于兩者存在共沸，常規的方法無法得到高純的兩種物質，從而極大的限制了兩者的應用，因此開發兩者分離的技術十分必要。本發明旨在為兩者分離提供一種經濟、簡便、分離效率高的工藝方法。
[0003]精餾是石油化工行業最常用、最基本的分離方法，從上世紀初精餾開始工業化運用開始，已經有100多年的時間，精餾技術也不斷得以發展，周邊各種技術也不斷的與精餾進行結合，創新出新的精餾工藝。當經歷過上世紀80年代能源危機，尤其在2008年之后，隨著石油價格不斷攀升，人們開始意識到提高能源利用率、降低能耗才是未來工業的出路，精餾技術亦是如此。本發明采用是減壓萃取精餾，在能耗、投資成本、環境壓力方面有較大優勢。
[0004]離子液體作為一種環境友好型溶劑，最近幾年有替代傳統溶劑的趨勢，也成為各個領域的研究熱點，展示了廣闊的應用潛力和市場前景。近幾年關于離子液體的論文和專利成級數遞增，而美國、歐洲、日本更是將離子液體列入國家戰略發展規劃，許多跨國集團公司如:德國BASF、德國Merck、美國Shell、比利時Bakert、日本三菱等致力于離子液體應用技術研發，其中德國BASF制備燒氧基苯基膦的BASIL (biphasic acid scavengingutilising 1nic liquids)脫酸技術極大地提高了效率，引起國際社會廣泛關注。
[0005]尚子液體之所以能夠成為研究熱點，與其自身優良的特性分不開:與傳統的有機溶劑和電解質相比，離子液體具有一系列突出優點:①幾乎沒有蒸氣壓、不揮發、無色、無味；②有較大的穩定溫度范圍，較好的化學穩定性及較寬的電化學穩定電位窗口 ；③通過陰陽離子的設計可調節其對無機物、水、有機物及聚合物的溶解性，并且其酸度可調至超酸。
[0006]雖然離子液體具有眾多的優點，但是由于目前市場價格昂貴，且萃取劑的用量較大，導致生產成本非常高，因此使用率較低。研究人員發現，離子液體可以與配位劑組成新的離子液體，能夠有效降低工業化應用的成本，且同時兼具兩者的優點，常用的配位劑有乙二醇、甘油等，本發明選用的配位劑為乙二醇，與離子液體組成混合溶劑。
[0007]基于離子液體的優點，精餾工藝中可使用傳統有機溶劑與離子液體的混合液作為萃取劑，能夠有效的降低傳統溶劑的損失(離子液體不揮發、損失率極低，且循環使用)，降低生產成本，同時可以提高產品質量。
[0008]現有的共沸體系分離手段基本分為兩類:共沸精餾和萃取精餾。萃取精餾在產品純度、能耗方面較共沸精餾具有優勢。萃取精餾關鍵在于萃取劑的選擇。對于醇-酯共沸體系，較為常用的萃取劑為乙二醇，目前乙二醇價格在4000~7000元/噸，而新型的離子液體萃取劑價格則十分高昂。例如甲基咪唑類磷酸鹽離子液體，目前作為其原料的甲基咪唑市場價格在30000~45000元/噸，而四氟磷酸鈉價格在20000~30000元/噸，六氟磷酸鈉價格更高達180000元/噸。較傳統溶劑，雖然離子液體作為萃取劑有眾多優點，但是高昂的投資成本讓其工業化應用十分困難。CN103193590A —種連續萃取分離混合醇-水的方法、CN102627556A 一種萃取精餾分離甲酸乙酯-乙醇-水的工藝均采用乙二醇作萃取劑；CN103193590A離子液體萃取精餾分離醋酸-水的方法采用離子液體作為萃取劑，而且以上發明均采用常壓精餾工藝，能耗成本較大。總而言之，如何降低萃取劑損耗和生產成本、提高產品純度是目前精餾工藝亟需解決的問題。
【發明內容】
[0009]為了解決目前萃取精餾工藝存在的問題，本發明萃取劑采用配位劑(乙二醇)與離子液體形成混合萃取劑，能夠有效提高產品純度和萃取效率，降低生產成本及能耗。本發明采用的離子液體為1-乙基-3-甲基咪卩坐磷酸二乙酯鹽([emim] [dep])、1_ 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽([bmim][dbp])，同屬于烷基咪唑磷酸鹽類的離子液體。目前尚未發現關于異丙醇-乙腈共沸體系分離的專利、文獻報道或發表，更未見離子液體在該共沸體系應用的工藝出現，因此本發明彌補目前技術上的空缺。本發明最大的優點在于萃取劑選擇上的創新，優化了分離工藝，降低了分離能耗，以及得到高質量的乙腈、異丙醇產品，具有極高的推廣價值。
[0010]該工藝技術方案如下:
1)異丙醇-乙腈混合物由萃取精餾塔中下部連續加入，乙二醇-離子液體組成混合萃取劑從塔上部加入，該塔操作壓力為30KPa ;
2)萃取精餾塔塔頂能夠得到產品純度99.9%以上乙腈產品，塔底剩余為異丙醇和萃取劑；
3)萃取精餾塔塔底物流進入萃取劑回收塔中部，塔頂得到純度99.9%以上的異丙醇產品，塔底剩余萃取劑與微量的異丙醇和乙腈，該塔操作壓力為25KPa ;
4 )萃取劑回收塔塔底物流并入萃取劑進料管，作為萃取劑補充。
[0011]萃取精餾塔技術參數:該塔理論塔板數為45~80 ;回流比為1.5~5，操作壓力為30KPa ;萃取劑為乙二醇(80~90wt%)與離子液體(10~20wt%)，萃取劑與原料的進料為1.3~4:1，進料溫度為30~40°(:，壓力為0.IMPa，原料為異丙醇(55wt%)與乙腈(45wt%)的近共沸組成，進料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa ;塔釜控制溫度為93°C，塔頂溫度控制在61°C。萃取進料位置為3~6塊塔板，原料進料位置32~42塊塔板。
[0012]萃取劑回收塔技術參數:理論塔板數25~60 ；回流比2~5，操作壓力為25KPa ;塔釜溫度控制在153°C，塔頂溫度穩定在51°C，進料位置為18~30塊塔板。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明裝置及流程示意圖。
[0014]流股說明:S0LVENT—萃取劑進塔流股；FEED—原料進塔流股—乙腈采出流股；②一萃取劑、異丙醇混合流股；③一異丙醇采出流股—萃取劑采出、回流流股。
[0015]主要設備說明:T1 一萃取精餾塔；T2—萃取劑回收塔；Ε1、Ε4—冷凝器；Ε2、Ε5—捕集器；Ε3、Ε6—再沸器。
【具體實施方式】
[0016]實施例一
基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-乙腈共沸物精餾分離方法。萃取劑選用乙二醇和1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯鹽([emim] [cbp])，用量為1500kg/h ;原料處理量為1000kg/h，原料組成為異丙醇(55wt%)與乙腈(45wt%)的近共沸組成。萃取精餾塔塔板數為60，萃取劑進料位置在第5塊塔板，原料進料位置在45塊塔板。回流比設定為2，塔頂采出速度為550kg/h，得到的乙腈純度為99.9%。萃取劑回收塔塔板數為30，流股②進料位置為第20塊塔板，回流比為1.5，塔頂采出速度為450kg/h，得到的異丙醇純度為99.9%。塔底萃取劑回流，作為溶劑的補充。
[0017]實施例二
萃取劑選用乙二醇和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽([bmim][dbp])，用量為3000kg/h，萃取精餾塔塔板數為50，回流比為4，其他條件如實施例一。得到的乙腈跟異丙醇產品純度均在99.9%以上。
【主權項】
1.基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-乙腈共沸物精餾分離方法，其特征在于以下技術參數: O萃取精餾塔技術參數:該塔理論塔板數為45~80 ;回流比為1.5-5,操作壓力為30KPa ;萃取劑為乙二醇(80~90wt%)與離子液體(10~20wt%)，萃取劑與原料的進料為1.3~4:1，進料溫度為30~40°(:，壓力為0.IMPa，原料為異丙醇(55wt%)與乙腈(45wt%)的近共沸組成，進料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa ;塔釜控制溫度為93°C，塔頂溫度控制在61°C，萃取進料位置為3~6塊塔板，原料進料位置32~42塊塔板； 2)萃取劑回收塔技術參數:理論塔板數25~60;回流比2~5，操作壓力為25KPa ;塔釜溫度控制在153°C，塔頂溫度穩定在51°C，進料位置為18~30塊塔板； 3)本發明采用的離子液體為1-乙基-3-甲基咪卩坐磷酸二乙酯鹽([emim][dep])、1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽([bmim] [dbp])0
【專利摘要】基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-乙腈共沸物精餾分離方法，本發明所述的異丙醇-乙腈萃取精餾工藝由萃取精餾塔、萃取劑回收塔雙塔構成，為連續減壓操作；萃取劑從萃取精餾塔上端塔板加入、原料從萃取精餾塔下端塔板處加入；萃取精餾塔塔底流股連續進入萃取劑回收塔，進料位置為塔中；萃取劑回收塔塔底萃取劑作為萃取精餾塔溶劑的補充。本發明的最大特征在于萃取選用傳統溶劑與離子液體組成的混合萃取劑，在能耗、環境壓力、產品純度方面優勢巨大，特別適合大規模的工業化應用。
【IPC分類】C07C31/10, C07C253/34, C07C29/84, C07C255/03
【公開號】CN105001055
【申請號】CN201510418625
【發明人】姜占坤, 劉順江, 孫國新, 張啟龍, 孫葉鵬
【申請人】濟南大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月17日