一种渗透汽化法精制乙二醇二甲醚的工艺及装置

摘要

本发明涉及一种渗透汽化法精制乙二醇二甲醚的工艺，步骤如下：Williamson合成乙二醇二甲醚母液经中和沉降后得到乙二醇二甲醚粗品，粗乙二醇二甲醚经精馏塔分离，乙二醇二甲醚-水的共沸物由塔顶排出经冷凝后收集于中间罐，部分水和乙二醇单甲醚由塔底排出，收集于中间罐的乙二醇二甲醚-水的共沸物由输送至预热器，再进入蒸发器，从蒸发器蒸出的含水乙二醇二甲醚进入渗透汽化膜分离器，渗透物料由渗透液冷凝器冷凝后进入渗透液罐，渗透液进一步返至精馏塔回收处理，渗透汽化膜分离器截留侧获得高纯度乙二醇二甲醚，先后经预热器和成品冷凝器冷凝后进入产品罐。本发明工艺过程简单，设备投资少，能量利用率高，回收率高。

权利要求

1.一种渗透汽化法精制乙二醇二甲醚的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

向Williamson 合成法生产的乙二醇二甲醚母液中加盐酸溶液至料液pH中性，待沉淀完全，抽取上清液至精馏塔进行分离，塔顶的轻组分由塔顶排出经冷凝后收集于中间罐；体系中的乙二醇单甲醚和部分水由塔底排出，乙二醇单甲醚返至乙二醇二甲醚反应釜作为原料进一步利用；控制流量为3000kg/h将收集于中间罐的轻组分输送到预热器，通过产品蒸汽对该料液预热至80℃，然后进入蒸发器，料液被加热到138℃以蒸汽形式进入到由60个2

NaA分子筛膜膜组件串联构成的渗透汽化膜分离器进行脱水分离，总膜面积200m；膜的截留侧表压0.5MPa，渗透侧绝压1000Pa；料液中的水透过渗透汽化膜经渗透液冷凝器冷凝后进入渗透液罐，渗透液含水量为90.63%，渗透液进一步返至精馏塔回收处理；料液含水量通过膜分离提浓降到0.005wt%，流经预热器对料液预热后再经产品冷凝器冷凝进入产品罐乙二醇二甲醚的含量为99.9%。

说明书

一种渗透汽化法精制乙二醇二甲醚的工艺及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种渗透汽化法精制乙二醇二甲醚的工艺及装置，尤其涉及一种对Williamson合成法制备得到的乙二醇二甲醚进行精制的工艺及装置，属渗透汽化膜应用领域。

背景技术

[0002] 乙二醇二甲醚为无色液体，有乙醚气味，性质稳定，能与水和乙醇、乙醚、氯仿等多种有机溶剂混溶。乙二醇二甲醚作为一种性能优良的非质子极性溶剂，除了用作气体吸收剂、萃取剂和脱漆剂外，还可用于电化学、硼化学、有机医药中间体合成等领域。

[0003] 目前，乙二醇二甲醚工业化生产主要采用Williamson合成法，先将乙二醇单甲醚与碱金属或其氢氧化物反应，制成乙二醇单甲醚醇碱化合物，再与氯甲烷等甲基化试剂反应制得，接下来，在乙二醇二甲醚精制过程中，传统的脱水工艺是采用干燥剂无水氯化钙脱水，用量约10％，能使乙二醇二甲醚中的水份降至1％以下，然后再通过精馏脱去前馏份即得成品。其不足之处是乙二醇二甲醚脱水采用先干燥再精馏的方法，工艺复杂，能耗大，且无水氯化钙吸水的同时也吸附一定量的乙二醇二甲醚形成胶状物，回收比较困难，弃之则污染环境，而且也导致了乙二醇二甲醚的收率低。

发明内容

[0004] 本发明所主要解决的技术问题在于：针对目前广泛采用的Williamson法合成乙二醇二甲醚的工艺，对其产品的精制工艺进行改进，需要降低药剂消耗、提高乙二醇二甲醚产品的纯度、降低水分和杂质的含量，并且可以提高产品收率。该方法具有工艺过程简单，设备投资少，能量利用率高，回收率高的特点。

[0005] 具体的技术方案如下：

[0006] 一种渗透汽化法精制乙二醇二甲醚的工艺，包括如下步骤：

[0007] S1：将Williamson合成法生产的乙二醇二甲醚加酸中和，除去沉降物，得到乙二醇二甲醚粗品；

[0008] S2：将乙二醇二甲醚粗品送入精馏塔进行分离，塔顶物料经冷凝后得到轻组分，塔底的重组分返回至乙二醇二甲醚的合成反应中；

[0009] S3：将步骤S2所得到的轻组分加热后，以蒸汽形式送入渗透气化膜分离器，截留侧物料经冷凝后得到乙二醇二甲醚产品，渗透侧物料经冷凝后得到渗透液。

[0010] 该工艺路线的原理是：先利用精馏的方式去除掉未反应完成的乙二醇单甲醚，同时还可以使一部分水作为精馏塔的重组分被脱除，使塔顶物料中的水含量得到减小，此时，再通过渗透汽化工艺对塔顶物料进行脱水，这样就可以实现乙二醇二甲醚产品中含水量降至非常低的程度。克服了传统工艺中先用药剂除水、再用精馏除重组分的药剂耗用大、产品含水量高的问题。

[0011] 步骤S1中，是需要对Williamson 合成法生产的乙二醇二甲醚母液先进行中和处理，由于母液中含有未反应完的碱金属或者其氢氧化物，对其进行中和处理之后，可以保证后续的工艺中设备不受到碱的腐蚀，同时也可以初步地分离反应物料中的一些固体残渣；可以采用常规的中和沉降釜，在不断搅拌下加入盐酸溶液，调节pH至7～8左右即可。

[0012] 在步骤S2中，得到的粗乙二醇二甲醚在精馏塔中进行精馏分离，粗乙二醇二甲醚中的重组分杂质(例如：乙二醇单甲醚和一部分的水) 会排入塔底；轻组分，包括乙二醇二甲醚、一部分水、未反应完全的氯甲烷，以及其它一些小分子量杂质会进入至塔顶，如果精馏充分时，塔顶乙二醇二甲醚和水会形成共沸物。在这个步骤中，粗乙二醇二甲醚实现了对乙二醇单甲醚的脱除，得到了初步的分离，去除了物料中的一些杂质，减轻了后续分离工艺的负担。作为改进，该步骤中，塔底得到的重组分作为原料返回至Williamson反应中，使原料得到充分地利用，而且可以改变反应平衡，提高乙二醇单甲醚的转化率，提高整体工艺的收率。

[0013] 在步骤S3中，最好是要对轻组分进行升温后再进行渗透汽化分离工序，发现这样可以提高渗透汽化膜的分离效率，可以使产品中的水分含量进一步地下降。经过大量试验，发现在步骤S3中最好是通过如下方式进行加热：首先将轻组分与渗透汽化分离器截留侧的乙二醇二甲醚蒸汽进行换热，也可以进行适当加热，使温度升高至40～100℃；然后，将加热后的物料在蒸发器中进一步加热至80～150℃，这样的改进方式的优点在于：通过与产物进行换热，节约了能量，使余热得到充分的利用，另一个好处是提高了渗透汽化过程的传质推动力，可以更好地提高产品的纯度。

[0014] 由于在步骤S2中，对乙二醇单甲醚进行精馏脱除的同时，也同时带走了一部分水分，这就使渗透汽化膜的负荷降低，使得最终产品的含水量更低，步骤S2和S3起到了协同作用效果。

[0015] 在步骤S3中，渗透汽化膜的选择也是经过了大量试验摸索得到的，由于在进入到渗透汽化膜装置的待分离体系中，包括有乙二醇二甲醚、水、一些小分子杂质，对于这样体系进行分离时，需要选择最合适的渗透汽化膜以使产物得到较好地分离，使产品的纯度、通量都较好。如果膜的分离因子低，会导致产品中的水分、小分子杂质等不能完全与乙二醇二甲醚分离，如果膜材料选择不当，会导致水可以透过膜层，而小分子杂质留在截留侧，虽然水分含量下降，但是其它杂质却未能得到有效的分离。渗透汽化膜的选型优选是：分子筛膜、无定形二氧化硅膜、壳聚糖膜、PVA膜或海藻酸钠膜；更优选的是分子筛膜。

[0016] 渗透汽化步骤中的操作压力优选是截留侧的表压为0～1MPa，渗透侧的绝压为10～10000Pa。更优选地，截留侧的表压为0.1～0.8 MPa，渗透侧的绝压为100～1500Pa。
主要是因为如果压差过小，则导致水不能完全透过膜层，如果压差过大，则会造成设备投资大，运行成本高。

[0017] 渗透汽化膜元件可以由1～100 个渗透汽化膜组件串联、并联或混联方式组合而成。

[0018] 本发明的另一个目的是提供了一种渗透汽化法精制乙二醇二甲醚的装置，包括精馏塔、渗透汽化膜分离器，中和沉降釜连接于精馏塔的进料口，精馏塔的塔顶出料口通过塔顶冷凝器与中间罐连接，中间罐的出口与渗透汽化膜分离器连接；渗透汽化膜分离器的截留侧通过产品冷凝器连接于产品罐，渗透汽化膜分离器的渗透侧通过渗透液冷凝器与渗透液罐连接，渗透液冷凝器还与真空泵连接。

[0019] 作为该装置的改进，中间罐的出口依次通过加压泵、预热器、蒸发器与渗透汽化膜分离器连接。

[0020] 作为该装置的改进，渗透液罐连接于精馏塔的进料口；渗透汽化膜分离器截留侧的出口管路与蒸发器的进口管路之间通过换热方式连接。

[0021] 有益效果

[0022] 与传统的Williamson法乙二醇二甲醚的精制工艺相比，本发明的方法具有如下优点：

[0023] 1.精馏前不需初蒸，大大降低了能耗；

[0024] 2.精馏塔底排出的乙二醇单甲醚返回到反应罐作为反应原料进一步利用，提高了乙二醇单甲醚转化率；

[0025] 3.传统工艺采用干燥剂脱水，乙二醇二甲醚损耗大，本方法采用先精馏再渗透汽化的方式，有效地克服了试剂脱水方式的缺点，操作简单，回收率高；

[0026] 4.本发明利用产品热量对进入蒸发器前的含水乙二醇二甲醚进行预热，提高了系统内能量利用率，进一步降低了生产能耗；

[0027] 5.本发明利用精馏步骤将脱除乙二醇单甲醚和部分水实现一步完成，同时减轻了渗透汽化工艺的步骤，实现了协同效果；

[0028] 6.本发明将渗透液返至精馏塔回收处理，基本实现乙二醇二甲醚无损失。

[0029] 7.本发明提供的乙二醇二甲醚精制工艺，乙二醇二甲醚中的含水量小，在最优实施例中可以降低至0.005(w/w)。

附图说明

[0030] 图1是本发明的流程示意图。

[0031] 其中1是中和沉降釜，2是精馏塔，3是塔顶冷凝器，4是中间罐，5是加压泵，6是预热器，7是蒸发器，8是渗透汽化膜分离器，9是渗透液冷凝器，10是真空泵，11是渗透液罐，12是产品冷凝器，13是产品罐。

具体实施方式

[0032] 以下实施例采用的精制装置结构如图1所示，包括精馏塔2、渗透汽化膜分离器8，中和沉降釜1连接于精馏塔2的进料口，精馏塔2的塔顶出料口通过塔顶冷凝器3与中间罐4连接，中间罐4的出口依次通过加压泵5、预热器6、蒸发器7与渗透汽化膜分离器8连接；渗透汽化膜分离器8的截留侧通过产品冷凝器12连接于产品罐13，渗透汽化膜分离器13的渗透侧通过渗透液冷凝器9与渗透液罐11连接，渗透液冷凝器9还与真空泵10连接，渗透液罐11连接于精馏塔2的进料口；渗透汽化膜分离器截留侧的出口管路与蒸发器7的进口管路之间通过换热方式连接。

[0033] 实施例1

[0034] 向Williamson 合成法生产的乙二醇二甲醚母液中加盐酸溶液至料液pH中性，待沉淀完全，抽取上清液至精馏塔2进行分离，塔顶的轻组分由由塔顶排出经冷凝后收集于中间罐，其中主要为乙二醇二甲醚-水的共沸物，也包括一些其它的小分子杂质；体系中的乙二醇单甲醚和部分水由塔底排出，乙二醇单甲醚返至乙二醇二甲醚反应釜作为原料进一步利用。

[0035] 控制流量为3000kg/h将收集于中间罐的轻组分输送到预热器5，通过产品蒸汽对该料液预热至75℃，然后进入蒸发器7，料液被加热到138℃以蒸汽形式进入到由10个NaA2
分子筛膜膜组件串联构成的渗透汽化膜分离器8进行脱水分离，总膜面积200m。膜的截留侧表压0.5MPa，渗透侧绝压500Pa。料液中的水透过渗透汽化膜经渗透液冷凝器9冷凝后进入渗透液罐11，渗透液含水量为95.05%，渗透液进一步返至精馏塔回收处理；料液含水量通过膜分离提浓降到0.12%(w/w)，流经预热器5对料液预热后再经产品冷凝器12冷凝进入产品罐13。乙二醇二甲醚的含量为99.5%，乙二醇单甲醚的收率较传统方法提高约5～
7%。

[0036] 实施例2

[0037] 向Williamson 合成法生产的乙二醇二甲醚母液中加盐酸溶液至料液pH中性，待沉淀完全，抽取上清液至精馏塔2进行分离，塔顶的轻组分由由塔顶排出经冷凝后收集于中间罐，其中主要为乙二醇二甲醚-水的共沸物，也包括一些其它的小分子杂质；体系中的乙二醇单甲醚和部分水由塔底排出，乙二醇单甲醚返至乙二醇二甲醚反应釜作为原料进一步利用。

[0038] 控制流量为3000kg/h将收集于中间罐的轻组分输送到预热器5，通过产品蒸汽对该料液预热至40℃，然后进入蒸发器7，料液被加热到80℃以蒸汽形式进入到由20个NaA2
分子筛膜膜组件串联构成的渗透汽化膜分离器8进行脱水分离，总膜面积300m。膜的截留侧表压0.8 MPa，渗透侧绝压100 Pa。料液中的水透过渗透汽化膜经渗透液冷凝器9冷凝后进入渗透液罐11，渗透液含水量为97.05%，渗透液进一步返至精馏塔回收处理；料液含水量通过膜分离提浓降到0.08%(w/w)，流经预热器5对料液预热后再经产品冷凝器12冷凝进入产品罐13。乙二醇二甲醚的含量为99.8%，乙二醇单甲醚的收率较传统方法提高约
4～6%。

[0039] 实施例3

[0040] 向Williamson 合成法生产的乙二醇二甲醚母液中加盐酸溶液至料液pH中性，待沉淀完全，抽取上清液至精馏塔2进行分离，塔顶的轻组分由由塔顶排出经冷凝后收集于中间罐，其中主要为乙二醇二甲醚-水的共沸物，也包括一些其它的小分子杂质；体系中的乙二醇单甲醚和部分水由塔底排出，乙二醇单甲醚返至乙二醇二甲醚反应釜作为原料进一步利用。

[0041] 控制流量为3000kg/h将收集于中间罐的轻组分输送到预热器5，通过产品蒸汽对该料液预热至80℃，然后进入蒸发器7，料液被加热到138℃以蒸汽形式进入到由60个NaA2
分子筛膜膜组件串联构成的渗透汽化膜分离器8进行脱水分离，总膜面积200m。膜的截留侧表压0.5MPa，渗透侧绝压1000Pa。料液中的水透过渗透汽化膜经渗透液冷凝器9冷凝后进入渗透液罐11，渗透液含水量为90.63%，渗透液进一步返至精馏塔回收处理；料液含水量通过膜分离提浓降到0.005% (w/w)，流经预热器5对料液预热后再经产品冷凝器12冷凝进入产品罐13。乙二醇二甲醚的含量为99.9%，乙二醇单甲醚的收率较传统方法提高约
8～10%。