一种液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法

摘要

本发明涉及一种液液萃取‑萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法以及适用于该方法的装置。首先以萃取剂2‑乙基己酸对含7.8mol％丙二醇甲基醚水溶液进行液液萃取，液液萃取塔塔底萃余相水的纯度达99.9mol％以上，萃取相输送至萃取精馏塔进行萃取精馏。在萃取精馏塔上部加入萃取剂2‑乙基己酸，塔顶采出水，塔底为2‑乙基己酸与丙二醇甲基醚混合液，输送至精馏塔进行分离。精馏塔塔顶采出产品丙二醇甲基醚，纯度达99.9mol％以上，塔底萃取剂2‑乙基己酸循环使用。该装置主要包括液液萃取塔(LET)、萃取精馏塔(EDT)、精馏塔(DT)、冷凝器(C1)、(C2)和(C3)、回流罐(D1)和(D2)、再沸器(R1)和(R2)、混合器(Mix)、分流器(Fs)。

权利要求

1.一种液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法，其特征在于该方法所使用的装置包括如下组成部分：液液萃取塔(LET)、萃取精馏塔(EDT)、精馏塔(DT)、第一冷凝器(C1)、第二冷凝器(C2)、第三冷凝器(C3)、第一回流罐(D1)、第二回流罐(D2)、第一再沸器(R1)、第二再沸器(R2)、混合器(Mix)、分流器(Fs)；其中第一再沸器(R1)和第二再沸器(R2)分别连接在萃取精馏塔(EDT)和精馏塔(DT)塔底，第一冷凝器(C1)和第二冷凝器(C2)以及第一回流罐(D1)和第二回流罐(D2)依次连接在萃取精馏塔(EDT)和精馏塔(DT)塔顶，第三冷凝器(C3)、混合器(Mix)和分流器(Fs)依次连接在精馏塔(DT)塔底；

液液萃取塔(LET)和萃取精馏塔(EDT)所用萃取剂均为2-乙基己酸；

该方法主要包括以下步骤：

(1)丙二醇甲基醚和水二元混合物从上部进入液液萃取塔(LET)，萃取剂2-乙基己酸从下部进入液液萃取塔(LET)，塔底萃余相水直接采出，塔顶萃取相水-丙二醇甲基醚-2-乙基己酸三元混合物进入萃取精馏塔(EDT)进行分离；

(2)在萃取精馏塔(EDT)上部加入2-乙基己酸进行萃取精馏，塔顶物流水经第一冷凝器(C1)冷凝、第一回流罐(D1)储存后，一部分回流至萃取精馏塔(EDT)，一部分直接采出；

(3)萃取精馏塔(EDT)塔底物流2-乙基己酸与丙二醇甲基醚的二元混合物作为精馏塔(DT)的进料物流，进行2-乙基己酸与丙二醇甲基醚的分离；

(4)精馏塔(DT)塔顶物流丙二醇甲基醚经第二冷凝器(C2)冷凝、第二回流罐(D2)储存后，一部分回流至精馏塔(DT)，一部分作为丙二醇甲基醚产品采出；

(5)精馏塔(DT)塔底物流2-乙基己酸经第三冷凝器(C3)冷凝，与补加的损失萃取剂经混合器(Mix)、分流器(Fs)，一部分循环至液液萃取塔(LET)、一部分循环至萃取精馏塔(EDT)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：液液萃取塔(LET)塔板数为8-12，丙二醇甲基醚和水的进料位置为第一块塔板，萃取剂2-乙基己酸进料位置为最后一块塔板；萃取精馏塔(EDT)塔板数为15-20，萃取剂进料位置为3-5，混合物进料位置为7-12，回流比为0.3-

1.0；精馏塔(DT)塔板数为20-25，进料位置为12-17，回流比为0.7-1.5；液液萃取塔(LET)塔顶温度40-48℃，塔底温度35-42℃；萃取精馏塔(EDT)塔顶温度95-105℃，塔底温度173-180℃；精馏塔(DT)塔顶温度115-122℃，塔底温度225-233℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用该方法分离得到的丙二醇甲基醚的纯度范围为99.90mol％-99.99mol％，收率为99.90mol％-99.99mol％；水的纯度范围为

99.90mol％-99.97mol％，收率为99.90mol％-99.97mol％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：液液萃取塔的萃取剂用量与混合物进料量摩尔比为0.35-0.55；萃取精馏塔的萃取剂流量为60-100kmol/h。

说明书

一种液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法

【技术领域】

[0001] 本发明属于化工行业的分离纯化领域，具体涉及一种液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法，进一步说，是涉及一种以2-乙基己酸作为萃取剂先采用萃取塔、再采用萃取精馏塔、精馏塔液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法。【背景技术】

[0002] 丙二醇甲基醚(PM)是一种重要的“万能溶剂”、洗涤剂、乳化剂，也可与乙酸发生酯化反应生成在表面涂料方面具有高工业需求的最常用的酯类之一丙二醇甲醚乙酸酯，水是这个反应的副产品。因此，丙二醇甲基醚脱水在这个过程中是一个重要和必要的操作。分离过程是工业生产中最耗能的环节，丙二醇甲基醚和水能形成最低共沸物，普通的精馏操作无法实现高效的分离，因此寻求一种节能、高效的分离方法有很大的经济效益和环保效益。

[0003] 专利(CN2011100018054)涉及一种连续多级逆流液液萃取与减压精馏集成分离α-酮亮氨酸和水的方法及其设备，能有效分离α-酮亮氨酸和水，分离后α-酮亮氨酸纯度达82.7％以上，α-酮亮氨酸收率达93.1％。

[0004] 专利(CN2015108894755)报道了一种多级错流液液萃取分离正己烷-异丙醇恒沸体系的方法，经过精制后，可得到含量在99.9wt％以上的正己烷以及含量在99.5wt％以上的异丙醇，产品回收率达到97％以上。

[0005] 文献(Comparison of Heteroazeotropic and Extractive Distillation for the Dehydration of Propylene Glycol Methyl Ether[J].Chemical Engineering Research&Design,2016,111:184-195.)对比了采用非均相共沸精馏和萃取精馏进行丙二醇甲基醚脱水的分离工艺。结果表明采用环丁砜为萃取剂的萃取精馏工艺与原工艺相比可将能耗和年度总成本有所降低，但两种工艺均需要大量的能耗进行水的预分离。

[0006] 文献(Design and Control of a Hybrid Extraction–Distillation System for the Separation of Pyridine and Water[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2015,54(31):150716205123009.)报道了液液萃取-精馏工艺的开发研究，并对动态控制进行了研究，得出相应的可行工艺条件和控制策略，但整个工艺循环物流较多，流程复杂。

[0007] 文献(Dehydration of  Bioethanol  by Hybrid  Process Liquid–LiquidExtraction/Extractive Distillation[J].Ind.eng.chem.res,2011,51(17):5847-5855.)报道了采用液液萃取-萃取精馏分离生物乙醇和水的工艺。正十二烷和甘油分别作为液液萃取和萃取精馏的夹带剂，采用两种分离序列均可实现高效分离，且与传统分离工艺相比均能实现较好的节能效果，但该工艺引入两种杂质。

[0008] 目前专利和文献中尚没有关于采用液液萃取-萃取精馏工艺进行丙二醇甲基醚脱水的报道，因此提出一种新型的、节能的分离丙二醇甲基醚和水二元共沸体系的方法有较大的环保意义与工业价值。

[0009] 本发明采用先液液萃取、再萃取精馏的方法进行丙二醇甲基醚脱水。通过分析分配系数、选择性等因素，选用2-乙基己酸作为液液萃取操作的萃取剂。同时，2-乙基己酸又能够改变丙二醇甲基醚和水的相对挥发度，为了减少其他组分的引入，选用2-乙基己酸作为萃取精馏的萃取剂。原料与溶剂经逆流接触，萃余相水可直接排除，萃取相进入萃取精馏塔。在萃取精馏塔的上部加入萃取剂，通过萃取精馏实现水与丙二醇甲基醚的分离，塔顶采出水相。丙二醇甲基醚和2-乙基己酸二元混合物作为塔底物流进入精馏塔实现分离。【发明内容】

[0010] [要解决的技术问题]

[0011] 针对丙二醇甲基醚和水二元体系的特点，本发明专利要解决的科学问题如下：本发明的目的是提供一种采用液液萃取-萃取精馏进行丙二醇甲基醚脱水的分离装置。

[0012] 本发明的另一目的是提供一种采用一种液液萃取-萃取精馏进行丙二醇甲基醚脱水的方法

[0013] 本发明的另一目的是提供一种能够实现液液萃取和萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水二元共沸体系的萃取剂：2-乙基己酸。

[0014] [技术方案]

[0015] 本发明克服现有技术中的不足之处，提供了一种液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法。通过分析分配系数、选择性等因素，选用2-乙基己酸作为液液萃取操作的萃取剂。同时，2-乙基己酸又能够改变丙二醇甲基醚和水的相对挥发度，同时选用2-乙基己酸作为萃取精馏的萃取剂。在液液萃取塔，原料与溶剂经逆流接触，萃余相水可直接采出，萃取相进入萃取精馏塔。在萃取精馏塔的上部加入萃取剂，通过萃取精馏实现水与丙二醇甲基醚的分离，塔顶采出水。塔底物流丙二醇甲基醚和2-乙基己酸二元混合物进入精馏塔实现分离。本方法解决了分离共沸物系能耗高的问题，成功实现丙二醇甲基醚和水二元共沸体系的有效分离。

[0016] 本发明的技术方案为：采用先液液萃取、萃取精馏、再常压精馏的方法，利用所述装置分离丙二醇甲基醚和水二元共沸体系，其特征在于所述装置主要包括以下部分：

[0017] 液液萃取塔(LET)、萃取精馏塔(EDT)、精馏塔(DT)、冷凝器(C1)、(C2)和(C3)、回流罐(D1)和(D2)、再沸器(R1)和(R2)、混合器(Mix)、分流器(Fs)；其中再沸器(R1)和(R2)分别连接在萃取精馏塔(EDT)和精馏塔(DT)塔底，冷凝器(C1)和(C2)回流罐(D1)和(D2)依次连接在萃取精馏塔(EDT)和精馏塔(DT)塔顶，冷凝器(C3)、混合器(Mix)和分流器(Fs)依次连接在精馏塔(DT)塔底；

[0018] 本发明主要包括以下步骤：

[0019] (1)丙二醇甲基醚和水二元混合物从顶部进入液液萃取塔(LET)，萃取剂2-乙基己酸从底部进入液液萃取塔(LET)，调整萃取剂流量使液液萃取塔(LET)塔底萃余相水可直接采出，塔顶萃取相水-丙二醇甲基醚-2-乙基己酸三元混合物进入萃取精馏塔(EDT)进行分离；

[0020] (2)在萃取精馏塔(EDT)上部加入2-乙基己酸进行萃取精馏，塔顶物流水经冷凝器(C1)冷凝、回流罐(D1)储存后，一部分回流至萃取精馏塔(EDT)，一部分直接采出；

[0021] (3)萃取精馏塔(EDT)塔底物流2-乙基己酸与丙二醇甲基醚的二元混合物作为精馏塔(DT)的进料物流，进行2-乙基己酸与丙二醇甲基醚的分离；

[0022] (4)精馏塔(DT)塔顶物流丙二醇甲基醚经冷凝器(C2)冷凝、回流罐(D2)储存后，一部分回流至精馏塔(DT)，一部分作为丙二醇甲基醚产品采出；

[0023] (5)精馏塔(DT)塔底物流2-乙基己酸经冷凝器(C3)冷凝，与补加的损失萃取剂经混合器(Mix)、分流器(Fs)，一部分循环至液液萃取塔(LET)、一部分循环至萃取精馏塔(EDT)。

[0024] 本发明用于分离水-丙二醇甲基醚二元共沸体系的液液萃取-萃取精馏装置参数如下：

[0025] 液液萃取塔(LET)塔板数为8-12，丙二醇甲基醚和水的进料位置为第一块塔板，萃取剂2-乙基己酸进料位置为最后一块塔板；萃取精馏塔(EDT)塔板数为15-20，萃取剂进料位置为3-5，混合物进料位置为7-12，回流比为0.3-1.0，精馏塔(DT)塔板数为20-25，进料位置为12-17，回流比为0.7-1.5；液液萃取塔(LET)塔顶温度40-48℃，塔底温度35-42℃；萃取精馏塔(EDT)塔顶温度95-105℃，塔底温度173-180℃；精馏塔(DT)塔顶温度115-122℃，塔底温度225-233℃。

[0026] 一种液液萃取-萃取精馏进行丙二醇甲基醚脱水的方法，其特征在于液液萃取塔的萃取剂流量与混合物进料量摩尔比为0.35-0.55；萃取精馏塔的萃取剂流量为60-100kmol/h。

[0027] 一种液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法，其特征在于使用该方法分离得到的丙二醇甲基醚的纯度范围为99.90mol％-99.99mol％，收率为99.90mol％-99.99mol％；水的纯度范围为99.90mol％-99.97mol％，收率为99.90mol％-99.97mol％。

[0028] 本发明中一种液液萃取-萃取精馏分离丙二醇甲基醚和水的方法具体描述如下：

[0029] 丙二醇甲基醚-水二元混合物(物流1)在液液萃取塔(LET)第一块塔板处加入，萃取剂2-乙基己酸(物流2)在液液萃取塔(LET)最后一块塔板处加入，萃取剂与二元混合物进行逆流接触进行质量传递。塔底萃余相水(物流4)可直接采出，塔顶萃取相水-丙二醇甲基醚-2-乙基己酸三元混合物(物流3)进入萃取精馏塔(EDT)进行分离。

[0030] 萃取剂(物流12)在萃取精馏塔(EDT)上部加入，物流3在塔中部加入。混合物物流进入再沸器(R1)，再沸器(R1)内通入水蒸气进行加热，使塔底物流汽化后进入萃取精馏塔(EDT)内，汽化后的物流沿塔内上升，与塔内下降的萃取剂进行逆流接触，通过改变丙二醇甲基醚和水的相对挥发度，轻组分水以蒸气形式上升至萃取精馏塔(EDT)塔顶，蒸汽经冷凝器(C1)冷凝、回流罐(D1)收集后一部分返回至萃取精馏塔(EDT)进行回流，另一部分直接采出(物流5)，萃取剂与丙二醇甲基醚混合物下降至萃取精馏塔(EDT)塔底，输送至精馏塔(DT)进行分离。

[0031] 物流6在精馏塔(DT)中部加入，物流进入再沸器(R2)，再沸器(R2)内通入水蒸气进行加热，使塔底物流汽化后进入精馏塔(DT)内，汽化后的物流沿塔内上升，与塔内下降的液体进行质量与热量传递，上升至精馏塔(DT)塔顶的蒸汽经冷凝器(C2)冷凝、回流罐(D2)收集后一部分返回至精馏塔(DT)进行回流，另一部分作为丙二醇甲基醚产品采出(物流7)，萃取剂作为精馏塔(DT)塔底物流8经冷凝器冷凝，补加损失萃取剂(物流10)，再经混合器(Mix)混合、分流器(Fs)分流，一部分循环至液液萃取塔(LET)、一部分循环至萃取精馏塔(EDT)。

[0032] 本发明中液液萃取塔(LET)塔板数为8-12，丙二醇甲基醚和水的进料位置为第一块塔板，萃取剂2-乙基己酸进料位置为最后一块塔板；萃取精馏塔(EDT)塔板数为15-20，萃取剂进料位置为3-5，混合物进料位置为7-12，回流比为0.3-1.0，精馏塔(DT)塔板数为20-25，进料位置为12-17，回流比为0.7-1.5；液液萃取塔(LET)塔顶温度40-48℃，塔底温度35-
42℃；萃取精馏塔(EDT)塔顶温度95-105℃，塔底温度173-180℃；精馏塔(DT)塔顶温度115-
122℃，塔底温度225-233℃；液液萃取塔的萃取剂流量与混合物进料量摩尔比为0.35-
0.55；萃取精馏塔的萃取剂流量为60-100kmol/h。

[0033] 采用本发明中的方法分离得到的丙二醇甲基醚的纯度范围为99.90mol％-99.99mol％，收率为99.90mol％-99.99mol％；水的纯度范围为99.90mol％-99.97mol％，收率为99.90mol％-99.97mol％。

[0034] [有益效果]

[0035] 本发明具有如下有益效果：

[0036] (1)本发明采用液液萃取-萃取精馏混合工艺分离丙二醇甲基醚和水二元共沸物，与传统分离工艺相比，能耗可降低40％以上。

[0037] (2)与传统液液萃取-萃取精馏混合工艺相比，本发明中液液萃取操作与萃取精馏操作选用同一种萃取剂2-乙基己酸便可实现丙二醇甲基醚和水的高纯度分离，且纯度均达99.9mol％以上。
【附图说明】

[0038] 附图为本发明的结构示意图。

[0039] 图中，LET-液液萃取塔；EDT-萃取精馏塔；DT-精馏塔；C1，C2，C3-塔顶冷凝器；D1，D2-回流罐；R1，R2-塔底再沸器；Mix-混合器；数字表示各物流。【具体实施方式】

[0040] 以下结合附图进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。

[0041] 实施例1：

[0042] 在具有10块塔板的液液萃取塔内，流量1000kmol/h的丙二醇甲基醚-水混合物从第1块板处进入，进料中含水7.8mol％、丙二醇甲基醚92.2mol％，萃取剂2-乙基己酸从第10块板进入，流量为350kmol/h，塔顶温度为45℃，塔顶温度为40℃；萃取精馏塔理论板数为20，混合物进料位置为12，萃取剂2-乙基己酸从第5块板进入，流量为60kmol/h，回流比为
0.3，塔顶温度为95℃，塔底温度为175℃；精馏塔理论板数为25，进料板为17，回流比为0.7，塔顶温度为120℃，塔底温度为225℃。

[0043] 分离后：丙二醇甲基醚产品纯度达99.90mol％，收率达99.90mol％；水纯度达99.92mol％，收率达99.92mol％。

[0044] 实施例2：

[0045] 在具有12块塔板的液液萃取塔内，流量为1000kmol/h的丙二醇甲基醚-水混合物从第1块板处进入，进料中含水7.8mol％、丙二醇甲基醚92.2mol％，萃取剂2-乙基己酸从第12块板进入，流量为500kmol/h，塔顶温度为40℃，塔底温度为35℃；萃取精馏塔理论板数为
18，混合物进料位置为10，萃取剂2-乙基己酸从第4块板进入，流量为80kmol/h，回流比为
0.7，塔顶温度为100℃，塔底温度为178℃；精馏塔理论板数为20，进料板为12，回流比为1，塔顶温度为122℃，塔底温度为228℃。

[0046] 分离后：丙二醇甲基醚产品纯度达99.99mol％，收率达99.99mol％；水纯度达99.96mol％，收率达99.96mol％。

[0047] 实施例3：

[0048] 在具有8块塔板的液液萃取塔内，流量为1000kmol/h的丙二醇甲基醚-水混合物从第1块板处进入，进料中含水7.8mol％、丙二醇甲基醚92.2mol％，萃取剂2-乙基己酸从第8块板进入，流量为550kmol/h，塔顶温度为48℃，塔底温度为42℃；萃取精馏塔理论板数为20，混合物进料位置为12，萃取剂2-乙基己酸从第3块板进入，流量为100kmol/h，回流比为
1.0，塔顶温度为105℃，塔底温度为180℃；精馏塔理论板数为20，进料板为12，回流比为
1.2，塔顶温度为115℃，塔底温度为225℃。

[0049] 分离后：丙二醇甲基醚产品纯度达99.99mol％，收率达99.99mol％；水纯度达99.97mol％，收率达99.97mol％。

[0050] 实施例4：

[0051] 在具有12块塔板的液液萃取塔内，流量为1000kmol/h的丙二醇甲基醚-水混合物从第1块板处进入，进料中含水7.8mol％、丙二醇甲基醚92.2mol％，萃取剂2-乙基己酸从第12块板进入，流量为450kmol/h，塔顶温度为46℃，塔底温度为40℃；萃取精馏塔理论板数为
20，混合物进料位置为10，萃取剂2-乙基己酸从第5块板进入，流量为100kmol/h，回流比为
0.7，塔顶温度为95℃，塔底温度为173℃；精馏塔理论板数为25，进料板为17，回流比为1.5，塔顶温度为122℃，塔底温度为233℃。

[0052] 分离后：丙二醇甲基醚产品纯度达99.99mol％，收率达99.99mol％；水纯度达99.97mol％，收率达99.97mol％。

[0053] 实施例5：

[0054] 在具有8块塔板的液液萃取塔内，流量为1000kmol/h的丙二醇甲基醚-水混合物从第1块板处进入，进料中含水7.8mol％、丙二醇甲基醚92.2mol％，萃取剂2-乙基己酸从第8块板进入，流量为400kmol/h，塔顶温度为45℃，塔底温度为42℃；萃取精馏塔理论板数为18，混合物进料位置为10，萃取剂2-乙基己酸从第3块板进入，流量为80kmol/h，回流比为
1.2，塔顶温度为100℃，塔底温度为178℃；精馏塔理论板数为20，进料板为15，回流比为1，塔顶温度为118℃，塔底温度为225℃。

[0055] 分离后：丙二醇甲基醚产品纯度达99.96mol％，收率达99.96mol％；水纯度达99.95mol％，收率达99.95mol％。

[0056] 实施例6：

[0057] 在具有12块塔板的液液萃取塔内，流量为1000kmol/h的丙二醇甲基醚-水混合物从第1块板处进入，进料中含水7.8mol％、丙二醇甲基醚92.2mol％，萃取剂2-乙基己酸从第12块板进入，流量为350kmol/h，塔顶温度为40℃，塔底温度为36℃；萃取精馏塔理论板数为
15，混合物进料位置为7，萃取剂2-乙基己酸从第3块板进入，流量为80kmol/h，回流比为
0.7，塔顶温度为95℃，塔底温度为173℃；精馏塔理论板数为22，进料板为14，回流比为1，塔顶温度为117℃，塔底温度为225℃。

[0058] 分离后：丙二醇甲基醚产品纯度达99.92mol％，收率达99.92mol％；水纯度达99.90mol％，收率达99.90mol％。