一種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，步驟如下：Williamson合成乙二醇二甲醚母液經(jīng)中和沉降后得到乙二醇二甲醚粗品，粗乙二醇二甲醚經(jīng)精餾塔分離，乙二醇二甲醚-水的共沸物由塔頂排出經(jīng)冷凝后收集于中間罐，部分水和乙二醇單甲醚由塔底排出，收集于中間罐的乙二醇二甲醚-水的共沸物由輸送至預(yù)熱器，再進(jìn)入蒸發(fā)器，從蒸發(fā)器蒸出的含水乙二醇二甲醚進(jìn)入滲透汽化膜分離器，滲透物料由滲透液冷凝器冷凝后進(jìn)入滲透液罐，滲透液進(jìn)一步返至精餾塔回收處理，滲透汽化膜分離器截留側(cè)獲得高純度乙二醇二甲醚，先后經(jīng)預(yù)熱器和成品冷凝器冷凝后進(jìn)入產(chǎn)品罐。本發(fā)明工藝過程簡單，設(shè)備投資少，能量利用率高，回收率高。
【專利說明】—種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝及裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝及裝置，尤其涉及一種對Williamson合成法制備得到的乙二醇二甲醚進(jìn)行精制的工藝及裝置，屬滲透汽化膜應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]乙二醇二甲醚為無色液體，有乙醚氣味，性質(zhì)穩(wěn)定，能與水和乙醇、乙醚、氯仿等多種有機(jī)溶劑混溶。乙二醇二甲醚作為一種性能優(yōu)良的非質(zhì)子極性溶劑，除了用作氣體吸收劑、萃取劑和脫漆劑外，還可用于電化學(xué)、硼化學(xué)、有機(jī)醫(yī)藥中間體合成等領(lǐng)域。
[0005]目前，乙二醇二甲醚工業(yè)化生產(chǎn)主要采用Williamson合成法，先將乙二醇單甲醚與堿金屬或其氫氧化物反應(yīng)，制成乙二醇單甲醚醇堿化合物，再與氯甲烷等甲基化試劑反應(yīng)制得，接下來，在乙二醇二甲醚精制過程中，傳統(tǒng)的脫水工藝是采用干燥劑無水氯化鈣脫水，用量約10%，能使乙二醇二甲醚中的水份降至1%以下，然后再通過精餾脫去前餾份即得成品。其不足之處是乙二醇二甲醚脫水采用先干燥再精餾的方法，工藝復(fù)雜，能耗大，且無水氯化鈣吸水的同時(shí)也吸附一定量的乙二醇二甲醚形成膠狀物，回收比較困難，棄之則污染環(huán)境，而且也導(dǎo)致了乙二醇二甲醚的收率低。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所主要解決的技術(shù)問題在于:針對目前廣泛采用的Williamson法合成乙二醇二甲醚的工藝，對其產(chǎn)品的精制工藝進(jìn)行改進(jìn)，需要降低藥劑消耗、提高乙二醇二甲醚產(chǎn)品的純度、降低水分和雜質(zhì)的含量，并且可以提高產(chǎn)品收率。該方法具有工藝過程簡單，設(shè)備投資少，能量利用率高，回收率高的特點(diǎn)。
[0008]具體的技術(shù)方案如下:
一種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，包括如下步驟:
51JfWilliamson合成法生產(chǎn)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；
52:將乙二醇二甲醚粗品送入精餾塔進(jìn)行分離，塔頂物料經(jīng)冷凝后得到輕組分，塔底的重組分返回至乙二醇二甲醚的合成反應(yīng)中；
53:將步驟S2所得到的輕 組分加熱后，以蒸汽形式送入滲透氣化膜分離器，截留側(cè)物料經(jīng)冷凝后得到乙二醇二甲醚產(chǎn)品，滲透側(cè)物料經(jīng)冷凝后得到滲透液。
[0009]該工藝路線的原理是:先利用精餾的方式去除掉未反應(yīng)完成的乙二醇單甲醚，同時(shí)還可以使一部分水作為精餾塔的重組分被脫除，使塔頂物料中的水含量得到減小，此時(shí)，再通過滲透汽化工藝對塔頂物料進(jìn)行脫水，這樣就可以實(shí)現(xiàn)乙二醇二甲醚產(chǎn)品中含水量降至非常低的程度?？朔藗鹘y(tǒng)工藝中先用藥劑除水、再用精餾除重組分的藥劑耗用大、產(chǎn)品含水量高的問題。
[0010]步驟SI中，是需要對Williamson合成法生產(chǎn)的乙二醇二甲醚母液先進(jìn)行中和處理，由于母液中含有未反應(yīng)完的堿金屬或者其氫氧化物，對其進(jìn)行中和處理之后，可以保證后續(xù)的工藝中設(shè)備不受到堿的腐蝕，同時(shí)也可以初步地分離反應(yīng)物料中的一些固體殘?jiān)?；可以采用常?guī)的中和沉降釜，在不斷攪拌下加入鹽酸溶液，調(diào)節(jié)pH至7~8左右即可。
[0011]在步驟S2中，得到的粗乙二醇二甲醚在精餾塔中進(jìn)行精餾分離，粗乙二醇二甲醚中的重組分雜質(zhì)(例如:乙二醇單甲醚和一部分的水)會排入塔底；輕組分，包括乙二醇二甲醚、一部分水、未反應(yīng)完全的氯甲烷，以及其它一些小分子量雜質(zhì)會進(jìn)入至塔頂，如果精餾充分時(shí)，塔頂乙二醇二甲醚和水會形成共沸物。在這個(gè)步驟中，粗乙二醇二甲醚實(shí)現(xiàn)了對乙二醇單甲醚的脫除，得到了初步的分離，去除了物料中的一些雜質(zhì)，減輕了后續(xù)分離工藝的負(fù)擔(dān)。作為改進(jìn)，該步驟中，塔底得到的重組分作為原料返回至Williamson反應(yīng)中，使原料得到充分地利用，而且可以改變反應(yīng)平衡，提高乙二醇單甲醚的轉(zhuǎn)化率，提高整體工藝的收率。
[0012]在步驟S3中，最好是要對輕組分進(jìn)行升溫后再進(jìn)行滲透汽化分離工序，發(fā)現(xiàn)這樣可以提高滲透汽化膜的分離效率，可以使產(chǎn)品中的水分含量進(jìn)一步地下降。經(jīng)過大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在步驟S3中最好是通過如下方式進(jìn)行加熱:首先將輕組分與滲透汽化分離器截留側(cè)的乙二醇二甲醚蒸汽進(jìn)行換熱，也可以進(jìn)行適當(dāng)加熱，使溫度升高至40~100°C ;然后，將加熱后的物料在蒸發(fā)器中進(jìn)一步加熱至80~150°C，這樣的改進(jìn)方式的優(yōu)點(diǎn)在于:通過與產(chǎn)物進(jìn)行換熱，節(jié)約了能量，使余熱得到充分的利用，另一個(gè)好處是提高了滲透汽化過程的傳質(zhì)推動力，可以更好地提高產(chǎn)品的純度。
[0013]由于在步驟S2中，對乙二醇單甲醚進(jìn)行精餾脫除的同時(shí)，也同時(shí)帶走了一部分水分，這就使?jié)B透汽化膜的負(fù)荷`降低，使得最終產(chǎn)品的含水量更低，步驟S2和S3起到了協(xié)同作用效果。
[0014]在步驟S3中，滲透汽化膜的選擇也是經(jīng)過了大量試驗(yàn)摸索得到的，由于在進(jìn)入到滲透汽化膜裝置的待分離體系中，包括有乙二醇二甲醚、水、一些小分子雜質(zhì)，對于這樣體系進(jìn)行分離時(shí)，需要選擇最合適的滲透汽化膜以使產(chǎn)物得到較好地分離，使產(chǎn)品的純度、通量都較好。如果膜的分離因子低，會導(dǎo)致產(chǎn)品中的水分、小分子雜質(zhì)等不能完全與乙二醇二甲醚分離，如果膜材料選擇不當(dāng)，會導(dǎo)致水可以透過膜層，而小分子雜質(zhì)留在截留側(cè)，雖然水分含量下降，但是其它雜質(zhì)卻未能得到有效的分離。滲透汽化膜的選型優(yōu)選是:分子篩膜、無定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜；更優(yōu)選的是分子篩膜。
[0015]滲透汽化步驟中的操作壓力優(yōu)選是截留側(cè)的表壓為0~IMPa，滲透側(cè)的絕壓為10~lOOOOPa。更優(yōu)選地，截留側(cè)的表壓為0.1~0.8 MPa，滲透側(cè)的絕壓為100~1500Pa。主要是因?yàn)槿绻麎翰钸^小，則導(dǎo)致水不能完全透過膜層，如果壓差過大，則會造成設(shè)備投資大,運(yùn)行成本高。
[0016]滲透汽化膜元件可以由I~100個(gè)滲透汽化膜組件串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式組合而成。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了一種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的裝置，包括精餾塔、滲透汽化膜分離器，中和沉降釜連接于精餾塔的進(jìn)料口，精餾塔的塔頂出料口通過塔頂冷凝器與中間罐連接，中間罐的出口與滲透汽化膜分離器連接；滲透汽化膜分離器的截留側(cè)通過產(chǎn)品冷凝器連接于產(chǎn)品罐，滲透汽化膜分離器的滲透側(cè)通過滲透液冷凝器與滲透液罐連接，滲透液冷凝器還與真空泵連接。
[0018]作為該裝置的改進(jìn)，中間罐的出口依次通過加壓泵、預(yù)熱器、蒸發(fā)器與滲透汽化膜分離器連接。
[0019]作為該裝置的改進(jìn)，滲透液罐連接于精餾塔的進(jìn)料口 ；滲透汽化膜分離器截留側(cè)的出口管路與蒸發(fā)器的進(jìn)口管路之間通過換熱方式連接。
[0020]有益效果
與傳統(tǒng)的Williamson法乙二醇二甲醚的精制工藝相比，本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.精餾前不需初蒸，大大降低了能耗；
2.精餾塔底排出的乙二醇單甲醚返回到反應(yīng)罐作為反應(yīng)原料進(jìn)一步利用，提高了乙二醇單甲醚轉(zhuǎn)化率；
3.傳統(tǒng)工藝采用干燥劑脫水，乙二醇二甲醚損耗大，本方法采用先精餾再滲透汽化的方式，有效地克服了試劑脫水方式的缺點(diǎn)，操作簡單，回收率高；
4.本發(fā)明利用產(chǎn)品熱量對進(jìn)入蒸發(fā)器前的含水乙二醇二甲醚進(jìn)行預(yù)熱，提高了系統(tǒng)內(nèi)能量利用率，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)能耗；
5.本發(fā)明利用精餾步驟將脫除乙二醇單甲醚和部分水實(shí)現(xiàn)一步完成，同時(shí)減輕了滲透汽化工藝的步驟，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同效果；
6.本發(fā)明將滲透液返至精餾塔回收處理，基本實(shí)現(xiàn)乙二醇二甲醚無損失。
[0021]7.本發(fā)明提供的乙二醇二甲醚精制工藝，乙二醇二甲醚中的含水量小，在最優(yōu)實(shí)施例中可以降低至0.005 (w/w)。
[0022]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
[0024]其中I是中和沉降釜，2是精餾塔，3是塔頂冷凝器，4是中間罐，5是加壓泵，6是預(yù)熱器，7是蒸發(fā)器，8是滲透汽化膜分離器，9是滲透液冷凝器，10是真空泵，11是滲透液罐，12是產(chǎn)品冷凝器，13是產(chǎn)品罐。
[0025]
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下實(shí)施例采用的精制裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括精餾塔2、滲透汽化膜分離器8，中和沉降釜I連接于精餾塔2的進(jìn)料口，精餾塔2的塔頂出料口通過塔頂冷凝器3與中間罐4連接，中間罐4的出口依次通過加壓泵5、預(yù)熱器6、蒸發(fā)器7與滲透汽化膜分離器8連接；滲透汽化膜分離器8的截留側(cè)通過產(chǎn)品冷凝器12連接于產(chǎn)品罐13，滲透汽化膜分離器13的滲透側(cè)通過滲透液冷凝器9與滲透液罐11連接，滲透液冷凝器9還與真空泵10連接，滲透液罐11連接于精餾塔2的進(jìn)料口 ；滲透汽化膜分離器截留側(cè)的出口管路與蒸發(fā)器7的進(jìn)口管路之間通過換熱方式連接。[0027]實(shí)施例1
向Williamson合成法生產(chǎn)的乙二醇二甲醚母液中加鹽酸溶液至料液pH中性，待沉淀完全，抽取上清液至精餾塔2進(jìn)行分離，塔頂?shù)妮p組分由由塔頂排出經(jīng)冷凝后收集于中間罐，其中主要為乙二醇二甲醚-水的共沸物，也包括一些其它的小分子雜質(zhì)；體系中的乙二醇單甲醚和部分水由塔底排出，乙二醇單甲醚返至乙二醇二甲醚反應(yīng)釜作為原料進(jìn)一步利用。
[0028]控制流量為3000kg/h將收集于中間罐的輕組分輸送到預(yù)熱器5，通過產(chǎn)品蒸汽對該料液預(yù)熱至75°C，然后進(jìn)入蒸發(fā)器7，料液被加熱到138°C以蒸汽形式進(jìn)入到由10個(gè)NaA分子篩膜膜組件串聯(lián)構(gòu)成的滲透汽化膜分離器8進(jìn)行脫水分離，總膜面積200m2。膜的截留側(cè)表壓0.5MPa，滲透側(cè)絕壓500Pa。料液中的水透過滲透汽化膜經(jīng)滲透液冷凝器9冷凝后進(jìn)入滲透液罐11，滲透液含水量為95.05%，滲透液進(jìn)一步返至精餾塔回收處理；料液含水量通過膜分離提濃降到0.12%(w/w)，流經(jīng)預(yù)熱器5對料液預(yù)熱后再經(jīng)產(chǎn)品冷凝器12冷凝進(jìn)入產(chǎn)品罐13。乙二醇二甲醚的含量為99.5%，乙二醇單甲醚的收率較傳統(tǒng)方法提高約5~7%。
[0029]實(shí)施例2
向Williamson合成法生產(chǎn)的乙二醇二甲醚母液中加鹽酸溶液至料液pH中性，待沉淀完全，抽取上清液至精餾塔2進(jìn)行分離，塔頂?shù)妮p組分由由塔頂排出經(jīng)冷凝后收集于中間罐，其中主要為乙二醇二甲醚-水的共沸物，也包括一些其它的小分子雜質(zhì)；體系中的乙二醇單甲醚和部分水由塔底排出，乙二醇單甲醚返至乙二醇二甲醚反應(yīng)釜作為原料進(jìn)一步利用。
[0030]控制流量為3000kg/h將收集于中間罐的輕組分輸送到預(yù)熱器5，通過產(chǎn)品蒸汽對該料液預(yù)熱至40°C，然后進(jìn)入蒸發(fā)器7，料液被加熱到80°C以蒸汽形式進(jìn)入到由20個(gè)NaA分子篩膜膜組件串聯(lián)構(gòu)成的滲透汽化膜分離器8進(jìn)行脫水分離，總膜面積300m2。膜的截留側(cè)表壓0.8 MPa，滲透側(cè)絕壓100 Pa。料液中的水透過滲透汽化膜經(jīng)滲透液冷凝器9冷凝后進(jìn)入滲透液罐11，滲透液含水量為97.05%，滲透液進(jìn)一步返至精餾塔回收處理；料液含水量通過膜分離提濃降到0.08%(w/w)，流經(jīng)預(yù)熱器5對料液預(yù)熱后再經(jīng)產(chǎn)品冷凝器12冷凝進(jìn)入產(chǎn)品罐13。乙二醇二甲醚的含量為99.8%，乙二醇單甲醚的收率較傳統(tǒng)方法提高約4 ~6%。
[0031]實(shí)施例3
向Williamson合成法生產(chǎn)的乙二醇二甲醚母液中加鹽酸溶液至料液pH中性，待沉淀完全，抽取上清液至精餾塔2進(jìn)行分離，塔頂?shù)妮p組分由由塔頂排出經(jīng)冷凝后收集于中間罐，其中主要為乙二醇二甲醚-水的共沸物，也包括一些其它的小分子雜質(zhì)；體系中的乙二醇單甲醚和部分水由塔底排出，乙二醇單甲醚返至乙二醇二甲醚反應(yīng)釜作為原料進(jìn)一步利用。 [0032]控制流量為3000kg/h將收集于中間罐的輕組分輸送到預(yù)熱器5，通過產(chǎn)品蒸汽對該料液預(yù)熱至80°C，然后進(jìn)入蒸發(fā)器7，料液被加熱到138°C以蒸汽形式進(jìn)入到由60個(gè)NaA分子篩膜膜組件串聯(lián)構(gòu)成的滲透汽化膜分離器8進(jìn)行脫水分離，總膜面積200m2。膜的截留側(cè)表壓0.5MPa，滲透側(cè)絕壓lOOOPa。料液中的水透過滲透汽化膜經(jīng)滲透液冷凝器9冷凝后進(jìn)入滲透液罐11，滲透液含水量為90.63%，滲透液進(jìn)一步返至精餾塔回收處理；料液含水量通過膜分離提濃降到0.005% (w/w)，流經(jīng)預(yù)熱器5對料液預(yù)熱后再經(jīng)產(chǎn)品冷凝器12冷凝進(jìn)入產(chǎn)品罐13。乙二醇二甲醚的含量為99.9%，乙二醇單甲醚的收率較傳統(tǒng)方法提高約8 ~10%。`
【權(quán)利要求】
1.一種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，其特征在于，包括如下步驟: 51JfWilliamson合成法生產(chǎn)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； 52:將乙二醇二甲醚粗品送入精餾塔進(jìn)行分離，塔頂物料經(jīng)冷凝后得到輕組分，塔底的重組分返回至乙二醇二甲醚的合成反應(yīng)中； 53:將步驟S2所得到的輕組分加熱后，以蒸汽形式送入滲透氣化膜分離器，截留側(cè)物料經(jīng)冷凝后得到乙二醇二甲醚產(chǎn)品，滲透側(cè)物料經(jīng)冷凝后得到滲透液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，其特征在于:步驟SI中的酸為鹽酸溶液，調(diào)節(jié)pH至7~8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，其特征在于:步驟S3中，輕組分先加熱或換熱升溫至40~100°C，再在蒸發(fā)器中進(jìn)一步升溫至80~150°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，其特征在于:步驟S3中，滲透汽化膜是分子篩膜、無定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，其特征在于:步驟S3中，滲透汽化膜分離器截留側(cè)的表壓為0.1~0.8 MPa，滲透側(cè)的絕壓為100~1500Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的工藝，其特征在于:滲透汽化膜元件由I~100個(gè)滲透汽化膜組件串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式組合而成。
7.—種滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的裝置，包括精餾塔(2)、滲透汽化膜分離器(8)，其特征在于:中和沉降釜⑴連接于精餾塔⑵的進(jìn)料口，精餾塔⑵的塔頂出料口通過塔頂冷凝器(3)與中間罐(4)連接，中間罐(4)的出口與滲透汽化膜分離器(8)連接；滲透汽化膜分離器(8)的截留側(cè)通過產(chǎn)品冷凝器(12)連接于產(chǎn)品罐(13)，滲透汽化膜分離器(13)的滲透側(cè)通過滲透液冷凝器(9)與滲透液罐(11)連接，滲透液冷凝器(9)還與真空泵(10)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的裝置，其特征在于，中間罐(4)的出口依次通過加壓泵(5)、預(yù)熱器(6)、蒸發(fā)器(7)與滲透汽化膜分離器(8)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滲透汽化法精制乙二醇二甲醚的裝置，其特征在于，滲透液罐(11)連接于精餾塔(2)的進(jìn)料口 ；滲透汽化膜分離器截留側(cè)的出口管路與蒸發(fā)器(7)的進(jìn)口管路之間通過換熱方式連接。
【文檔編號】C07C43/10GK103709016SQ201310714949
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月21日
【發(fā)明者】顧學(xué)紅, 石風(fēng)強(qiáng), 余從立, 慶祖森 申請人:江蘇九天高科技股份有限公司