本發(fā)明屬于化工行業(yè)的分離純化領(lǐng)域，具體涉及一種萃取精餾分離甲苯-甲醇-水共沸物的方法及裝置。

甲醇是基本有機(jī)原料之一。主要用于制造甲醛、乙酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機(jī)產(chǎn)品；用作涂料、清漆、蟲膠、油墨、膠黏劑、染料、生物堿、醋酸纖維素、硝酸纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛等的溶劑；是重要的燃料，可摻入汽油作替代燃料使用。甲苯大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機(jī)化工的重要原料。甲苯衍生的一系列中間體，廣泛用于染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、火藥、助劑、香料等精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)，也用于合成材料工業(yè)。

近年來，研究人員開發(fā)出了一種新的對(duì)二甲苯制備工藝——甲苯甲醇烷基化技術(shù)，該技術(shù)是在高溫低壓條件下，使一分子甲苯和一分子甲醇發(fā)生反應(yīng)，擇型生成二甲苯和水，大大提高了甲苯利用率。因此在一些工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)形成甲苯-甲醇-水混合物分離的需求。

專利CN200710134532.4公開了一種精餾和共沸相結(jié)合分離乙二醇單甲醚、甲醇、水的方法，該工藝首先利用精餾裝置從塔頂蒸出甲醇，利用苯、甲苯或環(huán)己烷做為共沸劑，帶出水，從而得到乙二醇單甲醚產(chǎn)品。但工藝過程中處理量小，效率不高，同時(shí)得到的乙二醇單甲醚產(chǎn)品純度為99.8％。

專利CN201510753892.7公開了一種外循環(huán)萃取精餾與內(nèi)冷凝分層結(jié)合分離甲醇和甲苯混合液的工藝，該方法以1-3wt％Al(OH)3的水溶液為萃取劑。經(jīng)萃取精餾之后，外循環(huán)萃取精餾塔塔頂?shù)玫胶俊?9.1wt％的甲醇，塔釜得到甲苯與萃取劑的混合溶液，經(jīng)溢流管進(jìn)入內(nèi)冷凝器冷凝之后進(jìn)入分層釜內(nèi)分層，分為甲苯層和萃取劑層，其中甲苯層中甲苯含量≥99.0wt％。該工藝裝置相對(duì)復(fù)雜，且回收的甲醇和甲苯含量相對(duì)不高。

文獻(xiàn)：張錦威.甲醇—甲苯二元共沸物的分離研究[D].天津大學(xué),2012.采用鄰二甲苯作為萃取劑，用間歇精餾的方式分離甲苯-甲醇的混合物。工藝在塔頂?shù)玫?9.7％的甲醇產(chǎn)品，在塔釜得到98.9％的甲苯產(chǎn)品。工藝采用間歇過程能耗相對(duì)較高，而且產(chǎn)品純度相對(duì)較低。

本發(fā)明克服以上技術(shù)難點(diǎn)，以N-甲基吡咯烷酮為萃取劑，利用萃取精餾塔、萃取劑回收塔、分相器對(duì)甲苯-甲醇-水共沸體系進(jìn)行分離。具體為，利用N-甲基吡咯烷酮改變甲醇與甲苯-水的相對(duì)揮發(fā)度，首先從萃取精餾塔T1中蒸出高純度甲醇，萃取劑與甲苯、水從塔底采出，進(jìn)入萃取劑回收塔T2。在萃取劑回收塔T2中，利用甲苯與水的共沸，從塔頂采出甲苯和水，利用分相器對(duì)這股物流進(jìn)行分相，獲得高純度的甲苯層和水層。塔底采出高純度萃取劑，進(jìn)入萃取精餾塔T1中循環(huán)使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[要解決的技術(shù)問題]

本發(fā)明的目的是提供一種利用雙塔萃取精餾分離甲苯-甲醇-水復(fù)雜共沸體系的分離裝置。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是使用所述裝置分離甲苯-甲醇-水共沸物系的方法。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述方法在三組分共沸物系中含有非均相共沸物系分離案例中的應(yīng)用。

[技術(shù)方案]

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種萃取精餾分離甲苯-甲醇-水共沸物的方法，其特征在于用于分離甲苯-甲醇-水共沸體系的裝置主要包含以下部分：

萃取精餾塔(T1)、萃取劑回收塔(T2)、分相器(F1)、冷凝器(C1)、冷凝器(C2)、回流罐(D1)、回流罐(D2)、再沸器(R1)、再沸器(R2)；其中再沸器(R1)和再沸器(R2)分別連接在萃取精餾塔(T1)和萃取劑回收塔(T2)塔底，冷凝器(C1)和回流罐(D1)依次連接在(T1)塔頂，冷凝器(C2)和回流罐(D2)依次連接在萃取劑回收塔(T2)塔頂；

采用萃取精餾分離甲苯-甲醇-水共沸物系的方法分離過程主要包括以下步驟：

(1)甲苯-甲醇-水混合物進(jìn)入萃取精餾塔(T1)的中部，萃取劑進(jìn)入萃取精餾塔(T1)的上部，萃取精餾塔(T1)塔頂蒸汽經(jīng)過冷凝器(C1)冷凝、回流罐(D1)收集后，一部分物流輸送到萃取精餾塔(T1)頂部回流，另一部分物流作為高純度甲醇產(chǎn)品采出；

(2)萃取精餾塔(T1)塔底一部分物流進(jìn)入再沸器(R1)，經(jīng)再沸器(R1)加熱后回到萃取精餾塔(T1)，萃取精餾塔(T1)塔底另一部分物流輸送至萃取劑回收塔(T2)內(nèi)進(jìn)行萃取劑與甲苯-水的分離；

(3)萃取劑回收塔(T2)塔頂蒸汽經(jīng)過冷凝器(C2)冷凝、回流罐(D2)收集后，一部分物流輸送到萃取劑回收塔(T2)頂部進(jìn)行回流，另一部分物流進(jìn)入分相器(F1)中，在分相器(F1)內(nèi)分為高純度的甲苯層和水層分別采出；

(4)萃取劑回收塔(T2)塔底一部分物流進(jìn)入再沸器(R2)，經(jīng)再沸器(R2)加熱后回到萃取劑回收塔(T2)，萃取劑回收塔(T2)塔底另一部分物流則為高純度萃取劑，輸送至萃取精餾塔(T1)內(nèi)循環(huán)使用。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于：采用的萃取劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于：所述萃取精餾塔(T1)操作壓力為1atm，理論塔板數(shù)為31～36塊板，甲苯-甲醇-水混合物進(jìn)料位置為23～26塊板，萃取劑進(jìn)料位置為3～5塊板，回流比為1～2，塔頂溫度為55～75℃，塔底溫度為120～140℃。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于：所述萃取劑回收塔(T2)操作壓力為1atm，萃取劑回收塔T2理論塔板數(shù)為31～36塊板，進(jìn)料位置為24～27塊板，回流比為2.0～2.5，塔頂溫度為50～70℃，塔底溫度為210～220℃。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于所述萃取劑與甲苯-甲醇-水混合物流量之比為0.8:1～1:1。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于分離的甲苯-甲醇-水混合物可以為任意比例混合。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于：分離后甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為99.90～99.99％，甲醇的回收率為99.90～99.99％，甲苯的摩爾分?jǐn)?shù)為99.90～99.99％，甲苯的回收率為99.90～99.99％，水的純度為99.90～99.99％，水的回收率為99.90～99.99％。

本發(fā)明中萃取精餾分離甲苯-甲醇-水共沸物的方法具體描述如下：

常溫下，甲苯-甲醇-水混合液經(jīng)管道1進(jìn)入萃取精餾塔中部，NMP作為萃取劑通過管道2進(jìn)入萃取精餾塔上部，在萃取精餾塔內(nèi)，三種組分與萃取劑充分接觸混合。由于NMP可以改變甲醇與甲苯-水的相對(duì)揮發(fā)度，因此在萃取精餾塔頂部采出高純度甲醇。甲醇蒸汽在萃取精餾塔塔頂被冷凝器C1冷凝成甲醇液體后，儲(chǔ)存在塔頂?shù)幕亓鞴?D1)中。回流罐中的甲醇一部分作為產(chǎn)品從管道4采出，一部分作為回流從管道3返回到萃取精餾塔內(nèi)。NMP與甲苯-水混合物進(jìn)入萃取精餾塔塔底，一部分通過管道6進(jìn)入再沸器R1進(jìn)行換熱后重新回到塔底，一部分通過管道5進(jìn)入萃取劑回收塔。

NMP與甲苯-水混合物從萃取劑回收塔T2中部引入，由于甲苯與水形成共沸，因此在萃取劑回收塔塔頂?shù)玫郊妆脚c水的共沸物。經(jīng)過冷凝器(C2)冷凝與回流罐(D2)收集后，一部分甲苯-水溶液由管路7回流到萃取劑回收塔(T2)內(nèi)，一部分由管路8通入到分相器F1內(nèi)。在分相器F1內(nèi)，甲苯與水分相，形成高純度甲苯層和高純度水層，分別采出。NMP進(jìn)入萃取劑回收塔底部，一部分由管道10進(jìn)入再沸器(R2)完成換熱后回到萃取劑回收塔，一部分由管道9經(jīng)泵進(jìn)入管道2通入到萃取精餾塔(T1)內(nèi)循環(huán)使用。

[有益效果]

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，主要有以下有益效果：

(1)成功分離甲苯-甲醇-水三元共沸物系，分別得到三種高純度產(chǎn)品，摩爾純度均可達(dá)到99.9％以上。

(2)本發(fā)明提出的N-甲基吡咯烷酮可以有效地分離甲苯-甲醇-水三元共沸體系，該萃取劑揮發(fā)度低、熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)，易于回收利用，回收純度和回收利用率均大于99.9％。

(3)與傳統(tǒng)分離三元共沸物的三塔精餾工藝相比，本發(fā)明只需要兩塔和分相器便可完成分離工作，工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資費(fèi)用低。

(4)與傳統(tǒng)萃取精餾工藝相比，本發(fā)明的操作成本低，工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。

【附圖說明】

附圖為本發(fā)明的萃取精餾分離甲苯和正丁醇混合物的工藝流程圖。

圖中，T1萃取精餾塔；T2萃取劑回收塔；C1，C2冷凝器；D1，D2回流罐；R1，R2再沸器；F1分相器；數(shù)字表示各物流管道。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于實(shí)施例。

實(shí)施例1：

進(jìn)料溫度為20℃，流量為100kmol/h，壓力為1atm，進(jìn)料中含甲醇37％，甲苯49％，水14％。萃取精餾塔理論板數(shù)為31，塔內(nèi)徑為0.96m，操作壓力為1atm，回流比為2，塔頂溫度為64.5℃，塔底溫度為130.0℃，甲苯甲醇水混合物進(jìn)料板數(shù)為23，萃取劑NMP的流量為80kmol/h(溶劑比為0.8：1)，萃取劑進(jìn)料板數(shù)為4；萃取劑回收塔理論板數(shù)為35，塔內(nèi)徑為1.19m，進(jìn)料板數(shù)為24，萃取劑回收塔操作壓力為1atm，回流比為2.5，塔頂溫度為63.7℃，塔底溫度為213.8℃。分離后甲苯的純度為99.9％，甲苯的回收率為99.9％，甲醇的純度為99.9％，甲醇的回收率為99.9％。水的純度為99.9％，水的回收率為99.9％，

實(shí)施例2：

進(jìn)料溫度為20℃，流量為100kmol/h，壓力為1atm，進(jìn)料中含甲醇45％，甲苯45％，水10％。萃取精餾塔理論板數(shù)為33，塔內(nèi)徑為0.96m，操作壓力為1atm，回流比為2，塔頂溫度為64.5℃，塔底溫度為132.3℃，甲苯甲醇水混合物進(jìn)料板數(shù)為24，萃取劑NMP的流量為80kmol/h(溶劑比為0.8：1)，萃取劑進(jìn)料板數(shù)為5；萃取劑回收塔理論板數(shù)為35，塔內(nèi)徑為1.20m，進(jìn)料板數(shù)為25，萃取劑回收塔操作壓力為1atm，回流比為2.5，塔頂溫度為60.3℃，塔底溫度為213.4℃。分離后甲苯的純度為99.9％，甲苯的回收率為99.9％，甲醇的純度為99.9％，甲醇的回收率為99.9％。水的純度為99.9％，水的回收率為99.9％，

實(shí)施例3：

進(jìn)料溫度為20℃，流量為100kmol/h，壓力為1atm，進(jìn)料中含甲醇50％，甲苯40％，水10％。萃取精餾塔理論板數(shù)為36，塔內(nèi)徑為0.99m，操作壓力為1atm，回流比為2，塔頂溫度為64.5℃，塔底溫度為133.3℃，甲苯甲醇水混合物進(jìn)料板數(shù)為26，萃取劑NMP的流量為80kmol/h(溶劑比為0.8：1)，萃取劑進(jìn)料板數(shù)為5；萃取劑回收塔理論板數(shù)為36，塔內(nèi)徑為1.16m，進(jìn)料板數(shù)為27，萃取劑回收塔操作壓力為1atm，回流比為2.5，塔頂溫度為61.0℃，塔底溫度為213.4℃。分離后甲苯的純度為99.9％，甲苯的回收率為99.9％，甲醇的純度為99.9％，甲醇的回收率為99.9％，水的純度為99.9％，水的回收率為99.9％。