一种用于分离异丙醇-二异丙醚-水混合物的精馏工艺

技术领域

本发明涉及精细化工技术领域，具体涉及一种用于分离异丙醇-二异丙醚-水混合物的精馏工艺。

背景技术

异丙醇的生产以丙烯和水为原料，采用酸性或阳离子交换树脂催化剂，经水合生成异丙醇。生产异丙醇的过程中，得到了大量含有二异丙醚的副产物。常压下异丙醇、二异丙醚和水形成三元共沸物，共沸温度为61.8℃，共沸组成为异丙醇4.0％(wt％)、二异丙醚91.0％和水5.0％，且二组分间也形成最低共沸物，用常规精馏方法得不到高纯度产品。

精馏分离技术成熟、容易工业化，但缺点是耗能很大。传统的精馏分离，输入能耗占工业总能耗的40％以上，这在能源日益紧缺的21世纪是不可忽视的，在传统的精馏塔中，引入精馏塔再沸器的能量通过冷凝器排出，大部分能量损失在诸如塔的压降以及通过换热器的温差上，只有部分能量用来减少产品的熵。与其将塔排出的全部热量排入大气，还不如提高能量的等级来加以利用，以减少或消除再沸蒸汽的使用量，从而起到节能的效果。

美国专利US06069284公开了一种从二异丙醚、异丙醇和水的混合物中分离二异丙醚的方法，该方法首先在蒸馏塔中将混合物蒸馏成含有水和异丙醇的塔底料流和含有二异丙醚、异丙醇和水的共沸物的塔顶料流，塔顶物流被冷凝并允许在塔顶接收器中形成富含异丙醇和水的水相和富含二异丙醚与一些水和异丙醇的有机相，水相再循环至蒸馏塔，将有机相通入干燥器以形成含有至少摩尔百分比99％二异丙醚的底部产物流和含有二异丙醚、异丙醇和水的共沸物的干燥塔顶流，将较干燥的塔顶流冷凝并引入前述的塔顶接收器以与来自蒸馏塔的冷凝的塔顶流合并并形成上述水相和有机相，收集来自干燥器底部的二异丙醚产物，但是该方法仅仅能够处理水含量在20％左右二异丙醚、异丙醇和水的混合物，并且工艺复杂，能耗高，所得产物的纯度仅仅能够达到95％。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于分离异丙醇-二异丙醚-水混合物的精馏工艺，该精馏工艺使用带有预浓缩塔的三塔工艺与热集成技术相结合，与常规萃取精馏工艺设计相比，提高了产物纯度，减少了能源消耗、环境排放，并且提高了热力学效率。

为解决上述问题，本发明提供一种用于分离异丙醇-二异丙醚-水混合物的精馏工艺，该工艺方中包括一个三塔模式，塔T1为本领域常规的简单预浓缩塔，塔T2为反应萃取精馏塔，塔T3为普通精馏塔，具体的精馏工艺步骤为：

(1)将含有异丙醇-二异丙醚-水混合物与塔T1、塔T3的塔底采出物料进行热交换后从塔T1的中部进入塔T1，预浓缩，塔顶采出二异丙醚、异丙醇和水，进入塔T2，塔底采出高纯度水；

(2)将环氧乙烷从塔T2的中部进入塔T2，与塔T1、塔T3来的组分在塔T2中反应分离，塔底采出高纯度二异丙醚，塔底采出异丙醇、乙二醇、微量水和环氧乙烷，进入塔T3；

(3)从塔T2来的组分在塔T3得到分离，塔顶分离出高纯度的异丙醇，塔底采出高纯度乙二醇，其中部分高纯度乙二醇冷却后，进入塔T2循环，剩余部分高纯度乙二醇采出后，循环利用。

优选的，所述塔T1的操作压力101kPa，塔顶温度60-63℃，塔底温度102-106℃，理论塔板数14-20块塔板，回流比为0.7-0.8，异丙醇-二异丙醚-水的混合物进料位置为第10-13块塔板。

优选的，所述塔T2的操作压力101kPa，塔顶温度66-70℃，塔底温度115-125℃，理论塔板数25-37块塔板，回流比为1.3-1.7，塔T1来的组分的进料位置为第5-7块塔板，塔T3来的组分的进料位置为第2-4块塔板，环氧乙烷的进料位置为第12-14块塔板。

优选的，所述塔T3的操作压力101kPa，塔顶温度80-83℃，塔底温度200-205℃，理论塔板数21-27块塔板，回流比为2.2-2.8，塔T2来的组分的进料位置为第11-15块塔板。

优选的，所述异丙醇-二异丙醚-水混合物中异丙醇、二异丙醚和水的流量比为1：2-4：5-7。

优选的，所述环氧乙烷与异丙醇-二异丙醚-水混合物的流量之比为100：5-7。

优选的，所述高纯度二异丙醚的纯度为99.95-99.98％，高纯度异丙醇的纯度为99.69-99.71％，高纯度水的纯度为99.97-99.99％，高纯度乙二醇的纯度99.97-99.99％。

优选的，所述进入塔T2循环的高纯度乙二醇和采出的高纯度乙二醇流量之比为4：0.6-1。

与现有技术相比，本发明具备有益效果如下：

(1)本发明首先采用预浓缩塔降低异丙醇-二异丙醚-水混合物中水的含量，再通过环氧乙烷和剩余的水反应生成乙二醇萃取剂，利用乙二醇对异丙醇-二异丙醚的不同分子作用力的特点，实现三元共沸混合物的分离提纯，其操作合理，实用性强，极具行业推广性。

(2)本发明中，所涉及到的反应萃取精馏工艺采取的是常压下精馏，与传统变压精馏相比，能耗费用大大降低；其次，本发明中还采用了热集成技术进行辅助，大大减少了再沸蒸汽的使用量，进一步降低了能耗。

(3)本发明所涉及到的反应萃取精馏工艺，对比于传统连续精馏过程，具有较少数量的精馏塔，并且合理的控制进入反应萃取精馏塔，即塔T2循环的高纯度乙二醇和采出的高纯度乙二醇的比例，可以有效的减小分离难度，得到的产品纯度高。

(4)本发明所涉及到的预浓缩塔，即塔T1可以处理水含量在50％以上的二异丙醚、异丙醇和水的混合物，并且通过合理的回流比将水含量降低到10％以下，大大减少了环氧丙烷的使用量，节约资源。

附图说明

图1为本发明一种用于分离异丙醇-二异丙醚-水混合物的精馏工艺流程图。

图中标记：1、预浓缩塔，即塔T1；2、反应萃取精馏塔，即塔T2；3、普通精馏塔，即塔T3；4、第一再沸器；5、第二再沸器；6、第三再沸器；7、第一冷凝器；8、第二冷凝器；9、第三冷凝器；10、第四冷凝器；11、第一热交换器；12、第二热交换器；101、102、103、104、105、106、107、108、109、110均为物流管路。

结合图1，本发明提供的一种用于分离异丙醇-二异丙醚-水混合物的精馏工艺，工作原理为：异丙醇-二异丙醚-水混合物经物流管路101与物流管路102、108的物料在第一热交换器11、第二热交换器12进行热交换后从塔T1的中部进入塔T1，预浓缩，塔T1的塔顶物料经第一冷凝器7后采出二异丙醚、异丙醇和水，经物流管路103进入塔T2，塔T1的塔底物料经第一再沸器4后采出高纯度水，经物流管路102通过第一热交换器11，环氧乙烷经物流管路104从塔T2的中部进入塔T2，与物流管路103的物料在塔T2中反应分离，塔T2的塔顶物料经第二冷凝器8后，经物流管路105采出高纯度二异丙醚，塔T2的塔底物料经第二再沸器5后采出异丙醇、乙二醇、微量水和环氧乙烷，经物流管路106进入塔T3，塔T3的塔顶物料经第三冷凝器9后，经物流管路107采出高纯度的异丙醇，塔T3的塔底物料经第三再沸器6后采出高纯度乙二醇，经物流管路108通过第二热交换器11，之后其中部分高纯度乙二醇经第四冷凝器10冷却后，经物流管路109进入塔T2循环，剩余部分高纯度乙二醇经物流管路110采出后，循环利用。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。

实施例1

进料流量为100kg/h，热交换后进料温度为78.5℃，进料中含异丙醇10％，二异丙醚30％，水60％，塔T1操作压力101kPa，塔顶温度62.3℃，塔底温度104.4℃，理论塔板数17块塔板，回流比为0.75，异丙醇-二异丙醚-水的混合物进料位置第12块塔板，塔T2操作压力101kPa，塔顶温度68.1℃，塔底温度120.5℃，理论塔板数31块塔板，回流比为1.5，塔T1来的组分的进料位置为第6块塔板，塔T3来的组分的进料位置为第3块塔板，环氧乙烷的进料位置为第13块塔板，环氧乙烷的流量为6kg/h，塔T3操作压力101kPa，塔顶温度82.1℃，塔底温度为202.3℃，理论塔板数24块塔板，回流比为2.5，塔T2来的组分的进料位置为第13块塔板，进入塔T2循环的高纯度乙二醇和采出的高纯度乙二醇流量之比为4：0.8，分离后二异丙醚的纯度为99.96％，回收率为99.9％，异丙醇的纯度为99.71％，回收率为99.9％，水的纯度为99.98％，回收率为96％。

表1

实施例2

进料流量为100kg/h，热交换后进料温度为79.3℃，进料中含异丙醇10％，二异丙醚20％，水70％，塔T1操作压力101kPa，塔顶温度62.8℃，塔底温度105.6℃，理论塔板数20块塔板，回流比为0.78，异丙醇-二异丙醚-水的混合物进料位置第10块塔板，塔T2操作压力101kPa，塔顶温度66.2℃，塔底温度116.3℃，理论塔板数26块塔板，回流比为1.3，塔T1来的组分的进料位置为第7块塔板，塔T3来的组分的进料位置为第4块塔板，环氧乙烷的进料位置为第14块塔板，环氧乙烷的流量为7kg/h，塔T3操作压力101kPa，塔顶温度82.5℃，塔底温度204.3℃，理论塔板数26块塔板，回流比为2.7，塔T2来的组分的进料位置为第11块塔板，进入塔T2循环的高纯度乙二醇和采出的高纯度乙二醇流量之比为4：0.9，分离后二异丙醚的纯度为99.98％，回收率为99.9％，异丙醇的纯度为99.7％，回收率为99.9％，水的纯度为99.97％，回收率为95％。

表2

实施例3

进料流量为100kg/h，热交换后进料温度为78.3℃，进料中含异丙醇10％，二异丙醚40％，水50％，塔T1操作压力101kPa，塔顶温度60.2℃，塔底温度102.5℃，理论塔板数15块塔板，回流比为0.7，异丙醇-二异丙醚-水的混合物进料位置第13块塔板，塔T2操作压力101kPa，塔顶温度69.1℃，塔底温度124.3℃，理论塔板数36块塔板，回流比为1.7，塔T1来的组分的进料位置为第5块塔板，塔T3来的组分的进料位置为第2块塔板，环氧乙烷的进料位置为第12块塔板，环氧乙烷的流量为5kg/h，塔T3操作压力101kPa，塔顶温度80.3℃，塔底温度201.8℃，理论塔板数22块塔板，回流比为2.3，塔T2来的组分的进料位置为第12块塔板，进入塔T2循环的高纯度乙二醇和采出的高纯度乙二醇流量之比为4：0.6，分离后二异丙醚的纯度为99.95％，回收率为99.9％，异丙醇的纯度为99.69％，回收率为99.9％，水的纯度为99.99％，回收率为96％。

表3

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。