[发明专利]一种精馏-蒸汽渗透耦合的有机溶剂脱水方法及装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种有机溶剂脱水的方法及装置，尤其涉及一种将精馏和蒸汽渗透工艺耦合的有机溶剂脱水方法及所用的装置，属于分离技术领域。

 

背景技术

随着工业快速发展，各种有机溶剂得到广泛使用，包括醇类、酯类、酮类、醚类、芳香族化合物等化学溶剂应用于能源、医药、生物等领域，在国民经济中发挥着重要作用。

有机溶剂脱水是有机溶剂生产和使用过程中一个重要环节。传统分离采用方法主要有一般化学方法、吸附法、精馏法。大多数有机溶剂和水形成共沸物或近沸物，采用普通精馏技术难以将水脱除。传统恒沸精馏、萃取精馏技术，需要增加第三组分，不仅能耗高、工艺复杂、而且大量使用了有毒，有害的有机溶剂，给环境带来了很大压力。对于一般化学方法、吸附法，规模化生产过程中会产生大量废液、废渣，也不符合我国节能减排的基本政策。

渗透汽化(蒸汽渗透)膜用于共沸/近沸有机溶剂脱水具有明显的节能与经济优势，已受到广泛应用。对高含水量的有机溶剂脱水，中国专利CN102260140A(精馏渗透汽化法生产无水乙醇的新工艺)将乙醇溶液通过精馏得到95%乙醇，然后将其加热到88℃～91℃进入渗透汽化膜组件进行分离，该方法不添加第三组分得到无水乙醇，但需要对精馏塔顶馏出物进行冷凝，再加热后进行渗透汽化脱水，两种过程单独操作而没有实现能量耦合，资源利用率与脱水效率较低。

 

发明内容

对低浓度有机溶剂提浓，先采用精馏塔将有机溶剂提浓至共沸、近沸点，然后采用渗透汽化或蒸汽渗透进行进一步脱水具有较高的经济性与较低的能耗。与液相进料的渗透汽化过程相比，以蒸汽形式进料的蒸汽渗透过程具有更高的分离效率与稳定性，但蒸汽渗透过程单独操作需要对原料进行汽化，增大了过程能耗。本发明的目的在于：针对高含水量有机溶剂脱水，采用精馏与蒸汽渗透耦合工艺，将精馏塔得到的馏出物直接以蒸汽形式进入蒸汽渗透装置脱水，一方面提高了膜分离效率与稳定性，另一方面省略了馏出物的冷凝与再次蒸发进入蒸汽渗透装置的过程，实现了热量的集成利用。具体的工艺是：

一种精馏-蒸汽渗透耦合的有机溶剂脱水方法，包括如下步骤：将含水的有机溶剂送入精馏塔进行精馏，部分或全部的塔顶蒸汽不经冷凝直接由蒸汽渗透装置进行分离，渗透侧经冷凝后得到水，截留侧经冷凝后得到有机溶剂。

采用上述工艺时，将含水量较高的有机溶剂原料由泵输送至精馏塔，经精馏塔将原料进行初步的分离。相比于原料，塔顶蒸汽中的有机溶剂的含量得到了提高，而塔底产物中水的含量也相应地提高。传统的方法是将塔顶的蒸汽进行全部冷凝，其中一部分从塔顶回流进精馏塔，而另一部分冷凝液再进行加热、蒸发后由蒸汽渗透装置再进一步地分离，不足之处在于：需要将塔顶的蒸汽全部冷凝后再加热使其蒸发，这会导致较大的能量消耗。本工艺中，至少有部分的塔顶蒸汽不需要经过冷凝，直接进行蒸汽渗透装置，从而不仅减少了设备的投资，也避免了先冷凝再加热蒸发的工序，降低了能耗，经过冷凝的那一部分冷凝液可以回流进精馏塔也可以用传统的加热方式送入蒸汽渗透装置进行分离；进行部分冷凝时，冷凝量不需具体限定，只要有一部分蒸汽直接进入蒸汽渗透装置即可实现节约能耗的目的。另外，也可以将塔顶的全部蒸汽不经冷凝直接送入渗透汽化装置，此时精馏塔起的作用相当于是将含水的有机溶剂进行初步的蒸馏分离，再通过渗透汽化装置进一步地分离，也可以实现本技术方案。水分子优先透过膜，富集于膜的渗透侧被脱除，而有机分子被截留在膜的原料侧，在蒸汽渗透装置出口得到高纯有机溶剂，作为产品采出。膜渗透侧主要组成为水，其中可能含有少量有机溶剂。

作为本发明的一种改进方式，塔顶的蒸汽可以先通过一个分凝器，将其部分冷凝，其中的冷凝液返回至精馏塔，构成精馏段，把上升蒸汽中易挥发组分进一步提浓。未经分凝器冷凝的蒸汽直接进入蒸汽渗透装置，进行进一步地分离。

作为本发明的一种改进方式，塔顶的蒸汽全部通过蒸汽渗透装置进行分离，再将截留侧冷凝得到的有机溶剂从精馏塔塔顶回流。采用这样的实施方式，不仅可以保证有一部分塔底的蒸汽可以不经冷凝直接进行渗透汽化装置，同时也具有一部分原料从塔顶进行回流，形成精馏段。

作为本发明的一种改进方式，蒸汽渗透装置截留侧的出口处的有机溶剂进行冷凝前，先与精馏塔的进料进行换热。可以将截留侧的有机溶剂蒸汽的余热充分利用，再进行冷凝后得到有机溶剂产品。