[发明专利]高纯乙腈及其制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及高纯化学试剂领域，具体来讲，涉及利用吸附剂、氧化剂以及精馏纯化工艺将工业级乙腈制备成能用于质谱分析的高纯乙腈的方法及其装置。

背景技术

乙腈分子式为CH₃CN，其相对分子质量为41.05，常温常压下为无色透明液体。熔点为-45.7℃，沸点为81.1℃，相对密度为0.79，相对蒸汽密度为1.42，闪点为2℃，引燃温度为524℃，易燃。乙腈极易挥发，可与水混溶，溶于醇等多数有机溶剂，是具有很高绝缘系数的极性溶剂。有优良的溶剂性能，能溶解多种有机、无机和气体物质。能发生典型的腈类反应，并被用于制备许多含氮化合物，是一个重要的有机中间体。

乙腈最主要的用途之一是用作溶剂，如用作抽提丁二烯的溶剂、合成纤维的溶剂以及某些特殊涂料的溶剂。在石油工业中用作从石油烃中除去焦油、酚等物质的溶剂。在油脂工业中用作从动植物油中抽提脂肪酸的溶剂，在医药领域用作甾族类药物的再结晶的反应介质。乙腈是医药(维生素B1)、香料的中间体，是制造均三嗪氮肥增效剂的原料，也用作酒精的变性剂。此外，乙腈还可以用于合成乙胺、乙酸等，并在织物染色、照明工业中有许多用途。

高纯质谱级有机溶剂常应用于液相色谱-质谱联用分析(LC-MS)，质谱分析对所使用的有机溶剂和流动相的纯度要求非常高，即便是痕量金属离子、化学杂质(ppb级)仍会影响检测结果。因此，在质谱检测中需要使用纯度高、稳定性和溶解性好的溶剂。

在美、德等发达国家，高纯乙腈的使用除了一般科研外，在医药和生物领域的应用也占有较大的比例。随着石油化工、环境保护、食品安全、农业科学、生物、医药等行业的快速发展，对高纯乙腈的需求量日益加大。然而在我国，高纯乙腈目前未能得到充分开发，质谱级乙腈生产厂家很少，生产技术相对落后。乙腈的纯化技术存在产品纯度低、装置设计不合理、能耗高、污染较大、经济效益差等问题。

例如，李季等(利用工业级乙腈制备色谱级乙腈，大连理工大学网络学刊，2009)提出了一套制备色谱级乙腈的纯化工艺。用臭氧作为氧化剂，比较了不同的臭氧浓度对氧化过程的影响，然后研究了吸附过程，采用分子筛、活性炭和氧化铝的组合吸附塔，制备出色谱级乙腈。

宋金链等(科研用高纯有机溶剂乙腈的提纯方法，中国发明专利，CN101570497B)发明了一种多种工艺联用制备高纯乙腈的方法，原料经过固体强碱除去不饱和腈，沸石和吸附树脂除去高波段紫外吸收的杂质，3A分子筛干燥除水，然后经精馏、过滤和封装得到色谱级和梯度洗脱级乙腈。

Himes等(Method of purification of acetonitrile，US Patent，5426208)提出用氧化-吸附的方法制备高纯度乙腈，其中恶唑的含量在25μg/L，其他主要杂质的含量在0.2μg/L之下；处理过程如下：第一步先要保证原料的水含量是在500～5μg/L之间，然后用臭氧氧化处理原料，影响乙腈纯度的杂质被氧化，再把经臭氧处理过的料液打入填料吸收塔中(填料可以是分子筛、活性氧化铝、木炭和石墨碳)，吸收被氧化的物质、水和未反应的臭氧，最后得到产品乙腈。

Godbole等(Purification and recovery of acetonitrile，US Patent，6326508B1)采用蒸馏-离子交换树脂的方法得到了色谱级乙腈，首先将粗乙腈从第一个精馏塔的上部进料，控制压力大于一个大气压，经过充分的蒸馏，杂质丙烯腈和氢化氰从塔顶排出，塔底产品是水和乙腈-水的共沸物，然后再采用双塔串联精馏尽可能降低水的含量，最后通过装有酸性离子交换树脂的塔，得到色谱级乙腈。

Lars Carlsen等(Purification of acetonitrile，Analytical Chemistry，1979，51(9)：1593-1595)将氧化-蒸馏-吸附三种工艺联合使用获得了高纯乙腈，首先在工业级乙腈中加入辛醇纳盐-正辛醇溶液作氧化剂，然后加热回流除去黄棕色的残余液；第二步是往第一步获得的溶液中加入浓硫酸后在一个绝热塔里蒸馏，除去含有苯的前馏分；经蒸馏后的料液通入到装填活性氧化铝的吸附塔，制备的产物放入干净的、通有氩气的干燥容器中储存。

现有技术中公开的上述制备质谱级乙腈的方法均存在乙腈溶剂杂质含量高、纯度不能满足质谱检测、制备工艺复杂、成本高、污染严重等诸多问题。

发明内容