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CN111825529B - 一种乙二醇的分离方法 - Google Patents

一种乙二醇的分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种乙二醇的分离方法。该分离方法包括如下步骤：将草酸二甲酯加氢单元得到含有氢气、水、甲醇和乙二醇的气体物料分步降温冷凝，得到粗乙二醇液体物料和粗甲醇液体物料，粗乙二醇液体物料和粗甲醇液体物料中的至少一种物料在送入分离单元之前部分气化；所述部分气化的热源优选为草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料。本发明的方法节约了反应气体冷凝及精馏分离塔的能耗。

Description

一种乙二醇的分离方法
技术领域
本发明属于乙二醇分离技术领域，具体涉及一种乙二醇的分离方法。
背景技术
乙二醇(EG)被用于生产聚酯树脂、防冻液等产品，其中95％左右被用于生产聚酯纤维产品。乙二醇的制备方法可以分为“石油路线法”和“非石油路线法”，通过煤合成气制备乙二醇的非石油路线技术具有废弃物排量少、能耗低、成本低等优点，对于我国煤资源相对丰富、但是少油、缺气的能源状况而言是比较好的选择，因此近年来煤制乙二醇技术在我国得到长足的发展。
煤基合成气制乙二醇(简称煤制乙二醇)，目前通用的工艺包括合成步骤和后处理步骤，其合成步骤是从合成气(例如煤气化制备纯净的H2和CO气体、即合成气)出发先制备亚硝酸甲酯，然后由CO气相催化偶联合成草酸二甲酯，再经草酸二甲酯加氢制备得到乙二醇，其反应过程如下述反应方程式所示：
2NO+1/2O2+2CH3OH＝2CH3ONO(MN)+H2O
2CH3ONO+2CO＝CH3OOCCOOCH3(DMO)+2NO
CH3OOCCOOCH3+4H2＝(CH2OH)2(EG)+2CH3OH；
其后处理步骤包括亚硝酸甲酯(MN)的再生和乙二醇(EG)的精制等步骤。
可是，由于煤制乙二醇工艺的反应复杂，过多的副反应导致乙二醇产品中杂质太多，且组分复杂，难以分离，分离能耗较高。降低煤制乙二醇装置的能耗，提高工艺的经济技术竞争力，是煤制乙二醇工艺发展的必由之路。
发明内容
本发明提供一种乙二醇的分离方法，包括如下步骤：将草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料分步降温冷凝，得到粗乙二醇液体物料和粗甲醇液体物料，所述粗乙二醇液体物料和粗甲醇液体物料中的至少一种物料在送入分离单元之前部分气化；
所述气体物料含有氢气、水、甲醇和乙二醇。
根据本发明的实施方案，所述部分气化的热源可以选自蒸汽、分离单元中分离塔塔顶气体物料、草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料中的至少一种。示例性为草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料。
根据本发明的实施方案，所述粗甲醇液体物料和/或粗乙二醇液体物料在送入分离单元之前与蒸汽、分离单元中分离塔塔顶气体物料、草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料中的至少一种热源换热增温，使物料部分气化。
优选地，所述粗甲醇液体物料和/或粗乙二醇液体物料与热源的温度差为50-200℃，例如100-180℃，示例性为100℃，120℃，140℃，150℃，160℃，180℃，200℃。
优选地，换热增温后的粗甲醇液体物料和/或粗乙二醇液体物料的温度较换热增温前的温度差为30-160℃，例如50-150℃，示例性为80℃，90℃，100℃，110℃，120℃，130℃，140℃，150℃，160℃。
更优选地，换热增温后的粗甲醇液体物料和/或粗乙二醇液体物料的温度为70-170℃，例如120-160℃，示例性为120℃，130℃，140℃，145℃，150℃，155℃，160℃。
优选地，所述分离塔塔顶气体物流为增压后的塔顶气体物流。进一步地，所述增压可以通过压缩机实现。
优选地，所述草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料的温度为180-210℃，例如185-205℃，示例性为180℃，185℃，190℃，195℃，200℃，205℃，210℃。
优选地，所述草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料的压力为2.5-3.0MPa，例如2.6-2.9MPa，示例性为2.5MPa，2.6MPa，2.7MPa，2.8MPa，2.9MPa，3.0MPa。
根据本发明的实施方案，所述草酸二甲酯加氢单元为煤基合成气制乙二醇中的反应单元。
根据本发明的实施方案，所述草酸二甲酯加氢的过程包括：草酸二甲酯(DMO)在180-225℃、2.5-3.0MPa下催化加氢反应，得到含有乙二醇的反应产物。其中，所述反应产物还含有未反应的原料氢气和副产物。例如，所述副产物含有丁二醇(BDO)、乙醇、丙二醇(PG)、乙醇酸甲酯(MG)、水等中的至少一种。进一步地，所述反应产物中还可以含有呈惰性的气体，比如氮气和/或甲烷。示例性地，以质量百分比计，所述反应产物包括：氮气和/或甲烷5-25wt％，氢气30-60wt％，甲醇15-30wt％，乙二醇15-20wt％，丙二醇0.1-2wt％，丁二醇0.05-2.0wt％，乙醇酸甲酯0.1-5wt％，乙醇0.1-0.6wt％。
根据本发明的实施方案，所述分步降温冷凝至少经过两级冷凝。例如，第一级冷凝温度为110-150℃，示例性为110℃，120℃，130℃，140℃，150℃。例如，第二级冷凝的温度为20-50℃，示例性为20℃，30℃，40℃，50℃。
根据本发明的实施方案，所述粗乙二醇液体物料为所述草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料经过第一级冷凝后得到的液相物。例如，以质量百分比计，所述粗乙二醇液体物料中含有乙二醇72-85wt％，甲醇1-10wt％，乙醇酸甲酯0.1-10wt％，丙二醇0.1-4wt％，丁二醇0.1-5wt％。优选地，第一级冷凝后还得到第一次冷凝后气相物流。
根据本发明的实施方案，所述粗甲醇液体物料为所述第一级冷凝后气相物流经过第二级冷凝后得到的液相物。例如，以质量百分比计，所述粗甲醇液体物料中含有甲醇50-70wt％，乙二醇10-25wt％，乙醇酸甲酯0.3-15wt％，丙二醇0.1-2wt％，丁二醇0.05-2wt％。优选地，所述第二级冷凝后还得到第二级冷凝后气相物流。例如，第二级冷凝后气相物流为含氮气等呈惰性的气体的氢气，经进一步处理后返回所述草酸二甲酯加氢单元再利用。
根据本发明的实施方案，所述粗甲醇液体物料和粗乙醇液体物料中的至少一种经过部分气化后进入分离塔分离得到甲醇及醇酯混合物。
根据本发明的实施方案，所述粗甲醇液体物料可以与粗乙二醇液体物料合并，然后进入分离塔分离得到甲醇及醇酯混合物。具体的，所述粗甲醇液体物料经过部分气化后与粗乙二醇液体物料合并，然后进入分离塔分离得到甲醇及醇酯混合物。
根据本发明的实施方案，所述粗甲醇液体物料和粗乙二醇液体物料可以分别进入不同的分离塔。例如，所述分离塔可以包括两个塔，即用于分离粗甲醇液体物料的塔和用于分离粗乙二醇液体物料的塔，分别得到甲醇及醇酯混合物。
根据本发明的实施方案，所述醇酯混合物经过酯分离塔、脱轻塔和乙二醇精馏塔分离得到乙二醇。
根据本发明的实施方案，用于分离粗甲醇液体物料的分离塔的塔顶温度40-70℃，塔顶压力0.07-0.12MPa，塔釜温度80-180℃，塔釜压力0.1-0.15MPa，塔顶得到甲醇，塔釜得到醇酯混合物物料。例如，以质量百分比计，所述醇酯混合物物料中含有乙二醇(EG)70-80wt％，丁二醇2-5wt％，丙二醇2-10wt％，乙醇酸5-20wt％。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种乙二醇的分离方法，所述方法中将经过草酸二甲酯(DMO)加氢反应单元得到的含有氢气、水、甲醇、乙二醇的高温气体物料分步降温冷凝，分别得到乙二醇含量高的粗乙二醇液体物料、甲醇含量高的粗甲醇液体物料，粗乙二醇液体物料和/或粗甲醇液体物料在送入分离单元之前与热源换热部分气化。分离塔分离得到甲醇和醇酯混合物(包括高含量的乙二醇)，醇酯混合物进一步提纯分离得到乙二醇。本发明的方法节约了反应气体冷凝及精馏分离塔的能耗。
附图说明
图1为乙二醇分离装置的结构示意图。
附图标记：R、催化加氢反应器，E、换热器，C1、第一级冷凝器，C2、第二级冷凝器，V1、第一级分液罐，V2、第二级分液罐，T、分离塔。
1、高温反应气相产物，2、换热后反应气相产物，3、第一级冷凝后反应产物，4、第一级冷凝后气相产物，5、第二级冷凝后反应产物，6、含惰性气体的氢气，7、粗甲醇液体物料，8、粗乙二醇液体物料，9、增温的粗甲醇液体物料，10、醇酯混合物，11、甲醇。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
乙二醇分离过程在图1所示的装置中进行。来自草酸二甲酯催化加氢的含乙二醇、甲醇、氢气及水等组分的高温反应气相产物1，其温度为180-210℃，经过换热器E同来自第二级冷凝分液罐V2底部的粗甲醇液体物料换热，得到温度降低的换热后反应气相产物2进入第一级冷凝器C1，得到的第一级冷凝后反应产物3进入第一级分液罐V1气液分离，罐底得到粗乙二醇液体物料8，罐顶为第一级冷凝后气相产物4；第一级冷凝后气相产物4经第二级冷凝器C2冷凝得到第二级冷凝后反应产物5进第二级分液罐V2气液分离，罐顶得到含氮气等惰性气体的氢气6，罐底得到粗甲醇液体物料7。
粗甲醇液体物料7进换热器E和高温反应气相产物1换热增温后得到增温的粗甲醇液体物料9进入分离塔T，塔顶得到甲醇11，塔釜得到乙二醇高含量的醇酯混合物10。粗乙二醇液体物料8去另一分离塔分离，得到甲醇和乙二醇含量高的醇酯混合物。醇酯混合物进一步分离提纯得到乙二醇。
在另一种实施方式中，粗乙二醇液体物料和增温的粗甲醇液体物料合并进入分离塔，塔顶得到甲醇，塔釜得到乙二醇高含量的醇酯混合物。醇酯混合物去进一步分离提纯得到乙二醇。
实施例2
以20万吨/年煤制乙二醇装置为例。
表1.DMO催化加氢反应气相产物组成表
组分 含量(wt％)
氢气 39.00
氮气 20.00
甲醇 20.10
乙二醇 16.00
乙醇 0.60
水 0.90
乙醇酸甲酯 1.20
1，2-丙二醇 1.30
1，2-丁二醇 0.90
组成如表1的草酸二甲酯催化加氢反应气相产物，流量155800kg/h，温度190℃，压力2.8MPa，进入换热器E同24250kg/h来自第二级冷凝分液罐V2底部的40℃粗甲醇液体物料换热，得到167℃换热后反应气相产物2进入第一级冷凝器C1冷凝，控制冷凝温度120℃，得到的第一级冷凝后反应产物物料3进入第一级分液罐V1气液分离，罐底得到24790kg/h粗乙二醇液体物料8，其中含乙二醇82wt％、甲醇4wt％、乙醇酸甲酯3wt％、丙二醇6wt％、丁二醇4.4wt％、水0.6wt％；罐顶为气相产物4，第一级冷凝后气相产物4进入第二级冷凝器C2冷凝，控制第二级冷凝器温度40℃，得到第二级冷凝后反应产物5进第二级分液罐V2气液分离，罐顶得到106760kg/h含氮气等惰性气体的氢气6，罐底得到粗甲醇液体物料7。
粗甲醇液体物料7进换热器E和高温反应气相物料1换热后温度增加到160℃，进入分离塔T，粗乙二醇液体物料也进分离塔T，分离塔塔顶得到甲醇11，其中甲醇含量为90.5wt％，乙醇和水的含量为9.5wt％；塔釜得到乙二醇高含量的醇酯混合物10，醇酯混合物10中EG含量为86wt％，BDO含量为3.7wt％，PG含量为5.4wt％，MG含量为4.9wt％。
醇酯混合物10去进一步分离提纯得到乙二醇。分离提纯得到乙二醇是指经过酯分离塔、脱轻塔和乙二醇精馏塔分离得到乙二醇。
各设备热负荷见表2。
表2.实施例2中相关设备的热负荷
设备 热负荷(kW)
第一冷凝器C1 -25107
第二冷凝器C2 -39546
分离塔再沸器 1240
分离塔冷凝器 -6994
合计能耗 72887
对比例
组成如表1的草酸二甲酯催化加氢反应气相产物，流量155800kg/h，温度190℃，压力2.8MPa，进入冷凝器换热到40℃后气液分离，气液分离得到含惰性气体的氢气经处理后返回套用，分离出的凝液进分离塔，塔顶得到甲醇，塔顶得到醇酯混合物。
醇酯混合物去进一步分离提纯得到乙二醇。
相关设备热负荷见表3。
表3.对比例中相关设备的热负荷
设备 热负荷(kW)
换热器 -79022
分离塔再沸器 15879
分离塔冷凝器 -8313
合计能耗 103214
由对比例可见，实施例2中将高温反应气体分步冷凝，粗甲醇液体物料和草酸二甲酯催化加氢反应气相产物换热后再进分离塔，可减少能耗103214-72887＝30327kW。较对比例节约能源29％。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种乙二醇的分离方法，其特征在于，所述分离方法包括如下步骤：
将草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料分步降温冷凝，得到粗乙二醇液体物料和粗甲醇液体物料；所述气体物料含有氢气、水、甲醇和乙二醇；
所述粗甲醇液体物料在送入分离单元之前与蒸汽、分离单元中分离塔塔顶气体物料、草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料中的至少一种热源换热增温，使物料部分气化；所述粗甲醇液体物料与热源的温度差为50-200℃；换热增温后的粗甲醇液体物料的温度较换热增温前的温度差为30-160℃；换热增温后的粗甲醇液体物料的温度为70-170℃；
所述粗甲醇液体物料经过部分气化后与粗乙二醇液体物料合并，然后进入分离塔分离得到甲醇及醇酯混合物；
所述醇酯混合物再经过酯分离塔、脱轻塔和乙二醇精制塔分离得到乙二醇。
2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述部分气化的热源选自草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料。
3.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述分离塔塔顶气体物流为增压后的塔顶气体物流。
4.根据权利要求3所述的分离方法，其特征在于，所述增压通过压缩机实现。
5.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述草酸二甲酯加氢单元为煤基合成气制乙二醇中的反应单元。
6.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述草酸二甲酯加氢的过程包括：草酸二甲酯（DMO）在180-225℃、2.5-3.0MPa下催化加氢反应，得到含有乙二醇的反应产物；
和/或，所述草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料的温度为180-210℃；
和/或，所述草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料的压力为2.5-3.0MPa。
7.根据权利要求6所述的分离方法，其特征在于，所述反应产物还含有未反应的原料氢气和副产物。
8.根据权利要求7所述的分离方法，其特征在于，所述副产物含有丁二醇（BDO）、乙醇、丙二醇（PG）、乙醇酸甲酯（MG）、水中的至少一种；
和/或，所述反应产物中还含有惰性气体。
9.根据权利要求7所述的分离方法，其特征在于，以质量百分比计，所述反应产物包括：氮气和/或甲烷5-25wt%，氢气30-60wt%，甲醇15-30wt%，乙二醇15-20wt%，丙二醇0.1-2wt%，丁二醇0.05-2.0wt%，乙醇酸甲酯0.1-5wt%，乙醇0.1-0.6wt%。
10.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述分步降温冷凝至少经过两级冷凝，第一级冷凝温度为110-150℃，第二级冷凝的温度为20-50℃。
11.根据权利要求10所述的分离方法，其特征在于，所述粗乙二醇液体物料为所述草酸二甲酯加氢单元得到的气体物料经过第一级冷凝后得到的液相物；第一级冷凝后还得到第一次冷凝后气相物流。
12.根据权利要求10所述的分离方法，其特征在于，所述粗甲醇液体物料为所述第一级冷凝后气相物流经过第二级冷凝后得到的液相物；所述第二级冷凝后还得到第二级冷凝后气相物流。
13.根据权利要求12所述的分离方法，其特征在于，第二级冷凝后气相物流为含氮气的氢气，经进一步处理后返回所述草酸二甲酯加氢单元再利用。
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GR01 Patent grant
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