一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法技术

本发明专利技术公开一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，乙二醇水溶液依次进入多效蒸发浓缩、渗透汽化再浓、液相吸附、萃取解吸，以及萃取剂再生工序，从液相吸附工序中的吸附塔底得到纯度大于或等于99.9~99.99%的乙二醇产品；整个脱水除杂过程中的操作温度与进料温度相同，且在多效蒸发、渗透汽化及萃取剂再生工序中冷凝液所含的乙二醇得到进一步回收，乙二醇收率达到96~99%。本发明专利技术利用乙二醇水溶液在不同浓度下的气液平衡及能效比，脱水除杂中的能量经济利用率达到80~100%，较传统的多效蒸发‑真空干燥脱水工艺减少能耗约1~2倍。也引入了乙二醇浓缩液的液相吸附与（超）临界萃取解吸深度脱水除杂新工艺，能与乙二醇与多乙二醇分离精制系统相匹配，整合度高。

A separation and purification method for energy saving and dehydration of ethylene glycol solution

【技术实现步骤摘要】
一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法
本专利技术属于化工分离与净化的
，更具体的说是涉及一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法。
技术介绍
乙二醇是制造聚酯纤维和抗冻剂的主要化工原料，也可以用来生产一些特殊的化工产品，诸如醇酸树脂、液压系统用流体、增塑剂、乙二醛等。乙二醇的生产方法，目前国内大部分的乙二醇装置主要是环氧乙烷（EO）加压水合法，其是通过环氧乙烷与水化合，在质量比20~25:1条件下，生成乙二醇含量约15~25%（质量比，以下类同）的乙二醇水溶液，再经过多效蒸发分离、精制及深度脱水-真空干燥等工序得到纯度为99~99.9%的乙二醇产品，脱水工艺路线较长，能耗较大，乙二醇产品的纯度不够高，尤其是经过四效或六效蒸发，乙二醇水溶液被浓缩到70~80%，进一步再浓缩脱水至99~99.9%，其过程的热量利用率要比一效、二效蒸发过程的热量利用的经济程度只提高了10%不到，能耗却增加了60~100%。膜分离法应用于醇类脱水除杂有几种过程：第一，渗透汽化，或称为渗透蒸发，是指被分离物，比如，乙二醇水溶液透过膜时，在膜两侧组分的蒸气分压差的作用下，液体混合物部分地蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。渗透汽化膜有无机膜、有机膜和复合膜。针对乙二醇水溶液的渗透汽化，透过的是水分，透过侧通过抽真空等方式，使得未透过的乙二醇水溶液的蒸气分压大于透过的水蒸气分压，由此乙二醇水溶液中的水分不断透过渗透膜，乙二醇得到浓缩，实现了乙二醇脱水。虽然渗透汽化膜可以直接替代多效蒸发过程进行初步浓缩，但由于乙二醇水溶液原料中的水浓度太大，透过渗透膜的速率受到限制，导致处理量难以应付以及难以将乙二醇脱水浓缩倍数增加，使得脱水程度仅能达到50~60%，并且需要多级渗透膜系统；第二，蒸气渗透是以蒸气进料，在混合物中各组分，比如乙二醇水溶液混合蒸气中的乙二醇和水组分的蒸气分压差的推动下，利用各组分在膜内溶解和扩散性能的差异实现混合物的分离。蒸气渗透膜分离法与渗透汽化法原理相似，主要差别是进料的形态不同，前者是气相进料，后者是液体进料。因此，蒸气渗透膜分离法的主要缺陷与渗透汽化法相似，通量小，难以实现乙二醇水溶液高浓缩倍数的指标；第三，分子筛膜是一种结合了分子筛脱水与渗透汽化膜透水特点的新型分离方法，具有分离系数大、通量相对较大的优势，但仍然无法经济地将乙二醇水溶液从15~25%的浓度浓缩至60~80%，更难以完成乙二醇水溶液的深度脱水除杂。在乙二醇水溶液初步浓缩至50~60%，三种膜分离的浓缩方法，在能效比与投入产出比上，都无法和一效、二效蒸发相比。同样，膜分离方法也难以和传统的真空干燥方式一样的能效比实现乙二醇的深度脱水。真空干燥与吸附脱水方法仅适合乙二醇的深度脱水，无法经济地承担乙二醇水溶液的浓缩。本专利技术人基于乙二醇水溶液多效蒸发、膜分离、吸附及真空干燥的脱水除杂的优缺点，并结合液相吸附与（超）临界萃取解吸原理，集大成为一种全新的乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化的专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，是依据乙二醇水溶液在不同浓度配置下的气液平衡与能效的不同，将多效蒸发、渗透汽化膜、液相吸附与（超）临界萃取解吸分离与净化技术恰当地耦合，克服了乙二醇水溶液脱水除杂整个过程中单一分离与净化方法的低能效，同时引入了液相吸附与（超）临界萃取解吸的深度脱水除杂的新型分离与净化方法，并与传统的乙二醇精制系统能够很好的衔接与整合，得到高纯度的乙二醇产品。为实现上述新工艺及解决前述各种分离方法的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，包括如下工序：（1）多效蒸发浓缩工序，来自环氧乙烷水合反应器的浓度约为15~25%（质量比，以下类同）的乙二醇水溶液，温度为80~110℃，泄压后进入并流二效蒸发系统的一效蒸发器，蒸发浓缩至30~40%左右将其送至二效蒸发器，蒸发浓缩至50~60%，实现初步浓缩。其中，在二效蒸发器顶部引入二效二次蒸汽的冷凝液作为回流液，使它和蒸发器中上升的二次蒸汽逆流接触，回收蒸汽中的乙二醇组分；（2）渗透汽化再浓工序，来自多效蒸发浓缩工序中的二效蒸发器的50~60%乙二醇水溶液，温度为80~110℃，常压下进入由一级渗透汽化膜及组件组成的渗透汽化再浓工序，将乙二醇水溶液进一步浓缩至80~90%。其中，在渗透汽化膜的渗透侧，采用冷凝器连续冷却方式，维持水分及微量杂质组分在渗透汽化膜两侧的分压差，让水分及微量杂质组分持续透过，而未透过的乙二醇组分得到进一步的浓缩，未渗透侧压力为常压，温度为80~110℃；（3）液相吸附工序，来自渗透汽化再浓工序的未渗透侧的80~90%乙二醇水溶液，温度为80~110℃，常压下进入液相吸附工序进行液相吸附，水及微量杂质作为吸附质，被装填在吸附塔中的吸附剂所吸附，待吸附饱和后进入下一步工序，萃取解吸工序；乙二醇不被吸附而从吸附塔底流出得到乙二醇含量大于99.9~99.99%的乙二醇产品；一个吸附塔吸附结束而进入萃取解吸工序时，另一吸附塔经过萃取解吸后再进入液相吸附工序，实现连续循环吸附操作；（4）萃取解吸工序，采用一种（超）临界的二氧化碳（CCO2）作为萃取剂，萃取剂温度为80~110℃，压力为6.0~8.0MPa，从塔顶或塔底通入吸附饱和的吸附塔进行萃取解吸，萃取解吸温度与吸附操作温度相同，萃取解吸的操作压力6.0~8.0MPa，萃取剂从吸附剂表面及通道中萃取溶解出被吸附的水分及微量杂质，形成富集水的解吸气，简称“水气”，进入下一步工序，萃取剂再生工序；萃取解吸步骤完成后，再通入80~90%乙二醇水溶液并进入液相吸附工序，循环操作；（5）萃取剂再生工序，所述萃取解吸工序得到的“水气”进入萃取剂再生工序的分离釜，将压力降至6.0MPa以下，温度在30~110℃范围，从釜底得到含微量杂质的冷凝水排出；从釜顶逸出二氧化碳（CO2），经过加压或直接作为萃取剂，再进入萃取解吸工序，循环使用。更优的，所述的一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的净化方法，其特征在于，所述进入多效蒸发浓缩工序的乙二醇水溶液的浓度是指乙二醇、二乙二醇、三乙二醇混合物的浓度，其浓度范围取决于环氧乙烷水合反应器的操作条件；乙二醇水溶液中含有微量杂质，是指合成乙二醇中所产生的微量的小分子量含氧化合物，包括甲酸乙酸、甲醛乙醛、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯。更优的，所述的一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，其特征在于，所述多效蒸发浓缩工序中的一效和二效蒸发器之间的流动无需用泵，二效蒸发器压力较一效蒸发器压力要低，而一效蒸发器流出的乙二醇浓缩溶液进入二效时呈过热状态，可产生闪蒸。更优的，所述的一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，其特征在于，所述渗透汽化再浓工序中的一级渗透汽化膜的材料，包括无机多孔膜的分子筛膜、陶瓷膜、金属氧化物膜、多孔玻璃膜，有机多孔膜的醋酸纤维素膜、聚砜类膜、聚丙烯腈类膜、聚酰胺类膜、聚酯类膜、聚烯烃类，复合膜及离子交换膜。更优的，所述的一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，其特征在于，所述渗透汽化再浓工序的组成，可以由一级渗透汽化膜及组件与二级渗透汽化膜及组件串联，由一级渗透汽化膜系统的未渗透的被浓缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，其特征在于，包括如下工序：（1）多效蒸发浓缩工序，来自环氧乙烷水合反应器的浓度约为15~25%（质量比，以下类同）的乙二醇水溶液，温度为80~110℃，泄压后进入并流二效蒸发系统的一效蒸发器，蒸发浓缩至30~40%左右将其送至二效蒸发器，蒸发浓缩至50~60%，实现初步浓缩；其中，在二效蒸发器顶部引入二效二次蒸汽的冷凝液作为回流液，使它和蒸发器中上升的二次蒸汽逆流接触，回收蒸汽中的乙二醇组分；（2）渗透汽化再浓工序，来自多效蒸发浓缩工序中的二效蒸发器的50~60%乙二醇水溶液，温度为80~110℃，常压下进入由一级渗透汽化膜及组件组成的渗透汽化再浓工序，将乙二醇水溶液进一步浓缩至80~90%；其中，在渗透汽化膜的渗透侧，采用冷凝器连续冷却方式，维持水分及微量杂质组分在渗透汽化膜两侧的分压差，让水分及微量杂质组分持续透过，而未透过的乙二醇组分得到进一步的浓缩，未渗透侧压力为常压，温度为80~110℃；（3）液相吸附工序，来自渗透汽化再浓工序的未渗透侧的80~90%乙二醇水溶液，温度为80~110℃，常压下进入液相吸附工序进行液相吸附，水及微量杂质作为吸附质，被装填在吸附塔中的吸附剂所吸附，待吸附饱和后进入下一步工序，萃取解吸工序；乙二醇不被吸附而从吸附塔底流出得到乙二醇含量大于99.9~99.99%的乙二醇产品；一个吸附塔吸附结束而进入萃取解吸工序时，另一吸附塔经过萃取解吸后再进入液相吸附工序，实现连续循环吸附操作；（4）萃取解吸工序，采用一种（超）临界的二氧化碳（CCO2）作为萃取剂，萃取剂温度为80~110℃，压力为6.0~8.0MPa，从塔顶或塔底通入吸附饱和的吸附塔进行萃取解吸，萃取解吸温度与吸附操作温度相同，萃取解吸的操作压力6.0~8.0MPa，萃取剂从吸附剂表面及通道中萃取溶解出被吸附的水分及微量杂质，形成富集水的解吸气，简称“水气”，进入下一步工序，萃取剂再生工序；萃取解吸步骤完成后，再通入80~90%乙二醇水溶液并进入液相吸附工序，循环操作；（5）萃取剂再生工序，所述萃取解吸工序得到的“水气”进入萃取剂再生工序的分离釜，将压力降至6.0MPa以下，温度在30~110℃范围，从釜底得到含微量杂质的冷凝水排出；从釜顶逸出二氧化碳（CO2），经过加压或直接作为萃取剂，再进入萃取解吸工序，循环使用。...

【技术特征摘要】
1.一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，其特征在于，包括如下工序：（1）多效蒸发浓缩工序，来自环氧乙烷水合反应器的浓度约为15~25%（质量比，以下类同）的乙二醇水溶液，温度为80~110℃，泄压后进入并流二效蒸发系统的一效蒸发器，蒸发浓缩至30~40%左右将其送至二效蒸发器，蒸发浓缩至50~60%，实现初步浓缩；其中，在二效蒸发器顶部引入二效二次蒸汽的冷凝液作为回流液，使它和蒸发器中上升的二次蒸汽逆流接触，回收蒸汽中的乙二醇组分；（2）渗透汽化再浓工序，来自多效蒸发浓缩工序中的二效蒸发器的50~60%乙二醇水溶液，温度为80~110℃，常压下进入由一级渗透汽化膜及组件组成的渗透汽化再浓工序，将乙二醇水溶液进一步浓缩至80~90%；其中，在渗透汽化膜的渗透侧，采用冷凝器连续冷却方式，维持水分及微量杂质组分在渗透汽化膜两侧的分压差，让水分及微量杂质组分持续透过，而未透过的乙二醇组分得到进一步的浓缩，未渗透侧压力为常压，温度为80~110℃；（3）液相吸附工序，来自渗透汽化再浓工序的未渗透侧的80~90%乙二醇水溶液，温度为80~110℃，常压下进入液相吸附工序进行液相吸附，水及微量杂质作为吸附质，被装填在吸附塔中的吸附剂所吸附，待吸附饱和后进入下一步工序，萃取解吸工序；乙二醇不被吸附而从吸附塔底流出得到乙二醇含量大于99.9~99.99%的乙二醇产品；一个吸附塔吸附结束而进入萃取解吸工序时，另一吸附塔经过萃取解吸后再进入液相吸附工序，实现连续循环吸附操作；（4）萃取解吸工序，采用一种（超）临界的二氧化碳（CCO2）作为萃取剂，萃取剂温度为80~110℃，压力为6.0~8.0MPa，从塔顶或塔底通入吸附饱和的吸附塔进行萃取解吸，萃取解吸温度与吸附操作温度相同，萃取解吸的操作压力6.0~8.0MPa，萃取剂从吸附剂表面及通道中萃取溶解出被吸附的水分及微量杂质，形成富集水的解吸气，简称“水气”，进入下一步工序，萃取剂再生工序；萃取解吸步骤完成后，再通入80~90%乙二醇水溶液并进入液相吸附工序，循环操作；（5）萃取剂再生工序，所述萃取解吸工序得到的“水气”进入萃取剂再生工序的分离釜，将压力降至6.0MPa以下，温度在30~110℃范围，从釜底得到含微量杂质的冷凝水排出；从釜顶逸出二氧化碳（CO2），经过加压或直接作为萃取剂，再进入萃取解吸工序，循环使用。2.如权利要求1所述的一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，其特征在于，所述进入多效蒸发浓缩工序的乙二醇水溶液的浓度是指乙二醇、二乙二醇、三乙二醇混合物的浓度，其浓度范围取决于环氧乙烷水合反应器的操作条件；乙二醇水溶液中含有微量杂质，是指合成乙二醇中所产生的微量的小分子量含氧化合物，包括甲酸乙酸、甲醛乙醛、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯。3.如权利要求1所述的一种乙二醇水溶液节能脱水除杂的分离与净化方法，其特征在于，所述多效蒸发浓缩工序中的一效和二效蒸发器之间的流动无需用泵，二效蒸发器压力较一效蒸发器压力要低，而一效蒸发器流出的乙二醇浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运，蔡跃明，钟雨明，刘开莉，
申请(专利权)人：四川天采科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51