一种用多元混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法技术

一种用离子液体、盐类、甲乙酮、Ｎ－甲酰吗啉的多元混合物为溶剂分离丁烷与丁烯的方法，离子液体在多元混合溶剂中的含量为１．０－９５％，盐类在多元混合溶剂中的含量为０．５－２０％，离子液体的阳离子为咪唑阳离子、烷基咪唑阳离子、烷基季铵离子等或者它们的混合物，阴离子为四氟硼酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、硝酸根离子、四氯铝酸根离子、七氯二铝酸根离子、氯离子、溴阴离子或者它们的混合物，离子液体或为二甲基甲酰胺硫氰酸钾复合盐、二甲基甲酰胺硫氰酸钠复合盐等复合盐或者它们的混合物，盐类为硫氰酸钾、硫氰酸钠、硫氰酸铵、硝酸钠、硝酸钾、碘化钠、碘化钾、氯化锌、氯化铜、溴化钠、溴化钾或者它们的混合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用含有离子液体、盐类、曱乙酮、N-甲酰吗啉的多元混合溶剂萃取精馏 分离丁烷与丁烯的方法。
技术介绍
丁烷与丁烯的沸点接近，相对挥发度接近l,用普通精馏难以分离，因此常用萃取精馏 进行分离，即在精馏塔的上部加入一个极性组分，即溶剂组分，使塔内丁烷与丁烯的相对 挥发度增加，提高分离的效率。可用于萃取精馏分离丁烷与丁烯的极性溶剂有很多，如氮-甲酰吗啉、吗啉、氮-曱酰吗啉与吗啉混合物、环丁砜、氮-曱基吡咯烷酮、曱乙酮与N-曱 醜吗啉的混合物、吗啉与N-曱酰吗啉的混合物等。其中多数萃取精馏溶剂在操作中无法避 免以下几个难题(1 )溶剂对待分离的碳四混合物溶解度小，萃取精馏塔内很大部分处于 双液相的状态，塔内流动状态差，传质效率低，为达到分离目的必须增加塔的高度，增加 塔内构件，提高溶剂/碳四进料比，特别是用于高烯烃(烯烃含量大于80%)碳四混合物的 分离时，溶剂/碳四进料比高达20 - 22; (2)为使塔顶温度45。C左右，必须使萃取精馏塔 (附图1塔)塔压在0. 5 MPa ( G )左右，汽提塔(附图2塔)塔压0. 4MPa (G)左右，此时 汽提塔塔釜温度很高，如吗啉与氮-曱酰吗啉混合物作溶剂时，汽提塔塔釜温度高达210~ 230°C,必须用导热油加热，并且产生大量类似焦油的残渣，造成溶剂损耗和丁烯收率下降； 因此已有的分离丁烷与丁烯的方法投资和操作费用都很高。专利"甲乙酮系列混合溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯的方法"(ZL: 001 365 35.5 ),可 以综合曱乙酮与N-甲酰吗啉等极性溶剂的优点，能提高溶剂对碳四的溶解性、降低塔蒼温 度、改善塔内传质效果、提高分离效率，已应用于多个工业化装置上，但该混合溶剂的选 择性仍然较低，萃取精馏塔塔板数仍然很高(70 - 1 00块理论板)，溶剂比也很大(13-19 ), 能耗也很大，因此优选新的溶剂体系仍是碳四分离的重要课题。离子液体是一类具有特殊性质的新型液体， 一般由有机阳离子和有机或无机阴离子构 成，在常温或接近常温条件下即呈液态，因此也称为低温熔盐。离子液体与传统的有机溶 剂和萃取介质相比，具有很多无可比拟的优点(1)离子液体的阴、阳离子可以根据设计 要求选定，可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的选择性；(2)在常压下离子液体几 乎没有蒸汽压，不会挥发，因此是环境友好的；(3)对大多数的无机、有机以及高分子材 料表现出良好的溶解能力，并且由于其结构不同，与不同溶剂的相溶性也不同；(4)热稳 定性、化学稳定性更高，具有很宽的液态温度范围(可宽达-96~ 400°C )，可以避免分解、 歧化等副反应的发生；(5)无毒、无腐蚀、无燃性，粘度低。专利"作为用于分离接近沸 点或共沐混合物的选择性添加剂的离子液体"(ZL02869 5 1. X )提供了 一项采用离子液体萃 取精馏分离接近沸点或共沸混合物的方法，该专利技术专利直接采用离子液体为溶剂分离接近 沸点或共沐混合物，离子液体的添加量为液相的5-90%,但该专利技术专利提供的方法应用于碳 四分离时出现很大的问题，如萃取精馏塔操作不稳、分离效率低等，其原因在于离子液体与碳四的相容性较低，碳四在离子液体中的溶解度较低，萃取精馏塔内液体本身分为两 相，即萃取精馏塔内存在着三相离子液体相、碳四相、汽相，使得塔的操作不稳定，汽 液相间传质效率低，导致塔板效率低、分离能力低。本专利技术的任务是建立一种新的分离方法，即找到一种新的溶剂，能够进一步提高丁烷 与丁烯的相对挥发度，改善萃取精馏塔内传质状况，降低溶剂/碳四进料比，从而达到降低 投资和操作费用的目的。
技术实现思路
离子液体极性较强可以大大增加烯烃与烷烃的相对挥发度，许多文献对离子液体这一 性质进行了报道，然而离子液体直接应用于碳四混合物的分离却并未真正实现。实验结果 表明，离子液体在碳四中的溶解度很低，直接采用离子液体为溶剂分离丁烷和丁烯分离效 果很差，而且萃取精馏塔不稳定、操作困难。为了解决以上难题，本专利技术采用离子液体与氮-曱酰吗啉、曱乙酮的多元混合物作溶剂， 用萃取精馏的方法分离丁烷与丁烯，结果表明其分离的效率远高于采用曱乙酮和N-曱酰吗 啉混合溶剂，而且萃取精馏塔操作方便，容易控制。本专利技术的优势在于综合了离子液体、 甲乙酮、N-甲酰吗啉各自的优势，取长补短，既具有甲乙酮对碳四良好的溶解性，又具有 离子液体较高的选择性，同时保持了 N-甲酰吗啉与离子液体和曱乙酮的相容性，因此既改 善了塔内的传质状况，提高了分离效率，又减少了理论塔板数，降低了溶剂比。实验表明 各种不同的碳四混合物组成，都可以用离子液体、曱乙酮、氮-甲酰吗啉吗啉混合物作溶剂， 用萃取精馏的方法进行分离，溶剂/碳四比为6-13,最佳的溶剂/碳四比根据碳四混合物的 组成和塔高的不同而有所变化，萃取精馏塔塔压0.45~0.55MPa (G)左右，塔顶温度45°C 左右，汽提塔塔压0.35 - 0.45 MPa (G)左右，塔顶温度4 5'C左右，两塔塔釜操作温度均低 于1S0'C。实验表明各种比例的离子液体、曱乙酮、N-甲酰吗啉混合物都可以作溶剂分离丁 烷与丁烯，离子液体在混合溶剂中含量可以为1~95% (重量)；曱乙酮在混合溶剂中含量可 以为1~99%(重量)；N-甲酰吗啉在混合溶剂中含量可以为1~99%(重量)。所采用的离子液 体的阳离子为咪唑阳离子、烷基咪唑阳离子、烷基季铵离子，烷基季膦离子、N -烷基取 代吡啶，如1-丁基-3-甲基咪唑阳离子或l-戊基-3-甲基咪唑阳离子等。阴离子为四氟硼 酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、硝酸根离子、四氯铝酸根离子、七氯二铝酸根离子、氯 离子或淡阴离子等。所用的离子液体也可以是复合盐类，如硫氰酸盐与N, N-二曱基甲酰 胺反应的产物二甲基甲酰胺硫氰酸钾复合盐、硫氰酸钠与二甲基甲酰胺的反应产物二甲基 曱酰胺硫氰酸钠复合盐、硫氰酸铵与二曱基曱酰胺的反应产物二曱基曱酰胺硫氰酸铵复合 盐等。以上离子液体可以单独加入，也可以加入以上2种或多种离子液体的混合物。某些常规的盐类也可以溶解于曱乙酮、N-曱酰吗啉中形成混合溶液，如硫氰酸钾、硫 氰酸纳、疏氰酸铵、确酸钠、硝酸钾、碘化钠、碘化钾、氯化锌、氯化铜、溴化钠、溴化 钾等，其作用与离子液体类似，但因其溶解度受到限制，加入量较少。将硫氰酸钾、硫氰 酸纳、硫氰酸铵、硝酸钠、硝酸钾、碘化钠，碘化钾、氯化锌，氯化铜、溴化钠、溴化卸 等盐类的一种或几种盐的混合物加入甲乙酮、N-甲酰吗啉的混合溶剂，也可以作为萃取精馏分离丁烷与丁烯的溶剂，盐类的加入量为0.5~20%。实验表明一种离子液体、或者一种盐类、或者几种离子液体、或者几种盐类、或者盐 类与离子液体的混合物都可以加入曱乙酮、N-曱酰吗啉中形成混合溶剂，用于丁烷与丁烯 的分离。本专利技术的方法可参考附图，待分离丁烷与丁烯混合物(3)由萃取精馏塔(l塔)中部 加入，多元混合溶剂(4)由l塔的上部加入，丁烷(5 )从1塔的顶部采出，含有烯烃的 溶剂(富溶剂6)从1塔的底部采出后引至后接的汽提塔(2塔)中，通过蒸馏将烯烃与溶剂 分离，烯烃(8 )从2塔塔顶采出，溶剂(7 )从2塔塔釜采出，又被重新引入l塔循环使 用。碳四组成为总烯烃含量10~ 95%(重量)。 本专利技术的特点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用多元混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法，其特征在于采用含有离子液体、盐类、甲乙酮、Ｎ－甲酰吗啉多元混合物为溶剂，萃取精馏分离丁烷与丁烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文华，陈小平，冯咏梅，许文友，任万忠，赵旗，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]