一種離子液體作為萃取精餾分離苯和環己烷的溶劑的應用的製作方法

2023-10-10 06:20:34 1

專利名稱：：一種離子液體作為萃取精餾分離苯和環己烷的溶劑的應用的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種離子液體的應用，特別涉及一種離子液體作為溶劑在萃取精餾分離苯和環己烷過程中的應用。技術背景在石油加工工業中，苯和環己烷因為沸點相近(苯為8o.rc，環己烷為80.74'C)，相對揮發度接近於l，所以利用普通精餾的辦法很難將其分離，所需的理論板數很多，或者需要採用很大回流比，操作費用遠遠高於一般體系的分離。表1列出了一定分離要求下，用普通蒸餾分離不同相對揮發度的體系所需的理論板數近似值。由此可知，體系的相對揮發度越大越容易分離，若能使物質的相對揮發度從1.02增加到1.2，則理論塔板數可減少至1/9.3。因此工業上常採用萃取蒸餾的方法，向混合物中加入第三種組分作溶劑，改變體系的相對揮發度，從而使物系用精餾的辦法容易分離，達到減少精餾分離所需塔板數，降低操作費用的目的。表1相對揮發度對所需理論塔板數的影響tableseeoriginaldocumentpage40.98039215981422922180.95029612061312116140，221904523161210工業上廣泛使用兩塔萃取精餾法，其過程如附圖1所示。具體工藝是在塔l中，將有機溶劑加入苯/環己垸體系，改變汽-液平衡關係，通過蒸餾使輕組分環己烷從塔1頂逸出，塔釜中的苯/有機溶劑混合物抽出後被送入塔2中通過普通蒸餾分離，較純的環己烷和苯產品分別由塔1和塔2頂得到，而塔2釜底再生的有機溶劑則循環使用。目前常用的萃取劑有二乙二醇醚、三乙二醇醚、環丁碸、糠醛和N-甲基-吡絡垸酮(NMP)等，但存在一些應用問題，表現在以下幾個方面(1)有機溶劑對苯的選擇性不理想，因此當要求環己垸的純度高於98.5%時，分離工藝大為複雜、分離能耗急劇增加；(2)有機溶劑在操作溫度範圍內具有蒸汽壓，因此與苯的分離(溶劑再生)也需要用蒸餾的方法，能耗高，溶劑損失大；(3)現有萃取溶劑的相對密度較小，不利於兩相分離，影響塔設備的處理量；(4)有機溶劑的熱穩定性、化學穩定性較差，容易發生分解、歧化等副反應，因此再生過程需要低壓蒸餾，增加了設備投資和分離能耗。
發明內容目前常用的萃取精餾有機溶劑在對原料的選擇性、揮發性、穩定性以及其他一些物性方面存在局限性，使得現有的萃取精餾工藝存在分離過程複雜、設備投資和分離能耗高等問題，這些都已經由實際工業應用所證實。離子液體作為一類具有特殊性質的新型液體，在低溫(小於IO(TC)下即呈液態，因此也稱為低溫熔鹽，一般由有機陽離子和有機或無機陰離子構成，與傳統的有機溶劑和萃取介質相比，具有很多無可比擬的優點(1)離子液體的陰、陽離子可以根據設計要求選定，可調節其對無機物、水、有機物及聚合物的選擇性；(2)在常壓下離子液體幾乎沒有蒸氣壓，不會揮發；(3)對大多數的無機、有機以及高分子材料表現出良好的溶解能力，並且由於其結構不同，與不同溶劑的相溶性也不同，具有高溶解性與弱配位性或非配位性，是許多有機、無機物的優良溶劑；(3)熱穩定性、化學穩定性更高，具有很寬的液態溫度範圍(可寬達-96400。C)，可以避免分解、歧化等副反應的發生；(4)無毒、無腐蝕、無燃性，粘度低。本發明的目的在於提供一種離子液體溶劑，通過萃取精餾工藝實現苯和環己垸體系分離。離子液體可以大大增加苯對環己垸的相對揮發度，而且離子液體具有不揮發的特性，在萃取精餾塔中只存在於液相中，所以對於分離出的輕組份(環己烷)不必進行與離子液體之間的進一步分離提純，同時離子液體與重組份(苯)的沸點差很大，分離只需要簡單的蒸發器就可以，將大大降低工藝的複雜性、設備投資和操作能耗。一種離子液體作為萃取精餾分離苯和環己烷的溶劑的應用，在苯和環己垸混合物中加入離子液體後在精餾塔中精餾分離，所述離子液體陽離子為咪唑陽離子，離子液體陰離子為氟磷酸陰離子或滷素陰離子，離子液體含水量為0%~20%，離子液體溶劑加入量在摩爾濃度5%~90%範圍內，在精餾塔頂得到低沸點的輕組分環己烷，在塔釜得到離子液體和苯的混合物。所述離子液體溶劑加入量摩爾濃度優選10%~70%。咪唑陽離子為烷基咪唑陽離子，優選l-丁基-3-甲基咪唑陽離子或1-戊基-3-甲基咪唑陽離子。氟磷酸陰離子優選六氟磷酸陰離子。滷素陰離子優選氯或溴陰離子。塔釜餾出的離子液體與苯的分離使用蒸發器分離，或者過熱水蒸汽或惰性氣體的汽提分離。離子液體溶劑為一種離子液體或者兩種或兩種以上離子液體的復配。其中l一丁基—3—甲基咪唑六氟磷酸鹽時，其結構式為本發明的優點在於(1)離子液體的陰、陽離子可以根據設計要求選定，可調節其對無機物、水、有機物及聚合物的溶解性，因此可以設計合適的陰陽離子結構，使其顯著提高環己烷/苯體系的相對揮發度，更有利於物系的分離；(2)在常壓下離子液體幾乎沒有蒸氣壓，所以不會揮發，使得汽相中只含有苯和環己垸兩種物質，待分離完全後塔頂直接得到只含有環己垸的輕組分產品，從而省去了一般溶劑萃取精餾後與環己烷的再分離過程；(3)苯與離子液體的分離(溶劑再生)不再需要第二個蒸餾塔，而只需一個簡單的蒸發器或者汽提就可實現分離，流程和操作得到大大簡化；(4)熱穩定性、化學穩定性更高，具有很寬的液態溫度範圍(可寬達-96400°C)，可以避免分解、歧化等副反應的發生，溶劑損耗低；(5)不與苯或環己烷進行任何化學反應，不會破壞苯和環己烷的原有結構；(6)無毒、無腐蝕、無燃性，因此安全指數更高。可見，基於新型離子液體溶劑的萃取蒸餾技術可在提高分離精度的同時，顯著簡化工藝流程劑、減少設備投資並降低分離能耗，從而取得十分顯著的經濟效益。圖1一般非離子液體溶劑分離苯和環己烷的兩塔萃取精餾法流程圖圖2離子液體型溶劑的萃取精餾分離苯和環己垸的流程圖圖3離子液體對苯和環己烷汽液平衡曲線的影響具體實施方式如附圖2所示，離子液體在蒸餾塔l的頂部進料，在蒸餾塔l中與原料苯和環己烷混合。因為該離子液體能顯著提高環己垸和苯的相對揮發度，所以蒸餾塔l所需的理論塔板數比常規方法要少得多，在此環節中能降低蒸餾塔的設備費用；完成分離後，在精餾塔頂得到高純度的環己垸，在塔釜得到離子液體和苯的混合物；塔釜物料苯和離子液體送入溶劑再生塔進行分離，此部操作只需一個簡單的蒸發器就能把離子液體和苯分離出來。與一般溶劑相比，塔頂不含有溶劑，不必考慮環己烷與溶劑的分離，塔釜離子液體與苯的沸點相差很大，用蒸發器代替了蒸餾分離，簡化了操作，節省了能耗；從蒸發器頂得到苯，進一步精製獲取高純度的苯產品；蒸發器塔釜剩下的為再生後的離子液體，送回萃取精餾塔l中循環使用。離子液體溶劑的陰陽離子可以根據設計需要確定，以下說明不同陰陽離子結構的離子液體的加入量對環己垸/苯體系的相對揮發度的影響效果。實施例l利用離子液體l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽作為萃取劑加入到苯和環己垸的混合物中(苯摩爾含量為10%90%)，其加入量對體系相對揮發度的影響見表3。表3:加入離子液體l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽後對相對揮發度的影響環己烷/苯相環己烷/苯相對環己烷/苯相對環己烷/苯相對x2對揮發度a揮發度(x(含有揮發度oc(含有揮發度ot(含有(環己(苯的(不含離子10%摩爾含量20%摩爾含量30%摩爾含量離烷的摩摩爾含液體的二元離子液體的三離子液體的三子液體的三元體爾含量)量)體系)元體系)元體系)系)0.10o.卯1.161.561.742.430.200.80Ul1.281.431.330.300.701.081.211.311.160.400.601.021.141.271.260.500.500.941.101.151.330.600.400.861.001.071.580.700.300.800.960.971.660.800.200.730.910.971.720.900.100.581.271.512.20由實驗得出，離子液體摩爾含量在10%30%對環己烷/苯的相對揮發度有一定的提高，當離子液體的摩爾含量達到30%的時候，離子液體對苯和環己烷汽液平衡曲線的影響比較顯著見附圖3，在整個濃度範圍內都使得環己垸的蒸氣壓高於苯的蒸氣壓，使得環己垸的揮發度都大於苯，在苯的濃度從10%90%的濃度範圍內，環己烷對苯相對揮發度都超過了1，實現了用離子液體[BMIM][PF6]作為萃取精餾溶劑來分離苯和環己烷目的。同時發現離子液體的摩爾含量越高，其對環己垸/苯的相對揮發度的提高越大，但是當離子液體摩爾含量過大時，相同產率時會導致能耗的增加，因為離子液體消耗了大量的熱負荷，因此首選離子液體摩爾含量在10%70%之間。實施例2利用離子液體l-丁基-3-甲基咪唑溴鹽作為萃取劑加入到苯和環己烷的混合物中(苯摩爾含量為10%90%)，其加入量對體系相對揮發度的影響見表4。表4加入離子液體l-丁基-3-甲基咪唑溴鹽後對相對揮發度的影響tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11從上表可以看出，加入離子液體20%摩爾濃度的1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽後，在環己烷的摩爾含量為10%90%範圍內環己烷/苯的相對揮發度有了一定的提高，除了環己烷含量為0.7時相對揮發度為0.99外，其它濃度時相對揮發度均高於l，可見此種離子液體也能作為萃取劑加入到苯和環己垸中進行萃取精餾分離。實施例3利用離子液體l-丁基-3-甲基咪唑溴鹽作為萃取劑加入到苯和環己烷的混合物中(苯摩爾含量為10%90%)，其加入量對體系相對揮發度的影響見表5。表5加入離子液體l-丁基-3-甲基咪唑溴鹽後對相對揮發度的影響tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage12從上表可以看出，在加入離子液體l-丁基-3-甲基咪唑溴鹽後，環己烷/苯的相對揮發度有不同程度的提高，除了在原料中苯的初始摩爾含量為0.8時相對揮發度小於l以外，其它摩爾含量都大於l，對於採用萃取精餾分離苯和環己垸提供了依據。實施例4利用離子液體l-戊基-3-甲基咪唑氯鹽作為萃取劑加入到苯和環己烷的混合物中(苯摩爾含量為10%90%)，其加入量對體系相對揮發度的影響見表6。表6加入離子液體l-丁基-3-甲基咪唑溴鹽後對相對揮發度的影響tableseeoriginaldocumentpage120.300.701.081.080.400.601.021.110.500.500.941.060.600.400.860.980.700.300.800.950.800.200.730.910.900.100.581.11從上表中可以看出，離子液體l-戊基-3-甲基咪唑氯鹽、苯和環己烷三元體系中，離子液體對於苯的強烈的作用力，使得苯的揮發度小於環己烷的揮發度，從而使得環己垸對苯的相對揮發度增大，由於離子液體濃度低的原因，使得不能在全濃度範圍內使得相對揮發度大於l，但是在大多數的濃度下還是能對苯和環己烷體系應用萃取精餾來進行分離的。權利要求1.一種離子液體作為萃取精餾分離苯和環己烷的溶劑的應用，在苯和環己烷混合物中加入離子液體後在精餾塔中精餾分離，其特徵在於所述離子液體陽離子為咪唑陽離子，離子液體陰離子為氟磷酸陰離子或滷素陰離子，離子液體含水量為0％～20％，離子液體溶劑加入量在摩爾濃度5％～90％範圍內，在精餾塔頂得到低沸點的輕組分環己烷，在塔釜得到離子液體和苯的混合物。2、根據權利要求1所述應用，其特徵在於所述離子液體溶劑加入量摩爾濃度優選10%~70°/o。3、根據權利要求1所述應用，其特徵在於所述咪唑陽離子為垸基咪唑陽離子。4、根據權利要求3所述應用，其特徵在於所述垸基咪唑陽離子為1-丁基_3_甲基咪唑陽離子或1_戊基_3-甲基咪唑陽離子。.5、根據權利要求1所述應用，其特徵在於所述氟磷酸陰離子優選六氟磷酸陰離子。6、根據權利要求1所述應用，其特徵在於所述滷素陰離子優選氯或溴陰離子。7、根據權利要求1所述應用，其特徵在於塔釜餾出的離子液體與苯的分離使用蒸發器分離。8、根據權利要求1所述應用，其特徵在於塔釜餾出的離子液體與苯的分離通過過熱水蒸汽或惰性氣體的汽提分離。9、根據權利要求l所述應用，其特徵在於離子液體溶劑為一種離子液體或者兩種或兩種以上離子液體的復配。全文摘要一種離子液體作為萃取精餾分離苯和環己烷的溶劑的應用，涉及一種離子液體作為溶劑在萃取精餾分離苯和環己烷過程中的應用，離子液體陽離子為咪唑陽離子，離子液體陰離子為氟磷酸陰離子或滷素陰離子，離子液體溶劑為一種離子液體或者兩種或兩種以上離子液體的復配，離子液體含水量為0％～20％，加入量在摩爾濃度5％～90％範圍內，分離過程中在精餾塔頂得到低沸點的輕組分環己烷，在塔釜得到離子液體和苯的混合物，混合物通過蒸發器或者汽提分離，離子液體溶劑的萃取蒸餾技術可在提高分離精度的同時，顯著簡化工藝流程劑、減少設備投資並降低分離能耗，從而取得十分顯著的經濟效益。文檔編號C07C15/04GK101265152SQ200710064448公開日2008年9月17日申請日期2007年3月16日優先權日2007年3月16日發明者劉擁軍,劉豔升,睿曹,胡玉峰申請人:中國石油大學(北京)