一种双效热集成萃取精馏分离四氢呋喃-甲醇-水共沸混合物的方法与流程

本发明属于萃取精馏分离技术领域，涉及分离四氢呋喃-甲醇-水共沸混合物的方法，特别是一种采用二甲基亚砜为萃取剂、双效热集成萃取精馏分离四氢呋喃-甲醇-水共沸混合物的方法。

背景技术：

四氢呋喃和甲醇是化工和制药工业中重要的有机溶剂，在相关的工艺过程中会产生大量的四氢呋喃/甲醇/水的废液，直接排放会导致经济损失和环境污染。所以，将该废液分离，回收利用其中的有机溶剂具有长远的经济和环境效益。但是，四氢呋喃-甲醇-水常压下会形成两个二元最小共沸物，其中四氢呋喃和甲醇的共沸组成为69.90wt％thf,共沸温度为59.79℃，四氢呋喃和水的共沸组成为95.09wt％thf，共沸温度为63.43℃。因此，普通精馏无法实现该混合液的有效分离。

现有技术采用了液-液萃取、间歇精馏的方法，从四氢呋喃-甲醇-水三元混合物系中提取了纯度为98％的四氢呋喃，但是收率很低，仅为64.8％。

现有技术采用某未知添加剂经萃取精馏得到四氢呋喃-水混合物后，再用乙二醇钠进行反应萃取精馏得到四氢呋喃。但是该工艺流程复杂冗长，设备投资大、产品纯度低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双效热集成萃取精馏分离四氢呋喃-甲醇-水共沸混合物的方法，其特征在于:

采用的分离系统包括萃取塔、换热器、甲醇塔和萃取剂回收塔。

在所述萃取塔中，待分离四氢呋喃-甲醇-水混合物和萃取剂进入萃取塔，在萃取塔塔顶得到高纯度的四氢呋喃物流。

萃取塔的塔底得到甲醇、水和萃取剂的混合物物流，所述物流通过管道排出萃取塔后，分为两路，一路为萃取塔塔底循环物流、另一路为出料物流。

萃取塔塔底循环物流经换热器进行热量交换后，被加热并循环回萃取塔的塔底。出料物流进入甲醇塔。在甲醇塔的塔顶得到高纯度甲醇蒸汽物流，该物流进入辅助冷凝器预冷凝，再进入换热器中，与来自萃取塔塔底的循环物流进行热量交换，冷却为饱和液体。所述饱和液体经过管道流出，并按预设比例分为两路，一路为甲醇塔塔顶出料物流，另一路为循环物流。所述循环物流返回甲醇塔。甲醇塔塔底物流进入萃取剂回收塔，在萃取剂回收塔塔顶得到高纯度的水物流，塔底得到高纯度的萃取剂物流，经过冷却后与萃取剂补充物流混合，混合后进入萃取塔中，实现萃取剂的循环利用。

进一步，所用萃取剂为二甲基亚砜。

所述萃取塔装有40-70块理论板，所述甲醇塔装有20-50块理论板，所述萃取剂回收塔装有10-30块理论板。

萃取塔中，待分离四氢呋喃-甲醇-水的混合物由第25-45块理论板进入所述萃取塔，萃取剂由第3-20块理论板进入所述萃取塔，所述萃取塔顶部的四氢呋喃蒸汽经冷凝后按预设回流比采出，所述萃取塔底部的甲醇、水和萃取剂混合物流分为循环物流和出料物流。循环物流经过所述换热器加热后返回进入所述萃取塔。

甲醇塔中，萃取塔底部出料物流由第5-40块理论板进入所述甲醇塔，所述甲醇塔顶部的甲醇蒸汽经所述换热器冷凝后按预设回流比采出，所述甲醇塔底部采出的水和萃取剂混合物流由第4-28块理论板进入所述萃取剂回收塔。

萃取剂回收塔中，塔顶水蒸汽经冷凝后按预设回流比采出，所述萃取剂回收塔底部采出可循环使用的萃取剂。

进一步，所述萃取塔的操作压力低于所述甲醇塔的操作压力，所述甲醇塔的塔顶温度高于萃取塔的塔底温度。

进一步，所述待分离四氢呋喃-甲醇-水的混合物中四氢呋喃含量为10％-70％，甲醇的含量为20％-70％，水的含量为5％-40％；

进一步，萃取剂与所述待分四氢呋喃-甲醇-水的混合物流量之比为0.2-3.0。

进一步，所述萃取塔顶的回流比为1.5-3.0。

进一步，所述甲醇塔顶的回流比为1.0-2.0。

进一步，所述萃取剂回收塔顶的回流比为0.1-2.0。

进一步，所述萃取塔底的再沸比为0.1-1.2。

进一步，所述甲醇塔底的再沸比为0.5-2.0。

进一步，所述萃取剂回收塔底的再沸比为0.2-1.5。

进一步，所述萃取塔的操作压力为0.1-1.0atm。

进一步，所述甲醇塔的操作压力为0.5-5.0atm。

进一步，所述萃取剂回收塔的操作压力为0.1-1.0atm。

进一步，所述萃取塔塔顶温度在40-80℃，塔底温度在80-125℃。

进一步，所述甲醇塔塔顶温度在46-120℃，塔底温度在120-220℃。

进一步，所述萃取剂回收塔塔顶温度在46-120℃，塔底温度在120-220℃。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，所述方法采用二甲基亚砜为萃取剂，减小了萃取剂用量，降低了萃取精馏工艺的能耗；采用双效热集成工艺，所述换热器将萃取塔塔底原有再沸器的加热功效和甲醇塔塔顶原有冷凝器的冷凝功效合二为一，实现了热量的二次利用，不仅降低了能耗，而且减少了换热器的投资花费。通过该方法，可以获得高纯度的四氢呋喃和甲醇产品。另外，在萃取剂回收方面，可获得高纯度萃取剂以循环使用，设置萃取剂补充管路，调节萃取剂用量和补充萃取剂的损耗，整个流程萃取剂损耗极小。

附图说明

图1是双效热集成萃取精馏分离四氢呋喃-甲醇-水共沸混合物的流程图。

图中：待分离四氢呋喃-甲醇-水混合物1、萃取塔2、四氢呋喃产品物流3、甲醇、水和萃取剂的混合物物流4、萃取塔塔底循环物流5、萃取塔塔底出料物流6、换热器7、甲醇塔8、甲醇塔塔顶的物流9、辅助冷凝器10、甲醇塔塔顶甲醇产品物流11、甲醇塔塔顶循环物流12、甲醇塔塔底物流13、萃取剂回收塔14、水物流15、萃取剂回收塔塔底出料物流16、萃取剂补充物流17。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1

以进料速度为18400kg/h，四氢呋喃含量为49.0wt％，甲醇含量为32.7wt％，水含量为18.3wt％的四氢呋喃-甲醇-水混合液为例：

萃取塔共55块塔板，回流比为2.15，操作压力为0.5atm，待分离混合物料从第30块塔板进入萃取塔，萃取剂(二甲基亚砜)以流量为15002kg/h的速率从第3块塔板进入萃取塔。萃取塔塔顶温度为46.1℃，冷凝器热负荷为3.39mw，塔底温度为84.8℃。萃取塔塔顶得到纯度为99.90wt％的四氢呋喃。甲醇塔共38块塔板，回流比为1.4，操作压力为2.0atm，甲醇-水-二甲基亚砜混合液从第31块塔板进入甲醇塔，塔顶温度为83.3℃，辅助冷凝器热负荷为0.29mw，塔底温度为84.8℃，再沸器热负荷为5.25mw。甲醇塔塔顶得到纯度为99.88wt％的甲醇。萃取剂回收塔共16块塔板，回流比为0.25，操作压力为0.1atm，水和萃取剂混合溶液从第6块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为46.1℃，冷凝器热负荷为2.82mw，塔底温度为137.2℃，再沸器热负荷为2.36mw。萃取剂回收塔顶得到产品纯度为99.81wt％的水，塔底采出纯度为99.99wt％的萃取剂循环利用。无热集成时所需热负荷为22.00mw，有热集成时被二次利用的热量为3.94mw，节能17.9％。

实施例2

以进料速度为18400kg/h，四氢呋喃含量为49.0wt％，甲醇含量为32.7wt％，水含量为18.3wt％的四氢呋喃-甲醇-水混合液为例：

萃取塔共50块塔板，回流比为2.17，操作压力为0.5atm，待分离混合物料从第30块塔板进入萃取塔，萃取剂(二甲基亚砜)以流量为15080.0kg/h的速率从第4块塔板进入萃取塔。萃取塔塔顶温度为46.1℃，冷凝器热负荷为3.41mw，塔底温度为83.8℃。萃取塔塔顶得到纯度为99.93wt％的四氢呋喃。甲醇塔共40块塔板，回流比为1.3，操作压力为2.5atm，甲醇-水-二甲基亚砜混合液从第30块塔板进入甲醇塔，塔顶温度为89.9℃，辅助冷凝器热负荷为0.06mw，塔底温度为163.6℃，再沸器热负荷为5.20mw。甲醇塔塔顶得到纯度为99.84wt％的甲醇。萃取剂回收塔共18块塔板，回流比为0.30，操作压力为0.1atm，水和萃取剂混合溶液从第8块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为46.1℃，冷凝器热负荷为3.38mw，塔底温度为139.1℃，再沸器热负荷为2.38mw。萃取剂回收塔顶得到产品纯度为99.80wt％的水，塔底采出纯度为99.99wt％的萃取剂循环利用。无热集成时所需热负荷为21.85mw，有热集成时被二次利用的热量为3.94mw，节能18.0％。

实施例3

以进料速度为16570kg/h，四氢呋喃含量为32.6wt％，甲醇含量为48.3wt％，水含量为19.0wt％的四氢呋喃-甲醇-水混合液为例：

萃取塔共50块塔板，回流比为1.92，操作压力为0.5atm，待分离混合物料从第21块塔板进入萃取塔，萃取剂(二甲基亚砜)以流量为37504kg/h的速率从第3块塔板进入萃取塔。萃取塔塔顶温度为46.1℃，冷凝器热负荷为1.88mw，塔底温度为96.6℃。萃取塔塔顶得到纯度为99.96wt％的四氢呋喃。甲醇塔共32块塔板，回流比为1.68，操作压力为4.0atm，甲醇-水-二甲基亚砜混合液从第24块塔板进入甲醇塔，塔顶温度为104.6℃，辅助冷凝器热负荷为2.87mw，塔底温度为205.7℃，再沸器热负荷为9.25mw。甲醇塔塔顶得到纯度为99.9wt％的甲醇。萃取剂回收塔共25块塔板，回流比为1.60，操作压力为0.5atm，水和萃取剂混合溶液从第10块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为81.5℃，冷凝器热负荷为5.26mw，塔底温度为175.5℃，再沸器热负荷为4.16mw。萃取剂回收塔顶得到产品纯度为99.83wt％的水，塔底采出纯度为99.99wt％的萃取剂循环利用。无热集成时所需热负荷为29.68mw，有热集成时被二次利用的热量为3.13mw，节能21.1％。