一种硝基甲烷的连续精馏纯化方法与流程

本发明涉及化工，具体涉及一种硝基甲烷的连续精馏纯化方法及其系统。

背景技术：

1、硝基甲烷是一种重要的有机化工产品和有机合成中间体，广泛用于合成高分子材料，也可用于制取炸药、火箭燃料、杀虫剂、汽油添加剂、涂料、纺织、食品及油漆等行业，也是医药、农药及染料等行业的重要原料。目前工业上硝基甲烷的生产主要采用硫酸二甲酯和亚硝酸钠反应法，即将亚硝酸钠和硫酸二甲酯加入反应器中进行反应，反应产物经冷凝、蒸馏、冷却分层得成品。

2、硝基甲烷合成反应所得粗品硝基甲烷中含有水分等杂质，需要送往精馏塔进行精馏以提高硝基甲烷的产品纯度。现有的硝基甲烷精馏方法多为间歇式，存在产品收率低及高废水、废残液等问题。此外，硝基甲烷精馏过程容易与其他物质形成共沸物，一般的精馏方法硝基甲烷难以得到有效分离，使硝基甲烷的纯度难以提高。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供一种硝基甲烷的精制纯化方法，其采用连续精馏工艺，可提高产品纯度，使硝基甲烷精馏能够连续化，持续得到硝基甲烷产品，降低能耗。

2、具体地，该方法包括如下步骤：

3、(1)脱轻处理：将硝基甲烷粗品连续送到脱轻组分精馏塔，塔顶蒸出轻组分，塔底采出重组分；

4、(2)脱高沸处理：将步骤(1)产出的重组分连续进入脱高沸精馏塔，塔底采出塔底液，塔顶采出硝基甲烷产品；

5、任选地，

6、(3)萃取精馏处理：将步骤(2)产出的塔底液连续进入萃取精馏塔，塔底采出釜残液，塔顶采出塔顶液；

7、(4)分相处理：步骤(3)产出的塔顶液进入分相罐ⅱ，分出的下层油相ⅱ回流至步骤(1)中的脱轻组分精馏塔中再次进行分离。

8、具体地，本发明中所述硝基甲烷粗品为亚硝酸钠和硫酸二甲酯进行蒸馏反应所得的产物。

9、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)还包括将脱轻组分精馏塔中塔顶蒸出的轻组分进入分相罐ⅰ中进行分相，具体地，分相后上层水相ⅰ可以进入储罐ⅰ中储存，后续可以返回到硝基甲烷蒸馏过程制备硝基甲烷粗产品，分出的下层油相ⅰ回流至步骤(1)中的脱轻组分精馏塔中再次进行分离，也可返回至待处理物料源(硝基甲烷粗品)后，与待处理的硝基甲烷粗品合并处理(如上所述的步骤(1)、(2)，任选地，步骤(3)(4))。

10、具体地，所述待处理物料源(硝基甲烷粗品)可以为原料罐，也可以为远程输送管道。

11、在本发明的一个实施方式中，所述方法还包括将步骤(4)分相罐ⅱ分出的上层水相ⅱ可以进入储罐ⅱ中储存，后续可以返回到硝基甲烷蒸馏过程制备硝基甲烷粗产品，分出的下层油相ⅱ回流至步骤(1)中的脱轻组分精馏塔中再次进行分离，也可返回至待处理物料源(硝基甲烷粗品)后，与待处理的硝基甲烷粗品合并处理(如上所述的步骤(1)、(2)，任选地，步骤(3)(4))。

12、具体地，上述分相罐ⅰ和分相罐ⅱ可以为同一设备，也可为独立的不同设备，特别是独立的不同设备。

13、具体地，上述储罐ⅰ和储罐ⅱ可以为同一设备，也可为独立的不同设备，特别是独立的不同设备。

14、具体地，上述储罐ⅰ和储罐ⅱ可以为相并联的至少两个所述储罐用于切换，保持精馏工艺的连续化。

15、在本发明中经过脱轻组分精馏塔产出的“轻组分”主要成分为水、甲醇和少量的硝基甲烷，“重组分”主要成分为大量的硝基甲烷和高沸点混合物(沸点高于120℃)；经过脱高沸精馏塔产出的“塔底液”主要成分为少量的硝基甲烷和高沸点混合物；经过萃取精馏塔产出的“釜残液”主要为含甲醇及其他杂质的废水，所述废水从塔底排出，进入后续的环保工序进行处理；“塔顶液”主要成分为水、甲醇和硝基甲烷；“下层油相ⅰ”、“下层油相ⅱ”主要成分为硝基甲烷；“上层水相ⅰ”、“上层水相ⅱ”主要成分为水和甲醇。

16、在本发明的一个实施方式中，该方法在进行步骤(1)之前还包括先将待处理的硝基甲烷粗品(例如通过一级或多级的预热器)进行预热的步骤；具体地，预热温度为50-70℃(例如50、55、58、60、62、65、70℃)，特别是55-65℃。

17、具体地，步骤(1)中所述脱轻组分精馏塔的操作压力为常压，其作用为脱除硝基甲烷粗品中的轻组分。

18、具体地，步骤(1)中所述脱轻组分精馏塔的回流比为1-15:1(例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、12:1、14:1、15:1)，特别是1-5:1。

19、具体地，步骤(1)中所述脱轻组分精馏塔的塔顶温度为95-105℃(例如95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105℃)。

20、具体地，步骤(1)中所述脱轻组分精馏塔的塔釜温度为101-110℃(例如101、102、103、104、105、106、107、108、109、110℃)；更具体地，塔釜液相温度为105-108℃，特别是106℃，气相温度为102-104℃。

21、具体地，步骤(2)中所述脱高沸精馏塔的操作压力为常压，其作用为对脱轻组分精馏塔塔底产出的重组分进行精馏提纯。

22、具体地，步骤(2)中所述脱高沸精馏塔的回流比为1-15:1(例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、12:1、14:1、15:1)，特别是1-5:1。

23、具体地，步骤(2)中所述脱高沸精馏塔的塔釜温度为105-115℃(例如105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115℃)。

24、具体地，步骤(2)中所述脱高沸精馏塔的塔顶出料部分采出，采出料液为合格的硝基甲烷产品(例如hg/t 2031-2008标准的表1中规定的一等品，甚至是优等品，特别是硝基甲烷的纯度≥99.9wt％，其他单一杂质含量≤0.1wt％)。

25、在本发明的一个实施方式中，将步骤(2)中所述脱高沸精馏塔的塔底液可以进入储罐iii中储存，然后进料至萃取精馏塔进行萃取处理，即脱高沸精馏塔塔底出料口与萃取精馏塔进料口之间可以设置有储罐iii。

26、具体地，步骤(3)中所述萃取精馏塔的操作压力为常压，其作用为进一步回收硝基甲烷，使塔底釜残液中的硝基甲烷含量低于0.01％。

27、在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中所述萃取精馏塔所用萃取剂为水。

28、具体地，所述萃取剂的进料位置为临近塔顶处。

29、具体地，所述萃取剂的进料速度为10-20ml/min(例如10、15、20ml/min)。

30、具体地，步骤(3)中所述萃取精馏塔的回流比为1-15:1(例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、12:1、14:1、15:1)，特别是1-5:1。

31、具体地，步骤(3)中所述萃取精馏塔的塔釜温度80-90℃(例如80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90℃)。

32、具体地，步骤(3)中所述萃取精馏塔的塔顶温度70-80℃(例如70、72、74、76、78、80℃)。

33、具体地，所述方法中涉及的精馏塔均包含再沸器、一级或多级冷凝器。

34、具体地，所述方法中涉及的精馏塔的塔底出口还可以包含釜液冷却器，用于冷却塔釜残液。

35、具体地，所述方法中涉及的料液输送可以采用泵进行。

36、具体地，所述方法中涉及的装置采用自控仪表及dcs，有利于降低操作强度，并充分保障系统的操作安全。

37、本发明还提供一种硝基甲烷的精制纯化系统，其包含：脱轻组分精馏塔、脱高沸精馏塔、萃取精馏塔，其中，

38、脱轻组分精馏塔的进料口与待处理物料源连通；

39、脱轻组分精馏塔的重相出口与脱高沸精馏塔的进料口连通；

40、脱高沸精馏塔的重相出口与萃取精馏塔的进料口连通。

41、具体地，所述待处理物料源(硝基甲烷粗品)可以为原料罐，也可以为远程输送管道。

42、具体地，所述待处理物料源通过加料泵向所述脱轻组分精馏塔中输送物料。

43、在本发明的一个实施方式中，所述系统在脱轻组分精馏塔的进料口与待处理物料源之间还包括一级或多级预热器，用于将待处理物料源进行预热。

44、在本发明的一些实施例中，所述预热器包括一级预热器、二级预热器。

45、在本发明的一个实施方式中，所述系统还包括分相罐ⅰ，其与脱轻组分精馏塔的轻相出口连通，用于脱轻组分精馏塔塔顶蒸出的轻组分的分相处理(分相所得重相含硝基甲烷，可以回流至脱轻组分精馏塔中再进一步分离)。

46、在本发明的一个实施方式中，所述系统还包括产品罐，用于接收脱高沸精馏塔的采出产品；更具体地，所述系统在产品罐和脱高沸精馏塔的轻相出口之间还包括待检罐，其用于暂存脱高沸精馏塔的采出产品以进行质检，合格(例如hg/t 2031-2008标准的表1中规定的一等品，甚至是优等品，特别是硝基甲烷的纯度≥99.9wt％，其他单一杂质含量≤0.1wt％)后，产品将进料至产品罐中储存。

47、具体地，上述产品罐可以为相并联的至少两个所述产品罐用于切换，保持精制工艺的连续化。

48、在本发明的一个实施方式中，脱高沸精馏塔的重相出口与萃取精馏塔的进料口之间还设置有水相罐ⅱ，用于接收脱高沸精馏塔的塔底出料(含重杂质的釜残液)。

49、具体地，上述水相罐ⅰ和水相罐ⅱ可以为同一设备，也可为独立的不同设备，特别是独立的不同设备。

50、具体地，上述水相罐可以为相并联的至少两个所述水相罐用于切换，保持精制工艺的连续化。

51、在本发明的一个实施方式中，所述系统还包括分相罐ⅱ，其与萃取精馏塔的轻相出口连通，用于萃取精馏塔的塔顶出料的分相处理；更具体地，分相罐ⅱ还可与原料罐入口连通，用于将分相所得重相返回原料罐与粗品原料合并进行精制纯化。

52、具体地，上述分相罐ⅰ和分相罐ⅱ可以为同一设备，也可为独立的不同设备，特别是独立的不同设备。

53、具体地，上述分相罐ⅰ和分相罐ⅱ可以为相并联的至少两个所述分相罐用于切换，保持精制工艺的连续化。

54、在本发明的一个实施方式中，所述系统还包括废水储罐，其与萃取精馏塔的重相出口连通，用于接收萃取精馏塔排出废水。

55、具体地，所述脱轻组分精馏塔、脱高沸精馏塔、萃取精馏塔均包含再沸器、一级或多级冷凝器。

56、具体地，所述脱轻组分精馏塔、脱高沸精馏塔、萃取精馏塔中的一个或多个的塔底出口还可以包含釜液冷却器，用于冷却塔釜残液。

57、具体地，所述系统中各个容器之间可以通过过料泵连接。

58、具体地，所述系统还包括控制模块，用于对所述系统的运行进行控制。

59、具体地，根据工艺需要，所述系统包括循环冷却水、水蒸汽、低温水中的一种或多种。

60、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

61、(1)本发明采用连续精馏，能够提高精馏的稳定性，保证产品质量的一致性、稳定性，使硝基甲烷的纯度高达99.9％以上；

62、(2)本发明采用连续精馏，提高了精馏产品处理能力，降低了能耗，使每吨硝基甲烷产品仅消耗蒸汽1.5吨；

63、(3)本发明采用连续精馏，减少了热与物料的接触时间，避免物料的过度加热而碳化结焦等影响产品收率，提高了产品收率；

64、(4)本发明采用连续精馏，生产废水中硝基甲烷含量低于0.01％，有效降低环境污染，减轻环保处理压力。