一种分离乙醇-异丙醇-水混合物的双萃取剂及方法

本发明涉及化合物分离，具体涉及一种分离乙醇-异丙醇-水混合物的双萃取剂及方法。

背景技术：

1、乙醇是很重要的化学原料，其用途广泛，常将其作为原料来合成化工品或聚合物，同时还可以制成生活用品，如含酒精饮料、卫生用品、汽油添加剂等。无水乙醇是化学工业的基础原料，它可应用于护肤品、医药、军工、涂料等领域，更重要的是它还是一种清洁燃料。异丙醇不仅可以作为化工原料，还是比较廉价的溶剂，同时还可以作为清洗剂和萃取剂。是生产丙酮、异丙胺、异丙醚等不可或缺的原料。同时在生产油墨、涂料、医药等行业也被广泛应用。在最近几年里，随着电子工业的飞速发展，由于异丙醇可作为电子工业清洗剂，导致其异丙醇的消费速度增长迅猛，预计年均需求量的增长速度在10％以上。由于工业应用对乙醇和异丙醇产品的纯度，特别是水含量通常提出较高的要求。而在常压下异丙醇与水、乙醇和水混合后容易产生共沸现象，因此，需要对醇/水共沸物进行分离。

2、萃取精馏作为现目前工艺技术最成熟，应用最广泛的分离技术之一，萃取精馏被广泛应用于含低碳醇共沸物系分离中，其原因有处理通量比较大、工艺操作相对简单、适用性强和分离效果显著等。萃取精馏的原理是向溶液体系中加入夹带剂使原混合溶液中的分子间的相互作用发生改变，提高了共沸物间的相对挥发度，从而打破了原混合溶液的共沸。异丙醇、乙醇沸点相差比较小，两者均与水共沸，且共沸点十分接近。组成为95.6％(质量分数，下同)的乙醇和4.4％的水形成的共沸物系的共沸点为78.2℃。组成为87.4％的异丙醇和12.6％的水，形成的共沸物系的共沸点为80.3℃。对于共沸物系和近共沸物系，工业上一般可以采用萃取精馏将其分离，所以萃取剂的选择便成为研究的重点。

3、目前离子液体作为夹带剂在分离共沸物领域有很大的研究前景，其结构由阴阳离子组成，其物理性质优良，在电化学、催化、有机合成、溶解、萃取剂材料化学等领域被广泛应用。对于共沸物体系，工业上一般采取基于有机溶剂的萃取精馏技术，然而基于只使用有机溶剂的萃取精馏工艺能耗一般较高。离子液体的非挥发性及较强的热力学性能使得离子液体萃取精馏工艺可克服有机溶剂工艺的高能耗问题，但离子液体的高黏度及闪蒸回收温度高、压力低等问题限制了离子液体工艺的进一步发展。因此，适宜的萃取剂体系对于实现共沸物的绿色高效分离至关重要。

4、既往公开的一种水-乙醇-异丙醇混合物萃取精馏分离的方法中，该方法用氯化胆碱-乙二醇以1：2组成的低共熔溶剂作为萃取剂，工艺简单，易于操作，能耗低，萃取剂无腐蚀易回收，可循环利用，能有效降低生产成本，分离出的乙醇、异丙醇产品纯度高。但是，乙醇/异丙醇/水三元混合物存在乙醇/水、异丙醇/水两个共沸物以及乙醇/异丙醇一个近沸物，通过氯化胆碱和乙二醇将乙醇/异丙醇/水三元混合物分离为乙醇/异丙醇和水，再通过简单精馏塔将乙醇和异丙醇分离，这使得乙醇/异丙醇分离塔的能耗和理论板数相当高，经济性能较差。

5、基于上述分析，一种能够直接分离乙醇/异丙醇/水三元混合物体系中的乙醇和异丙醇，同时经济性能比较高的分离方法是目前行业内急需的。

技术实现思路

1、乙醇/异丙醇/水三元混合物存在乙醇/水、异丙醇/水两个共沸物系以及乙醇/异丙醇一个近沸物系。有机溶剂乙二醇对两个共沸物的热力学分离性能一般，使得萃取精馏塔的能耗和理论板数偏高。纯离子液体虽然对两个共沸物均具有较好的热力学分离性能，但对乙醇/异丙醇近沸物没有分离效果。因此，本发明集成了离子液体、有机溶剂分别对共沸物及近沸物的高选择性优势，提出了先离子液体再有机溶剂双萃取精馏塔技术，即先通过高热力学性能的离子液体先分离乙醇/水及异丙醇/水，再通过对乙醇/异丙醇具有高选择性的乙二醇进行萃取精馏分离。另外，针对乙醇/异丙醇/水三元混合物含水量高带来的高能耗问题，本发明提出机械蒸汽再压缩式热泵辅助预浓缩技术，将三元混合物的含水量降低约60％～80％。

2、本发明是通过如下技术手段实现的：

3、本发明提供了一种用热泵辅助预浓缩集成先离子液体再乙二醇萃取精馏分离乙醇-异丙醇-水三元混合物的方法，该方法先是对进料混合物用热泵精馏进行预浓缩，将三元混合物的含水量降低约60％～80％。将乙醇和异丙醇和少量水从塔顶采出，得到的塔顶物流用纯离子液体[emim][dca]、[emim][ac]或[bmim][cl]做萃取剂进行萃取精馏，打破乙醇/水、异丙醇/水共沸物，塔顶得到两种醇的混合物，塔底得到水，最后使用有机溶剂乙二醇萃取精馏分离乙醇/异丙醇近沸物，继而得到高纯度乙醇和异丙醇产品。

4、具体如下：

5、本发明公开了一种分离乙醇-异丙醇-水混合物的双萃取剂，其中：

6、所述双萃取剂包括：纯离子液体以及有机溶剂；

7、纯离子液体为[emim][cl]、[emim][dca]、[emim][ac]中的一种；

8、有机溶剂为乙二醇。

9、本发明还公开了一种根据上述双萃取剂分离乙醇-异丙醇-水混合物的方法，包括：

10、(1)乙醇-异丙醇-水三元混合物从热泵辅助预浓缩塔(t1)中部进入，塔顶采出乙醇、异丙醇和少量水，塔釜采出质量分数99.5％～99.9％的水。

11、进一步地，所述t1塔的塔板数为10～30，操作压力为1bar，回流比为0.5～3.0，塔顶温度为50～100℃，塔釜温度为80～100℃；所述乙醇-异丙醇-水混合物从t1塔的10～25块塔板进入精馏塔内。

12、(2)将步骤(1)中得到的乙醇、异丙醇和少量水混合物通过离子液体萃取精馏塔(t2)进行分离。

13、进一步地，所述t2塔的塔板数为25～50，操作压力为常压1bar，所述萃取剂为纯离子液体[emim][cl]、[emim][dca]、[emim][ac]其中一种，回流比为0.5～3.0，塔顶温度为50～100℃，塔釜温度为80～130℃。

14、(3)将步骤(2)所述塔底物流经换热器1后进入闪蒸罐1，闪蒸罐1和闪蒸罐2塔顶物流为水，闪蒸罐2塔底物流为离子液体，将回收的离子液体先经泵再经换热器3送至步骤(2)的t2塔进行循环利用。

15、进一步地，所述闪蒸塔的压力均为0.1bar，温度均为100～200℃。

16、(4)将步骤(2)所述塔顶物流进入有机溶剂萃取精馏塔(t3)。

17、进一步地，所述t3塔的塔板数为30～60，操作压力为1bar，萃取剂为乙二醇，回流比为1～5，塔顶温度为60～100℃，塔釜温度为110～180℃。

18、(5)将步骤(4)所述的塔底物流从2～20块板之间进入精馏塔(t4)内。

19、进一步地，所述操作压力为1bar，回流比为0～5，塔顶温度为70～110℃，塔釜温度为110～200℃。

20、(6)将步骤(5)得到的塔底物流经过换热器2后回到步骤(4)中t3塔进行循环利用。

21、进一步地，所述换热器温度为30～70℃、操作压力为1bar。

22、本发明还公开了一种根据上述任一方法分离的乙醇。

23、本发明还公开了一种根据上述任一方法分离的异丙醇。

24、本发明的有益效果在于：

25、(1)本发明集成了离子液体、有机溶剂分别对共沸物及近沸物的高选择性优势，提出了先离子液体再有机溶剂双萃取精馏塔技术，即先通过高热力学性能的离子液体先分离乙醇/水及异丙醇/水，再通过对乙醇/异丙醇具有高选择性的乙二醇进行萃取精馏分离。先离子液体再有机溶剂双萃取精馏塔技术较纯离子液体或有机溶剂技术比，能耗和年度总成本可分别下降约30％～50％，15％～40％。

26、(2)针对乙醇/异丙醇/水三元混合物含水量高带来的高能耗问题，本发明提出机械蒸汽再压缩式热泵精馏辅助预浓缩技术，将三元混合物的含水量降低约60％～80％，总处理量可降低约15％～30％，有利于降低后续精馏塔的直径，该技术可在双萃取精馏塔技术基础上进一步降低能耗约30％～60％。

27、(3)通过二级闪蒸可以降低闪蒸罐的温度，有效地降低了离子液体热分解损失量，可再一步使能耗和年度总成本分别下降约15％～25％，10％～20％。