[發明專利]一種從近共沸濃度乙醇-水混合物中制取無水乙醇的工藝

有效

• 申請號: 201210423705.5
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102875327A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 安維中;陳珺
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C07C31/08
• 分類號: C07C31/08;C07C29/88;C07C29/80;C07C43/13;C07C43/11;C07C41/03;C07C31/20;C07C29/04
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 王鐸

技術領域

本發明涉及一種從近共沸濃度乙醇-水混合物中除水制取無水乙醇的工藝，屬于有機化工技術領域。

技術背景

乙醇是一種非常重要的有機化工原料，其制品多達300種以上，廣泛用于食品、化學試劑、醫藥、油漆、顏料、化妝品、燃料、香料、國防、電子、航天等工業領域。一般來說，乙醇可分為工業乙醇、食用乙醇和無水乙醇三個等級，其中無水乙醇通常指體積濃度大于99.5%的乙醇。由于乙醇可作為可再生資源，能夠部分取代石油等不可再生的化石能源，所以其生產技術越來越受到了廣泛關注。近年來，無水乙醇被廣泛用于優質汽油改良劑，在提高汽油的抗爆性，消除鉛污染，改善燃燒和降低尾氣排放和保護環境等方面發揮著越來越重要的作用。

無水乙醇制取的一個關鍵難點在于乙醇能與水形成二元均相共沸物，即采用普通精餾的方法無法直接從乙醇-水混合物中提純乙醇。據報道，從含5%水分（質量分數）的乙醇水溶液提純得到無水乙醇所消耗的能量相當于將含10%乙醇提純到共沸物組成乙醇-水混合物所需要的能量。針對此問題，無論是工業界還是學術界，都一直力求找到更經濟和更適用的乙醇脫水技術。

目前，從乙醇-水混合物中除去水分的方法主要有物理法和化學法。物理法的代表性方法有共沸精餾、萃取精餾、加鹽萃取精餾、吸附分離、滲透蒸發和電滲析等方法，但這些方法均存在分離劑用量大、系統能耗高、設備投資費用高、分離流程復雜等問題。化學法主要指生石灰法，但該工藝難以實現連續的、大規模工業上生產。

反應精餾是上世紀80年代發展起來的一種新興化工過程強化技術。該技術將反應和分離這兩個化學工程領域中最為關鍵的過程耦合于同一設備單元中，被認為是過程強化和革新傳統單元操作的一項代表性技術。有公開文獻報道應用反應精餾脫出乙醇-水混合物中水分的方法[如文獻《Industrial?&?Engineering?Chemistry?Research》，2004年，第43卷，第3期]。該方法先利用常規精餾法將乙醇提純到接近共沸的濃度（80~95%），再采用異丁烯（IB）為反應物，以固體酸作為催化劑，在一個反應精餾塔中進行化學反應和產物分離，其中水和IB水合反應生產叔丁醇（TBA），乙醇和IB反應生成乙基叔丁基醚（ETBE）。與傳統技術比較，該方法采用反應精餾技術，可節約能耗和降低投資費用，但該方法在實際應用時存在除水不完全的局限性。由于異丁烯水合反應是個存在化學反應平衡的可逆反應，即使使用7：1的異丁烯與水的大進料比，水的轉化率最高也只能達到90%，所得乙醇產品的濃度無法達到無水乙醇的要求。

發明內容

為了克服上述方法中存在的分離劑用量大、系統能耗高、設備投資費用高、分離流程復雜等局限性，本發明提供了一種基于環氧乙烷水合反應精餾技術的、從近沸濃度乙醇-水混合物中除水制取無水乙醇的工藝，目的是進一步提高水的去除率、降低系統能耗、簡化流程和實現大規模工業化生產。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

一種從近共沸濃度乙醇-水混合物中除水制無水乙醇的工藝，其特征在于：將近沸濃度乙醇-水混合物和環氧乙烷送入一個反應精餾塔中，在塔內化學反應和產物分離同步進行，原料中的水通過環氧乙烷水合反應除去，環氧乙烷在塔內完全轉化，反應精餾的塔頂得到無水乙醇，塔底得到水合反應的乙二醇等副產物。

本發明工藝的化學工程原理如下：

本發明涉及的原料包括乙醇、水和環氧乙烷（EO）三個組分，涉及的化學反應包括環氧乙烷水合和乙醇乙氧基化，具體如下：

（I）EO水合反應

????EO首先與水發生水合反應生成乙二醇（EG）：

C₂H₄O+H₂O→C₂H₆O₂（乙二醇，EG）?????????????（1）

反應生成的乙二醇還將和環氧乙烷反應生成二乙二醇（DEG）、三乙二醇等一系列同系物：

C₂H₄O+?C₂H₆O₂→C₄H₁₀O₃（二乙二醇，DEG）??????（2）