用于制备高纯度2-乙基己醇的分隔壁蒸馏塔和采用该分隔壁蒸馏塔的分馏方法

摘要

本发明提供一种用于制备高纯度2-乙基己醇的分隔壁蒸馏塔和采用该分隔壁蒸馏塔的分馏方法。所述分隔壁蒸馏塔包括冷凝器、再沸器和具有分隔壁的主塔。本发明中，上述主塔分成塔顶区域、上进料区域、上流出区域、下进料区域、下流出区域和塔底区域。此外，粗2-乙基己醇原料(F)流入中间流入板NR1，在该中间流入板NR1中上述上进料区域和上述下进料区域彼此接触，低沸点组分(D)从上述塔顶区域流出，高沸点组分(B)从上述塔底区域流出，以及中沸点组分(S)经由中间流出板NR2流出，在该中间流出板NR2中上述上流出区域和上述下流出区域彼此接触。在这种情况下，上述中沸点组分是2-乙基己醇。因此，由于一个蒸馏塔可以用来实现与由采用两个蒸馏塔取得的相同效果，所以与常规工艺系统相比，所述分隔壁蒸馏塔可以具有降低设备成本来制备高纯度2-乙基己醇的效果，以及具有降低能量的效果。

说明书

技术领域

本申请要求于2009年3月19日和于2010年3月19日分别向韩国知识 产权局提交的第10-2009-0023464号和第10-2010-0024649号韩国专利申请的 优先权，这两件韩国专利申请的全部公开内容以引用的方式纳入本说明书。 本发明涉及一种用于制备高纯度2-乙基己醇的分隔壁蒸馏塔(dividing wall  distillation column)和采用该分隔壁蒸馏塔的分馏方法。

背景技术

一般而言，各种原始材料(例如原油)通常是以多种化学品的混合物的形式 存在。因此，这些原始材料本身几乎不用于工业中，但是它们通常被分离成 用于工业中的相应化合物。蒸馏方法是用于分离混合物的化学方法的代表性 方法。

通常，蒸馏方法用于将混合物分离成两种组分：高沸点组分和低沸点组 分。因此，使用比待分离的混合物中组分的数目(n)少1的数目(n-1)的蒸馏塔。 也就是说，分离三组分混合物的方法主要使用在常规蒸馏工业中现场连续运 行的两个蒸馏塔的结构。

一种分离三组分混合物的常规蒸馏方法示于图1中。

所述常规蒸馏方法采用两塔体系，其中，在第一塔11中分离最低沸点组 分(D)，以及在第二塔21中分离中沸点组分(S)和高沸点组分(B)。

在常规两塔蒸馏体系(其是一种蒸馏醇的常规过程)中，在第一塔中的组成 分布图示于图2中。如图2所示，中沸点组分(S)一般可能在第一塔的下部位 再混合。特别是，在辛醇(比如2-乙基己醇)作为中沸点组分被分离时在第一塔 中的组成分布图示于图3中。如图3所示，可以看出辛醇可能在第一塔的下 部位中再混合。

上述常规蒸馏方法可以易于控制产物的组成，但是中沸点组分在第一蒸 馏塔中再混合。因此，在蒸馏塔中的热力学效率下降，导致不必要的能量消 耗。

为了解决上述问题，关于新型蒸馏结构已经进行了大量的研究。一种采 用热耦结构提高分离效率的代表性实例可以是如图4所示的Petlyuk蒸馏塔的 结构。该Petlyuk蒸馏塔布置成其中初分离器12和主分离器22是热耦合的结 构。因此，低沸点组分和高沸点组分在上述初分离器中首先分离，然后经由 初分离器的塔顶部和塔底部流向主分离器的进料板。此后，低沸点组分、中 沸点组分和高沸点组分在主分离器中被分离。这种结构因为Petlyuk蒸馏塔的 蒸馏曲线与平衡蒸馏曲线相似而具有高能量效率。然而，工艺的设计和运行 不容易，且在蒸馏塔中的压力平衡特别难于调整。

为了解决关于Petlyuk蒸馏塔的上述问题，已经提出了一种分隔壁蒸馏塔 (DWC)。该DWC的热力学方面类似于Petlyuk蒸馏塔，但是结构方面与Petlyuk 蒸馏塔不同之处在于，分隔壁安装在蒸馏塔中以使Petlyuk蒸馏塔的初分离器 结合在主分离器中。这样的结构主要优点在于：因为有关Petlyuk蒸馏塔初分 离器和主分离器之间的平衡的问题自然解决了，从而操作简便化，所以操作 容易进行；以及由于两种蒸馏塔并成一个，所以投资费用也可以大大地减少。

由本申请人提出并授予本申请人的韩国专利No.080482披露了一种与2- 乙基己醇的精制相关的常规技术。

上述技术涉及一种纯化方法，该方法包括使副产物经过两个多级蒸馏塔 以回收2-乙基己醇和2-乙基己酸2-乙基己酯，所述副产物是在由丁醛经由羟 醛缩合反应和氢化反应制备2-乙基己醇的工厂中产生的，该纯化方法特征在 于，所述副产物包含100重量份的2-乙基己醇、2～6重量份的丁醛三聚体、7～12 重量份的2-乙基己酸2-乙基己酯和0.01～0.3重量份的高沸点组分，且该方法 包括使上述副产物经过第一多级蒸馏塔以回收2-乙基己醇，以及在第二多级 蒸馏塔中，在例如操作压力为980.665～9806.650kPa和操作温度为150～200℃ 的操作条件下，蒸馏残余物，以回收2-乙基己酸2-乙基己酯。

如同常规方法，上述技术采用了两个塔，但是本发明完全不同于这种技 术，在于该技术不针对包括分隔壁的蒸馏塔。

发明内容

技术问题

尽管上述分隔壁蒸馏塔的上述优点，但是分隔壁蒸馏塔很难在蒸馏工业 现场安装。对于这一点一个重要的原因是分隔壁蒸馏塔在操作条件的变化方 面是不可改变的，这是由于一旦分隔壁蒸馏塔设计好就不能控制内循环物质 的流动速率的结构特点所导致的，这不同于Petlyuk蒸馏塔。也就是说，在设 计蒸馏塔的最初，要求精确的模拟和结构的确定。

近年来，关于分隔壁蒸馏塔的结构和控制已进行大量的研究，但是分隔 壁蒸馏塔的设计结构和操作条件的细节，例如在蒸馏塔中进料板的位置、分 隔壁部分的设定、用于制备中沸点组分的塔板的位置、塔板总数、蒸馏温度 和蒸馏压力非常受限制。

特别是，因为上述设计结构(比如蒸馏塔的塔板数和进料板的位置)和操作 条件(比如蒸馏温度和压力)应该根据待分馏的化合物的性质而变化，所以难于 采用分隔壁蒸馏塔。

因此，为了解决上述问题，降低能量消耗和设备费用，本发明的目的在 于提供一种具有用来纯化2-乙基己醇的适宜设计的分隔壁蒸馏塔，以及一种 运行该分隔壁蒸馏塔的方法。

技术方案

因此，设计本发明来解决上述问题，且本发明的目的是提供一种分隔壁 蒸馏塔，该分隔壁蒸馏塔包括冷凝器、再沸器和主塔，该主塔具有在主塔中 形成的分隔壁。于此，上述主塔分成塔顶区域、上进料区域、上流出区域、 下进料区域、下流出区域和塔底区域。此外，粗2-乙基己醇原料(F)流入中间 流入板NR1，在该中间流入板NR1中上述上进料区域和上述下进料区域彼此 接触，低沸点组分(D)从上述塔顶区域流出，高沸点组分(B)从上述塔底区域流 出，以及中沸点组分(S)经由中间流出板NR2流出，在该中间流出板NR2中 上述上流出区域和上述下流出区域彼此接触。在这种情况下，上述中沸点组 分是2-乙基己醇。

此外，上述原料(F)可以具有90重量％或高于90重量％的2-乙基己醇含 量。

另外，在塔顶区域、上进料区域、上流出区域、下进料区域、下流出区 域和塔底区域中相应提供的塔板数可以是根据由蒸馏曲线计算的理论塔板数 的80％～145％。

此外，上述分隔壁的长度可以根据在上述上进料区域和上述下进料区域 中的总理论塔板数来确定。

此外，上述分隔壁的长度可以是根据由蒸馏曲线计算的在上述塔顶区域、 上进料区域、下流出区域和塔底区域中的总理论塔板数的30％～85％。

另外，上述塔顶区域的温度在16.671kPa压力下可以是75～85℃。

此外，上述塔底区域的温度在16.671kPa压力下可以是145～160℃。

另外，上述中间流出板NR2的温度在16.671kPa压力下可以是130～ 140℃，该中间流出板NR2设置在上流出区域与下流出区域彼此接触的位置 处，且所述中沸点组分(S)由该中间流出板流出。

此外，当压力不是16.671kPa的压力时，上述塔顶区域的温度可以在根 据下面公式1的下限温度(T_1α)到上限温度(T_2α)的范围内：

公式1

下限：T_1α＝114.5099*P^0.2439

上限：T_2α＝123.4949*P^0.2149

(其中，T_1α和T_2α表示温度(℃)；P表示压力(kPa)，以0.981≤P≤980.665 且P≠16.671为条件)。

此外，当压力不是16.671kPa的压力时，上述塔底区域的温度可以在根 据下面公式2的下限温度(T_1β)到上限温度(T_2β)的范围内：

公式2

下限：T_1β＝192.1386*P^0.1548

上限：T_2β＝206.5980*P^0.1405

(其中，T_1β和T_2β表示温度(℃)；P表示压力(kPa)，以0.981≤P≤980.665 且P≠16.671为条件)。

另外，当压力不是16.671kPa的压力时，上述中间流出板NR2的温度可 以在根据下面公式3的下限温度(T_1χ)到上限温度(T_2χ)的范围内，该中间流出板 NR2设置在上流出区域与下流出区域彼此接触的位置处，且所述中沸点组分 (S)由该中间流出板流出：

公式3

下限：T_1χ＝157.7845*P^0.1034

上限：T_2χ＝167.6350*P^0.096

(其中，T_1χ和T_2χ表示温度(℃)；P表示压力(kPa)，以0.981≤P≤980.665 且P≠16.671为条件)。

本发明的另一方面提供一种分级蒸馏2-乙基己醇的方法。于此，该方法 包括采用上述分隔壁蒸馏塔制备2-乙基己醇。

有益效果

根据本发明，由于一个蒸馏塔可以用来实现与由采用两个蒸馏塔取得的 相同效果，所以与常规工艺系统相比，所述分隔壁蒸馏塔可以具有降低设备 成本来制备高纯度2-乙基己醇的效果，以及具有降低能量的效果。

附图说明

结合附图，在下面的详细描述中将更全面地描述本发明优选实施方案的 上述和其它特征、方面和优点。在附图中：

图1是示出一种分离三组分混合物的常规蒸馏方法的示意图。

图2示出在蒸馏醇的常规方法中在第一塔中的组成分布图。

图3示出当辛醇(2-乙基己醇)作为中沸点组分被分离时在第一塔中的组成 分布图。

图4是示出Petlyuk蒸馏塔的结构的示意图。

图5是示出根据本发明的分隔壁蒸馏塔的结构的示意图。

图6是示出在比较例1中描述的蒸馏塔的示意图。

图7是示出在实施例1中描述的分隔壁蒸馏塔的示意图。

附图的基本部件说明

1：主塔

11：第一塔                    21：第二塔

12：初分离器                  22：主分离器

31：冷凝器                    41：再沸器

51：分隔壁

100：塔顶区域                 200：上进料区域

300：上流出区域               400：下进料区域

500：下流出区域               600：塔底区域

NR1：中间流入板                NR2：中间流出板

F：原料                        B：高沸点组分

D：低沸点组分                  S：中沸点组分

2-EH：2-乙基己醇               LD：液体流

VB：蒸气流

具体实施方式

下文，将参考附图详细地描述本发明的优选实施方案。

本发明提供一种分隔壁蒸馏塔，该分隔壁蒸馏塔包括冷凝器、再沸器和 具有分隔壁的主塔。于此，上述主塔分成塔顶区域、上进料区域、上流出区 域、下进料区域、下流出区域和塔底区域。此外，粗2-乙基己醇原料(F)流入 中间流入板NR1，在该中间流入板NR1中上述上进料区域和上述下进料区域 彼此接触，低沸点组分(D)从上述塔顶区域流出，高沸点组分(B)从上述塔底区 域流出，以及中沸点组分(S)经由中间流出板NR2流出，在该中间流出板NR2 中上述上流出区域和上述下流出区域彼此接触。在这种情况下，上述中沸点 组分是2-乙基己醇。

根据本发明的分隔壁蒸馏塔的结构示于图5中。

本发明的蒸馏塔包括冷凝器31和再沸器41。

所述冷凝器用于通过夺取气态混合物的气化热而使该气态混合物冷凝。 于此，可以采用在常规化工体系中使用的冷凝器，而不受限制。

所述再沸器用于通过向液态混合物提供气化热而使该液态混合物气化。 于此，可以采用在常规化工体系中使用的再沸器，而不受限制。

所述主塔1可以主要分成6部分。

所述塔顶区域100是指其中不具有分隔壁的主塔的上部分。

所述上进料区域200是被分隔壁划分的部分中的一个，且是布置在流入 物(原料)物流的上面的子部分。

所述上流出区域300是被分隔壁划分的部分中的一个，且是布置在流出 物物流的上面的子部分。

所述下进料区域400是被分隔壁划分的部分中的另一个，且是布置在流 入物物流的下面的子部分。

所述下流出区域500是被分隔壁划分的部分中的另一个，且是布置在流 出物物流的下面的子部分。

所述塔底区域600是指其中不具有分隔壁的主塔的下部分。

所述主塔具有至少一个流入部位和至少三个流出部位。

原料(F)，例如粗2-乙基己醇，流入中间流入板NR1，在该中间流入板 NR1中上述上进料区域和上述下进料区域彼此接触，低沸点组分(D)从上述塔 顶区域流出，高沸点组分(B)从上述塔底区域流出，以及中沸点组分(S)经由中 间流出板NR2流出，在该中间流出板NR2中上述上流出区域和上述下流出区 域彼此接触。在这种情况下，上述中沸点组分(S)是2-乙基己醇。

在本发明中，术语“粗2-乙基己醇原料”是指一种在本领域中已知的蒸 馏过程中所使用的目标物(待蒸馏的物质)，其是一种包含主要成分2-乙基己醇 的混合物，且术语“主要成分”是指在混合物的各个组分中以最大量被包含 的一种组分。为了得到高纯度的2-乙基己醇，所述粗2-乙基己醇原料优选具 有较高的2-乙基己醇含量，且为了得到至少99重量％的高纯度2-乙基己醇， 粗2-乙基己醇原料优选具有至少90重量％的2-乙基己醇含量。

根据本发明，语句“中沸点组分(S)是2-乙基己醇”意思是2-乙基己醇不 是以100％存在，而是基本上以粗2-乙基己醇原料存在。语句“2-乙基己醇基 本上以粗2-乙基己醇原料存在”意思是混合物本身基本上被认为是2-乙基己 醇，特别是，该混合物包含2-乙基己醇作为主要成分且具有比供给的原料更 高的2-乙基己醇含量。

这种分隔壁蒸馏方法能量消耗比采用两个连续蒸馏塔的常规蒸馏方法更 低，这可能源自结构不同。在分隔壁蒸馏塔中，由于由分隔壁划分的空间用 作初分离器，所以因高沸点组分和低沸点组分的分离而使得液体组成基本上 对应于平衡蒸馏曲线，以及由于再混合影响的抑制而使得分离的热力学效率 良好。

上述上进料区域和下进料区域起到与在常规方法中运行的初分离器类似 的作用(即上进料区域和下进料区域可以一般认为是初分离部)。流入该初分 离部的三组分混合物被分离成低沸点组分和高沸点组分。在初分离部中分离 的低沸点组分和高沸点组分中的一些流入塔顶区域和塔底区域，且一些流回 上流出区域和下流出区域中并被再蒸馏。

上述上流出区域和下流出区域用作在常规方法中运行的主分离器(即上 流出区域和下流出区域可以一般认为是主分离部)。主要地，低沸点组分和中 沸点组分在主分离部的分隔壁的上部分离，中沸点组分和高沸点组分在分隔 壁的下部分离。

所述低沸点组分经过主塔的塔顶区域和冷凝器，一些低沸点组分然后被 制成低沸点产物(D)，而剩余部分以液体流(LD)的形式流回主塔的塔顶区域。 高沸点组分经过主塔的塔底区域和再沸器，一些高沸点组分然后被制成高沸 点产物(B)，而剩余部分以蒸气流(VB)的形式流回主塔的塔底区域。

具有分隔壁的热耦蒸馏塔系统的设计是基于常规热耦蒸馏塔的设计和具 有最小塔板数的蒸馏塔的设计。当蒸馏塔中蒸馏塔板的液体组成分布类似于 平衡蒸馏曲线时，蒸馏塔的效率最大。因此，在假设蒸馏塔在预回流控制 (pre-reflux handling)下运行的情况下，首先设计最小塔板蒸馏系统。也就是说， 在假设液体组成与原料进料板中的原料的组成相同的情况下，设计上进料区 域和下进料区域。此外，在上流出区域和下流出区域中，从中沸点产物的浓 度开始，采用用于设计平衡组成的级联法(cascade method)从蒸馏塔的中部到 塔顶计算液体组成。在用作主分离器的下流出区域中，从中沸点产物的浓度 开始，采用计算平衡组成的级联法从蒸馏塔的中部到塔底计算液体组成。然 后，由所得到的液体组成的分布，通过计算原料进料板的数目和具有产物组 成的塔板的数目，可以分别确定用作初分离器的上进料区域和下进料区域的 塔板数和用作主分离器的上流出区域和下流出区域的塔板数。于此，由于在 蒸馏塔中所得到的塔板数是理想理论塔板数，所以取决于常规的设计标准， 蒸馏塔中的塔板数优选是理论塔板数的80～145％。当塔板数小于计算的理论 塔板数的80％时，低沸点组分和高沸点组分在初分离部中不容易分离，而当 塔板数大于145％时，因为具有最小回流比的部分，能量减少效应没有得到增 大，导致投资费用增大。

此外，安装在主塔中的分隔壁的长度不具有固定的值，且可以根据待处 理的原料的种类和组成而随意变化。该分隔壁的长度优选根据基于上进料区 域和下进料区域的蒸馏曲线计算的总理论塔板数来确定。

在这种分隔壁蒸馏塔中，有多种计算理论塔板数和回流量的方法，所述 方法通过采用关于初分离部和主分离部的液体组成的平衡蒸馏曲线方法，来 确定分隔壁的位置，从而设计最佳的分隔壁位置。然而，芬斯基-安特乌得方 程式(Fenske-Underwood equation)用来计算根据本发明的理论塔板数(芬斯基- 安特乌得方程式对于本领域技术人员而言是熟知的)。

所述分隔壁的长度优选是基于蒸馏曲线计算的塔顶区域、上进料区域、 下流出区域和塔底区域的总理论塔板数的30％～85％。当所述分隔壁的长度 小于30％时，一些低沸点组分从初分离部流下来，并可能被引入到主分离器 中的产物中。另一方面，当所述分隔壁的长度超过85％时，难于保持在蒸馏 塔中低沸点/中沸点组分的液/气态和中沸点/高沸点组分的液/气态的平稳平衡 流动，这使得难于制造蒸馏塔。

在所述主塔中，所述塔顶区域的温度在16.671kPa压力下优选是75～ 85℃。当塔顶区域的温度低于75℃时，低沸点组分(轻质)可能从初分离部流 下来，这影响产物的纯度。当塔顶区域的温度高于85℃时，高沸点组分(重质) 可能从初分离部向上流，这影响产物的纯度。

在所述主塔中，所述塔底区域的温度在16.671kPa压力下优选是145～ 160℃。当所述塔底区域的温度低于145℃时，中沸点组分(2-乙基己醇)向下 流作为产物，这导致产物的产量下降。当所述塔底区域的温度超过160℃时， 高沸点组分可能与中沸点组分一起侧流。

所述中间流出板NR2的温度在16.671kPa压力下优选是130～140℃，该 中间流出板NR2设置在上流出区域与下流出区域彼此接触的位置处，且所述 中沸点组分(S)由该中间流出板流出。当所述中间流出板NR2的温度低于 130℃时，难于去除低沸点组分，而当所述中间流出板NR2的温度高于140℃ 时，难于去除高沸点组分，这影响产物的纯度。

在所述主塔中，所述塔顶区域、塔底区域和中间流出板NR2的温度范围 是基于16.671kPa的压力(即由正常压力稍稍降低的压力)。当蒸馏塔在减小 的压力或压缩的压力下运行时，温度范围可能变化。通常，压力越高，上限 温度和下限温度越高。

特别是，当所述塔顶区域不在上述压力范围内的压力时，该塔顶区域的 温度可以在根据下面公式1计算的下限温度(T_1α)到上限温度(T_2α)的范围内：

公式1

下限：T_1α＝114.5099*P^0.2439

上限：T_2α＝123.4949*P^0.2149

(其中，T_1α和T_2α表示温度(℃)；P表示压力(kPa)，以0.981≤P≤980.665 且P≠16.671为条件)。

此外，当所述塔底区域不在上述压力范围内的压力时，该塔底区域的温 度可以在根据下面公式2计算的下限温度(T_1β)到上限温度(T_2β)的范围内：

公式2

下限：T_1β＝192.1386*P^0.1548

上限：T_2β＝206.5980*P^0.1405

(其中，T_1β和T_2β表示温度(℃)；P表示压力(kPa)，以0.981≤P≤980.665 且P≠16.671为条件)。

另外，当所述中间流出板NR2不在上述压力范围内的压力时，该中间流 出板NR2的温度可以在根据下面公式3计算的下限温度(T_1χ)到上限温度(T_2χ) 的范围内：

公式3

下限：T_1χ＝157.7845*P^0.1034

上限：T_2χ＝167.6350*P^0.096

(其中，T_1χ和T_2χ表示温度(℃)；P表示压力(kPa)，以0.981≤P≤980.665 且P≠16.671为条件)。

如上所述，根据本发明的分隔壁蒸馏塔的操作条件反映了根据压力的变 化塔顶区域、塔底区域和中间流出板的温度，按如下列出：

如上所述，根据本发明的具有分隔壁的热耦蒸馏塔设计成用来改善用于 蒸馏三组分或多组分混合物的蒸馏系统中的蒸馏塔的效率。因此，由于分隔 壁安装在主塔中以形成多个空间，这些空间具有类似于高效平衡蒸馏系统的 液体组成分布，且用作初分离器和主分离器，所以该蒸馏塔具有与由采用两 个蒸馏塔所得到的相同的效果。

同时，本发明涉及一种分级蒸馏2-乙基己醇的方法。在本发明中，所述 方法包括采用上述分隔壁蒸馏塔制备2-乙基己醇。

下文，将参考下面的实施例更详细地描述本发明。应理解这里所给出的 描述只是优选的实施例，这些实施例仅为了举例说明的目的，而不旨在限制 本发明的范围。

实施例1

为了证实在本发明中提出的蒸馏系统的性能，设计并运行了一种分隔壁 蒸馏塔(DWC)。通过实际操作该系统，证实可以得到所要求的产物组成。在 比较例1中使用了两个不具有分隔壁的常规蒸馏塔，在实施例1中使用了一 个设置有分隔壁的蒸馏塔。在比较例1和实施例1中，原料中2-乙基己醇的 含量均设定为96.09重量％。

在比较例1和实施例1中描述的蒸馏塔分别示于图6和图7中。图6和 图7中的附图标记1～8表示在实施例1和比较例1中描述的各个物流。

实施例1和比较例1的蒸馏塔具有的理论塔板数列于表1中。在实施例1 的蒸馏塔中，分隔壁的长度设定为理论塔板数54，其对应于塔顶区域、上进 料区域、下流出区域和塔底区域中的总理论塔板数的84％。

实验结果列出在下面表2和3中。

表1

表2

^*2-EH：2-乙基己醇

表3

如实施例1所述，表明由于抑制了再混合的影响并提高了分离效率而有 效地回收到99重量％的高纯度2-乙基己醇。由于提高了产物的纯度而不要求 精制2-乙基己醇附加的再循环步骤，从而提高了生产率。本发明的DWC(一 个塔和两个热交换器)比常规蒸馏塔(两个塔和四个热交换器)在投资费用方面 便宜很多。

与常规蒸馏塔相比，能量的减小率约34.0％。