聚苯硫醚生产中溶剂和原料的分离回收系统及方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，涉及一种聚苯硫醚的中试生产装置中溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)和原料对二氯苯(DCB)的分离回收系统以及分离回收方法。
背景技术
聚苯硫醚具有优异的耐热性、阻燃性、绝缘性，且硬度和强度均较高，是迄今为止世界上性价比最高的特种工程塑料，已成为特种工程塑料的第一大品种。主要应用于汽车、环保、电子电气、机械、石化、军工、航空航天等领域。随着科学技术的进步和经济的飞速发展，聚苯硫醚产品在其他领域的应用也愈加广泛，市场潜力巨大。中国聚苯硫醚也在逐步发展，由于技术被西方国家垄断，与日本、美国等国家相比，国内聚苯硫醚在产品质量、生产工艺稳定性等方面还有待进一步提高，尤其是在溶剂和助剂回收方面成为技术难点。
在合成聚苯硫醚(PPS)的过程中经常会使用溶剂NMP，NMP使用量很大并且价格较贵，所以对于NMP的回收工艺研究显得尤为重要。在聚苯硫醚后处理过程中也会使用大量的去离子水进行洗涤纯化，故反应完成后的溶剂与水洗水的回收过程，是降低成本增强企业竞争力的重要环节。目前，国内主要有两种NMP的回收方法：一种是将含有NMP的回收溶液通过精馏的方法利用回收溶液中物质的不同沸点将NMP进行回收，该方法可以得到纯度较高的NMP，但是由于NMP沸点较高，在精馏回收的过程中温度较高会造成NMP的部分分解；一种是利用NMP具有强极性不溶于非极性有机溶剂但是溶于极性溶剂(三氯甲烷等)的性质，采用萃取的方法得到纯度较高的NMP，但是此方法在回收NMP的过程中容易导致回收环境偏离中性，导致NMP的回收率低等问题。
发明内容
针对现有聚苯硫醚生产技术在溶剂回收方面效率较低，造成聚苯硫醚生产在溶剂、原料和产品后处理方面成本较高的问题，本发明的一个目的是提供一种对聚苯硫醚工业生产中的溶剂NMP和原料对二氯苯通过减压蒸馏等方式有效分离和回收溶剂氮甲基吡咯烷酮、原料对二氯苯和水洗水的系统。
所述溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)和原料对二氯苯(DCB)的分离回收系统包括：
塔板式脱水塔，通过管线接收并通过蒸馏分离聚苯硫醚生产的反应母液和洗涤系统回收的洗液的混合溶液，其中水和对二氯苯从塔板式脱水塔的塔顶蒸出并冷凝，粗氮甲基吡咯烷酮从脱水塔的塔底排出，所述板式脱水塔的理论塔板数为33-37块，操作压力48-52Kpa，温度215-225℃；
卧式沉降罐，通过管线与所述塔板式脱水塔的塔顶连接，接收来自所述塔板式脱水塔的塔顶蒸出并冷凝的水和对二氯苯，分离水和对二氯苯，分离出的对二氯苯回收至聚苯硫醚生产中的对二氯苯原料罐中，所述卧式沉降罐的操作压力8-12Kpa，温度90-100℃，根据罐体内液位积累情况到罐内体积80％以上开阀出料；
汽提塔，通过管线与所述卧式沉降罐连接，接收来自所述卧式沉降罐中分离的水，采用流通蒸汽进行汽提脱除来自所述卧式沉降罐中分离的水中痕量的对二氯苯，回收的对二氯苯被循环回聚苯硫醚生产的原料罐中，从汽提塔中收集的水输送至储液罐进行重复利用，所述汽提塔为填料塔，填料高度4-5米，操作压力13-17Kpa，温度98-104℃；
塔板式回收塔，通过管线与所述塔板式脱水塔的塔底连接，接收来自所述塔板式脱水塔的塔底排出的粗氮甲基吡咯烷酮并进行减压分馏，氮甲基吡咯烷酮馏分从塔板式回收塔顶部蒸出，并回收至聚苯硫醚生产中氮甲基吡咯烷酮原料罐中，少量重质组分从塔板式回收塔底部排出，所述塔板式回收塔的理论塔板数为23-27块，操作压力-74到-80Kpa，塔底温度167-173℃。
优选地，根据本发明的所述溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)和原料对二氯苯(DCB)的分离回收系统进一步包括：焚烧装置，通过管线与所述塔板式回收塔的底部连接，用于接收来自所述回收塔底部排出的重质组分并进行焚烧处理。
优选地，作为所述汽提塔的填料塔中的填料可以为平均直径为16mm的鲍尔环。
根据本发明的另一方面，本发明的另一个目的是提供一种对聚苯硫醚工业生产中的溶剂NMP和原料对二氯苯通过减压蒸馏等方式有效分离和回收溶剂氮甲基吡咯烷酮、原料对二氯苯和水洗水的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1)将聚苯硫醚生产后产生的反应母液和洗涤系统回收的洗液进行混合得到混合溶液，其主要成分为氮甲基吡咯烷酮、反应剩余的对二氯苯和水，三者的重量比约为45-50:0.5-0.7:110-118，优选为48:0.6:114；
步骤2)将步骤1)的混合溶液送至塔板式脱水塔进行蒸馏分离，在48-52Kpa压力，215-225℃的温度下，水和对二氯苯从脱水塔的塔顶蒸出并冷凝，粗氮甲基吡咯烷酮从脱水塔的塔底排出；
步骤3)将步骤2)中所述塔板式脱水塔的塔顶产物经过冷凝后送至卧式沉降罐内，由于对二氯苯不溶于水，在罐内经一定停留时间后，对二氯苯和水逐渐分层，根据液位积累情况到罐内体积的80％以上开阀出料，分离出来的对二氯苯纯度可以达到99.5％，分离出的对二氯苯回收至聚苯硫醚生产中的对二氯苯原料罐中作为原料继续用于生产；
步骤4)步骤3)中所述卧式沉降罐分离的水相含有痕量的对二氯苯，将该部分水送至汽提塔，在所述汽提塔中采用流通蒸汽进行汽提来脱除痕量的对二氯苯，回收的对二氯苯被循环回步骤3)中的卧式沉降罐，所述汽提塔塔底回收的水可以返回聚苯硫醚生产的洗涤系统进行再利用，其中汽提塔中蒸汽流量为0.55-0.65t/h，汽提蒸汽温度218-230℃，蒸汽压力0.9-1.0Mpa；
步骤5)将步骤2)的粗NMP送至塔板式回收塔进行减压分馏，在一定温度和压力下对粗NMP进行提纯，氮甲基吡咯烷酮馏分从塔板式回收塔顶部蒸出，纯度可以达到99.9％，并回收至聚苯硫醚生产中氮甲基吡咯烷酮原料罐中，少量重质组分从回收塔底部排出。
优选地，根据本发明的分离回收方法进一步包括：
步骤6)将步骤5)中从所述塔板式回收塔底部排出的重质组分进行焚烧处理。
性能测试：
上述的分离、回收方法中，步骤3)所述的DCB含量和步骤5)所述的NMP含量，均可以采用气相色谱测得。
有益效果
本发明的回收分离系统和方法对通过缩聚反应生产PPS过程中产生的反应母液和滤液中的溶剂NMP和原料DCB的回收工艺进行了研究与设计。具有如下优点：
1.根据本发明的回收分离方法操作简单，成本低。
2.基本打通了具有高回收率、可靠、环保的NMP回收工艺路线，解决了在生产PPS生产过程中回收溶剂时出现的易分解、回收率低等问题。
3.回收的氮甲基吡咯烷酮和对二氯苯的纯度高，不仅可以循环回收利用溶剂NMP，同时还将PPS生产过程中剩余的原料对二氯苯得以循环利用。
4.回收的水分也可以作为聚苯硫醚水洗水进行重复利用，有效减少了工艺中产生的废水，降低污水治理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为表示根据本发明的分离回收方法的工艺流程图；
图2为表示根据实施例1回收NMP的色谱分析图；
图3为表示根据实施例1回收DCB的色谱分析图；
图4为表示根据实施例2收NMP的色谱分析图；
图5为表示根据实施例2回收DCB的色谱分析图；
图6为表示根据实施例3回收NMP的色谱分析图；
图7为表示根据实施例3回收DCB的色谱分析图；
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选的实施方式。在描述之前，应当了解在说明书和所附权利要求中使用的术语，并不应解释为局限于一般及辞典意义，而是应当基于允许发明人为最好的解释而适当定义术语的原则，基于对应于本发明技术层面的意义及概念进行解释。因此，在此的描述仅为说明目的的优选实例，而并非是意指限制本发明的范围，因而应当了解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以做出其他等同实施和修改。
根据本发明的所述溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)和原料对二氯苯(DCB)的分离回收系统为连续运行模式，能够有效回收之前部分的反应母液和产品洗涤液中的NMP、DCB和水洗水。在塔板式脱水塔中，水和DCB从塔顶蒸出冷凝并输送至卧式沉降罐，DCB不溶于水，在所述卧式沉降罐中静置停留一定时间，待液位积累情况到罐内体积的80％以上开阀出料，实现DCB的分离卧式沉降罐。然后从所述卧式沉降罐中分离出的水相含有痕量的DCB，将该水相输送至所述汽提塔中，采用流通蒸汽进行汽提来脱除痕量的DCB，回收的DCB被循环回DCB进料罐。收集的水可以返回工艺系统进行重复利用。所述塔板式脱水塔底部出料被送至回收塔，NMP从所述塔板式回收塔顶部蒸出。从所述塔板式回收塔底部排出的少量重质组分被送至焚烧装置。
各个装置的运行参数均是经过反复试验确定的，当根据本发明的下述范围内时，往往存在运行能耗提高，或者分离效果变差等问题，因此下述各个装置的运行参数不能随意更改。
例如，所述塔板式脱水塔中，理论塔板数33-37块，操作压力48-52Kpa，温度215-225℃；所述卧式沉降罐的操作压力8-12Kpa，温度90-100℃；所述汽提塔为填料塔，填料高度4-5米，操作压力13-17Kpa，温度98-104℃；所述塔板式回收塔的理论塔板数为23-27块，操作压力-74到-80Kpa，塔底温度167-173℃。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例1
将聚苯硫醚反应母液和洗涤系统回收的洗液进行混合，将得到的混合溶液送至塔板式脱水塔进行分离，所述塔板式脱水塔的理论塔板数为33-37块，在温度为224℃，压力25Kpa操作条件下，将对二氯苯和水从塔顶蒸出，塔底为粗NMP。塔顶产物经过80℃冷凝后送至卧式沉降罐内，在罐内经一定停留时间，对二氯苯和水逐渐分层，至液位积累情况到罐内体积的80％以上开阀出料，分离出来的对二氯苯作为原料用于下一批次循环生产。分离出来的水相送至后续汽提塔，在汽提塔中采用温度为190℃，流量为30kg/h的流通蒸汽进行汽提来脱除痕量的DCB，汽提塔底回收的水可以返回系统进行再利用。塔板式脱水塔底粗NMP送至塔板式回收塔，所述塔板式回收塔的理论塔板数为23-27块，在温度为155℃，压力-86Kpa操作条件下对粗NMP进行提纯，塔顶分离出来的NMP作为溶剂用于下一批次循环生产。
所述混合溶液组成如下表1所示：
表1
采用气相色谱对经过回收处理的产物进行检测：
经过本实施例回收处理后的回收溶剂NMP的纯度为99.933％，图2为回收溶剂NMP的气相色谱图。回收原料DCB的纯度为99.901％，图3为回收原料DCB的气相色谱图。NMP的回收率为99.75％，DCB的回收率为99.84％。
实施例2
将聚苯硫醚反应母液和洗涤系统回收的洗液进行混合，混合溶液组成与实施例1中相同，送至塔板式脱水塔进行分离，所述塔板式脱水塔的理论塔板数为33-37块，在温度为230℃，压力50Kpa操作条件下，将对二氯苯和水从塔顶蒸出，塔底为粗NMP。塔顶产物经过80℃冷凝后送至卧式沉降罐内，在罐内经一定停留时间，对二氯苯和水逐渐分层，至液位积累情况到罐内体积的80％以上开阀出料，分离出来的对二氯苯作为原料用于下一批次循环生产。分离出来的水相送至后续汽提塔，在汽提塔中采用温度为190℃，流量为25kg/h的流通蒸汽进行汽提来脱除痕量的DCB，汽提塔底回收的水可以返回系统进行再利用。塔板式脱水塔底粗NMP送至塔板式回收塔，所述塔板式回收塔的理论塔板数为23-27块，在温度为150℃，压力-90Kpa操作条件下对粗NMP进行提纯，塔顶分离出来的NMP作为溶剂用于下一批次循环生产。
采用气相色谱对经过回收处理的产物进行检测：
经过本实施例回收处理后的回收溶剂NMP的纯度为99.983％，图4为回收溶剂NMP的气相色谱图。回收原料DCB的纯度为99.971％，图5为回收原料DCB的气相色谱图。NMP的回收率为99.71％，DCB的回收率为99.82％。
实施例3
将聚苯硫醚反应母液和洗涤系统回收的洗液进行混合，混合溶液组成与实施例1中相同，送至塔板式脱水塔进行分离，所述塔板式脱水塔的理论塔板数为33-37块，在温度为220℃，压力20Kpa操作条件下，将对二氯苯和水从塔顶蒸出，塔底为粗NMP。塔顶产物经过80℃冷凝后送至卧式沉降罐内，在罐内经一定停留时间后，对二氯苯和水逐渐分层，分离出来的对二氯苯作为原料用于下一批次循环生产。分离出来的水相送至后续汽提塔，在汽提塔中采用温度为190℃，流量为35kg/h的流通蒸汽进行汽提来脱除痕量的DCB，汽提塔底回收的水可以返回系统进行再利用。塔板式脱水塔底粗NMP送至塔板式回收塔，所述塔板式回收塔的理论塔板数为23-27块，在温度为160℃，压力-70Kpa操作条件下对粗NMP进行提纯，塔顶分离出来的NMP作为溶剂用于下一批次循环生产。
采用气相色谱对经过回收处理的产物进行检测：
经过本实施例回收处理后的回收溶剂NMP的纯度为99.930％，图6为回收溶剂NMP的气相色谱图。回收原料DCB的纯度为99.782％，图7为回收原料DCB的气相色谱图。NMP的回收率为99.73％，DCB的回收率为99.81％。
