工业化有机溶剂深度脱水方法与流程

本发明属于化工溶剂除水
技术领域：
，尤其涉及一种工业化有机溶剂深度脱水方法。
背景技术：
：在现代工业化生产过程中，无水有机溶剂占据着重要地位。如格氏反应，有活泼金属或试剂参与的反应，锂电池的电解液等，均需在无水有机溶剂条件下进行。有机溶剂的水分严重影响着这些工业化生产，甚至发生安全事故。所以有机溶剂脱水是在上述生产过程中至关重要的一环。目前，有机溶剂脱水的方法有很多，诸如渗透汽化膜法，化学法脱水、共沸精馏法、分子筛脱水法等。其中，分子筛脱水是常用的一种脱水方法，在cn2031833736u、cn205109102u、cn209270889u、cn204182160u等专利中均有提到。鉴于分子筛吸附有机溶剂中水份的同时会放出吸附热，使有机溶剂温度升高。同时有机溶剂在分子筛干燥塔中循环脱水，因循环过程中有机溶剂与分子筛、管道等摩擦，也会使有机溶剂温度升高，导致分子筛随着有机溶剂温度升高而升高。在溶剂脱水后期，分子筛随着温度升高，分子筛的吸附能力而下降。在分子筛达到吸附平衡后，若温度继续升高，分子筛吸附的水分就会解析，有机溶剂中的水分会不降反而会升高。但是，这些方法均适用于少量有机溶剂脱水，不适合工业化大量溶剂的脱水。因为对少量有机溶剂脱水时，脱水过程中温升较小，故对分子筛吸附能力影响较小，使有机溶剂脱水得以进行。特别是在专利cn205109102u中，三级分子筛干燥塔串联使用，系统阻力大，梯度温升较大，在工业化大量有机溶剂脱水过程中，严重影响分子筛的吸附能力，缩短了分子筛溶剂干燥周期，使有机溶剂脱水费用大幅提高。尤其对于初水分和终水分差距较大的有机溶剂进行脱水时，分子筛更换或再生更加频繁，会使有机溶剂脱水费用大大提高。本发明的目的是为解决上述问题，寻找一种适合工业化有机溶剂深度脱水的方法。技术实现要素：本发明的目的是提供一种工业化有机溶剂深度脱水方法，旨在解决上述现有技术中采用分子筛对工业化大量溶剂进行脱水所需费用较大的技术问题。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种工业化有机溶剂深度脱水方法，包括以下步骤：s1：氮气置换阶段：利用氮气置换溶剂干燥系统内的空气；所述溶剂干燥系统包括溶剂储罐、溶剂循环泵、溶剂冷却器、分子筛干燥塔ⅰ和过滤器，所述分子筛干燥塔ⅰ内装填分子筛；所述溶剂储罐、溶剂循环泵、溶剂冷却器及分子筛干燥塔ⅰ依次相连，所述分子筛干燥塔ⅰ的出口与过滤器进口相连，所述过滤器的出口与溶剂储罐的进口相连；所述分子筛干燥塔ⅰ的顶部设有排空管及用于与氮气管连通的氮气进口；打开氮气管上的阀门，利用氮气对分子筛干燥塔ⅰ内的空气进行置换；s2：脱水阶段：启动溶剂循环泵，将溶剂储罐内的有机溶剂经溶剂冷却器输送至分子筛干燥塔ⅰ内进行脱水；有机溶剂经溶剂冷却器后的脱水温度控制在5-30℃；有机溶剂经分子筛干燥塔ⅰ脱水后，再经过滤器回流至溶剂储罐，循环脱水；s3：再生阶段：所述溶剂干燥系统还包括氮气加热器，所述氮气加热器的出口与分子筛干燥塔ⅰ的底部相连；所述分子筛干燥塔ⅰ内还设有用于对分子筛再生的换热器；启动氮气加热器，氮气加热后输入分子筛干燥塔ⅰ内对分子筛进行再生，分子筛干燥塔ⅰ内的换热器同时对分子筛进行加热，分子筛的再生温度控制在120-250℃；再生后的分子筛干燥塔ⅰ继续对有机溶剂进行脱水。优选的，所述溶剂干燥系统的分子筛干燥塔为多个并联，依次为分子筛干燥塔ⅰ、分子筛干燥塔ⅱ及分子筛干燥塔ⅲ，所述分子筛干燥塔ⅰ、分子筛干燥塔ⅱ及分子筛干燥塔ⅲ内均设有换热器；步骤s2的脱水阶段分为第一阶段和第二阶段，第一阶段：第一批有机溶剂经分子筛干燥塔ⅰ循环脱水后，当溶剂含水量降至0.10％-0.05％时，停用分子筛干燥塔ⅰ；第二阶段：第一批有机溶剂切换至分子筛干燥塔ⅱ进行循环脱水，继续循环至有机溶剂的含水量达到降至300ppm以下或30ppm以下；当第二阶段的分子筛干燥塔ⅱ达到动态平衡时，将分子筛干燥塔ⅱ作为第二批有机溶剂脱水阶段的第一阶段的溶剂干燥容器继续使用，分子筛干燥塔ⅲ作为第二批的第二阶段的溶剂干燥容器使用；停用的分子筛干燥塔ⅰ经再生阶段再生备用；继续对第三批有机溶剂脱水，将分子筛干燥塔ⅲ作为第三批的第一阶段的溶剂干燥容器，再生后的分子筛干燥塔ⅰ作为第三批的第二阶段溶剂干燥容器；依次循环顺序对有机溶剂进行连续脱水。优选的，再生后的分子筛干燥塔ⅰ、分子筛干燥塔ⅱ或分子筛干燥塔ⅲ内通入冷氮气降至室温备用；所述氮气纯度在99.0％以上。优选的，所述溶剂干燥系统还包括冷凝器和溶剂回收罐，所述排空管与溶剂回收罐相连，所述溶剂回收罐的出气口与冷凝器相连，所述溶剂储罐的排气管与排空管连通；加热氮气流经分子筛干燥塔ⅰ后，经溶剂回收管汇流于收集罐优选的，步骤s2中脱水温度为15-25℃。优选的，步骤s3中的再生温度为150-200℃。优选的，所述溶剂冷却器为浸入盘管式冷却器，所述溶剂冷却器内的冷却介质为冷盐水。优选的，所述分子筛干燥塔ⅰ、分子筛干燥塔ⅱ及分子筛干燥塔ⅲ内的换热器均为与加热装置相连的盘管。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过氮气置换溶剂干燥系统内的空气，确保有机溶剂在干燥氮气保护下进行脱水，避免有机溶剂变质；利用有机溶剂经溶剂冷却器降温后进入分子筛干燥塔进行脱水，低温状态下分子筛的吸附量能够维持在最佳状态，进而有效提高脱水效率；同时，脱水后的有机溶剂可滤除有机溶剂再生过程中产生的分子筛碎屑等杂质，确保有机溶剂的纯度，进而避免影响下游生产工序的正常操作；借助分子筛干燥塔内的换热器及氮气加热器维持分子筛的再生温度，再生后的分子筛继续投入脱水过程。采用本发明能够实现有机溶剂的连续脱水，提高脱水效率，同时能够确保有机溶剂的纯度。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明实施例中溶剂干燥系统的流程示意图；图中：1-溶剂储罐；2-溶剂循环泵；3-溶剂冷却器；4-分子筛干燥塔ⅰ；5-分子筛干燥塔ⅱ；6-分子筛干燥塔ⅲ；7-氮气加热器；8-冷凝器；9-溶剂回收罐；10-过滤器；11-排空管；12-氮气管；13-排气管。具体实施方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。一种工业化有机溶剂深度脱水方法，包括以下步骤：s1：氮气置换阶段：利用氮气置换溶剂干燥系统内的空气；溶剂干燥系统包括溶剂储罐1、溶剂循环泵2、溶剂冷却器3、分子筛干燥塔和过滤器10，所述分子筛干燥塔内装填分子筛；所述溶剂储罐1、溶剂循环泵2、溶剂冷却器3及分子筛干燥塔依次相连，所述分子筛干燥塔的出口与过滤器10进口相连，所述过滤器10的出口与溶剂储罐1的进口相连；所述分子筛干燥塔的顶部设有排空管11及用于与氮气管12连通的氮气进口；打开氮气管12上的阀门，利用氮气对分子筛干燥塔内的空气进行置换；可将氮气管向下插入到分子筛干燥塔的底部，氮气自下而上置换分子筛干燥塔内的空气。s2：脱水阶段：启动溶剂循环泵2，将溶剂储罐1内的有机溶剂经溶剂冷却器3输送至分子筛干燥塔内进行脱水；有机溶剂经溶剂冷却器3后的脱水温度控制在5-30℃，优选控制在15-25℃，脱水效果最佳；有机溶剂经分子筛干燥塔脱水后，再经过滤器10回流至溶剂储罐1，循环脱水。其中，溶剂冷却器3为浸入盘管式冷却器，且溶剂冷却器3内的冷却介质为冷盐水。鉴于一定温度下，分子筛吸附的水分与有机溶剂的水分有一个动态平衡。在分子筛吸附了一定量的水分同时还未达到最大吸附量时，通过提高有机溶剂的含水量，破坏上述动态平衡，使分子筛可以继续吸附水分。据此本发明将有机溶剂脱水阶段分两个阶段进行。溶剂干燥系统的分子筛干燥塔设计为多个并联，依次为分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6，所述分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6内均设有换热器，将分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6并联设置；脱水阶段分为第一阶段和第二阶段，第一阶段：第一批有机溶剂经分子筛干燥塔ⅰ4循环脱水后，当溶剂含水量降至0.10％-0.05％时，停用分子筛干燥塔ⅰ4；第二阶段：第一批有机溶剂切换至分子筛干燥塔ⅱ5进行循环脱水，继续循环至有机溶剂的含水量达到降至300ppm以下或30ppm以下；当第二阶段的分子筛干燥塔ⅱ5达到动态平衡时，将分子筛干燥塔ⅱ5作为第二批有机溶剂脱水阶段的第一阶段的溶剂干燥容器继续使用，分子筛干燥塔ⅲ6作为第二批的第二阶段的溶剂干燥容器使用；停用的分子筛干燥塔ⅰ4经再生阶段再生备用；继续对第三批有机溶剂脱水，将分子筛干燥塔ⅲ6作为第三批的第一阶段的溶剂干燥容器，再生后的分子筛干燥塔ⅰ4作为第三批的第二阶段溶剂干燥容器；依次循环顺序对有机溶剂进行连续脱水。s3：再生阶段：所述溶剂干燥系统还包括氮气加热器7，所述氮气加热器7的出口分别经预热氮气管与分子筛干燥塔ⅰ4的底部并联相连；所述分子筛干燥塔ⅰ4内设有用于对分子筛再生的换热器；启动氮气加热器7，氮气加热后输入分子筛干燥塔ⅰ4内对分子筛进行再生，分子筛干燥塔ⅰ4内的换热器同时对分子筛进行加热，分子筛的再生温度控制在120-250℃；优选150-200℃，分子筛的再生效果最佳。分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6的再生过程与分子筛干燥塔ⅰ4再生相同。经过再生后的分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5或分子筛干燥塔ⅲ6内通入冷氮气降至室温备用；其中，氮气纯度在99.0％以上。其中，分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6内的换热器均为与加热装置相连的盘管，分子筛填充在盘管的四周。借助该结构能够快速提高分子筛的再生温度。本发明中分子筛再生方式为在线再生，通过内置的盘管换热器，给予分子筛再生提供热源，使分子筛再生温度控制在120-250℃。氮气经氮气预热器加热至120-250℃，进入需再生的分子筛干燥塔内，对分子筛吸附的水分、有机溶剂进行吹脱再生。综合分子筛再生效果、分子筛再生热源消耗、有机溶剂回收冷媒消耗等因素平衡，优选分子筛再生温度控制在150-200℃，预热后氮气温度控制在150-200℃效果最佳。鉴于有机溶剂初期含水量较高，先经脱水阶段的第一阶段把有机溶剂含水量降至0.10-0.05％；然后再经过第二阶段将有机溶剂水分降至300ppm以下，甚至30ppm以下。分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6轮流作为第一阶段及第二阶段的分子筛容器进行脱水。当第二阶段分子筛干燥塔分子筛吸附达到动态平衡时，将第二阶段分子筛干燥塔作为第一阶段分子筛干燥塔继续使用，更换后分子筛或再生后分子筛的分子筛干燥塔作为第二阶段干燥塔使用。进而实现有机溶剂的循环脱水。进一步优化上述技术方案，如图1所示，所述溶剂干燥系统还包括冷凝器8和溶剂回收罐9，分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6的排空管11均与溶剂回收罐9相连，所述溶剂回收罐9的出气口与冷凝器8相连，同时溶剂储罐1的排气管13与排空管11连通。采用该结构能够将溶剂储罐及分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6再生过程中产生的有机溶剂气体汇流到溶剂回收罐收集起来，溶剂回收罐排出的溶剂经冷凝器降温后冷凝为液体倒流回溶剂回收罐内，回收有机溶剂。以下通过具体实施例来说明有机溶剂的脱水过程。实施例1：按附图1所示工艺流程，溶剂储罐1内有有机溶剂5000l，溶剂初水分在0.60-0.50％之间，分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6内径均为500mm，分子筛填充高度为5000mm，溶剂循环量为30m3/h。a、溶剂冷却器不通冷媒，循环溶剂不降温。有机溶剂只经过分子筛干燥塔4循环。以此与添加冷媒的脱水过程进行对比。第一批5000l有机溶剂循环90min后，有机溶剂水分降为0.011％，温度为32℃；第二批5000l有机溶剂循环90min后，有机溶剂水分降为0.018％，温度为38℃；第三批5000l有机溶剂循环90min后，有机溶剂水分降为0.024％，温度为43℃；第四批5000l有机溶剂循环90min后，有机溶剂水分降为0.031％，温度为46℃。b、溶剂冷却器通冷媒，用于对循环溶剂降温，控制循环期间温度在20-25℃，有机溶剂先经过a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，将溶剂水分降至0.10％以下，然后经分子筛干燥塔ⅱ5降至工艺要求。第一批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.024％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.001％。第二批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.030％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.004％。第三批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.035％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.009％。第四批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.038％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.013％。第五批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.042％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.019％。第六批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.051％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.022％。第七批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.062％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.024％。第八批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.083％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.027％。第九批5000l有机溶剂经a例使用过的分子筛干燥塔ⅰ4，循环90min后，有机溶剂水分降为0.095％；再经分子筛干燥塔ⅱ5循环45min，有机溶剂水分降为0.029％。对比a、b两个实施例可以得出以下结论：a例循环的有机溶剂不控温，只用一个分子筛干燥塔ⅰ4循环脱水，处理四批溶剂，溶剂温度上升到46℃，溶剂终水分只能降到0.031％。b例中有机溶剂循环控温，使用a例已用过的分子筛干燥塔ⅰ4先对溶剂进行预脱水，然后再用分子筛干燥塔ⅱ5循环脱水。b例处理9批溶剂，溶剂终水分为0.029％，不超0.030％(300ppm),还在工艺要求范围内。分子筛利用率提高，有机溶剂脱水费用大幅降低。同时在b例中，原本在a例中用过的分子筛干燥塔ⅰ4，溶剂循环90min后，溶剂水分无法降到300ppm(0.030％)以下，而在b例中，通过控制循环溶剂温度，溶剂终水分反而会降到240ppm(0.024％)。由此可见，控制溶剂循环温度能有效提高分子筛利用率。实施例2：按附图1所示工艺流程，溶剂罐1内注入有机溶剂5000l，溶剂初水分在0.60-0.50％之间，分子筛干燥塔ⅰ4、分子筛干燥塔ⅱ5及分子筛干燥塔ⅲ6内径均为500mm，分子筛填充高度为5000mm，有机溶剂循环量为30m3/h。实施例1中b例分子筛干燥塔ⅱ5作为第一阶段脱水塔。分子筛干燥塔ⅲ6作为第二阶段脱水塔，按实施例中b例操作，循环脱水11批有机溶剂，第11批溶剂终水分为0.027％。同时分子筛干燥塔i4通入加热后的氮气吹脱再生。控制氮气进分子筛干燥塔i4温度在190-200℃，分子筛干燥塔i4内控温190-200℃，热氮气吹脱20h，然后冷氮气降温4h。以分子筛干燥塔iii6作为第一阶段干燥塔，再生后的分子筛干燥塔i4作为第二阶段干燥塔进行溶剂脱水。有机溶剂脱水结果如表1。表1批次第一阶段分子筛干燥塔后水分(％)第一阶段分子筛干燥塔后水分(％)10.0330.00420.0370.00730.0450.01140.0510.01350.0550.01660.0580.02170.0600.02380.0640.02490.0730.027100.0820.029实施例3：实施例2中，分子筛干燥塔i4作为第一阶段干燥塔，分子筛干燥塔ii5按下列条件再生后，作为第二阶段再生干燥塔。分子筛干燥塔ii5再生条件：氮气预热后温度：120-130℃；分子筛干燥塔ii5内控温：120-130℃；利用氮气加热器将氮气加热后通入分子筛干燥塔ii5，利用热氮气吹脱再生32h，随后通入冷氮气冷却3h。按附图1所示工艺流程，溶剂储罐1内有有机溶剂5000l，有机溶剂初水分在0.60-0.50％之间，分子筛干燥塔i4、分子筛干燥塔ii5及分子筛干燥塔iii6内径均为500mm，分子筛填充高度为5000mm，有机溶剂循环量为30m3/h有机。溶剂脱水结果如表2：表2批次第一阶段分子筛干燥塔后水分(％)第一阶段分子筛干燥塔后水分(％)10.0340.00520.0360.00630.0410.00940.0460.01150.0540.01460.0590.02070.0640.02480.0670.02690.0750.028100.0850.030实施例4：实施例3中，分子筛干燥塔ii5作为第一阶段干燥塔，分子筛干燥塔iii6按下列条件再生后，作为第二阶段再生干燥塔。分子筛干燥塔iii6再生条件：氮气预热后温度：240-250℃；分子筛干燥塔ii5内控温：240-250℃；热氮气吹脱再生16h，冷氮气冷却5h。按附图1所示工艺流程，溶剂储罐1内有有机溶剂5000l，有机溶剂初水分在0.60-0.50％之间，分子筛干燥塔i4、分子筛干燥塔ii5及分子筛干燥塔iii6内径均为500mm，分子筛填充高度为5000mm，有机溶剂循环量为30m3/h。有机溶剂脱水结果如表3：表3批次第一阶段分子筛干燥塔后水分(％)第一阶段分子筛干燥塔后水分(％)10.0350.00320.0390.00530.0440.00740.0490.01050.0520.01360.0570.01870.0600.02180.0650.02490.0760.026100.0840.028110.0910.029在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。当前第1页12