一种吸附塔和高纯乙腈的制备装置和方法与流程

本发明涉及一种有机化工工艺精制的领域，具体地，涉及一种对工业乙腈进行精制提纯的吸附塔和高纯乙腈的制备装置和方法。

背景技术：

1、乙腈(ch3cn)亦称甲基腈，分子量41.05，熔点-42℃，沸点81.6℃，密度0.7768g/cm3，是有醚味极易挥发的无色液体。由于其具有高介电强度和偶极矩，因而成为无机和有机化合物的优良溶剂，分配比和解吸能力相比一般醇类要更好。从分子结构来看，其既有强极性的腈基，又有非极性的甲基，可进行烷基化、芳基化、酞化、加成、分子内反应，在有机合成中占有重要地位。乙腈的主要用途包括用于石油化工生产中的抽提剂，作为医药农药生产的原料或溶剂，作为高效液相色谱的溶剂等。

2、乙腈的生产方法可主要分为两个大类，直接合成法和间接法，直接合成法包括一氧化碳氨化氢化法，甲醇氨化法，乙醇氨化法，乙酸氨化法，乙醛氨化法等数十种合成法；间接法为丙烯氨氧化副产法，由于该方法中乙腈作为主要副产物其提取方法成本较低，现在是工业生产乙腈的主要来源。目前主要的产能来源于美国，西欧，日本以及中国等，其生产的工业乙腈纯度一般在99.5％以上，而为了获得能满足半导体清洗，作为各类色谱光谱分析的溶剂等应用的高纯度乙腈，需要进行进一步精制。工业乙腈中主要的杂质包括水，氢氰酸、丙烯腈、噁唑、水、丙烯酸、丙腈、丁腈、丙酮等。

3、cn104058994b公开了一套高纯乙腈的连续化制备方法及设备，其主要先用氧化铝进行吸附，再利用高锰酸钾对其中的小分子杂质进行氧化反应，最后再通过精馏操作得到高纯乙腈。该方法所使用的高锰酸钾在反应后难以清洗，后续处理成本高，同时仅用单一氧化铝作为吸附效果较差。

4、cn102746187a公开了一种液质联用lc-ms级高纯乙腈试剂的制备方法，其首先将原料乙腈通过多种吸附剂进行吸附处理，再通过过硫酸钠，碘酸钾或臭氧等在反应釜中进行氧化，之后进行精馏并脱水处理，最后在利用过滤及充氮罐装得到液质联用lc-ms级高纯乙腈试剂。该方法工艺繁杂，涉及到的步骤较多，仅吸附过程就需要三个并联的吸附塔，同时所使用的试剂如臭氧及氮气成本较高，经济效益较低。

5、cn105439903b公开了一种主要利用氧化石墨烯吸附工业乙腈中的杂质，来制备色谱乙腈的方法。该方法所使用的氧化石墨烯制备方法复杂，工艺要求很高，不适合大规模生产，同时该制备方法未考虑精馏过程中引入的水分问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种高纯乙腈的制备工艺及其生产设备。

2、根据本发明的第一方面，本发明提供一种吸附塔，所述塔身包括通过分隔环壁分离成的内圈及外圈，且所述塔身垂直方向隔成n层，n≥3，各层设置为能够依据需要阻止或允许气相和/或液相在上下层之间流通，各层的所述外圈用于装填不同的吸附剂，各层的所述内圈设置搅拌机构，所述分隔环壁设置为能够通过气相和/或液相而不能通过固相。

3、根据本发明的第二方面，本发明提供一种高纯乙腈的制备装置，该装置包括：沿物料流向依次串联连通的反应单元、吸附单元、冷凝单元、缓冲单元、精馏单元、干燥单元、后冷单元、过滤单元和储存单元；

4、所述吸附单元至少包括本发明所述的吸附塔；所述反应单元用于将工业乙腈中的小分子杂质氧化成极性共沸杂质；

5、氧化后的物料蒸馏气态化后依次通过吸附单元的不同吸附剂层吸附极性共沸杂质、冷凝单元冷凝、缓冲单元后缓冲进入精馏单元精馏，将精馏单元采出的乙腈在干燥单元进行干燥、干燥物料进入后冷单元冷凝、冷凝物料进入过滤单元过滤得到高纯乙腈送入储存单元储存。

6、根据本发明的第三方面，本发明提供一种高纯乙腈的制备方法，该方法在本发明所述的装置中进行，该方法包括：

7、a)将工业乙腈在前处理单元中进行碱前处理；

8、b)将步骤a)的碱处理物料送入反应单元将工业乙腈中的小分子杂质氧化成极性共沸杂质；

9、c)将步骤b)的氧化后的物料蒸馏气态化后送入吸附单元吸附极性共沸杂质，冷凝单元冷凝、缓冲单元进行缓冲后进入精馏单元精馏；

10、d)将精馏单元采出的乙腈在干燥单元进行干燥、干燥物料进入后冷单元冷凝、冷凝物料进入过滤单元过滤得到高纯乙腈送入储存单元储存。

11、本发明的吸附塔具有较高的吸附效率及较低的固定资产投入优势。本发明的吸附塔可以仅采用单塔实现多塔并联功能，同时拆卸清理方便，吸附效率高，固定成本投入低。

12、本发明的装置采用的新型高效吸附塔相比一般工艺中采用的吸附塔，可单塔实现多塔并联功能，同时拆卸清理方便，吸附效率高，固定成本投入低。

13、本发明的高纯乙腈的制备装置和方法，是一种以工业乙腈为原料生产高纯乙腈的新型方法，根据本发明的一种优选实施方式，采用反应釜，本发明的吸附塔，精馏塔，干燥装置以及微滤装置等的组合，该方法优选首先加入带有氧化性的碱进行前处理，然后在反应釜中与在碱性条件下具有良好氧化性的氧化剂进行反应，相比一般工业乙腈的氧化除杂效果更佳；本发明在生成沸点较高的极性杂质后，再由各吸附剂进行吸附，优选同时调节ph，之后利用精馏对杂质进行再分离，提取纯度最高的中间馏分，并优选通过干燥剂去除水分，过滤之后即可得到高纯乙腈。本发明的制备方法可靠性高，产品收率高，质量好，其产品纯度可达99.99％以上，可以满足lc-ms级乙腈试剂的需求。

14、同时，本发明的生产设备稳定性好，配备有自主设计的新型高效吸附塔，产品收率高质量好，可半自动化操作。

15、本发明的优选实施方式中，通过过氧化钠，超氧化钠，碳酸钠等营造碱性环境，利用在碱性中氧化性好的双氧水，次氯酸钠等来氧化杂质，氧化效率高同时不会产生难以清理的污垢。同时该方法配备多种吸附剂如活性碳纤维，腐植酸以及阳离子交换树脂，相比一般工艺中常用的活性炭及活性氧化铝，不仅可以吸附杂质范围更广，而且如活性碳纤维吸附效率高，腐殖酸绿色环保无固废处理，阳离子交换树脂可中和碱性环境便于后续精馏干燥。

技术特征：

1.一种吸附塔，其特征在于，所述塔身包括通过分隔环壁分离成的内圈及外圈，且所述塔身垂直方向隔成n层，n≥3，各层设置为能够依据需要阻止或允许气相和/或液相在上下层之间流通，各层的所述外圈用于装填不同的吸附剂，各层的所述内圈设置搅拌机构，所述分隔环壁设置为能够通过气相和/或液相而不能通过固相。

2.根据权利要求1所述的吸附塔，其中，

3.一种高纯乙腈的制备装置，其特征在于，该装置包括：沿物料流向依次串联连通的反应单元、吸附单元、冷凝单元、缓冲单元、精馏单元、干燥单元、后冷单元、过滤单元和储存单元；

4.根据权利要求3所述的制备装置，其中，

5.根据权利要求3或4所述的制备装置，其中，所述吸附单元形成在所述反应单元的顶部；优选吸附塔形成在反应釜的顶部。

6.一种高纯乙腈的制备方法，其特征在于，该方法在权利要求3-5中任意一项所述的装置中进行，该方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中，所述吸附单元的吸附塔包括三层，从下至上各层依次装填阳离子交换树脂；腐植酸、沸石、活性碳纤维和5a分子筛中的一种或多种；活性碳纤维、腐植酸和沸石中的一种或多种；从下至上各层吸附剂的用量比为1-2:1-2:1-2。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的制备方法，其中，所述小分子杂质包括氢氰酸、丙烯腈、噁唑、水、丙烯酸、丙腈、丁腈和丙酮中的一种或多种。

10.权利要求6-9中任意一项所述的制备方法制备得到的高纯乙腈，优选所述高纯乙腈的质量百分比≥99.95％，水分含量小于300ppm，满足lc-ms级。

技术总结
本发明提供一种吸附塔和高纯乙腈的制备装置和方法，所述塔身包括通过分隔环壁分离成的内圈及外圈，且所述塔身垂直方向隔成N层，N≥3，各层设置为能够依据需要阻止或允许气相和/或液相在上下层之间流通，各层的所述外圈用于装填不同的吸附剂，各层的所述内圈设置搅拌机构，所述分隔环壁设置为能够通过气相和/或液相而不能通过固相。本发明的吸附塔可以仅采用单塔实现多塔并联功能，同时拆卸清理方便，吸附效率高，固定成本投入低。本发明的制备方法可靠性高，产品收率高，质量好，其产品纯度可达99.99％以上，可以满足LC‑MS级乙腈试剂的需求。同时，本发明的生产设备稳定性好，配备有自主设计的吸附塔，产品收率高质量好，可半自动化操作。

技术研发人员：罗城静彦,裴义霞,顾军民
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11