一种含氟烯烃生产废料的处理方法 |
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| 申请号 | CN201811558895.5 | 申请日 | 2018-12-19 | 公开(公告)号 | CN111333476B | 公开(公告)日 | 2023-01-03 |
| 申请人 | 中蓝晨光化工研究设计院有限公司; | 发明人 | 罗凯; 窦若岸; 罗生乔; 陈彬彬; 甘立兵; 赖碧红; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种含氟烯 烃 生产废料的处理方法，特别适合以金属锌为脱氯剂、非醇类极性 有机 溶剂 为溶剂的脱氯体系，经过溶解氯化锌，固液分离，复分解反应，过滤， 水 洗，干燥， 蒸发 结晶，精馏几个步骤。使用该方法对含氟烯烃生产废料进行综合处理，废料中各组分均得到处理。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种含氟烯烃生产废料的处理方法，其特征在于：所述含氟烯烃生产废料中含有锌粉，ZnCl2和非醇类极性溶剂， |
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| 说明书全文 | 一种含氟烯烃生产废料的处理方法技术领域[0001] 本发明涉及一种化工废料的处理方法，特别涉及含氟烯烃生产废料的处理方法。 背景技术[0002] 含氟烯烃是一类具有重要工业意义的化工中间体，通常是在有机溶剂中、通过氟氯烷烃前驱体与金属脱氯剂反应制备。反应所用溶剂通常为极性溶剂，主要分为醇类溶剂和非醇类极性溶剂两大类。一般而言，简单的含氟烯烃如三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯等多采用醇类（如甲醇、乙醇、异丙醇等）作为溶剂。较为复杂的含氟烯烃如全氟甲基乙烯基醚、全氟磺酰氟基乙烯基醚、2,2,4‑三氟‑5‑三氟甲氧基‑1,3‑间二氧杂环戊烯等多采用非醇类极性作为溶剂，常用的非醇类极性溶剂有酰胺类（如DMF、DMAc）、腈类（乙腈、丙腈）以及N‑甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲亚砜等。 [0003] 在使用锌粉脱氯制备含氟烯烃时会产生大量反应废料，产生的废料主要是过量的锌粉、ZnCl2和溶剂，将废料进行综合利用，变废为宝，将解决制备含氟烯烃生产中废物排放问题，同时可回收利用部分原料，实现资源的二次利用，有巨大的经济利益和环保价值。 [0005] 上述方法可以处理醇类溶剂体系的含氟烯烃生产废料，但无法处理非醇类极性溶剂的废料，因为非醇类极性溶剂易于与ZnCl2形成稳定的络合物而无法进一步分离，比如DMF和ZnCl2 形成稳定的络合物，见文献Inorg. Chem. 1983, 22, 136‑140。 [0006] 鉴于现有技术无法处理使用非醇类极性溶剂的含氟烯烃生产废料，所以需要开发一种含氟烯烃生产废料的利用方法，来处理使用非醇类极性溶剂制备含氟烯烃时产生的废料。 发明内容[0007] 一种含氟烯烃生产废料的处理方法，所述含氟烯烃生产废料是将氟氯烷烃前驱体与脱氯剂金属锌在非醇类极性溶剂中反应制备含氟烯烃得到的废料，其中含有锌粉，ZnCl2和非醇类极性溶剂；其处理包括下述步骤： [0008] A．溶解氯化锌 加水溶解ZnCl2； [0009] B．固液分离 将锌粉和清液分离；固液分离的方法可以是常规的离心分离，过滤分离，重力沉降等分离方式中的一种或几种的组合。 [0011] 3ZnCl2 + 3Na2CO3 + 3H2O = ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓ + 2CO2↑ + 6NaCl[0012] 3ZnCl2 + 3K2CO3 + 3H2O = ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓ + 2CO2↑ + 6KCl [0013] D．过滤 ：将步骤C反应后的物料过滤，从而将反应生成的碱式碳酸锌沉淀和溶液分离，溶液中主要是非醇类极性溶剂、水及氯盐； [0014] E．洗涤 洗涤碱式碳酸锌中的氯盐； [0015] F．干燥 干燥碱式碳酸锌； [0017] H．精馏 分离有机溶剂。 [0018] 上述废料中非醇类极性溶剂是水或者非醇类极性有机溶剂中的一种或几种的任意比例混合溶剂，常用的非醇类极性有机溶剂有酰胺类（如DMF、DMAc）、腈类（乙腈、丙腈）以及N‑甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲亚砜等。 [0019] 步骤C复分解反应中，碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。为了使物料中ZnCl2转化完全，碳酸盐通常需要过量，较佳的碳酸盐与ZnCl2摩尔比为1~1.2:1。为了制备的碱式碳酸锌能满足标准HG∕T 2523‑2016，需要控制复分解反应中碳酸盐的浓度和反应温度，较佳的碳酸盐浓度为15wt%‑45wt%，优选的碳酸盐浓度为20‑30wt%；较佳的反应温度为50‑90℃，优选的反应温度为60‑80℃。 [0020] 步骤E洗涤中，可将过滤后碱式碳酸锌物料转移至洗涤釜，向洗涤釜中加入适量去离子水，搅拌后再次过滤；或者直接在过滤设备中加入去离子水洗涤后过滤。 [0022] 步骤G蒸发结晶中，蒸发结晶原料为步骤D过滤及步骤E洗涤产生的滤液，滤液中包括氯盐和溶剂/水，蒸发结晶包括以下步骤: [0024] 蒸发结晶：原料水溶液在蒸发器内被加热至沸点产生水分蒸发，而其中非挥发性溶质仍存于溶液中。随水分蒸发的持续进行，溶液中溶质浓度逐步增大直至溶液达到饱和状态，当溶液达到一定的过饱和浓度时开始产生结晶，蒸发持续进行则结晶过程也持续进行。 [0025] 冷却结晶：蒸发结晶所产生的盐浆经输送设备如螺杆泵等输送进入结晶罐内，在结晶罐内冷却并进一步结晶。 [0026] 固液分离：将结晶罐内盐浆输送至分离设备如离心机等进行固液分离，液体部分循环回蒸发器。 [0027] 步骤H精馏中，将物料预热后输送进入精馏塔，利用水和溶剂的沸点差异进行分离，水和溶剂在塔顶和塔釜分别收集，可选的精馏方式包括常压精馏、减压精馏、变压精馏和萃取精馏等。 [0028] 本发明的有益效果： [0029] 1、将现有技术无法处理的使用非醇类极性溶剂的含氟烯烃生产废料进行了综合利用。 [0030] 2、回收了含氟烯烃生产废料中锌粉及溶剂，将ZnCl2制备为碱式碳酸锌，对环境有害的含氟烯烃生产废料得到了完全处理。 [0032] 图1是本发明含氟烯烃生产废料的利用方法工艺流程图。 具体实施方式[0033] 以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。 [0034] 实施例1： [0035] 将325目的锌粉200g和800g的DMF加入带有机械搅拌、恒压加料漏斗、回流冷凝装置和温度计导管的2L四口烧瓶中，将含量98.5%的4,5‑二氯‑2,2,4‑三氟‑5‑三氟甲氧基‑1,3‑二氧杂环戊烷500g加入恒压漏斗，启动搅拌和加热，待内温达到80℃后开始滴加，滴加过程中控制内温80‑85℃，滴加完后继续80℃搅拌反应1h，反应方程式如下： [0036] [0037] 通过冰水冷阱收集产物2,2,4‑三氟‑5‑三氟甲氧基‑1,3‑间二氧杂环戊烯，反应完成后釜残物料1135g，由DMF、锌粉和 ZnCl2组成。废料组成为70.5wt% 的DMF、9.3wt%的锌粉及20.2wt%的氯化锌。在釜残液中加入去离子水250g搅拌10min后静置1h，离心过滤锌粉。 [0038] 将收集的滤液1250g置于2L三口烧瓶中，在60℃搅拌下滴加25wt%的碳酸钠溶液780g，ZnCl2与碳酸钠摩尔比为1:1.05，滴加完后继续反应2h，用适量盐酸调pH至中性。经过滤、去离子水洗涤（3×100）、鼓风烘箱干燥（120℃×4h）得到碱式碳酸锌186g。2051g滤液经过蒸发结晶得到氯化钠103g。 [0039] 精馏装置为2L的玻璃三口瓶，带有搅拌磁子和温度计套管，加入上述蒸发结晶后所得DMF水溶液共计1865g，使用长120cm、内径2.4cm的玻璃精馏柱，内紧密装填直径3mm的不锈钢Φ丝网。开启磁力搅拌，启动真空泵并控制真空度，逐步升高油浴锅温度，观察塔顶温度及回流情况，分段收集馏出液体并取样分析，待DMF含量≥98%时收集正馏分，精馏后共计得到692g含量98.8%的DMF。 [0040] 实施例2： [0041] 将1000g由55wt%DMF、12wt%锌粉及33wt%氯化锌组成的含氟烯烃生产废料中加入300g水，静置过夜，回收下层锌粉，得上层清液900g，加入23%碳酸钠溶液1550g，ZnCl2与碳酸钠摩尔比为1:1.1，在60℃条件下反应，反应后经过滤洗涤干燥得到碱式碳酸锌287g，制备所得碱式碳酸锌分析数据如下表所示(分析方法参考标准HG∕T 2523‑2016)，表中N.D.表示未检出。滤液经蒸发结晶得氯化钠300g，减压精馏后得到512g含量98.4%的DMF，DMF回收率为91.6%。 [0042] 表1 碱式碳酸锌分析数据 [0043] 锌含量 含水率 灼烧热失重 锰（mg/kg）铜（mg/kg）镉（mg/kg）铅（mg/kg）铁（mg/kg）57.85% 1.48% 25.92% 15.6 1.9 N.D. N.D. 20.0 [0044] 利用CF3OCFCl‑CF2Cl与锌粉的脱氯反应，验证回收DMF性能，反应方程式如下： [0045] CF3OCFCl‑CF2Cl+ Zn → CF3OCF=CF2 + ZnCl2 [0046] 向装有搅拌器、加料漏斗、回流冷凝器及温度计的四口玻璃反应瓶中加入200g回收DMF和100g新购锌粉，设置水浴温度为65℃，将240g含量为90.0%的CF3OCFCl‑CF2Cl通过恒压加料漏斗向烧瓶内缓慢滴加，反应完成后于干冰酒精冷阱收得167g产物，GC分析CF3OCF=CF2含量为87.4%，反应收率96.6%。 [0047] 实施例3： [0048] 将1000g由55wt%DMF、12wt%锌粉及33wt%氯化锌组成的含氟烯烃生产废料中加入300g水，离心过滤后得到锌粉102g，向滤液加入35%碳酸钾溶液1420g，ZnCl2与碳酸钾摩尔比为1:1.2，在60℃条件下反应，反应后经过滤洗涤干燥得到碱式碳酸锌280g。滤液经蒸发结晶得氯化钾491g，氯化钾分析数据如下表所示。减压精馏后得到495g含量99.4%的DMF，DMF回收率89.5%。 [0049] 表2氯化钾分析数据 [0050] 钙（mg/kg） 镁（mg/kg） 铁（mg/kg） 氯化钾（g/100g)47.8 3 1.92 98.4 [0051] 利用CF3OCFCl‑CF2Cl与锌粉的反应，验证回收锌粉的性能。 [0052] 向装有搅拌器、加料漏斗、回流冷凝器及温度计的四口玻璃反应瓶中加入200g新购DMF和100g回收锌粉，设定水浴温度为70℃，将238g含量为90.0%的CF3OCFCl‑CF2Cl通过恒压漏斗向烧瓶内缓慢滴加，反应完成后于干冰酒精冷阱收得162g产物，GC分析CF3OCF=CF2含量为88.0%，反应收率95.0%。 [0053] 实施例4： [0054] 将1000g由55wt%DMAc、12wt%锌粉及33wt%氯化锌组成的含氟烯烃生产废料中加入300g水，抽滤后分离锌粉及滤液，向滤液加入25%碳酸钾溶液1490g，在75℃条件下反应，反应后经过滤洗涤干燥得到碱式碳酸锌277g。滤液经蒸发结晶得氯化钾490g，减压精馏后得到487g含量99.0%的DMAc，DMAc回收率87.7%。 [0055] 实施例5： [0056] 将1000g由60wt%乙腈、15wt%锌粉及25wt%氯化锌组成的含氟烯烃生产废料中加入200g水，离心过滤分离锌粉及滤液，向滤液加入20%碳酸钾溶液1411g，在75℃条件下反应，反应后经过滤洗涤干燥得到碱式碳酸锌214g。滤液经蒸发结晶得氯化钾379g，常压精馏后得到534g含量99.0%的乙腈，乙腈回收率88.2%。 [0057] 实施例6： [0058] 将1000g由20wt%N‑甲基吡咯烷酮、33wt%水、10wt%锌粉及36wt%氯化锌组成的含氟烯烃生产废料离心过滤分离锌粉及滤液，向滤液加入20%碳酸钠溶液1540g，反应后经过滤洗涤干燥得到碱式碳酸锌304g。滤液经蒸发结晶得氯化钠338g，使用乙二醇作为萃取剂进行萃取精馏得到190g含量99.95%的N‑甲基吡咯烷酮。 [0059] 实施例7： [0060] 将1000g由50wt%四氢呋喃、11wt%锌粉及39wt%氯化锌组成的含氟烯烃生产废料离心过滤分离锌粉及滤液，向滤液中加入350g去离子水溶解氯化锌，向滤液加入20%碳酸钠溶液1670g，在80℃条件下反应，反应后经过滤洗涤干燥得到碱式碳酸锌315g。滤液经蒸发结晶得氯化钠366g，常压精馏后得到462g含量97.0%的四氢呋喃。 |
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