丁二烯抽提裝置乙腈精制再生技術開發(fā)

　　摘要:開發(fā)了一種新的乙腈精制再生技術，適用于乙腈法丁二烯抽提裝置，新工藝在原有水洗回收流程基礎上加入變壓精餾，可將再生乙腈純度(質量分數(shù))由80%提高到95%，同時脫除乙腈中重組分和氨等雜質。采用ASPEN流程模擬，確定乙腈變壓精餾各塔的工藝參數(shù)和設備參數(shù)。該技術連續(xù)精制再生能力為30kt/a，裝置綜合能耗(標油)59.36kg/t產(chǎn)品乙腈，每噸產(chǎn)品乙腈再生操作費用150元，裝置批量再生費用7.5萬元，再生周期6d。

　　關鍵詞:乙腈變壓精餾再生模擬

　　乙腈在丁二烯抽提裝置萃取精餾單元作為萃取劑循環(huán)使用，在連續(xù)生產(chǎn)過程中易受丁二烯聚合和原料混合碳四中碳五重組分影響，造成乙腈溶劑中丁二烯二聚物、碳五重組分等雜質積累，與此同時，高溫下乙腈會水解生成氨，氨在系統(tǒng)內長期積累導致溶劑pH值升高。溶劑的萃取性能變差，嚴重時會引發(fā)萃取系統(tǒng)聚合速度加快和系統(tǒng)發(fā)泡，出現(xiàn)聚合物堵塞塔盤、發(fā)泡引發(fā)萃取系統(tǒng)液泛等情況，裝置無法維持正常生產(chǎn)[1]。因此，溶劑在循環(huán)過程中必須將乙腈連續(xù)再生以維持溶劑品質，保證裝置穩(wěn)定運行。

　　1現(xiàn)有乙腈再生工藝介紹

　　現(xiàn)有溶劑回收再生是通過脫除溶劑中的二聚物、碳五等雜質，并將裝置各水洗塔洗滌水、地下罐排放液中所含的乙腈進行回收、精制，獲得乙腈濃度(質量分數(shù))80%左右的再生溶劑。現(xiàn)有流程存在的問題:1)溶劑再生量受限制，溶劑雜質多時無法及時脫除。2)水解產(chǎn)物氨無脫除手段，在系統(tǒng)內積聚影響生產(chǎn)。3)常規(guī)再生周期長，批量再生費用高、環(huán)保壓力大。因此，有必要開發(fā)一種低成本、高質量、更環(huán)保的乙腈連續(xù)精制再生技術，解決目前乙腈再生過程中存在的問題。

　　2高純度乙腈精制原理及工藝

　　2.1乙腈變壓精餾原理

　　乙腈和水能夠形成二元共沸體系，普通精餾無法得到高純度乙腈。乙腈和水在常壓下的共沸溫度是76.5℃，共沸組成乙腈濃度84%。打破乙腈-水共沸體系需采用變壓精餾的特殊精餾方法。變壓精餾主要是利用壓強的變化來影響共沸物系共沸點的改變，從而進行有效分離。在某一適當壓力范圍內，共沸組成變化高于5%的物系，即可考慮采用變壓精餾的方法來分離[2]。

　　當壓力為22.66kPa時，可得到乙腈和水的共沸物，乙腈含量為91.7%，當壓力升高到300.88kPa時，乙腈含量可達77.4%，其不同壓力下共沸組成變化為14.3%，大于5%，因此，可通過變壓精餾的方法對乙腈和水進行有效的分離。當減壓塔和加壓塔串聯(lián)操作時，減壓塔塔頂可得到濃度(質量分數(shù))在90%以上的粗乙腈，并以此作為加壓塔進料，則在加壓塔塔釜可得到近100%的高純度乙腈，實現(xiàn)變壓精餾脫水的目的。

　　2.2丁二烯裝置溶劑中雜質的種類和脫除方法

　　除脫水外，乙腈精制再生過程中還需脫除以下雜質:少量烴、二聚物、氨、C5重組分和微量高沸物(主要是腈類化合物和萃取系統(tǒng)添加的阻聚劑，均為水溶性)。雜質脫除的方法如下:二聚物和C5重組分可利用水洗脫除，少量烴和氨可在減壓塔塔頂抽出，送入脫氨塔回收夾帶的乙腈并脫除少量的烴類和氨，微量高沸物可在減壓塔塔釜脫除。

　　2.3乙腈精制再生新工藝

　　結合以上討論，可將溶劑脫水和脫雜質結合起來，組合成新的乙腈精制再生工藝流程。流程說明:乙腈溶劑進炔烴水洗塔脫除二聚物和C5重組分，水洗塔塔釜含乙腈的洗滌水進溶劑回收塔精制，回收塔塔頂?shù)玫?0%的乙腈進減壓塔精餾，減壓塔塔頂?shù)玫?0%的乙腈進加壓塔精餾，減壓塔塔頂少量烴和氨進脫氨塔，減壓塔塔釜含微量乙腈的水返回溶劑回收塔，加壓塔塔頂乙腈返減壓塔循環(huán)，加壓塔塔釜得到高純度的產(chǎn)品乙腈，脫氨塔塔頂為含氨廢氣，脫氨塔塔釜乙腈返回加壓塔。該流程的特點是:與現(xiàn)有再生流程結合緊密，減壓塔塔釜含乙腈的水進溶劑回收塔處理，保證最大程度回收乙腈和廢水指標合格(廢水中乙腈含量不大于100mg/kg)。

　　3再生乙腈產(chǎn)品質量指標

　　再生后的乙腈純度直接決定了分離成本，將再生后乙腈純度99.9%和95%作為質量目標進行對比，主要考察乙腈產(chǎn)品純度對減壓塔和加壓塔的再沸器熱負荷影響，隨著乙腈產(chǎn)品純度的升高，兩塔的再沸器能耗也隨之增，這是由于循環(huán)物流量隨產(chǎn)品純度升高而加大。為降低設備投資和運行成本，確定采用乙腈純度95%作為再生后的產(chǎn)品質量目標值。

　　4流程模擬

　　4.1原料組成及工藝流程

　　利用ASPEN軟件建立乙腈精制再生流程模型，主要模擬乙腈變壓精餾部分的工藝流程，通過模擬確認主要工藝參數(shù)并初步確定設備尺寸。因乙腈和水是強極性溶液體系，故物性方法選用液相活度系數(shù)法NRTL。原料情況:溶劑回收塔塔頂餾出物作為減壓塔進料，主要為乙腈與水的共沸物，此外還含有少量的烴類及乙腈分解產(chǎn)生的氨，流量為4500kg/h。:乙腈進料中含有0.4%的氨，在精制過程中需要把氨脫除，因此在流程中需設脫氨塔，脫除乙腈溶劑中的碳四烴以及氨。減壓塔的塔釜脫除乙腈中含的水及少量的高沸物，加壓塔塔釜得到乙腈產(chǎn)品。

　　4.2主要設備工藝參數(shù)

　　減壓塔塔釜溫度較低，可使用低溫熱源加熱以節(jié)能，脫氨塔的操作壓力較高，可方便氨氣向高壓火炬的排放，避免了氨氣進入低壓火炬系統(tǒng)燃燒帶來的臭氣問題，加壓塔塔釜溫較高，可用于進料預熱。:由于3臺塔器尺寸均較小，后期制造費用較低，建議材質選用碳鋼，以降低成本。

　　4.3技術經(jīng)濟分析

　　4.3.1主要物料平衡計算結果

　　根據(jù)物料平衡計算結果，原理中的烴和氨均從廢氣中排出，廢水中帶0.05%的乙腈通過返回溶劑回收塔能夠達標排放，水洗回收系統(tǒng)不能脫除的少量高沸物均從廢水中排出。對比精制前后指標，乙腈濃度從79.4%提升至95%，水含量由19.8%降至5%，碳四烴類、高沸物和氨的含量均降至痕跡量，完全達到再生乙腈指標要求。

　　5結語

　　1)通過優(yōu)化乙腈精制再生流程，將變壓精餾技術與現(xiàn)有水洗溶劑回收系統(tǒng)結合，組合成新的乙腈精制再生技術。該技術能夠將再生乙腈的濃度由80%提至95%，同時脫除乙腈中的重組分和氨等雜質。

　　2)通過流程模擬，得到乙腈變壓精餾部分各塔的主要工藝參數(shù)并確定設備尺寸。

　　3)通過技術經(jīng)濟分析，裝置綜合能耗(標油)為59.36kg/t產(chǎn)品乙腈，估算噸產(chǎn)品乙腈費用約150元，按此計算裝置批量再生費用僅為7.5萬元，再生周期僅為6d。新開發(fā)的乙腈精制再生技術解決了過去常規(guī)再生方式質量低、周期長、批量再生費用高環(huán)保風險大的問題，是一種低操作費用、高產(chǎn)品質量、高效環(huán)保的乙腈精制再生技術，能夠有效解決各丁二烯裝置溶劑品質惡化問題，達到改善溶劑品質、延長裝置運行周期的目的。

　　參考文獻:

　　[1]李貴林.乙腈法丁二烯抽提裝置溶劑發(fā)泡原因分析及對策[J].山東化工，2016，45(20):105-107.

　　[2]劉冬，曾嶸，周寶強，等.全熱集成變壓精餾分離甲酸和水的模擬[J].現(xiàn)代化工，2014，34(6):137-141

　　化工論文投稿刊物：山東化工期刊雜志征稿化工論文，該刊是山東省省級期刊，報道內容主要是省內外化工科技、經(jīng)濟、管理等內容。曾獲得石油和化工行業(yè)優(yōu)秀期刊一等獎(全國)，雜志1972年創(chuàng)刊至今，已經(jīng)被美國《化學文摘(網(wǎng)絡版)》納入數(shù)據(jù)庫當中。

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