本文摘要：摘要:开发了一种新的乙腈精制再生技术，适用于乙腈法丁二烯抽提装置，新工艺在原有水洗回收流程基础上加入变压精馏，可将再生乙腈纯度(质量分数)由80%提高到95%，同时脱除乙腈中重组分和氨等杂质。采用ASPEN流程模拟，确定乙腈变压精馏各塔的工艺参数和设备
摘要:开发了一种新的乙腈精制再生技术，适用于乙腈法丁二烯抽提装置，新工艺在原有水洗回收流程基础上加入变压精馏，可将再生乙腈纯度(质量分数)由80%提高到95%，同时脱除乙腈中重组分和氨等杂质。采用ASPEN流程模拟，确定乙腈变压精馏各塔的工艺参数和设备参数。该技术连续精制再生能力为30kt/a，装置综合能耗(标油)59.36kg/t产品乙腈，每吨产品乙腈再生操作费用150元，装置批量再生费用7.5万元，再生周期6d。
关键词:乙腈变压精馏再生模拟
乙腈在丁二烯抽提装置萃取精馏单元作为萃取剂循环使用，在连续生产过程中易受丁二烯聚合和原料混合碳四中碳五重组分影响，造成乙腈溶剂中丁二烯二聚物、碳五重组分等杂质积累，与此同时，高温下乙腈会水解生成氨，氨在系统内长期积累导致溶剂pH值升高。溶剂的萃取性能变差，严重时会引发萃取系统聚合速度加快和系统发泡，出现聚合物堵塞塔盘、发泡引发萃取系统液泛等情况，装置无法维持正常生产[1]。因此，溶剂在循环过程中必须将乙腈连续再生以维持溶剂品质，保证装置稳定运行。
1现有乙腈再生工艺介绍
现有溶剂回收再生是通过脱除溶剂中的二聚物、碳五等杂质，并将装置各水洗塔洗涤水、地下罐排放液中所含的乙腈进行回收、精制，获得乙腈浓度(质量分数)80%左右的再生溶剂。现有流程存在的问题:1)溶剂再生量受限制，溶剂杂质多时无法及时脱除。2)水解产物氨无脱除手段，在系统内积聚影响生产。3)常规再生周期长，批量再生费用高、环保压力大。因此，有必要开发一种低成本、高质量、更环保的乙腈连续精制再生技术，解决目前乙腈再生过程中存在的问题。
2高纯度乙腈精制原理及工艺
2.1乙腈变压精馏原理
乙腈和水能够形成二元共沸体系，普通精馏无法得到高纯度乙腈。乙腈和水在常压下的共沸温度是76.5℃，共沸组成乙腈浓度84%。打破乙腈-水共沸体系需采用变压精馏的特殊精馏方法。变压精馏主要是利用压强的变化来影响共沸物系共沸点的改变，从而进行有效分离。在某一适当压力范围内，共沸组成变化高于5%的物系，即可考虑采用变压精馏的方法来分离[2]。
当压力为22.66kPa时，可得到乙腈和水的共沸物，乙腈含量为91.7%，当压力升高到300.88kPa时，乙腈含量可达77.4%，其不同压力下共沸组成变化为14.3%，大于5%，因此，可通过变压精馏的方法对乙腈和水进行有效的分离。当减压塔和加压塔串联操作时，减压塔塔顶可得到浓度(质量分数)在90%以上的粗乙腈，并以此作为加压塔进料，则在加压塔塔釜可得到近100%的高纯度乙腈，实现变压精馏脱水的目的。
2.2丁二烯装置溶剂中杂质的种类和脱除方法
除脱水外，乙腈精制再生过程中还需脱除以下杂质:少量烃、二聚物、氨、C5重组分和微量高沸物(主要是腈类化合物和萃取系统添加的阻聚剂，均为水溶性)。杂质脱除的方法如下:二聚物和C5重组分可利用水洗脱除，少量烃和氨可在减压塔塔顶抽出，送入脱氨塔回收夹带的乙腈并脱除少量的烃类和氨，微量高沸物可在减压塔塔釜脱除。
2.3乙腈精制再生新工艺
结合以上讨论，可将溶剂脱水和脱杂质结合起来，组合成新的乙腈精制再生工艺流程。流程说明:乙腈溶剂进炔烃水洗塔脱除二聚物和C5重组分，水洗塔塔釜含乙腈的洗涤水进溶剂回收塔精制，回收塔塔顶得到80%的乙腈进减压塔精馏，减压塔塔顶得到90%的乙腈进加压塔精馏，减压塔塔顶少量烃和氨进脱氨塔，减压塔塔釜含微量乙腈的水返回溶剂回收塔，加压塔塔顶乙腈返减压塔循环，加压塔塔釜得到高纯度的产品乙腈，脱氨塔塔顶为含氨废气，脱氨塔塔釜乙腈返回加压塔。该流程的特点是:与现有再生流程结合紧密，减压塔塔釜含乙腈的水进溶剂回收塔处理，保证最大程度回收乙腈和废水指标合格(废水中乙腈含量不大于100mg/kg)。
3再生乙腈产品质量指标
再生后的乙腈纯度直接决定了分离成本，将再生后乙腈纯度99.9%和95%作为质量目标进行对比，主要考察乙腈产品纯度对减压塔和加压塔的再沸器热负荷影响，随着乙腈产品纯度的升高，两塔的再沸器能耗也随之增，这是由于循环物流量随产品纯度升高而加大。为降低设备投资和运行成本，确定采用乙腈纯度95%作为再生后的产品质量目标值。
4流程模拟
4.1原料组成及工艺流程
利用ASPEN软件建立乙腈精制再生流程模型，主要模拟乙腈变压精馏部分的工艺流程，通过模拟确认主要工艺参数并初步确定设备尺寸。因乙腈和水是强极性溶液体系，故物性方法选用液相活度系数法NRTL。原料情况:溶剂回收塔塔顶馏出物作为减压塔进料，主要为乙腈与水的共沸物，此外还含有少量的烃类及乙腈分解产生的氨，流量为4500kg/h。:乙腈进料中含有0.4%的氨，在精制过程中需要把氨脱除，因此在流程中需设脱氨塔，脱除乙腈溶剂中的碳四烃以及氨。减压塔的塔釜脱除乙腈中含的水及少量的高沸物，加压塔塔釜得到乙腈产品。
4.2主要设备工艺参数
减压塔塔釜温度较低，可使用低温热源加热以节能，脱氨塔的操作压力较高，可方便氨气向高压火炬的排放，避免了氨气进入低压火炬系统燃烧带来的臭气问题，加压塔塔釜温较高，可用于进料预热。:由于3台塔器尺寸均较小，后期制造费用较低，建议材质选用碳钢，以降低成本。
4.3技术经济分析
4.3.1主要物料平衡计算结果
根据物料平衡计算结果，原理中的烃和氨均从废气中排出，废水中带0.05%的乙腈通过返回溶剂回收塔能够达标排放，水洗回收系统不能脱除的少量高沸物均从废水中排出。对比精制前后指标，乙腈浓度从79.4%提升至95%，水含量由19.8%降至5%，碳四烃类、高沸物和氨的含量均降至痕迹量，完全达到再生乙腈指标要求。
5结语
1)通过优化乙腈精制再生流程，将变压精馏技术与现有水洗溶剂回收系统结合，组合成新的乙腈精制再生技术。该技术能够将再生乙腈的浓度由80%提至95%，同时脱除乙腈中的重组分和氨等杂质。
2)通过流程模拟，得到乙腈变压精馏部分各塔的主要工艺参数并确定设备尺寸。
3)通过技术经济分析，装置综合能耗(标油)为59.36kg/t产品乙腈，估算吨产品乙腈费用约150元，按此计算装置批量再生费用仅为7.5万元，再生周期仅为6d。新开发的乙腈精制再生技术解决了过去常规再生方式质量低、周期长、批量再生费用高环保风险大的问题，是一种低操作费用、高产品质量、高效环保的乙腈精制再生技术，能够有效解决各丁二烯装置溶剂品质恶化问题，达到改善溶剂品质、延长装置运行周期的目的。
参考文献:
[1]李贵林.乙腈法丁二烯抽提装置溶剂发泡原因分析及对策[J].山东化工，2016，45(20):105-107.
[2]刘冬，曾嵘，周宝强，等.全热集成变压精馏分离甲酸和水的模拟[J].现代化工，2014，34(6):137-141
化工论文投稿刊物：山东化工期刊杂志征稿化工论文，该刊是山东省省级期刊，报道内容主要是省内外化工科技、经济、管理等内容。曾获得石油和化工行业优秀期刊一等奖(全国)，杂志1972年创刊至今，已经被美国《化学文摘(网络版)》纳入数据库当中。
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jzlw/22076.html
