本文摘要：摘要:開發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)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和設備
摘要:開發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)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和設備參數。該技術連續精制再生能力為30kt/a，裝置綜合能耗(標油)59.36kg/t產品乙腈，每噸產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使用，在連續生產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，嚴重時會引發萃取系統聚合速度加快和系統發泡，出現聚合物堵塞塔盤、發泡引發萃取系統液泛等情況，裝置無法維持正常生產[1]。因此，溶劑在循環過程中必須將乙腈連續再生以維持溶劑品質，保證裝置穩定運行。
1現有乙腈再生工藝介紹
現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)80%左右的再生溶劑�，F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)水解產物氨無脫除手段，在系統內積聚影響生產。3)常規再生周期長，批量再生費用高、環保壓力大。因此，有必要開發一種低成本、高質量、更環保的乙腈連續精制再生技術，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操作時，減壓塔塔頂可得到濃度(質量分數)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，回收塔塔頂得到80%的乙腈進減壓塔精餾，減壓塔塔頂得到90%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，加壓塔塔釜得到高純度的產品乙腈，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，隨著乙腈產品純度的升高，兩塔的再沸器能耗也隨之增，這是由于循環物流量隨產品純度升高而加大。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品。
4.2主要設備工藝參數
減壓塔塔釜溫度較低，可使用低溫熱源加熱以節能，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技術經濟分析
4.3.1主要物料平衡計算結果
根據物料平衡計算結果，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)通過優化乙腈精制再生流程，將變壓精餾技術與現有水洗溶劑回收系統結合，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并確定設備尺寸。
3)通過技術經濟分析，裝置綜合能耗(標油)為59.36kg/t產品乙腈，估算噸產品乙腈費用約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。新開發的乙腈精制再生技術解決了過去常規再生方式質量低、周期長、批量再生費用高環保風險大的問題，是一種低操作費用、高產品質量、高效環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、經濟、管理等內容。曾獲得石油和化工行業優秀期刊一等獎(全國)，雜志1972年創刊至今，已經被美國《化學文摘(網絡版)》納入數據庫當中。
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