復合添加劑對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響

胡 丹，陳文藝，趙 金，鄒 愷

（遼寧石油化工大學 石油化工學院，遼寧 撫順 113001）

環(huán)丁砜在芳烴抽提工藝中是一種比較理想的溶劑［1-2］，但在抽提過程中，環(huán)丁砜易劣化，劣化后的環(huán)丁砜顏色變深，pH下降［3-5］，生成具有酸性和腐蝕性的降解產(chǎn)物，使其抽提能力下降［6-8］。目前，通過添加單乙醇胺對減緩環(huán)丁砜劣化造成的設備腐蝕具有一定的作用［9］，這是因為單乙醇胺中和了因環(huán)丁砜劣化產(chǎn)生的磺酸等酸性物質(zhì)［10-13］，但單獨添加單乙醇胺效果并不十分理想。

本工作以單乙醇胺為基礎，分別與N-M，H，2-t-B堿性添加劑進行復配，考察了復合添加劑對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑

環(huán)丁砜：中國石油錦州石化公司；單乙醇胺、N-M、H、2-t-B：AR，國藥集團化學試劑廠；氯化鋇：AR，天津市光復科技發(fā)展有限公司；過氧化氫溶液：30%（w），AR，天津市大茂化學試劑廠。

1.2 實驗方法

稱取一定量的添加劑和100 g環(huán)丁砜倒入三口瓶中，在氮氣流量80 mL/min、加熱溫度230 ℃的條件下反應2 h。按圖1所示的方式連接實驗裝置，通入氮氣，把過氧化氫溶液（氧化劑）裝入氣體吸收瓶中，加熱環(huán)丁砜至一定溫度，環(huán)丁砜受熱分解產(chǎn)生的SO2經(jīng)氧化轉化為SO42-，SO42-與過量氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀，計算硫酸鋇質(zhì)量［14］。以硫酸鋇質(zhì)量和環(huán)丁砜分解釋放的SO2質(zhì)量來評價環(huán)丁砜的熱穩(wěn)定，分解釋放的SO2量越少，表明添加劑對抑制環(huán)丁砜熱分解的效果越好［15］。

圖1 環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的實驗裝置Fig.1 Experimental device for the thermal stability of sulfolane.

2 結果與討論

2.1 單乙醇胺用量對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響

在環(huán)丁砜中僅添加單乙醇胺一種添加劑，考察單乙醇胺用量對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響，實驗結果見表1。

表1 單乙醇胺用量對環(huán)丁砜穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of monoethanolamine dosage on the thermal stability of sulfolane

由表1可見，在未添加單乙醇胺時，環(huán)丁砜受熱分解釋放大量的SO2；當加入少量單乙醇胺時，硫酸鋇的生成量和SO2釋放量均逐漸減少；當單乙醇胺用量為0.04 g（即相對于環(huán)丁砜質(zhì)量的0.04%）時，硫酸鋇的生成量和SO2的釋放量最少，SO2釋放量為16.48 mg；之后繼續(xù)增加單乙醇胺用量，硫酸鋇的生成量和SO2釋放量均開始增加，表明在單獨使用單乙醇胺抑制環(huán)丁砜受熱分解時，不是單乙醇胺用量越多抑制效果越好。

2.2 兩種添加劑復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響

以單乙醇胺為基礎，分別與N-M，H，2-t-B 3種堿性添加劑進行復配，采用正交實驗方法，考察兩種添加劑復配后對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響。

2.2.1 單乙醇胺與添加劑N-M復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響

采用正交實驗考察了單乙醇胺與添加劑N-M復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響，實驗結果見表2。由表2可見，單乙醇胺與添加劑N-M復配后對環(huán)丁砜受熱分解有一定的抑制作用；當單乙醇胺用量為0.3 g、N-M用量為0.10 g（二者相對于環(huán)丁砜的質(zhì)量分別為0.03%和0.10%）時，抑制效果最好，硫酸鋇的生成量和SO2釋放量均最少。

表2 單乙醇胺與添加劑N-M復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of the complex of monoethanolamine and N-M additive on the stability of sulfolane

2.2.2 單乙醇胺與添加劑H復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響

采用正交實驗考察了單乙醇胺與添加劑H復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響，實驗結果見表3。由表3可見，當單乙醇胺用量和添加劑H的用量均為0.04 g（二者相對于環(huán)丁砜的質(zhì)量均為0.04%）時，硫酸鋇的生成量和SO2的釋放量均最少，此時復合添加劑的總質(zhì)量較小，成本較低。

2.2.3 單乙醇胺與添加劑2-t-B復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響

采用正交實驗考察了單乙醇胺與添加劑2-t-B復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響，實驗結果見表4。

表3 單乙醇胺與添加劑H復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響Table 3 Effect of the complex of monoethanolamine and H additive on the stability of sulfolane

表4 單乙醇胺與添加劑2-t-B復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響Table 4 Effect of the complex of monoethanolamine and 2-t-B additive on the stability of sulfolane

由表4可見，當單乙醇胺用量為0.04 g、2-t-B用量為0.12 g（二者相對于環(huán)丁砜的質(zhì)量分別為0.04%和0.12%）時，硫酸鋇的生成量和SO2的釋放量均最少，但此時添加劑2-t-B的用量較多。

2.3 單乙醇胺與3種添加劑復配對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響

將單乙醇胺與3種添加劑復配，采用L16（44）正交實驗，考察復合添加劑對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響。正交實驗的因素和水平見表5，正交實驗結果見表6。

由表6可見，4種添加劑對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響由大到小的順序為：單乙醇胺＞H＞N-M＞2-t-B。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，4種添加劑的最佳復配方案為A3B2C1D4，將此復配方案與正交實驗中最好的兩組實驗結果（見表6中的No.6和No.10）進行比較（見表7），以最終確定4種添加劑的復配結果。

表5 正交實驗的因素和水平Table 5 Factors and levels of orthogonal experiments

表6 正交實驗結果Table 6 Results of the orthogonal experiments

表7 最佳復配結果對比Table 7 Comparison of the best results

由表7可見，最佳復配結果為A3B2C1D4，即單乙醇胺、H、2-t-B、N-M用量分別為環(huán)丁砜質(zhì)量的0.03%，0.06%，0.10%，0.06%。此時復合添加劑對環(huán)丁砜熱分解的抑制效果最佳，SO2釋放量最少，為5.49 mg。

3 結論

1）單乙醇胺對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性有影響，當單乙醇胺用量為環(huán)丁砜質(zhì)量的0.04%時，SO2釋放量為16.48 mg，抑制環(huán)丁砜受熱分解的效果最好。

2）單乙醇胺與添加劑N-M復配，當單乙醇胺、添加劑N-M用量分別為環(huán)丁砜質(zhì)量的0.03%和0.10%時，SO2釋放量最少，為10.99 mg；單乙醇胺與添加劑H復配，當單乙醇胺、添加劑H用量均為環(huán)丁砜質(zhì)量的0.04%時，SO2釋放量為13.73 mg；單乙醇胺與添加劑2-t-B復配，當單乙醇胺、添加劑2-t-B用量分別為環(huán)丁砜質(zhì)量的0.04%和0.12%時，SO2釋放量為13.73 mg。

3）復合添加劑對環(huán)丁砜的熱穩(wěn)定性有較好的抑制作用。4種添加劑對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性影響由大到小的順序為：單乙醇胺＞H＞N-M＞2-t-B。將4種添加劑進行復配，當單乙醇胺、H、2-t-B、N-M用量分別為環(huán)丁砜質(zhì)量的0.03%，0.06%，0.10%，0.06%時，復合添加劑抑制環(huán)丁砜熱分解的效果最佳，SO2釋放量最少，為5.49 mg。

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