混合二異丙苯精餾側線分離間二異丙苯實驗研究

牛建洲，陳 剛，劉艷梅，方 鍵，殷宇霆

(1.中國石油吉林石化公司 染料廠，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

間二異丙苯是制造雙叔丁基過氧化二異丙基苯(BIPB)的主要原料，也是生產間苯二酚的重要原料，目前國內還沒有生產廠家，只能依靠國外進口，造成原料價格昂貴[1-5]。

中國石油吉林石化公司染料廠苯酚丙酮裝置產苯酚8.1萬t/a、丙酮5.4萬t/a、副產混合二異丙苯22 400 t/a，其中w(間二異丙苯)≈59%、w(對二異丙苯)≈40%、w(鄰二異丙苯)≈1%[6]，間二異丙苯和對二異丙苯的含量較高，為從混合二異丙苯中分離間二異丙苯提供了先決條件[2]，吉林石化公司染料廠也是唯一實現從混二異丙苯中分離間二異丙苯的生產廠家[7-8]。通過有效分離提純，w(間二異丙苯)達98%以上，達到了工業(yè)品技術規(guī)格，可作為工業(yè)品銷售，提高了混合二異丙苯附加值，具有較好的市場前景[9-10]。

目前分離間二異丙苯產品的技術路線為多塔順序流程，精餾塔數量多，能耗大[11-12]。在常壓條件下，二異丙苯各同分異構體的沸點分別為間二異丙苯203.18 ℃、對二異丙苯210.37 ℃、鄰二異丙苯203.75 ℃。鄰二異丙苯與間二異丙苯的沸點非常接近，按照高精度分離要求，用常規(guī)的精餾塔進行分離幾乎不可能，但因鄰二異丙苯質量分數低(≤2%)，所以分離時可以暫不考慮鄰二異丙苯對間二異丙苯產品質量的影響，只考慮間、對二異丙苯的分離[12-15]。作者采用連續(xù)精餾側線分離技術獲得間二異丙苯產品，通過考察進料量、操作壓力、回流比、塔頂采出量和側線采出量的采出比等參數，獲得最優(yōu)控制參數，使分離后的w(間二異丙苯)穩(wěn)定達98.5%以上。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑與儀器

實驗原料為染料廠苯酚丙酮裝置生產的混合二異丙苯，其組成見表1。

表1 精餾實驗原料組成

鹽酸：分析純，質量分數36%～38%，氯化鈷：分析純，北京化工廠；鉑酸鉀：分析純，天津市化學試劑研究所；異丙苯、苯酚、α-甲基苯乙烯：GR級，染料廠苯酚丙酮裝置。

氣相色譜儀：GC-2010，氫火焰離子化檢測器，GCsolution 色譜工作站：日本島津公司；微量注射器：10 μL，上海波利鴿工貿有限公司；色譜柱：HP-1，60 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫公司；比色架：6孔，北京揚海偉業(yè)科技有限公司；比色管：磨口無色，50 mL，沈陽科密歐玻璃儀器公司。

1.2 實驗設備

小試研究是在塔釜容積為1 L，塔徑為25 mm，內裝不銹鋼三角填料的玻璃塔中進行的?；亓鞑捎秒姶攀椒峙淦鳎ㄟ^時間程序控制器來控制。各測溫點采用精度為0.1 ℃的精密溫度計測量溫度，真空度采用0.4級標準真空表測定，大氣壓通過盒式氣壓計測定，塔釜加熱及塔體保溫均采用電加熱，通過智能儀表調節(jié)加熱量，控制加熱溫度。實驗裝置簡圖見圖1。

圖1 小試研究實驗裝置簡圖

1.3 實驗方法

1.3.1 分析方法

氣相色譜定量分析方法:氣化溫度，220 ℃；進樣口，SPL(柱子接口)；檢測器溫度，230 ℃；進樣量，0.2 μL；載氣，N2；柱流量，0.62 mL/min；線速度，19.7 cm/s；分流比，80∶1；空氣，400 mL/min；H2，30 mL/min。

1.3.2 工藝流程的確定

原料混合二異丙苯中輕組分的含量較少，如果采用先脫除輕組分，再脫除重組分的順序流程可以得到間二異丙苯目標產品，但此路線共需要四個精餾塔，公用工程消耗量大，設備造價高，在經濟上不可行。通過流程模擬，確定采用側線采出的方式可以得到合格的間二異丙苯產品。如果通過小試實驗驗證模擬模型可行，則只需要兩個精餾塔就可以完成間二異丙苯和對二異丙苯的分離，簡化了分離過程。工藝流程圖見圖2。

圖2 間二異丙苯分離工藝流程圖

精餾塔T101設置一個提餾段，兩個精餾段，在精餾段1和精餾段2之間設置側線采出管線。通過減壓精餾工藝，將混合二異丙苯中比間二異丙苯輕的組分富集在T101塔塔頂，在精餾段1和精餾段2之間的側線采出位置得到間二異丙苯產品。

對二異丙苯產品在精餾塔T102的提餾段1和提餾段2之間的側線位置進行采出。

2 結果與討論

2.1 間二異丙苯分離工藝條件

依據前期Aspen模擬分析數據，初步確定了分離工藝條件，間二異丙苯小試實驗針對進料量、操作壓力、塔頂采出與側線采出之比等主要參數，進行工藝條件確定實驗，確定最后工藝分離參數。

2.1.1 回流比對w(間二異丙苯)的影響

間二異丙苯分離小試實驗采用側線采出技術，當進料量為0.4～1 mL/min、操作壓力為(-0.095～-0.090)MPa、m(塔頂采出)∶m(側線采出)=1∶10時，塔頂回流比(質量比，下同)考察范圍為100∶1～230∶1，基本為全回流，塔頂基本不采出，所以回流比對間二異丙苯純度的影響不大，小試實驗回流比采用100∶1。

2.1.2 進料量對側線w(間二異丙苯)的影響

當操作壓力為-0.095 MPa、回流比為100∶1，m(塔頂采出)∶m(側線采出)=1∶10時，進料量對側線w(間二異丙苯)的影響見表2。

表2 進料量對側線w(間二異丙苯)的影響

由表2可見，當進料量在0.6 mL/min時，w(間二異丙苯)最高，達到98.58%，所以小試實驗原料進料量采用0.6 mL/min。

2.1.3 操作壓力對側線w(間二異丙苯)的影響

當進料量為0.6 mL/min、回流比為100∶1，m(塔頂采出)∶m(側線采出)=1∶10時，操作壓力對側線w(間二異丙苯)的影響見表3。

表3 操作壓力對側線w(間二異丙苯)的影響

由表3可見，小試分離實驗為負壓操作，當操作壓力為-0.095 MPa，w(間二異丙苯)最高,達到98.60%，所以小試實驗操作壓力采用-0.095 MPa。

2.1.4 m(塔頂采出)∶m(側線采出)對w(間二異丙苯)的影響

當進料量為0.6 mL/min、操作壓力為-0.095 MPa、回流比為100∶1時，小試分離實驗采用側線采出技術，m(塔頂采出)∶m(側線采出)對w(間二異丙苯)的影響見表4。

表4 m(塔頂采出)∶m(側線采出)對w(間二異丙苯)的影響

由表4可見，當m(塔頂采出)∶m(側線采出)=1∶10時，w(間二異丙苯)最高，可以達到98.52%，所以小試實驗m(塔頂采出)∶m(側線采出)采用1∶10。

2.1.5 間二異丙苯分離工藝條件

間二異丙苯分離工藝條件見表5。

表5 間二異丙苯分離工藝條件

2.2 間二異丙苯分離穩(wěn)定性實驗結果

依據已確定的分離實驗工藝條件，開展120 h長周期小試連續(xù)實驗，分析側線采出產品中間二異丙苯、對二異丙苯、鄰二異丙苯等主要組分含量，確定實驗的穩(wěn)定性，具體分析結果見表6。

由分析結果可知，連續(xù)實驗側線采出產品中平均w(間二異丙苯)=98.55%，平均w(鄰二異丙苯)=1.05%，達到工業(yè)品技術規(guī)格[w(間二異丙苯)≥98%，w(鄰二異丙苯)≤2%]，產品指標合格，為工業(yè)化實施提供了技術和理論支持。

2.3 間二異丙苯產品收率

根據120 h連續(xù)實驗結果，計算間二異丙苯產品收率。

間二異丙苯收率=(側線質量流量×側線采出物料中間二異丙苯質量分數)÷(原料質量流量×原料中間二異丙苯質量分數)=(0.233 96×98.55%)÷(0.514 2×58.94%)=78.03%。

通過計算可知，通過側線采出技術間二異丙苯收率為78.03%，w(間二異丙苯)可達98.5%以上。

3 結 論

(1) 通過混合二異丙苯中分離精制間二異丙苯連續(xù)小試實驗，采用側線采出技術取代常規(guī)順序流程工藝，減少了精餾塔個數，降低了分離過程中的能源消耗，得到了產品純度在98.5%以上的間二異丙苯，達到工業(yè)品技術規(guī)格，為工業(yè)化實施提供了技術支持；

(2) 通過連續(xù)穩(wěn)定小試實驗研究，確定當進料量為0.6 mL/min，回流比為100∶1，操作壓力為-0.095 MPa，m(塔頂采出)∶m(側線采出)=1∶10，側線分離產品中，w(間二異丙苯)穩(wěn)定達到98.5%以上，w(鄰二異丙苯)≤2%，同時，間二異丙苯產品收率可以達到78.03%。

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