氣霧劑級(jí)二甲醚脫胺脫水實(shí)驗(yàn)研究

劉雪飛，劉鵬翔，蔚 龍，?？∈?/p>

(新地能源工程技術(shù)有限公司北京技術(shù)研發(fā)中心，北京100176)

由于二甲醚有著良好的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，隨著大型工業(yè)化二甲醚生產(chǎn)技術(shù)的日趨完善，二甲醚的應(yīng)用也越來越廣泛，二甲醚可以用于氣霧劑、制冷劑、燃料、化工原料等［1-3］。其中氣霧劑是二甲醚的主要應(yīng)用之一。目前，氣霧劑級(jí)二甲醚主要用于氣霧殺蟲劑、空氣清新劑、噴發(fā)膠、噴漆、化妝品等行業(yè)［4-6］。不同的行業(yè)對用作氣霧劑的二甲醚中甲醇的含量、水的含量、其它微量物質(zhì)的含量有不同的要求，但是均要求二甲醚純度高且無異味。

目前工業(yè)化生產(chǎn)二甲醚的主流技術(shù)為兩步法氣相甲醇脫水制二甲醚技術(shù)［7-9］。通常工業(yè)化生產(chǎn)出的二甲醚主要為燃料級(jí)二甲醚。由此技術(shù)生產(chǎn)的燃料級(jí)二甲醚有異味，且一般燃料級(jí)二甲醚的純度要低于氣霧劑級(jí)二甲醚的純度。我們在新能(張家港)能源有限公司20萬t/a二甲裝置實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)燃料級(jí)二甲醚的異味主要是由三甲胺類有機(jī)胺引起;燃料級(jí)二甲醚中含水量偏高在0.8% ～1.2%，影響二甲醚純度。相對二甲醚來說，水屬于重組分，若采用精餾來分離能量耗費(fèi)大。最佳的分離方法是采用吸附劑將二甲醚中的水分吸收，達(dá)到分離的目的。因此我們針對此問題，對燃料級(jí)二甲醚的脫胺脫水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

燃料級(jí)二甲醚，新能(張家港)能源有限公司提供;三甲胺;脫胺吸附劑:XNN-1、XNN-2、XNN-3、XNN-4新奧新能(北京)科技有限公司提供。

脫水吸附劑:XNW-1、XNW-2、XNW-3新奧新能(北京)科技有限公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

1.微型固定床反應(yīng)裝置:采用高壓微反固定床反應(yīng)器進(jìn)行吸附評價(jià)實(shí)驗(yàn)。裝置主要由儲(chǔ)罐、微量進(jìn)液泵、反應(yīng)裝置及加熱器、尾氣冷凝器和氣液分離器構(gòu)成。加熱爐的溫度由微電腦控制，壓力由背壓閥控制，流量由微量進(jìn)液泵計(jì)量。評價(jià)裝置流程圖見圖1。

圖1 吸附評價(jià)裝置流程圖Fig.1 Process of absorb laboratory evaluation

2.氣相色譜儀:使用安捷倫6890N型氣相色譜儀測定二甲醚中甲醇、烯烴、有機(jī)胺等的含量，色譜柱選用安捷倫PLOT-Q型多孔毛細(xì)柱，載氣為氫氣。分析最佳條件為柱箱溫度起始80℃，7 min時(shí)開始程序升溫，到15 min時(shí)升至190℃，檢測器溫度為250℃。分析方法采用外標(biāo)法定量。

3.化學(xué)吸附儀:使用美國麥克公司(Micromeritrics)的ChemAutoⅡ2920型化學(xué)吸附儀進(jìn)行吸附劑的脈沖吸附實(shí)驗(yàn)。

4.物理吸附儀:使用美國麥克公司(Micromeritrics)的ASAP2020型物理吸附儀測定吸附劑的比表面積。

5.固體顆粒強(qiáng)度磨耗測定儀:使用固體顆粒強(qiáng)度儀測定吸附劑的抗壓強(qiáng)度和磨耗。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同脫胺吸附劑的脈沖吸附量數(shù)據(jù)

在化學(xué)吸附儀上對不同的脫胺吸附劑進(jìn)行脈沖吸附實(shí)驗(yàn)。裝填一定量的吸附劑，以氨為探針分子，在一定的溫度下脈沖氨，直至吸附劑吸附飽和，測定其單位質(zhì)量的吸附量，見表1。

通過比較不同脫胺吸附劑的脈沖吸附量，可以確定XNN-1脫胺吸附劑吸附量最大，可以滿足本工藝需要，但需要進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證。

表1 不同脫胺吸附劑脈沖吸附數(shù)據(jù)Table 1 Pusle Adsorption Date of Each Removal of Amine Adsorbent

2.2 不同空速下XNN-1吸附劑吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)室評價(jià)方法:將高濃度的二甲醚有機(jī)胺混合溶液，在一定溫度壓力下，以一定空速通過吸附劑床層，計(jì)算吸附劑的穿透時(shí)間，確定其飽和吸附量。裝填脫胺吸附劑XNN-1，原溶液濃度為1.25%的三甲胺二甲醚溶液，在室溫及0.8 MPa壓力下，分別以空速3 h－1和6 h－1通過5 mL催化劑床層，以氣相色譜檢測三甲胺含量。并以聞到明顯胺臭味為穿透依據(jù)。

圖2 XNN-1吸附劑在不同空速下的吸附曲線Fig.2 Removal of amine adsorbent of XNN-1 adsorption curve at different space velocity

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定在空速為3h－1和6h－1時(shí)，XNN-1穿透時(shí)間分別為4 h和2 h。XNN-1吸附量為0.179 g/g，即吸附效率為17.9%，見圖2。

2.3 不同脫水吸附劑的物理參數(shù)數(shù)據(jù)

通過物理吸附儀和固體顆粒強(qiáng)度磨耗測定儀測定不同脫水吸附劑的物性參數(shù)，包括比表面積、堆比重、抗壓強(qiáng)度和磨耗率。數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同脫水吸附劑的物性參數(shù)Table 2 Physical parameters of each dehydration adsorbents

通過物性參數(shù)測定，XNW-1的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)好于其它脫水吸附劑，且比表面積、磨耗率等數(shù)據(jù)也能滿足工業(yè)需要。其中靜態(tài)吸水量是指在常溫常壓下吸附劑吸附至飽和時(shí)的吸水率。

2.4 不同空速下XNW-1吸附劑的吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

以含水量0.5%的燃料級(jí)二甲醚為原料，在一定溫度壓力下以不同空速通過脫水吸附劑床層，用微量水分測定儀測定其中水分含量。以XNW-1為例，燃料級(jí)二甲醚原料在室溫及0.8 MPa壓力下，分別以空速3 h－1和6 h－1通過10 mL催化劑床層，以微量水分測定儀測定水分含量，以含水量明顯升高為穿透依據(jù)，見圖3。

圖3 XNW-1吸附劑在不同空速下的吸附曲線Fig.3 Dehydration adsorbent of XNW-1 adsorption curve at different space velocity

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定在空速為3 h－1和6 h－1時(shí)，XNW-1穿透時(shí)間分別為6 h和3 h。以此實(shí)驗(yàn)計(jì)算XNW-1吸附量為0.21 g/g，即吸附效率為21%。脫水吸附劑XNW-1可以滿足工藝要求，為最佳吸附劑。

3 結(jié)論

1.通過實(shí)驗(yàn)室吸附實(shí)驗(yàn)評價(jià)了四種脫胺吸附劑的性能，其中XNN-1脫胺吸附劑胺吸附量大。并通過不同的空速實(shí)驗(yàn)確定其胺吸附量。且在實(shí)驗(yàn)中二甲醚并無異味，成功消除了二甲醚的異味。

2.通過實(shí)驗(yàn)室吸附實(shí)驗(yàn)評價(jià)了三種脫水吸附劑的性能，其中XNW-1脫水吸附劑物理性質(zhì)最好。并通過不同的空速實(shí)驗(yàn)確定其水吸附量。

3.篩選出了可以有效脫出二甲醚異味和其中水分的吸附劑，并成功應(yīng)用于張家港5萬t/a氣霧劑二甲醚裝置。

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