費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇滲透蒸發(fā)分離工藝

李玲，柴士陽，劉來春，黃丹，葉長燊

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費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇滲透蒸發(fā)分離工藝

李玲，柴士陽，劉來春，黃丹，葉長燊

（福州大學(xué)石油化工學(xué)院，福建福州 350116）

對以鈷基催化劑、漿態(tài)床工藝為核心的費(fèi)托合成中試裝置產(chǎn)生的水相副產(chǎn)物的分離提純過程進(jìn)行了研究，針對目前混合醇多塔精餾回收工藝能耗高的問題，提出了滲透蒸發(fā)與精餾耦合的分離提純工藝。新工藝保留傳統(tǒng)多塔精餾回收工藝中的脫水塔和粗分塔，對原工藝中C1～C3混合醇-水的分離提純采用滲透蒸發(fā)技術(shù)替代傳統(tǒng)的精餾技術(shù)。研究結(jié)果表明：NaA型沸石分子篩滲透膜是混合醇滲透蒸發(fā)脫水適宜的膜分離材料，該滲透膜的滲透通量可達(dá)2.4 kg/(m2?h)，粗分塔塔頂產(chǎn)品C1～C3混合醇-水混合物經(jīng)過滲透蒸發(fā)，混合醇中含水量由17.09%降低到0.5%以下。費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇經(jīng)滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝可得到含水量低于0.5%的醇產(chǎn)品，與傳統(tǒng)多塔精餾回收工藝相比，滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝可節(jié)能24%，節(jié)能效果顯著。

費(fèi)托合成；醇；滲透蒸發(fā)；分離

目前，國內(nèi)煤制油產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，作為煤制油核心技術(shù)的費(fèi)托合成[1]大多采用鐵基催化劑，而費(fèi)托合成鈷基催化劑相比鐵基催化劑具有碳鏈增長能力強(qiáng)及產(chǎn)生的含氧化合物少等特點(diǎn)，一直是研究的熱點(diǎn)[2-3]。國內(nèi)某石油公司建立了15萬噸/年鈷基催化劑費(fèi)托合成中試裝置，該項(xiàng)目在合成過程中產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物混合醇和水。如果能將這些混合醇回收并實(shí)現(xiàn)廢水的回用，不僅有利于提高煤制油的綜合經(jīng)濟(jì)效益，而且能緩解煤制油區(qū)域水資源失衡[4]的矛盾。費(fèi)托合成產(chǎn)生的水相副產(chǎn)物中的低碳混合醇除甲醇外均能與水形成共沸物，若采用普通精餾的方法，很難獲得較高純度的混合醇產(chǎn)品。因此，國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)主要采用共沸精餾和萃取精餾等特殊精餾技術(shù)處理費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物[5]。然而，共沸精餾和萃取精餾過程需分別引入共沸劑和萃取劑，這就需要增加精餾塔分別回收共沸劑和萃取劑，從而大大增加了分離過程的設(shè)備投入和能量 消耗。

滲透蒸發(fā)[6-8]作為一種節(jié)能、綠色環(huán)保的新型膜分離技術(shù)，正受到越來越廣泛的關(guān)注和研究。滲透蒸發(fā)技術(shù)多用于有機(jī)溶劑脫水[9-10]，是有效降低費(fèi)托合成廢水多塔精餾回收工藝能耗的關(guān)鍵技術(shù)。本文作者對多元混合醇-水體系的滲透蒸發(fā)過程開展研究，探究進(jìn)料溫度、滲透側(cè)真空度以及進(jìn)料流速對滲透蒸發(fā)過程的影響[10]，采用滲透蒸發(fā)技術(shù)與精餾技術(shù)耦合工藝分離費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物中的低碳混合醇和水，打破了傳統(tǒng)多塔精餾分離工藝的限制，與共沸精餾及萃取精餾相比，具有工藝簡單、無需添加第三組分、無污染和能耗低等特點(diǎn)。

1 工藝分析

1.1 多塔精餾工藝

目前，工業(yè)上普遍采用萃取精餾、共沸精餾和相分離聯(lián)用的多塔精餾分離工藝來回收費(fèi)托合成副產(chǎn)物中的混合醇，流程圖如圖1所示。水相副產(chǎn)物經(jīng)脫水塔分離后，塔頂?shù)玫胶枯^大的混合醇粗品，該粗品在粗分塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)C1～C3與C4～C8混合醇的分離，C1～C3粗品在萃取精餾塔內(nèi)分離得到甲乙醇的混合醇產(chǎn)品，萃取劑回收塔得到丙醇與水的混合物經(jīng)共沸精餾塔分離提純，塔釜得到合格的丙醇產(chǎn)品，塔頂?shù)玫焦卜袆┉h(huán)己烷-水-丙醇的三元共沸物，該三元共沸物經(jīng)分相罐分相后油相全回流，水相進(jìn)丙醇回收塔，丙醇回收塔塔頂?shù)玫降谋寂c水的共沸物回到共沸精餾塔，塔釜采出水。粗分塔塔釜采出的C4～C8混合醇經(jīng)分相罐分相后，油相經(jīng)C4～C8混合醇產(chǎn)品塔分離提純，在塔釜得到含水量合格的C4～C8混合醇產(chǎn)品。

多塔精餾工藝雖然成熟可靠、應(yīng)用廣泛，但是由于C2～C8醇均與水存在共沸物，需采用共沸精餾和萃取精餾聯(lián)合分離混合醇和水。因此，該工藝不僅需要添加共沸劑和萃取劑，而且必須投入萃取精餾塔和共沸精餾塔以及兩個(gè)普通精餾塔用于回收共沸劑和萃取劑，以完成C1～C3混合醇的分離。由此可知，多塔精餾工藝的設(shè)備投資大且能耗較高。而滲透蒸發(fā)技術(shù)是以各組分在膜中的溶解與擴(kuò)散速率差異來實(shí)現(xiàn)液體混合物分離的一種新型膜分離技術(shù)，尤其適用于精餾和萃取等技術(shù)難以分離或無法分離的近沸、共沸混合物以及同分異構(gòu)體。采用滲透蒸發(fā)技術(shù)分離共沸的醇-水混合物具有選擇性高、分離能耗低、對產(chǎn)品污染少、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)勢。根據(jù)現(xiàn)有費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇多塔精餾工藝的特點(diǎn)，結(jié)合滲透蒸發(fā)分離醇-水混合物技術(shù)，提出一種滲透蒸發(fā)與精餾耦合技術(shù)分離費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇的工藝流程，該工藝將采用滲透蒸發(fā)器取代萃取精餾塔、萃取劑回收塔、共沸精餾塔及丙醇回收塔，實(shí)現(xiàn)C1～C3混合醇的分離，從而降低設(shè)備投入和生產(chǎn)能耗。

1.2 滲透蒸發(fā)-精餾耦合分離工藝

滲透蒸發(fā)-精餾耦合技術(shù)分離回收費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇工藝流程保留傳統(tǒng)多塔精餾工藝流程的脫水塔、粗分塔、分相器以及C4～C8產(chǎn)品塔，將其與滲透蒸發(fā)耦合形成一種新的工藝路線，流程圖如圖2所示。費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物先經(jīng)脫水塔脫除大部分水分后，塔頂?shù)玫揭欢ê康幕旌洗即制?，該粗品?jīng)粗分塔分離實(shí)現(xiàn)C1～C3與C4～C8混合醇的分離。粗分塔塔頂?shù)玫降腃1～C3混合醇與水的混合物，經(jīng)滲透蒸發(fā)脫除水分，在滲余側(cè)得到符合要求的C1～C3混合醇產(chǎn)品，而后經(jīng)C1～C3混合醇產(chǎn)品塔將甲乙醇和丙醇分離，塔頂?shù)玫郊滓掖籍a(chǎn)品，塔釜得到丙醇產(chǎn)品；滲透側(cè)得到的滲透液中含有少量混合醇，將返回脫水塔。粗分塔塔釜得到的C4～C8混合醇與水的混合物，經(jīng)分相器分層后油相進(jìn)入C4～C8混合醇產(chǎn)品塔進(jìn)一步脫水得到C4～C8混合醇產(chǎn)品，水相中還含有少量的混合醇，將返回到脫水塔中。該工藝的關(guān)鍵是采用滲透蒸發(fā)技術(shù)替代萃取精餾和共沸精餾技術(shù)分離C1～C3混合醇和水，從而降低了能耗，同時(shí)也顯著減少精餾塔的數(shù)量、簡化了工藝流程。

1.2.1 脫水塔、粗分塔及C4～C8混合醇產(chǎn)品塔的模擬計(jì)算

為獲得滲透蒸發(fā)系統(tǒng)入口的物流條件，需對滲透蒸發(fā)-精餾耦合新工藝中的脫水塔、粗分塔等設(shè)備進(jìn)行模擬計(jì)算。文獻(xiàn)[11-12]對費(fèi)托合成的水相副產(chǎn)物分離多塔精餾工藝用Aspen Plus進(jìn)行了模擬，并對所選用的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了考察，結(jié)果表明NRTL、WILSON和UNIQUAC這3種模型的模擬結(jié)果差異小，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，證明這些模型均可用于工業(yè)裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。因此，本文采用Aspen plus軟件和NRTL活度系數(shù)模型對新工藝中除了滲透蒸發(fā)器之外的其他裝置進(jìn)行模擬計(jì)算，并通過靈敏度分析獲得了處理20t/h費(fèi)托合成水相混合醇副產(chǎn)物時(shí)脫水塔、粗分塔、C4～C8混合醇產(chǎn)品塔的理論板數(shù)、進(jìn)料位置和回流比等參數(shù)，通過這些操作參數(shù)計(jì)算得到了各裝置單位廢水處理量的能耗以及產(chǎn)品組成，如表1和表2所示，其中分相器操作溫度為60℃。

表1 各塔工藝參數(shù)及能耗

圖2 費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇滲透蒸發(fā)-精餾耦合分離工藝流程圖

表2 各塔產(chǎn)品組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 單位：%

由表2可知，C4～C8混合醇與水的混合物經(jīng)C4～C8混合醇產(chǎn)品塔分離可以得到含水量為0.48%的混合醇產(chǎn)品，符合產(chǎn)品要求。粗分塔塔頂?shù)玫降腃1～C3混合醇含水量為17.09%，將該混合醇采用滲透蒸發(fā)器進(jìn)一步脫水獲得合格的混合醇產(chǎn)品。

1.2.2 C1～C3混合醇產(chǎn)品塔的模擬計(jì)算

粗分塔塔頂?shù)玫降?069.2 kg/h C1～C3混合醇和水的混合液經(jīng)過滲透蒸發(fā)器分離后得到含水量0.34%的混合醇產(chǎn)品，該部分混合物經(jīng)C1～C3混合醇產(chǎn)品塔分離可得到含水量0.43%的甲乙醇產(chǎn)品以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.99%的丙醇產(chǎn)品。且計(jì)算得到C1～C3混合醇產(chǎn)品塔的適宜塔板數(shù)是44塊，進(jìn)料位置為第23塊板進(jìn)料，回流比為1.2。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑及儀器

試劑：甲醇，AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙醇，AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正丙醇，純度＞99.5%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正丁醇，純度＞99.5%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正戊醇，AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠；正己醇，CP，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司；正辛醇，純度＞99.9%，天津市福晨化學(xué)試劑廠；環(huán)己酮，純度＞99.5%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

儀器：氣相色譜儀GC-2014C，島津有限公司；WS301D型水分測試儀，淄博東嶺電氣科技有限公司；滲透蒸發(fā)裝置，煙臺(tái)天一化工實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

2.2 滲透蒸發(fā)分離混合醇與水實(shí)驗(yàn)

滲透蒸發(fā)是在滲透膜的進(jìn)料側(cè)保持常壓而滲透側(cè)抽真空條件下操作，混合物各組分在膜兩側(cè)壓差的推動(dòng)下，選擇性吸附于膜表面，再擴(kuò)散透過膜，最后在膜的透過側(cè)表面汽化、解吸，依靠不同組分在特定膜中溶解擴(kuò)散能力和透過速率不同，從而實(shí)現(xiàn)不同組分分離的目的。本實(shí)驗(yàn)采用適用于有機(jī)物脫水的膜組件——NaA型沸石分子篩膜[7,13]組件，膜組件的殼程尺寸為57mm×3.5mm，膜管長800mm、外徑12mm、內(nèi)徑8mm。滲透蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示，采用間歇操作[8]，料液罐中裝填2.2L的原料液，料液經(jīng)計(jì)量泵輸送進(jìn)入加熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至指定溫度后進(jìn)入膜組件，流經(jīng)膜面的滲余液返回原料罐循環(huán)滲透蒸發(fā)，直至達(dá)到分離要求；滲透側(cè)的蒸汽則經(jīng)冷凝器冷凝后采出。實(shí)驗(yàn)過程中定時(shí)取樣分析，醇與水含量分別采用氣相色譜和水分分析儀測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 進(jìn)料溫度的影響

滲透蒸發(fā)進(jìn)料溫度在331.5～341.1 K范圍內(nèi)，對含水量20%的多元混合醇溶液分離。進(jìn)料側(cè)為常壓進(jìn)料，進(jìn)料流速保持為1.0×10–3m/s，滲透側(cè)壓力為2kPa，操作溫度分別為331.5K、336.1K和341.1K的條件下，探討溫度對滲透蒸發(fā)過程的影響。結(jié)果如圖4所示，隨著滲透的進(jìn)行，滲余側(cè)水含量逐漸下降；進(jìn)料溫度越高，滲余側(cè)水含量下降速度越快。達(dá)到相同水含量時(shí)，進(jìn)料溫度越高則操作時(shí)間越短。這說明進(jìn)料溫度越大，滲透速度越快。如圖5所示，隨著滲透蒸發(fā)過程的進(jìn)行循環(huán)液含水量減小，進(jìn)入滲透蒸發(fā)膜組件料液的含水量下降，水在NaA型分子篩膜表面的吸附量相應(yīng)減小，膜兩側(cè)的濃度梯度減小，導(dǎo)致傳質(zhì)推動(dòng)力減小，從而使水的通量下降。進(jìn)料溫度越高，同一濃度下的滲透通量越高，造成這種現(xiàn)象的原因是進(jìn)料溫度的升高，分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，水分子在膜上的吸附量增多，并且溫度升高可以減小料液的黏度，提高組分的擴(kuò)散系數(shù)，水的通量便會(huì)隨著進(jìn)料溫度的升高而增大。故進(jìn)料溫度越高，滲透速度越快，操作時(shí)間越短。因此，適當(dāng)提高進(jìn)料溫度可以加快混合醇與水分離。

3.2 滲透側(cè)壓力的影響

進(jìn)料側(cè)為常壓且滲透側(cè)壓力在2～7kPa范圍內(nèi)，對含水量20%的多元混合醇溶液分離，當(dāng)進(jìn)料溫度為341.1K、進(jìn)料流速為1.0×10–3m/s時(shí)，考察操作壓力對滲透蒸發(fā)過程的影響。結(jié)果分別如圖6和圖7所示，隨著滲透的進(jìn)行，滲余側(cè)水含量逐漸下降，且滲透側(cè)壓力越小（真空度越大），滲余側(cè)水含量下降速度越快。

而由圖7可見，隨著進(jìn)料中水含量的減小，滲透通量逐漸減小，且在相同進(jìn)料濃度條件下，滲透側(cè)壓力越小，滲透通量則越高。滲透側(cè)壓力越小，膜兩側(cè)的壓力差越大，有利于提高傳質(zhì)推動(dòng)力，故而滲透通量越大，滲透速度越快。

3.3進(jìn)料流速的影響

在進(jìn)料側(cè)為常壓，進(jìn)料溫度為341.1 K，滲透側(cè)壓力為2kPa條件下，考察進(jìn)料流速在5.0×10–4～2.0×10–3m/s范圍內(nèi)，流速對滲透蒸發(fā)過程的影響。

由圖8可知，在實(shí)驗(yàn)流速范圍內(nèi)，進(jìn)料流速越大，滲余側(cè)水含量下降越快。由圖9可知，同一進(jìn)料濃度下，進(jìn)料流速越大，滲透通量越大。流動(dòng)速度越快，傳質(zhì)阻力越小，濃差極化對傳質(zhì)的不利影響趨于減小，從而使?jié)B透通量增大，完成一定的分離任務(wù)所需的操作周期縮短。流速從5.0×10–4m/s提高至2.0×10–3m/s，水的滲透通量最大可提高88%，操作時(shí)間縮短近10h。故在滲透蒸發(fā)過程中，適當(dāng)提高進(jìn)料流速，可以加快混合醇與水分離。

綜上所述，進(jìn)料溫度和進(jìn)料流速在一定范圍內(nèi)越大越有利于醇水分離，滲透側(cè)壓力越小越有利于醇水分離，因而在實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)適宜的操作條件為：常壓進(jìn)料、進(jìn)料溫度341.1K、進(jìn)料流速為2.0×10–3m/s、滲透側(cè)壓力為2 kPa。

3.4 滲透蒸發(fā)分離C1～C3混合醇與水

與傳統(tǒng)多塔精餾工藝一樣處理20t/h費(fèi)托合成水相混合醇副產(chǎn)物，滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝將在粗分塔塔頂?shù)玫?069.2kg/h C1～C3混合醇與水的混合物，該混合物采用滲透蒸發(fā)技術(shù)脫水以降低傳統(tǒng)工藝的分離能耗。粗分塔塔頂餾出液組成如表2所示，該混合醇中含水量為17.09%。以粗分塔塔頂?shù)玫交旌洗寂c水的混合物組成為研究對象，在上述適宜操作條件下進(jìn)行滲透蒸發(fā)，含水量為17.09%的粗分塔塔頂C1～C3混合醇經(jīng)過25h的滲透蒸發(fā)，滲余側(cè)與滲透側(cè)醇與水的濃度如表3所示。

表3　間歇式滲透蒸發(fā)分離低碳混合醇-水混合液實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，原料液含水量為17.09%，經(jīng)過25h的循環(huán)滲透蒸發(fā)，混合醇中含水量降低到0.34%，達(dá)到產(chǎn)品要求。滲透蒸發(fā)過程中，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和以及滲透通量的變化如圖10、圖11和圖12所示。圖10是滲余側(cè)甲醇、乙醇、正丙醇與水的組成隨滲透時(shí)間變化曲線圖，可以看出，隨著滲透過程的進(jìn)行，滲余液中各種醇的含量逐漸增大且在滲透10h后濃度變化不大，醇的最終組成見表3；水的含量在前10h降低的幅度較大，后期下降速度較為平緩，最終濃度低于0.5%。

圖11是滲透通量隨進(jìn)料中水含量的變化曲線圖。由圖11可知，滲透通量最大可以達(dá)到2.4 kg/(m2·h)，但隨著進(jìn)入膜組件中的混合醇含水量的減小，滲透通量相應(yīng)減小，從而導(dǎo)致滲透過程后期水的含量下降緩慢。圖12是滲透側(cè)醇的組成變化曲線圖，從圖中可知，滲透蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的前8小時(shí)內(nèi)混合醇的含量較低，水的含量約為95%，后期由于進(jìn)入膜內(nèi)混合醇中水的含量過低，醇在膜上的吸附量相對顯著提高，導(dǎo)致滲透液中混合醇的含量大幅度上升，為減少混合醇滲透進(jìn)入滲透液而造成損失，可以將滲透液循環(huán)回脫水塔進(jìn)行處理。

3.5 滲透蒸發(fā)膜面積的計(jì)算

為配合新工藝中精餾分離過程，滲透蒸發(fā)過程需要連續(xù)操作。因此，上述間歇循環(huán)滲透蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果要應(yīng)用于連續(xù)滲透蒸發(fā)過程的設(shè)計(jì)計(jì)算，需要建立相應(yīng)的滲透蒸發(fā)數(shù)學(xué)模型。針對費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇的分離要求結(jié)合滲透蒸發(fā)過程的特點(diǎn)，建立了滲透蒸發(fā)逆流計(jì)算模型[14]。在逆流模型中，滲余側(cè)的液體和滲透側(cè)的蒸汽在膜的兩側(cè)逆向流動(dòng)，如圖13所示。在微小膜面積d上，若液體側(cè)的組分流量變化d()，蒸汽側(cè)的組分流量變化d()時(shí)，對任一組分的物料衡算有式(1)。

式中，()為組分的透過量。該透過量可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得。

已知膜組件是由根內(nèi)徑i、外徑o的中空細(xì)管組成，則單位膜外表面積為式(2)。

d=2πod(2)

因此，將式(2)代入式(1)可得式(3)。

已知脫水塔塔頂C1～C3混合醇與水的混合物的采出流量為1069.2kg/h，以此作為滲透蒸發(fā)過程的進(jìn)料流量。若膜組件內(nèi)膜管以正三角形排列，且兩管中心距為25mm，膜組件內(nèi)料液的流速為2.0×10–3m/s時(shí)，計(jì)算得到膜組件內(nèi)有420根膜管，即=420。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的滲透通量數(shù)據(jù)，非線性回歸得到NaA型分子篩膜的滲透通量與混合醇進(jìn)料中水含量的關(guān)系式如式(4)。

將各參數(shù)及式(4)代入式(3)和式(2)中積分可得：采用滲透蒸發(fā)處理1069.2kg/h的C1～C3混合醇和水的混合物，達(dá)到產(chǎn)品分離要求需要的滲透蒸發(fā)膜面積為252m2，即分離過程需要20個(gè)膜組件串聯(lián)，每個(gè)膜組件需要420根規(guī)格為長800mm、外徑12mm、內(nèi)徑6mm的NaA型分子篩膜管組成。按0.95萬元/平米膜價(jià)格計(jì)算，滲透蒸發(fā)過程膜成本為239.4萬元。

3.6 滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝與多塔精餾工藝能耗對比

滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝的提出，目的在于降低費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物混合醇分離過程的能耗，根據(jù)滲透蒸發(fā)-精餾耦合新工藝與傳統(tǒng)多塔精餾工藝的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)研究和滲透蒸發(fā)模型計(jì)算的基礎(chǔ)上，對兩種工藝的能耗做了比較。滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝流程處理20t/h費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物的塔設(shè)備能耗如表4所示。計(jì)算可知，處理1t/h的廢水需要能耗為240.0kW。

多塔精餾工藝流程處理20t/h費(fèi)托合成水相副 產(chǎn)物的塔設(shè)備能耗如表5所示，處理1 t/h的廢水則需要能耗為315.1 kW。由計(jì)算結(jié)果對比可知，滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝與多塔精餾工藝相比可節(jié)能約24%，節(jié)能效果顯著。

表4 滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝中各塔的能耗表

表5 多塔精餾工藝流程中主要設(shè)備能耗表

4 結(jié)論

費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物中的混合醇經(jīng)過滲透蒸發(fā)-精餾耦合工藝最終可以分別得到含水量均低于0.5%的甲乙醇產(chǎn)品、丙醇產(chǎn)品和C4～C8混合醇產(chǎn)品。采用NaA型分子篩膜的滲透蒸發(fā)器分離C1～C3混合醇與水的過程中，滲透通量隨進(jìn)料溫度的升高而增大，隨進(jìn)料流速的增大而增大，隨滲透側(cè)壓力的減小而增大；研究結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)適宜的滲透蒸發(fā)工藝條件為：常壓進(jìn)料、進(jìn)料溫度341.1K、進(jìn)料流速為2.0×10–3m/s、滲透側(cè)壓力為 2 kPa。在此條件下，C1～C3混合醇與水的混合物經(jīng)過滲透蒸發(fā)器可將含水量由17.09%降低到0.5%以下，達(dá)到產(chǎn)品的純度要求。滲透蒸發(fā)-精餾耦合新工藝與多塔精餾工藝相比可節(jié)能能耗約24%，節(jié)能效果顯著，具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

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Study on separation of mixed alcohol from water phase by-product in the F-T synthesis by pervaporation technology

LI Ling，CHAI Shiyang，LIU Laichun，HUANG Dan，YE Changshen

（School of Chemical Eningeering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350116，F(xiàn)ujian，China）

This article aimed at studying the separation of water phase by-products produced by slurry bed process with cobalt-based catalyst in Fischer-Tropsch synthesis. A separation project about pervaporation and distillation was put forward to instead of the multi-columns distillation technology which was high energy consumption to separate alcohol and water. The new technology remained dehydrating tower and crude distillation tower in multi-columns distillation technology，while C1—C3alcohol-water mixture was dehydrated by pervaporation technology，replacing the traditional distillation technology. The results showed that NaA zeolite molecular sieve permeable membrane was a suitable material for separation，and the permeation flux can reach 2.4 kg/(m2?h). The water content of water phase by-products in Fischer-Tropsch synthesis was reduced from 17.09% to below 0.5% by pervaporation-distillation process. In addition，the energy consumption between pervaporation-distillation process and multi-columns distillation process was compared. It was found that the energy consumption of pervaporation and distillation coupling process can save approximately 24%.

Fischer-Tropsch synthesis；alcohol；pervaporation；separation

TQ028

A

1000–6613（2017）06–2086–08

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.06.017

2016-10-08；

2016-12-01。

福建省科技廳項(xiàng)目（2014Y0066）。

李玲（1974—），女，副教授，博士。聯(lián)系人：葉長燊，教授，博士。E-mail：fzycsyrfyq@fzu.edu.cn。