丁辛醇裝置丁醛異構(gòu)物塔分離操作研究

嚴(yán) 芳，馬蒞夏

(1.張家港市華昌新材料科技有限公司，江蘇 張家港 215634;2.汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 汕尾 516600)

0 前言

丁辛醇生產(chǎn)中，丁醛單元的丁醛異構(gòu)物塔是丁辛醇裝置的中心樞紐，它的設(shè)計(jì)、操作將直接影響到丁辛醇裝置中三種產(chǎn)品異丁醛、辛醇和正丁醇的質(zhì)量。因?yàn)闅浼柞；磻?yīng)生成的產(chǎn)物混合丁醛經(jīng)過(guò)催化劑分離、氣液分離后首先進(jìn)入丁醛異構(gòu)物塔進(jìn)行正異丁醛的分離，塔底采出的正丁醛一部分去往丁醛加氫單元生產(chǎn)正丁醇產(chǎn)品，另一部分去往丁醛縮合單元作為生產(chǎn)辛醇產(chǎn)品的原料；塔上部側(cè)線(xiàn)采出的異丁醛則作為產(chǎn)品直接銷(xiāo)售。異丁醛直接作為產(chǎn)品銷(xiāo)售，質(zhì)量保證不用贅述，而作為生產(chǎn)正丁醇和辛醇原料的正丁醛的質(zhì)量同樣重要，否則在后續(xù)反應(yīng)過(guò)程中，將會(huì)發(fā)生各種有機(jī)副反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)品純度、色度等方面不合格，從而影響產(chǎn)品的銷(xiāo)售。操作工藝指標(biāo)要求，丁醛異構(gòu)物塔塔底采出的正丁醛中異丁醛含量<0.2%，塔側(cè)線(xiàn)采出的異丁醛中正丁醛含量<0.4%。

1 精餾原理

利用混合物溶液中各組分揮發(fā)度或沸點(diǎn)的差異，通過(guò)液相和氣相的回流，使氣、液兩相逆向多級(jí)接觸，在熱能驅(qū)動(dòng)和相平衡關(guān)系的約束下，使得易揮發(fā)組分(輕組分)不斷從液相往氣相中轉(zhuǎn)移，而難揮發(fā)組分(重組分)卻由氣相向液相中遷移，使混合物經(jīng)過(guò)多次分離從而將輕重組分完全分離的過(guò)程稱(chēng)為精餾。該過(guò)程中，傳熱、傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，屬傳質(zhì)過(guò)程控制[1]。

原料從塔中部適當(dāng)位置進(jìn)入精餾塔，將塔分為兩段，進(jìn)料板以上部分為精餾段，進(jìn)料板及以下部分為提餾段。冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。在精餾段，氣相在上升的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)傳熱傳質(zhì)氣相輕組分不斷得到精制，在氣相中不斷增濃，在塔頂獲輕組分產(chǎn)品。在提餾段，其液相在下降的過(guò)程中，其輕組分不斷被提餾出來(lái)，使重組分在液相中不斷被濃縮，在塔底獲得重組分產(chǎn)品。

丁辛醇裝置的丁醛異構(gòu)物塔為典型的浮閥式雙溢流板式塔精餾裝置，該塔直徑3 600 mm，塔高為62 000 mm，采用了華東理工大學(xué)的專(zhuān)利產(chǎn)品齒形組合導(dǎo)向浮閥塔板，塔內(nèi)共設(shè)有145塊塔板，板間距305 mm。進(jìn)料塔板設(shè)有3塊，從下往上數(shù)分別是第84塊、88塊和92塊塔板。塔上部側(cè)線(xiàn)采出的塔板也設(shè)置了3塊，從下往上數(shù)分別是第133塊、137塊和141塊塔板。

利用丁醛異構(gòu)物塔進(jìn)行精餾分離的是丁辛醇裝置氫甲?；磻?yīng)器產(chǎn)出的混合丁醛?；旌隙∪┲饕钦∪┡c異丁醛混合物，其中還含有微量的水及其他雜質(zhì)，正丁醛與異丁醛為同分異構(gòu)體，分子式相同但是結(jié)構(gòu)不同，從而導(dǎo)致兩者的物理性質(zhì)有細(xì)微的差別。常壓下正丁醛沸點(diǎn)75.7 ℃，異丁醛沸點(diǎn)64 ℃。丁醛異構(gòu)物塔的操作正是利用了正異丁醛二者之間沸點(diǎn)的細(xì)微差異，將兩者在該塔內(nèi)通過(guò)精餾操作進(jìn)行分離。

2 異構(gòu)物塔工藝流程

丁醛異構(gòu)物塔的工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 丁醛異構(gòu)物塔的工藝流程簡(jiǎn)圖

脫除了輕組分的混合丁醛由穩(wěn)定塔塔底泵P-1107提壓并經(jīng)穩(wěn)定塔熱交換器E-1110換熱至后送至丁醛異構(gòu)物塔T-1104進(jìn)料塔板上，其流量由調(diào)節(jié)閥FV-1801控制。異構(gòu)物塔進(jìn)料管線(xiàn)上還有一根來(lái)自中間罐區(qū)混合丁醛儲(chǔ)罐的進(jìn)料管線(xiàn)，用來(lái)調(diào)節(jié)異構(gòu)物塔T-1104的進(jìn)料，以保證丁醛異構(gòu)物塔的進(jìn)料平穩(wěn)，該進(jìn)料管線(xiàn)流量由調(diào)節(jié)閥FV-1701控制。

丁醛異構(gòu)物塔的熱量輸入通過(guò)異構(gòu)物塔再沸器E-1116殼程的0.5 MPa A低壓蒸汽加熱供給，流量由FV-1803控制。異構(gòu)物塔頂?shù)臍庀嘣诋悩?gòu)物塔頂冷凝器E-1115中冷凝，然后進(jìn)入底部帶有靴筒的異構(gòu)物塔受槽D-1107中分離。有機(jī)相用異構(gòu)物塔回流泵P-1108送回異構(gòu)物塔頂作為回流，并由液面控制器LIC1803與流量計(jì)FIC1804形成串級(jí)調(diào)節(jié)，以控制異構(gòu)物塔的回流量。水相則由調(diào)節(jié)閥LV-1804根據(jù)液位控制送至精餾廢水罐作進(jìn)一步處理。異丁醛成品從異構(gòu)物塔上部塔板側(cè)線(xiàn)采出，通過(guò)異丁醛冷卻器E-1118冷卻并分析合格后由調(diào)節(jié)閥FV-1805控制送入中間罐區(qū)異丁醛檢驗(yàn)罐。異構(gòu)物塔底采出的正丁醛由異構(gòu)物塔塔底泵P-1109加壓并經(jīng)正丁醛冷卻器E-1117冷卻后，分為三路：一路在調(diào)節(jié)閥FV-2000的控制下進(jìn)入后續(xù)丁醛加氫系統(tǒng)；一路在調(diào)節(jié)閥FV-3002的控制下進(jìn)入后續(xù)丁醛縮合系統(tǒng)；還有一路在調(diào)節(jié)閥LV-1801的控制下去中間罐區(qū)正丁醛儲(chǔ)罐作為丁醛加氫系統(tǒng)和丁醛縮合系統(tǒng)進(jìn)料的緩沖。丁醛異構(gòu)物塔塔頂壓力由調(diào)節(jié)閥PV-1804控制在0.05 MPa左右，當(dāng)系統(tǒng)壓力升得過(guò)高時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥PV-1804B將氣體排放至火炬，壓力降得過(guò)低時(shí)則通過(guò)調(diào)節(jié)閥PV-1804A向系統(tǒng)補(bǔ)充低壓N2，以此來(lái)維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。異構(gòu)物塔操作的工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

3 異構(gòu)物塔操作條件的研究

丁辛醇裝置開(kāi)車(chē)后，為了使正丁醛和異丁醛產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，車(chē)間分別對(duì)丁醛異構(gòu)物塔操作工藝中的塔釜溫度、靈敏板溫度進(jìn)行了摸索研究。并對(duì)進(jìn)料中正丁醛與異丁醛的比例(簡(jiǎn)稱(chēng)正異比)與采出產(chǎn)品的正異比進(jìn)行了對(duì)比。

3.1 塔釜溫度對(duì)異構(gòu)物塔分離效果的影響

在操作壓力不變的情況下，改變塔釜操作溫度，對(duì)蒸汽速度、氣液相組成的變化都有很大的影響，從而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成較大影響。

工藝條件：混合丁醛進(jìn)料流量20 t/h，進(jìn)料正異比11/1，異構(gòu)物塔操作壓力50 kPa，靈敏板溫度為87 ℃，回流量90 t/h。開(kāi)車(chē)過(guò)程中塔釜溫度分別選取100、101、102、103、104、105 ℃來(lái)考察產(chǎn)品正丁醛和異丁醛的質(zhì)量。

具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 塔釜溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

經(jīng)分析，塔釜溫度<103 ℃時(shí)，正丁醛成分中異丁醛含量>0.2%，不符合工藝生產(chǎn)要求。溫度>103 ℃時(shí)異丁醛含量符合工藝要求，但塔頂正丁醛含量較高，且蒸汽消耗較大。因此，生產(chǎn)過(guò)程中初步選取塔釜溫度為(103±0.2)℃。

3.2 靈敏板溫度對(duì)異構(gòu)物塔分離效果的影響

精餾塔在正常操作時(shí)，其精餾段或提餾段的某些塔板上溫度變化最為顯著，這些塔板的物料溫度相對(duì)于外界因素的干擾反映最為靈敏。通常將該塔板稱(chēng)之為靈敏板，靈敏板溫度的變化，往往可以預(yù)測(cè)到塔頂、塔釜物料組成的變化，因此是整個(gè)精餾塔控制的關(guān)鍵所在。在生產(chǎn)上常通過(guò)測(cè)量和調(diào)整靈敏板的溫度來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。丁醛異構(gòu)物塔的靈敏板是從下往上數(shù)的第105塊塔板，保持該塔板的溫度恒定，能使塔板組分組成穩(wěn)定。

工藝條件：混合丁醛進(jìn)料流量為20 t/h，進(jìn)料正異比為11/1，異構(gòu)物塔操作壓力50 kPa，塔釜溫度103 ℃，回流量為90 t/h。開(kāi)車(chē)過(guò)程中靈敏板溫度分別選取了79、81、83、85、87、89 ℃來(lái)考察產(chǎn)品正丁醛和異丁醛的質(zhì)量，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 靈敏板溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

經(jīng)分析，當(dāng)靈敏板溫度<85 ℃時(shí)，正丁醛成分中異丁醛含量>0.2%，不符合工藝生產(chǎn)要求。溫度>85 ℃時(shí)異丁醛含量中正丁醛含量增加速度較快。因此，生產(chǎn)過(guò)程中選取靈敏板溫度為85 ℃。

3.3 進(jìn)料正異比與異構(gòu)物塔采出正異比的關(guān)系

生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)料正異比受羰基合成反應(yīng)及混醛罐進(jìn)料的影響，正異比具有可調(diào)性。生產(chǎn)過(guò)程中也選取不同的進(jìn)料正異比來(lái)考察產(chǎn)品正丁醛與異丁醛的采出量。

工藝條件：混合丁醛進(jìn)料流量28.5 t/h，異構(gòu)物塔操作壓力50 kPa，塔釜溫度為103 ℃，靈敏板溫度85.5 ℃，回流量90 t/h。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 進(jìn)料正異比與異構(gòu)物塔采出正異比的關(guān)系

經(jīng)數(shù)據(jù)分析，丁醛異構(gòu)物塔的采出正異比與進(jìn)料正異比比較接近，異構(gòu)物塔生產(chǎn)符合工藝設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)研究發(fā)現(xiàn)，公司丁辛醇裝置丁醛異構(gòu)物塔的塔釜適宜操作溫度為103 ℃，操作中建議以(103±0.2)℃進(jìn)行控制；丁醛異構(gòu)物塔的靈敏板溫度為85 ℃，操作中通?？刂圃?85±0.5)℃，以使塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)最優(yōu)。同時(shí)可以根據(jù)市場(chǎng)對(duì)正、異丁醛產(chǎn)品的實(shí)時(shí)需求，快速調(diào)整丁醛異構(gòu)物塔的采出正異比。