石蘭英,崔鵬,王金芳
(天津渤化永利化工股份有限公司,天津 300000)
丁辛醇裝置影響辛烯醛收率因素的相關(guān)性研究
石蘭英,崔鵬,王金芳
(天津渤化永利化工股份有限公司,天津 300000)
項目采用英國戴維公司低壓羰基合成丁辛醇技術(shù),其中丁醛縮合反應(yīng)尤其重要,本文概述了縮合反應(yīng)的原理及相關(guān)工藝過程,以及影響縮合反應(yīng)丁醛轉(zhuǎn)化率、辛烯醛收率的各種因素,并結(jié)合實際生產(chǎn)分析研究其相關(guān)性。
縮合反應(yīng);堿濃度;進料溫度;醛水比;丁醛轉(zhuǎn)化率;辛烯醛收率
1.1 縮合反應(yīng)原理
丁醛是一類極具反應(yīng)活性的化合物,會發(fā)生五種最基本的丁醛反應(yīng):醇醛縮合、Tischenko、酸催化的環(huán)化反應(yīng)、坎尼扎羅反應(yīng)和縮醛形成反應(yīng)。在這幾種反應(yīng)中,醇醛縮合反應(yīng)在低壓羰基合成反應(yīng)工藝中最容易發(fā)生。
醇醛縮合反應(yīng)是一個高放熱反應(yīng),分兩步:正丁醛發(fā)生縮合反應(yīng)生成縮丁醇醛,縮丁醇醛脫水生成辛烯醛。反應(yīng)式如下:
此反應(yīng)在燒堿、鐵或MEA(甲基乙胺)等催化劑的作用下進行,除此之外,外加熱量也能引發(fā)該反應(yīng)的發(fā)生。丁醛自縮合反應(yīng)在系統(tǒng)中的反應(yīng)速率是相當?shù)偷?,但是當有催化劑存在或在高溫情況下卻可以很輕易地發(fā)生,甚至加速反應(yīng)的進行,催化劑包括燒堿、溶液中溶解的鐵等物質(zhì)。
1.2 縮合反應(yīng)工藝流程
縮合反應(yīng)工藝流程如圖1所示:來自丁醛單元來的正丁醛送到串聯(lián)的縮合反應(yīng)器及醇醛縮合循環(huán)塔中,在堿性催化劑環(huán)境及適宜的操作條件下發(fā)生縮合反應(yīng),生成辛烯醛和水。未完全反應(yīng)的丁醛從醇醛縮合循環(huán)塔塔頂再返回到縮合反應(yīng)器內(nèi),繼續(xù)反應(yīng);反應(yīng)生成的水經(jīng)塔頂分離出來后至水處理系統(tǒng)回收丁醛;塔底反應(yīng)物經(jīng)層析器分離后,辛烯醛送到蒸發(fā)器汽化加氫,含堿廢水排出界外進行處理。
1.3 縮合反應(yīng)的影響因素
綜前所述,縮合反應(yīng)中副反應(yīng)較多,不同的反應(yīng)條件,縮合反應(yīng)的效果差異也較大,其中縮合反應(yīng)的進料溫度、縮合循環(huán)水溶液中的堿液濃度以及醛水比起著決定性的作用。以下是影響縮合反應(yīng)的幾個影響因素。
圖1 縮合反應(yīng)工藝流程示意圖
1.3.1 縮合反應(yīng)的進料溫度
縮合進料溫度過低,會直接影響反應(yīng)的效果,縮合進料溫度過高,會生成大量的重組分。
1.3.2 縮合循環(huán)水溶液中的堿液濃度
對于縮合反應(yīng)來說,氫氧化鈉是一種催化劑,因此,循環(huán)溶液中堿液濃度直接影響縮合反應(yīng)的程度,堿濃度過低,反應(yīng)緩慢,轉(zhuǎn)化率低;堿濃度過高,縮合副反應(yīng)加劇,重組分等雜質(zhì)的生成量會升高,造成殘液排放量過大,導(dǎo)致下游辛醇產(chǎn)品的質(zhì)量隨之下降。
1.3.3 醛水比
根據(jù)縮合反應(yīng)的特點,丁醛進料質(zhì)量與參與反應(yīng)的堿液質(zhì)量配比,即醛水比,醛水比過低或過高,都無法滿足正??s合反應(yīng)需要的物料組成,直接影響著丁醛的轉(zhuǎn)化率及辛烯醛的收率。
2.1 進料溫度與丁醛轉(zhuǎn)化率、辛烯醛收率的相關(guān)性
根據(jù)兩套丁辛醇裝置多年的實際生產(chǎn)情況,以取樣分析的數(shù)據(jù)結(jié)果為基礎(chǔ),在縮合系統(tǒng)內(nèi)堿液質(zhì)量分數(shù)(0.40%)和醛水比(1.2)固定不變的條件下,計算、總結(jié)如下圖2所示。
圖2 溫度對轉(zhuǎn)化率和收率的影響
由圖2可以看出,丁醛的轉(zhuǎn)化率與進料溫度并無太大直接關(guān)系,而辛烯醛的收率是與進料溫度成一定比例關(guān)系的,但不是直線關(guān)系,總體上進料溫度越高收率越高。
2.2 堿液質(zhì)量分數(shù)與丁醛轉(zhuǎn)化率、辛烯醛收率的相關(guān)性
根據(jù)本裝置多年的實際生產(chǎn)情況,以取樣分析的數(shù)據(jù)結(jié)果為基礎(chǔ),在縮合系統(tǒng)內(nèi)進料溫度(85℃)和醛水比(1.2)固定不變的條件下,計算結(jié)果如下圖3所示。
圖3 堿液濃度對丁醛轉(zhuǎn)化率和辛烯醛收率的影響
由圖3可知,堿液質(zhì)量分數(shù)越高,丁醛的轉(zhuǎn)化率越高,但是辛烯醛的收率卻不是完全上升的,在一定范圍是收率隨堿液濃度增加而升高,但超過一定范圍收率反而逐漸下降。也就是說質(zhì)量分數(shù)超過一定條件,丁醛雖然轉(zhuǎn)化了,但是不是生成了目標產(chǎn)物,而是發(fā)生了其他副反應(yīng),生成了其他副產(chǎn)物,不是我們所需要的。
2.3 醛水比與丁醛轉(zhuǎn)化率、辛烯醛收率的相關(guān)性
在縮合系統(tǒng)內(nèi)進料溫度(85℃)和堿液質(zhì)量分數(shù)(0.70%)固定不變的條件下,我們研究了不同醛水比與丁醛轉(zhuǎn)化率、辛烯醛收率之間的關(guān)系規(guī)律,其結(jié)果如圖4所示。
圖4 醛水比對丁醛轉(zhuǎn)化率和辛烯醛收率的影響
由圖4可知,醛水比太高或太低都不利于丁醛轉(zhuǎn)化率和辛烯醛的收率;當醛水比在1.5~1.6之間時,丁醛的轉(zhuǎn)化率最高,辛烯醛的收率也相對較高。
通過上述裝置生產(chǎn)中得到的大量分析及操作數(shù)據(jù),分析總結(jié)得出:⑴進料溫度、堿液濃度和醛水比與丁醛轉(zhuǎn)化率及辛烯醛收率呈非線性關(guān)系;(2)但每一個條件都會對收率產(chǎn)生不同影響,在生產(chǎn)摸索中經(jīng)過優(yōu)化得出最佳的進料溫度70~80℃、堿液質(zhì)量分數(shù)0.6%~0.7%和醛水比1.5~1.6的控制范圍,從而使丁醛轉(zhuǎn)化率及辛烯醛收率達到最高。
根據(jù)工藝包的工藝設(shè)計,計算得到辛烯醛的理論收率為84.53%,而對同行業(yè)本裝置的部分分析數(shù)據(jù)進行計算,其最高辛烯醛收率分別達到85.28%和84.34%,通過借鑒同行業(yè)的操作經(jīng)驗,以本課題研究得出的數(shù)據(jù)結(jié)論為依據(jù),對本裝置進行操作指標的調(diào)整,收率最高可以達到85.33%。
按照工藝包設(shè)計,若丁醛未反應(yīng)生成辛烯醛,則會生成其他輕、重組分,對于辛烯醛加氫反應(yīng)生成粗辛醇再經(jīng)提純成為合格的產(chǎn)品來說,輕、重組分都將會被作為副產(chǎn)殘液排出系統(tǒng)。按照本裝置滿負荷運行,以本課題研究得出的結(jié)論為操作指標,丁醛轉(zhuǎn)化率為99.65%,辛烯醛的收率比設(shè)計值高出0.8%,所生產(chǎn)的辛醇產(chǎn)量比設(shè)計值多出140 kg/h。
年效益:按照丁辛醇裝置年運行時間8000h計,單套裝置可比原設(shè)計能力多生產(chǎn)辛醇1120 t。
10.3969/j.issn.1008-1267.2016.05.012
TQ224.13+2
B
1008-1267(2016)05-0032-03
2016-07-01