牛建洲，陳 剛，劉艷梅，方 鍵，殷宇霆

(1.中國(guó)石油吉林石化公司 染料廠，吉林 吉林 132021；2.中國(guó)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(guò)氧化二異丙基苯(BIPB)的主要原料，也是生產(chǎn)間苯二酚的重要原料，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有生產(chǎn)廠家，只能依靠國(guó)外進(jìn)口，造成原料價(jià)格昂貴[1-5]。

中國(guó)石油吉林石化公司染料廠苯酚丙酮裝置產(chǎn)苯酚8.1萬(wàn)t/a、丙酮5.4萬(wàn)t/a、副產(chǎn)混合二異丙苯22 400 t/a，其中w(間二異丙苯)≈59%、w(對(duì)二異丙苯)≈40%、w(鄰二異丙苯)≈1%[6]，間二異丙苯和對(duì)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(shí)現(xiàn)從混二異丙苯中分離間二異丙苯的生產(chǎn)廠家[7-8]。通過(guò)有效分離提純，w(間二異丙苯)達(dá)98%以上，達(dá)到了工業(yè)品技術(shù)規(guī)格，可作為工業(yè)品銷(xiāo)售，提高了混合二異丙苯附加值，具有較好的市場(chǎng)前景[9-10]。

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

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料、試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)原料為染料廠苯酚丙酮裝置生產(chǎn)的混合二異丙苯，其組成見(jiàn)表1。

表1 精餾實(shí)驗(yàn)原料組成

鹽酸：分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%～38%，氯化鈷：分析純，北京化工廠；鉑酸鉀：分析純，天津市化學(xué)試劑研究所；異丙苯、苯酚、α-甲基苯乙烯：GR級(jí)，染料廠苯酚丙酮裝置。

氣相色譜儀：GC-2010，氫火焰離子化檢測(cè)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(mào)有限公司；色譜柱：HP-1，60 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)安捷倫公司；比色架：6孔，北京揚(yáng)海偉業(yè)科技有限公司；比色管：磨口無(wú)色，50 mL，沈陽(yáng)科密歐玻璃儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

小試研究是在塔釜容積為1 L，塔徑為25 mm，內(nèi)裝不銹鋼三角填料的玻璃塔中進(jìn)行的。回流采用電磁式分配器，通過(guò)時(shí)間程序控制器來(lái)控制。各測(cè)溫點(diǎn)采用精度為0.1 ℃的精密溫度計(jì)測(cè)量溫度，真空度采用0.4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)真空表測(cè)定，大氣壓通過(guò)盒式氣壓計(jì)測(cè)定，塔釜加熱及塔體保溫均采用電加熱，通過(guò)智能儀表調(diào)節(jié)加熱量，控制加熱溫度。實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 小試研究實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

1.3 實(shí)驗(yàn)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(jìn)樣口，SPL(柱子接口)；檢測(cè)器溫度，230 ℃；進(jìn)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(biāo)產(chǎn)品，但此路線共需要四個(gè)精餾塔，公用工程消耗量大，設(shè)備造價(jià)高，在經(jīng)濟(jì)上不可行。通過(guò)流程模擬，確定采用側(cè)線采出的方式可以得到合格的間二異丙苯產(chǎn)品。如果通過(guò)小試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬模型可行，則只需要兩個(gè)精餾塔就可以完成間二異丙苯和對(duì)二異丙苯的分離，簡(jiǎn)化了分離過(guò)程。工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 間二異丙苯分離工藝流程圖

精餾塔T101設(shè)置一個(gè)提餾段，兩個(gè)精餾段，在精餾段1和精餾段2之間設(shè)置側(cè)線采出管線。通過(guò)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(cè)線采出位置得到間二異丙苯產(chǎn)品。

對(duì)二異丙苯產(chǎn)品在精餾塔T102的提餾段1和提餾段2之間的側(cè)線位置進(jìn)行采出。

2 結(jié)果與討論

2.1 間二異丙苯分離工藝條件

依據(jù)前期Aspen模擬分析數(shù)據(jù)，初步確定了分離工藝條件，間二異丙苯小試實(shí)驗(yàn)針對(duì)進(jìn)料量、操作壓力、塔頂采出與側(cè)線采出之比等主要參數(shù)，進(jìn)行工藝條件確定實(shí)驗(yàn)，確定最后工藝分離參數(shù)。

2.1.1 回流比對(duì)w(間二異丙苯)的影響

間二異丙苯分離小試實(shí)驗(yàn)采用側(cè)線采出技術(shù)，當(dāng)進(jìn)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(cè)線采出)=1∶10時(shí)，塔頂回流比(質(zhì)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(duì)間二異丙苯純度的影響不大，小試實(shí)驗(yàn)回流比采用100∶1。

2.1.2 進(jìn)料量對(duì)側(cè)線w(間二異丙苯)的影響

當(dāng)操作壓力為-0.095 MPa、回流比為100∶1，m(塔頂采出)∶m(側(cè)線采出)=1∶10時(shí)，進(jìn)料量對(duì)側(cè)線w(間二異丙苯)的影響見(jiàn)表2。

表2 進(jìn)料量對(duì)側(cè)線w(間二異丙苯)的影響

由表2可見(jiàn)，當(dāng)進(jìn)料量在0.6 mL/min時(shí)，w(間二異丙苯)最高，達(dá)到98.58%，所以小試實(shí)驗(yàn)原料進(jìn)料量采用0.6 mL/min。

2.1.3 操作壓力對(duì)側(cè)線w(間二異丙苯)的影響

當(dāng)進(jìn)料量為0.6 mL/min、回流比為100∶1，m(塔頂采出)∶m(側(cè)線采出)=1∶10時(shí)，操作壓力對(duì)側(cè)線w(間二異丙苯)的影響見(jiàn)表3。

表3 操作壓力對(duì)側(cè)線w(間二異丙苯)的影響

由表3可見(jiàn)，小試分離實(shí)驗(yàn)為負(fù)壓操作，當(dāng)操作壓力為-0.095 MPa，w(間二異丙苯)最高,達(dá)到98.60%，所以小試實(shí)驗(yàn)操作壓力采用-0.095 MPa。

2.1.4 m(塔頂采出)∶m(側(cè)線采出)對(duì)w(間二異丙苯)的影響

當(dāng)進(jìn)料量為0.6 mL/min、操作壓力為-0.095 MPa、回流比為100∶1時(shí)，小試分離實(shí)驗(yàn)采用側(cè)線采出技術(shù)，m(塔頂采出)∶m(側(cè)線采出)對(duì)w(間二異丙苯)的影響見(jiàn)表4。

表4 m(塔頂采出)∶m(側(cè)線采出)對(duì)w(間二異丙苯)的影響

由表4可見(jiàn)，當(dāng)m(塔頂采出)∶m(側(cè)線采出)=1∶10時(shí)，w(間二異丙苯)最高，可以達(dá)到98.52%，所以小試實(shí)驗(yàn)m(塔頂采出)∶m(側(cè)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(jiàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)已確定的分離實(shí)驗(yàn)工藝條件，開(kāi)展120 h長(zhǎng)周期小試連續(xù)實(shí)驗(yàn)，分析側(cè)線采出產(chǎn)品中間二異丙苯、對(duì)二異丙苯、鄰二異丙苯等主要組分含量，確定實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性，具體分析結(jié)果見(jiàn)表6。

由分析結(jié)果可知，連續(xù)實(shí)驗(yàn)側(cè)線采出產(chǎn)品中平均w(間二異丙苯)=98.55%，平均w(鄰二異丙苯)=1.05%，達(dá)到工業(yè)品技術(shù)規(guī)格[w(間二異丙苯)≥98%，w(鄰二異丙苯)≤2%]，產(chǎn)品指標(biāo)合格，為工業(yè)化實(shí)施提供了技術(shù)和理論支持。

2.3 間二異丙苯產(chǎn)品收率

根據(jù)120 h連續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算間二異丙苯產(chǎn)品收率。

間二異丙苯收率=(側(cè)線質(zhì)量流量×側(cè)線采出物料中間二異丙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù))÷(原料質(zhì)量流量×原料中間二異丙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù))=(0.233 96×98.55%)÷(0.514 2×58.94%)=78.03%。

通過(guò)計(jì)算可知，通過(guò)側(cè)線采出技術(shù)間二異丙苯收率為78.03%，w(間二異丙苯)可達(dá)98.5%以上。

3 結(jié) 論

(1) 通過(guò)混合二異丙苯中分離精制間二異丙苯連續(xù)小試實(shí)驗(yàn)，采用側(cè)線采出技術(shù)取代常規(guī)順序流程工藝，減少了精餾塔個(gè)數(shù)，降低了分離過(guò)程中的能源消耗，得到了產(chǎn)品純度在98.5%以上的間二異丙苯，達(dá)到工業(yè)品技術(shù)規(guī)格，為工業(yè)化實(shí)施提供了技術(shù)支持；

(2) 通過(guò)連續(xù)穩(wěn)定小試實(shí)驗(yàn)研究，確定當(dāng)進(jìn)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(cè)線采出)=1∶10，側(cè)線分離產(chǎn)品中，w(間二異丙苯)穩(wěn)定達(dá)到98.5%以上，w(鄰二異丙苯)≤2%，同時(shí)，間二異丙苯產(chǎn)品收率可以達(dá)到78.03%。

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