武金鋒，徐 蕊

(兗礦魯南化工有限公司，山東 滕州 277527)

異丁醛又名2-甲基丙醛，是一種重要的有機化工原料，用于合成異丁醇、新戊二醇、甲基丙烯酸甲酯、TMPD、甲乙酮、泛酸鈣、異丁酸酯、異丁腈等，其市場需求逐年增加。異丁醛主要的生產(chǎn)方法為丙烯羰基合成丁辛醇的副產(chǎn)，并且多數(shù)異丁醛在裝置中直接合成異丁醇。目前使用的羰基合成工藝其丁醛的正/異構比為10∶1，并且Davy的新工藝可以控制在30∶1，將導致異丁醛的來源日益減少，無法滿足其市場需求[1]。

丁醇裝置采用Davy低壓羰基合成技術，其包括丁醛和丁醇兩個單元，首先丙烯與合成氣在催化劑的作用下生成丁醛，經(jīng)穩(wěn)定處理的丁醛再與氫氣進行反應生成丁醇，經(jīng)精餾分離出產(chǎn)品正丁醇和異丁醇，正丁醛和異丁醛為中間產(chǎn)物；因此本文將模擬分析如何在現(xiàn)有裝置的基礎上將中間產(chǎn)物異丁醛分離出來。

1 工藝流程說明

1.1 原工藝流程

丁醛單元生產(chǎn)的液態(tài)穩(wěn)定丁醛與氫氣循環(huán)氣經(jīng)丁醇氣相加氫蒸發(fā)器汽化，然后經(jīng)丁醇轉化器加熱器加熱至120℃，進入丁醇轉化器(R01)，在氣相加氫催化劑的作用下，與氫氣反應生產(chǎn)混合粗丁醇，粗丁醇與未反應的氫氣經(jīng)過降溫冷凝至42℃后，在粗丁醇收集槽中進行分離，氣相經(jīng)氫氣循環(huán)壓縮機加壓后循環(huán)使用，液態(tài)粗丁醇在壓力的作用下送入丁醇預精餾塔，在丁醇預精餾塔(T01)中，輕組分(水、丁醛等)由塔頂部排出，底部物料進入精餾塔(T02)，在精餾塔中重組分(丁酸丁酯、丁醛三聚物、三苯基膦等)由底部排出，中上部采出比較純凈的混合丁醇進入異構物塔(T03)進行分離，在塔頂采出異丁醇，塔底采出正丁醇；其流程簡圖如圖1。

D01 加氫蒸發(fā)器，D02氣液分離器，R01加氫反應器，C01氫氣循環(huán)壓縮機，T01預精餾塔，T02精餾塔，T03異構物塔

圖1 生產(chǎn)異丁醇流程簡圖

1.2 副產(chǎn)異丁醛流程

分離出異丁醛的關鍵是校核丁醇異構物塔是否能夠將正異丁醛進行分離，并達到要求的質量標準；在工藝流程設計中，將異構物塔前置，丁醛單元送來的穩(wěn)定丁醛首先送至異構物塔(T03)，經(jīng)分離出正丁醛和異丁醛后，異丁醛由塔頂采出送至異丁醛成品儲槽，可作為成品銷售或作為下游產(chǎn)品的原料；含有三苯基膦、三聚物等重組分的正丁醛由塔底采出送往加氫單元，經(jīng)過加氫、預精餾塔脫輕組分和精餾塔脫除重組分后，側線采出正丁醇產(chǎn)品。其流程簡圖如圖2。

D01 加氫蒸發(fā)器，D02氣液分離器，R01加氫反應器，C01氫氣循環(huán)壓縮機，T01預精餾塔，T02精餾塔，T03異構物塔

圖2 副產(chǎn)異丁醛流程簡圖

2 異構物塔的模擬

2.1 計算條件

異構物塔的參數(shù)為塔徑Φ2900 mm，塔內(nèi)145塊塔盤，類型為浮閥塔盤，進料口設置3處，分別為第57、61和65塊塔盤上(塔盤的編號由上至下為1～145)，正常情況下由第61層塔盤進料；穩(wěn)定丁醛的進料量為19041kg/h，進料溫度為84℃，組成如表1。

表1 穩(wěn)定丁醛組分

要求在滿足上述處理能力的情況下，異丁醛產(chǎn)品中的異丁醛含量≥99.2%，正丁醛控制在≤0.4%；正丁醛產(chǎn)品中的異丁醛含量控制在0.1%以內(nèi)。

2.2 模型的計算

利用Aspen Plus中的模塊庫，選擇RadFrac模塊和NRTL物性方法[2]，定義流程及組分，輸入進料條件和產(chǎn)品條件。

利用設計規(guī)定定義塔頂流出物中的異丁醛含量為99.8%，回流比從15～30進行計算，得到回流比(Reflux ratio)=27.13。

塔頂溫度76℃，塔底溫度為106.2℃，塔內(nèi)的溫度分布如圖3，在第20～28塊塔盤處溫度變化坡度較大，溫度較為敏感，其中第24塊塔板可作為靈敏板進行控制，控制溫度點為84.5℃。

圖3 塔內(nèi)溫度分布圖

塔內(nèi)壓力分布如圖4，塔頂壓力為48 kPag，塔底壓力為148 kPag。

圖4 塔內(nèi)壓力分布圖

由表2計算結果可以看出，塔頂產(chǎn)品異丁醛含量99.4%，正丁醛含量0.2%；塔底正丁醛含量為99.5%，異丁醛含量為0.05%，均可滿足下游裝置對正、異丁醛產(chǎn)品的質量要求。

表2 丁醛分離計算結果

對于冷凝器、再沸器、回流泵和正丁醇采出泵等，分離丁醛的設備負荷與現(xiàn)有裝置的對比如表3。

表3 設備數(shù)據(jù)對照表

將模擬丁醛分離所需要的冷凝器、再沸器及相關機泵的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有裝置的設計數(shù)據(jù)對比，以及異構物塔分離丁醛的產(chǎn)品質量數(shù)據(jù)，可以確定丁醇異構物分離裝置也能滿足丁醛分離的要求；同時由于丁醛的沸點較低，塔底溫度僅107℃，因此可以使用公司副產(chǎn)的0.5 MPag蒸汽代替1.3 MPag的蒸汽進行供熱。

3 結論

(1)通過應用Aspen Plus NRTL物性方法對異構物塔進行模擬計算，計算結果顯示完全可以將丁醛分離出來，并且達到產(chǎn)品質量的要求；

(2)對于目前的丁醇生產(chǎn)裝置，只是通過對管線的稍加改造，就可以生產(chǎn)出合格的正丁醇和異丁醛產(chǎn)品，增加了裝置產(chǎn)品的選擇性；

(3)對于異丁醛產(chǎn)品中的水含量問題，可以設置分層器，對異構物塔餾出物中的水進行分層，以降低異丁醛中的水含量；

(4)在實際的應用中，在滿足產(chǎn)品質量要求的情況下，通過調(diào)節(jié)回流比以便達到更經(jīng)濟的操作條件。