反应精馏在裂解碳五分离中的应用

2022-09-12

石油化工产业的顺序发展, 带动了乙烯等化学物质生产装置的科学化和大型化, 副产物裂解碳五在化工领域的作用越来越突出。据不完全统计, 2012年, 我国裂解碳五的年产量就已经高达到300万吨左右, 预计到2015年, 裂解碳五的年产量就可以达到350万吨以上。但是裂解碳五在生产过程中也遇到了很多问题, 影响了裂解碳五的分离。由于裂解碳五的各个组成部分, 不仅沸点比较接近, 还可以互相形成一个三元或者二元的共沸物, 传统的分离方法很难获得高纯度的裂解碳五, 所以加强反应精馏在裂解碳五分离中的应用具有非常重要的意义, 探讨新的分离方法势在必行。

1 裂解碳五传统分离方法

目前, 我国裂解碳五分离装置主要选择萃取精馏工艺流程, 所有的工艺流程可以根据萃取剂的不同分为三类, 分别是N-甲基吡咯烷酮法、N-二甲基甲酰胺法和乙腈法。其中, N-甲基吡咯烷酮法由德国的BASF公司研发成功, N-二甲基甲酰胺法是由日本的瑞翁公司在1971年研发成功。乙腈法是目前国内外采用最广泛的分离方法, 是由美国的Atlantic Richfield公司和ESSO公司以及日本的合成橡胶公司共同研发成功, 同时设计出专业、科学的工业化装置。尽管这三种分离方法在裂解碳五分离中发挥了重要的作用, 但是仍然存在很多问题, 如:由于萃取精馏塔釜的温度非常高, 所以PD、IP和CPD之间会发生自聚反应和共二聚反应, 从而在一定程度上降低了产品的收率;N-二甲基甲酰胺法和乙腈法由于在分离过程中需要热二聚反应器, 所以投资较大;萃取精馏塔的气液符合比较大, 所以需要设计非常庞大的萃取精馏塔, 费用较高, 投资较大[1]。

2 反应精馏在裂解碳五分离中的实际应用

2.1 裂解碳五反应动力学

裂解碳五组成部分中的双烯烃会发生三种不同的反应, 分别是:

2.1.1 多聚反应。

共二聚和自二聚之间发生反应, 从而生成了共二聚体和二聚体, 这两种化学成分进一步反应之后, 就会和双烯烃进行反应, 从而产生了两个甚至两个以上的多聚体, 一直到产生分子量非常大的多聚物才停止, 由于生产多聚物之后, 不仅会影响到过程的收率和产品的纯度, 还会导致管道和设备的堵塞, 无法进行连续性的操作, 所以这也是裂解碳五在反应过程中最不希望看到的结果。

2.1.2 共二聚反应。

IP、PD和CPD之间发生的共二聚反应是裂解碳五在反应过程中最不希望产生的副反应。

2.1.3 自二聚反应。

自二聚反应主要包括了IP、PD和CPD等双烯烃自二聚成二聚体, 其中, CPD的自二聚反应属于主反应, IP、PD产生的自二聚反应是裂解碳五在反应过程中最不希望进行的副反应[2]。

2.2 反应精馏分离裂解碳五的过程

反应精馏是指精馏和化学反应互相耦合的一个化工过程, 目前, 成熟的反应精馏工艺相对于传统生产工艺而言, 具有很多特点, 如:能源消耗低、操作费用低、投入资金少、产品纯度高、生产能力高、转化率高以及选择性高等。反应精馏技术可以使用很多类型的反应, 如:可逆反应、连串反应等, 但是主要用于转化率受化学平衡限制的反应体系。因为CPD的反应活性比较高, N-二甲基甲酰胺法和乙腈法在分离裂解碳五的工艺流程中, 都是选择通过热二聚反应器来促使CPD发生二聚反应, 从而生成DCPD, 然后借助于脱重塔, 对DCPD进行脱除, 使CPD和IP成功分离。在这个过程中, 反应精馏塔在分离成功的关键因素, 所以必须设计一个科学、有效、专业的反应分馏塔。此外, 还要注意反应精馏法在分离裂解碳五过程中的模拟计算, 图1为裂解碳五的组成数据, 反应精馏塔的控制指标就是IP在塔顶的收率, 通过这两种数据, 就可以得出反应精馏塔的操作参数, 如图2所示, 通过这些数据, 有助于提高裂解碳五分离的科学性[3]。

3 结语

综上所述, 为了跟上时代的脚步, 必须加强反应精馏在裂解碳五分离中应用的研究力度, 争取最大限度的提高裂解碳五分离的有效率和纯度, 从而提高化工企业经济效益, 满足社会各个领域的需求。

摘要：随着科学技术的不断进步和社会的迅速发展, 裂解碳五的分离技术也在不断完善。裂解碳五作为石脑油和其他重质裂解原料在蒸汽裂解制作乙烯的过程中发生的副产物, 利用含量较多且价值较高的组成部分是间戊二烯、环戊二烯以及异戊二烯等, 这三个组成部分占到裂解碳五分离的50%以上。这种双烯烃属于一种非常特殊的分子结构, 由于化学性质比较活泼, 可以对很多重要的、附加值比较高的产品进行合成, 属于化工领域一种非常宝贵的资源。本文主要针对裂解碳五传统的分离方法进行深入的分析, 探讨反应精馏在裂解碳五分离中的应用。

关键词：反应精馏,裂解碳五,分离方法,反应动力学,模拟计算