苯乙烯萃取精馏脱硫工艺探究,硕士论文.docx

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1、苯乙烯萃取精馏脱硫工艺探究,硕士论文通过传统法生产的苯乙烯产品供不应求,以轻烃、石脑油、柴油为原料的蒸汽裂解制乙烯装置生产的裂解汽油中约含 4%6%的苯乙烯,随着乙烯生产装置大型化和裂解原料的重质化,裂解汽油产量大幅增加,使得回收利用华而不实的苯乙烯成为可能.但裂解汽油回收的苯乙烯产品的硫含量为 30100 ppm,严重影响了苯乙烯产品的化工利用.分析硫化物随石油蒸馏、裂解、分离经过中硫的含量及形态的变化规律,研究适宜的降硫工艺以降低苯乙烯产品中的硫含量,对提高乙烯厂经济效益具有重要意义. 经分析得到苯乙烯产品中的硫化物主要为 3,4-二甲基噻吩与 C6 硫醚,华而不实 3,4-二甲基噻吩占

2、50%以上,可作为模型硫化物.基于 UNIFAC 基团奉献模型预测环丁砜、N-甲酰吗啉、N-甲基吡咯烷酮、1,4-丁内酯、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺等萃取剂对邻二甲苯-苯乙烯、3,4-二甲基噻吩-苯乙烯两组二元体系的选择性,结果显示邻二甲苯-苯乙烯体系中,萃取剂的选择性为环丁砜 N-甲基吡咯烷酮 二甲基亚砜;在 3,4-二甲基噻吩-苯乙烯体系中,萃取剂的选择性为 N-甲基吡咯烷酮 N,N-二甲基乙酰胺 1,4-丁内酯.综合得到 N-甲基吡咯烷酮为适宜的萃取剂. 采用 Aspen Plus 化工流程模拟软件建立严格的模拟模型并对萃取精馏两塔体系进行全流程模拟,基于 UNIFAC-Dortm

3、und 基团奉献模型估算适用体系范围较广的 UNIQUAC 方程二元交互作用参数.以 N-甲基吡咯烷酮为萃取剂,通过单因素实验考察理论塔板数、回流比、剂油比、原料进料位置、萃取剂进料位置对萃取精馏生产苯乙烯产品的纯度以及产品中 3,4-二甲基噻吩的含量的影响规律.在单因素实验的基础上借助正交实验,确定萃取精馏回收苯乙烯工艺的最优操作条件:萃取精馏塔塔顶温度 73、压力 13.9 kPa,塔釜温度 141.2、压力 25.80 kPa,理论塔板数为 140 块,回流比为 3.5,剂油比为 12,原料进料位置为幅较长,部分内容省略,具体全文见文末附件 第五章 结论 5.1 研究结论 (1)裂解 C

4、8C9 馏分中 83.3%的硫随 C9 产品被分离,16.7%的硫化物经苯乙炔选择性加氢单元进入萃取蒸馏塔.萃取精馏-回收系统能够脱除 69.6%的硫,30.6%的硫进入粗苯乙烯产品中,经苯乙烯脱色、精制得到苯乙烯产品的硫含量为抽提进料中硫含量的 3.1%;3,4-二甲基噻吩约占苯乙烯产品总硫的 60%. (2)通过汽液平衡试验分别测定并绘制了邻二甲苯-苯乙烯、3,4-二甲基噻吩-苯乙烯二元体系的汽液平衡相图发现这两组二元体系均会构成共沸物,并与 Aspen plus(V8.4)软件中 UNIFAC 模型计算得到的汽液相平衡数据进行比照发现 UNIFAC 基团奉献模型能够准确描绘叙述、预测芳烃

5、-芳烃、硫化物-芳烃等体系的汽液相平衡.通过 UNIFAC 基团奉献模型对初选的环丁砜、N-甲酰吗啉等五种萃取剂分离苯乙烯与邻二甲苯、3,4-二甲基噻吩的可行性进行预测.预测结果表示清楚在分离邻二甲苯-苯乙烯时,萃取剂的效果为环丁砜 N-甲基吡咯烷酮 二甲基亚砜;在分离 3,4-二甲基噻吩-苯乙烯时,萃取剂的效果为 N-甲基吡咯烷酮 N,N-二甲基乙酰胺 1,4-丁内酯,综合显示 N-甲基吡咯烷酮为实现苯乙烯与其他芳烃分离与脱硫的最佳萃取剂. (3)借助 UNIFAC-Dortmund 模型和已经知道相平衡数据对 UNIQUAC 方程中关键组分的交互作用参数进行估算和回归,并在 Aspen P

6、lus(V8.4)模拟软件用所回归和估算的数据覆盖系统缺失的数据并建立模型对全流程进行模拟.以 NMP 为萃取剂,采用单因素实验得到了理论塔板数、回流比、剂油比、萃取剂的含水量、原料进料位置、萃取剂进料位置等操作参数对苯乙烯产品纯度与产品中硫化物 3,4-二甲基噻吩的含量的影响规律. 在溶剂含水量为 0.3%不变的条件下,根据要求设计并完成五因素四水平共 16 组模拟正交实验,对实验结果进行极差和方差的综合分析得到各操作因素的影响能力为:剂油比 理论塔板数 回流比 原料进料位置 溶剂进料位置.综合考虑萃取精馏塔的成本等因素得到萃取精馏塔最佳操作参数为:理论塔板数为 140 块塔板,回流比为 3

7、.5,剂油比为12,原料进料位置为第 25 块塔板,萃取剂进料位置为第 6 块塔板;溶剂回收塔最佳操作参数:原料进料位置为第 10 块板,回流比为 11.在优化的萃取精馏工艺条件下进行模拟,苯乙烯产品的纯度可到达 99.57%,产品中 3,4-二甲基噻吩的含量低至 0 ppm,NMP 含量为377 ppm,苯乙烯回收率达 81.3%,经 150h 连续运行的小试试验生产的粗苯乙烯产品的纯度均高于 99.10%,产品中的硫含量低于 10 ppm,苯乙烯回收率维持 80%左右.在保持产品纯度的基础上实现了降低硫含量的目的. 5.2 工作瞻望 (1)本论文对裂解汽油抽提回收苯乙烯工艺抽提单元的萃取剂

8、进行优化,确定了 NMP 为可同时实现苯乙烯与其他芳烃分离以及脱硫的有效萃取剂,并得到了萃取精馏塔与溶剂回收塔的最优工艺条件,为后期的工业化推广提供了参考. (2)离子液体作为新兴的绿色溶剂,对很多有机物、有机金属化合物、无机化合物甚至高分子材料具有很好的溶解性,在减少溶剂化作用的同时能够保持化合物具有较高的反响活性,常用有机萃取剂与离子液体混合的复合萃取剂可作为萃取精馏回收苯乙烯脱硫工艺以及芳烃抽提工艺的将来研究方向. 以下为参考文献 1 李皓巍,金月昶,金熙俊.苯乙烯现在状况及工艺技术J.现代化工,2020,41(9):986-989. 2 王玉庆.乙苯/苯乙烯的技术现在状况及发展J.石油

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