丁醇裝置聯(lián)產(chǎn)異丁醛的分析與模擬

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(jī)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(chǎng)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(gòu)比為10∶1，并且Davy的新工藝可以控制在30∶1，將導(dǎo)致異丁醛的來源日益減少，無法滿足其市場(chǎng)需求[1]。

丁醇裝置采用Davy低壓羰基合成技術(shù)，其包括丁醛和丁醇兩個(gè)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(jìn)行反應(yīng)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(chǔ)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?xì)庀嗉託湔舭l(fā)器汽化，然后經(jīng)丁醇轉(zhuǎn)化器加熱器加熱至120℃，進(jìn)入丁醇轉(zhuǎn)化器(R01)，在氣相加氫催化劑的作用下，與氫氣反應(yīng)生產(chǎn)混合粗丁醇，粗丁醇與未反應(yīng)的氫氣經(jīng)過降溫冷凝至42℃后，在粗丁醇收集槽中進(jìn)行分離，氣相經(jīng)氫氣循環(huán)壓縮機(jī)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(yù)精餾塔，在丁醇預(yù)精餾塔(T01)中，輕組分(水、丁醛等)由塔頂部排出，底部物料進(jìn)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(jìn)入異構(gòu)物塔(T03)進(jìn)行分離，在塔頂采出異丁醇，塔底采出正丁醇；其流程簡(jiǎn)圖如圖1。

D01 加氫蒸發(fā)器，D02氣液分離器，R01加氫反應(yīng)器，C01氫氣循環(huán)壓縮機(jī)，T01預(yù)精餾塔，T02精餾塔，T03異構(gòu)物塔

圖1 生產(chǎn)異丁醇流程簡(jiǎn)圖

1.2 副產(chǎn)異丁醛流程

分離出異丁醛的關(guān)鍵是校核丁醇異構(gòu)物塔是否能夠?qū)⒄惗∪┻M(jìn)行分離，并達(dá)到要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；在工藝流程設(shè)計(jì)中，將異構(gòu)物塔前置，丁醛單元送來的穩(wěn)定丁醛首先送至異構(gòu)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(chǔ)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(yù)精餾塔脫輕組分和精餾塔脫除重組分后，側(cè)線采出正丁醇產(chǎn)品。其流程簡(jiǎn)圖如圖2。

D01 加氫蒸發(fā)器，D02氣液分離器，R01加氫反應(yīng)器，C01氫氣循環(huán)壓縮機(jī)，T01預(yù)精餾塔，T02精餾塔，T03異構(gòu)物塔

圖2 副產(chǎn)異丁醛流程簡(jiǎn)圖

2 異構(gòu)物塔的模擬

2.1 計(jì)算條件

異構(gòu)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(jìn)料口設(shè)置3處，分別為第57、61和65塊塔盤上(塔盤的編號(hào)由上至下為1～145)，正常情況下由第61層塔盤進(jìn)料；穩(wěn)定丁醛的進(jìn)料量為19041kg/h，進(jìn)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(jì)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(jìn)料條件和產(chǎn)品條件。

利用設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)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(jìn)行控制，控制溫度點(diǎn)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(jì)算結(jié)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(duì)正、異丁醛產(chǎn)品的質(zhì)量要求。

表2 丁醛分離計(jì)算結(jié)果

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

表3 設(shè)備數(shù)據(jù)對(duì)照表

將模擬丁醛分離所需要的冷凝器、再沸器及相關(guān)機(jī)泵的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比，以及異構(gòu)物塔分離丁醛的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，可以確定丁醇異構(gòu)物分離裝置也能滿足丁醛分離的要求；同時(shí)由于丁醛的沸點(diǎn)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(jìn)行供熱。

3 結(jié)論

(1)通過應(yīng)用Aspen Plus NRTL物性方法對(duì)異構(gòu)物塔進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示完全可以將丁醛分離出來，并且達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的要求；

(2)對(duì)于目前的丁醇生產(chǎn)裝置，只是通過對(duì)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(duì)于異丁醛產(chǎn)品中的水含量問題，可以設(shè)置分層器，對(duì)異構(gòu)物塔餾出物中的水進(jìn)行分層，以降低異丁醛中的水含量；

(4)在實(shí)際的應(yīng)用中，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的情況下，通過調(diào)節(jié)回流比以便達(dá)到更經(jīng)濟(jì)的操作條件。