萃取精馏技术强化与应用

论文摘要

本文从溶剂的筛选和工艺流程的改进两个方面提出了萃取精馏技术强化的思路,应用于丁烷与丁烯的分离及乙醇与水的分离。（1）已有文献指出采用混合溶剂进行萃取精馏比采用单一溶剂更有优势,但没有具体的筛选原则和策略。而根据绿色化学12项原则的要求,萃取精馏必须采用环境友好的溶剂。本文提出了在绿色化学原则基础上的混合溶剂的筛选原则和策略。第一步:根据溶剂的某些特性如沸点、毒性、极性等建立两个预选的溶剂库:一个是选择性较好、溶解性较差的高选择性溶剂库, U1;另一个是选择性较差、溶解性较好的高溶解性溶剂库,U2。第二步:分别在U1和U2中选择一个溶剂,排列组合,根据混合溶剂的选择性、溶解性和泡点筛选出最优的溶剂。根据以上策略本文筛选出了萃取精馏分离丁烷与丁烯混合溶剂:甲乙酮/N-甲酰吗啉混合溶剂,并通过汽液平衡实验验证了该溶剂体系的可行性。（2）本文通过实验研究了甲乙酮/N-甲酰吗啉混合溶剂分离丁烷与丁烯的工艺条件及工业化相关问题。该溶剂体系和工艺已成功应用于多个工业装置,总规模达到180,000 t/a。（3）丁烯水合单程转化率较低（约67%）,为了提高丁烯总转化率,大量的丁烯在水合工段循环,又为了防止循环丁烯中惰性杂质的过度积累,必须排放部分尾气,水合尾气中丁烯的含量（约为89%）远高于丁烯提浓的原料组成（约为65%）,但水合尾气中含有大量的仲丁醇、叔丁醇、丁二烯及碳五等杂质,不能直接引入丁烯提浓工段,否则导致萃取精馏溶剂的污染及丁烯中碳五的积累。本文提出并实验研究了脱除水合尾气中杂质的方法,脱杂后的水合尾气中仲丁醇、叔丁醇的含量低于1mg/kg,丁二烯及碳五含量低于20mg/kg,可以引入丁烯提浓工段,使水合尾气中的丁烯得以回收。（4）C4原料中含有异丁烷、正丁烷、1-丁烯、2-丁烯等组分,原有萃取精馏工艺只是将烷烃与烯烃分开,但异丁烷与正丁烷用途不同,本文提出了萃取精馏预分离工艺,即在萃取精馏前加萃取精馏预分离塔,预分离塔只需较低的溶剂比,不需要单独设立汽提塔,可以利用循环溶剂或其它低品位热源加热,将异丁烷和其它C4组分首先分开,从而实现异丁烷、正丁烷、丁烯的分离。由于利用了循环溶剂的余热,分离所需总的能耗可以降低18%。（5）离子液体因其低挥发性被称为绿色化学溶剂,本文通过实验验证了离子液体为溶剂制备无水乙醇的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 萃取精馏技术原理
• 1.3 萃取精馏溶剂
• 1.3.1 普通液体溶剂
• 1.3.2 盐类
• 1.3.3 离子液体
• 1.3.4 混合溶剂
• 1.3.5 反应萃取精馏
• 1.4 萃取精馏溶剂的筛选方法
• 1.5 萃取精馏工艺的集成与优化
• 1.6 萃取精馏分离丁烷与丁烯
• 1.7 萃取精馏制备无水乙醇
• 1.8 萃取精馏的缺点及本文的研究思路
• 第二章 萃取精馏混合溶剂的评价与筛选
• 2.1 引言
• 2.2 萃取精馏混合溶剂的综合评判方法
• 2.2.1 筛选原则
• 2.2.2 筛选策略
• 2.3 汽液平衡实验装置
• 2.4 丁烷与丁烯分离溶剂的筛选
• 2.4.1 预选的溶剂库
• 2.4.2 最优溶剂的筛选
• 2.4.3 筛选结果及讨论
• 2.4.4 汽液平衡实验验证
• 2.5 本章小结
• 第三章 混合溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯的工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验设备及材料
• 3.2.1 工艺实验装置
• 3.2.2 实验原材料
• 3.2.3 分析仪器和分析方法
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 溶剂比的影响
• 3.3.2 溶剂配比的影响
• 3.3.3 回流比的影响
• 3.3.4 原料碳四组成对分离过程的影响
• 3.3.5 操作压力对分离的影响
• 3.4 碳四分离工业化装置
• 3.4.1 碳四分离工业化工艺流程及主要设计参数
• 3.4.2 工业装置运行结果
• 3.4.3 工业装置运行的相关问题
• 3.4.3.1 溶剂发泡
• 3.4.3.2 溶剂中杂质的积累
• 3.4.4 MEK/NFM溶剂体系与其他溶剂体系的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 水合工艺的节能与强化
• 4.1 引言
• 4.2 水合尾气回收工艺流程
• 4.2.1 水合尾气脱杂后回提浓工段的工艺
• 4.2.2 尾气直接引入丁烯提浓工段的工艺
• 4.3 萃取精馏与水合工艺的优化
• 4.3.1 丁烯浓度的确定
• 4.3.2 丁烯提浓工艺的强化—萃取精馏预分离工艺
• 4.4 本章小结
• 第五章 离子液体萃取精馏制备无水乙醇
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法与设备
• 5.2.1 常压汽液平衡实验装置
• 5.2.2 无水乙醇制备工艺试验装置
• 5.2.3 试剂
• 5.2.4 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 乙醇-水-离子液体体系的汽液平衡数据
• 5.3.2 实验数据的关联与计算
• 5.3.3 讨论
• 5.4 萃取精馏工艺实验
• 5.4.1 溶剂比的影响
• 5.4.2 进料位置的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 对今后工作的建议与展望
• 参考文献
• 符号
• 附录混合溶剂筛选程序
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢