用吸收—蒸馏工艺脱除丁烯水合尾气中杂质的研究

论文摘要

甲乙酮（Methyl-Ethyl-Ketone, MEK）装置丁烯水合工序排放的丁烯水合尾气的主要成分为丁烯。为了有效利用丁烯水合尾气中的丁烯,本文开展了吸收-蒸馏脱除丁烯水合尾气中的杂质和回收利用研究。根据吸收-蒸馏工艺的特点,自行设计、建立了同时具有吸收功能和蒸馏功能的吸收-蒸馏脱除尾气杂质实验装置。该装置规格为Φ57×3.5mm,内装Φ2×2mm不锈钢θ环填料,各段填料高度分别为1200,800,600和600mm。实验前采用正庚烷-异辛烷标准体系标定了该塔的总理论板数为36。丁烯水合尾气中微量杂质的分析检测采用液相进样阀直接液相进样的气相色谱法,色谱柱选择癸二腈+聚乙二醇-20M为填充物的填充柱,各组分的分离度均大于1.5,最低检测限低于0.1mg·kg-1, RSD小于5%。采用流程模拟软件Aspen Plus中的Radfrac模块建立了吸收-蒸馏脱除尾气杂质工艺的流程模型,热力学物性方法选择NRTL-RK方程。在达到分离要求的基础上综合考虑技术、经济因素,选择MEK作为本工艺的最佳溶剂。随后对吸收-蒸馏脱除尾气杂质工艺的主要操作条件进行了灵敏度分析,确定了这些操作条件对分离效果的影响规律,并将模拟得到的操作条件作为实验初始条件进行实验。结果表明：实验装置能够在一个塔内实现吸收和精馏两种分离过程,满足分离要求的操作条件为：回流比0.8、循环溶剂比5、循环溶剂温度54℃、新鲜溶剂比0.16、新鲜溶剂鼓泡吸收段液位高度200mm、塔顶压力0.45MPa。在国内某石化公司甲乙酮厂塔径为800mm,处理能力8000t·a-1的吸收-蒸馏脱除尾气杂质工业装置上,进行了为期3个周工业化验证实验。尾气中杂质含量低于10mg·kg-1,净化产品直接返回丁烯提浓装置,没有对相关工序产生不利影响,丁烯收率高于99.5%,整个MEK装置丁烯利用率提高了13%。同时可以提高水合反应器丁烯总转化率,减少C4原料消耗,增加SBA产量,从而最终提高MEK产量。本文研究的吸收-蒸馏脱除尾气杂质工艺的特色在于：（1）将吸收和蒸馏两种分离工艺有机结合,建立了具有吸收和蒸馏双重分离作用的复杂塔,实现了杂质深度脱除；（2）选择了原装置自产的MEK作为溶剂,富溶剂可以在MEK精制工序得到分离和回收。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 甲乙酮与丁烯水合尾气
• 1.1.1 甲乙酮的性质、用途、生产方法简介
• 1.1.2 丁烯水合尾气来源
• 1.1.3 目前尾气处理情况
• 1.2 最常用化工分离技术概述
• 1.2.1 精馏
• 1.2.2 吸收
• 1.2.3 吸附
• 1.3 C3、C4烃中杂质脱除方法
• 1.3.1 反应精馏工艺
• 1.3.2 精密精馏工艺
• 1.3.3 化学反应工艺
• 1.3.4 萃取精馏工艺
• 1.3.5 吸附工艺
• 1.4 分析方法综述
• 1.4.1 进样方式
• 1.4.2 色谱柱的选择
• 1.5 研究内容
• 第二章 分离工艺的确定
• 2.1 丁烯水合尾气组成
• 2.2 分离方法的确定
• 2.2.1 吸收-蒸馏工艺的提出
• 2.2.2 吸收-蒸馏的理论基础
• 2.2.3 吸收-蒸馏工艺流程和设备
• 2.3 吸收-蒸馏工艺与吸附工艺的对比
• 2.3.1 处理量
• 2.3.2 工艺稳定性
• 2.3.3 设备投资
• 2.3.4 三废排放
• 2.3.5 能耗指标
• 2.4 小结
• 第三章 吸收-蒸馏溶剂的筛选
• 3.1 溶剂的综合评判方法
• 3.2 优良溶剂应具有的特征
• 3.2.1 无毒害、稳定性能好
• 3.2.2 不与被分离组分形成共沸物
• 3.2.3 选择性高
• 3.2.4 对被分离物系溶解性好
• 3.2.5 合适的泡点
• 3.2.6 流体力学性能
• 3.3 溶剂筛选的方法
• 3.3.1 性质约束方法
• 3.3.2 计算机优化方法
• 3.4 溶剂的确定
• 3.4.1 预选溶剂库
• 3.4.2 优选溶剂
• 3.5 小结
• 第四章 工艺实验
• 4.1 分析方法
• 4.1.1 仪器及分析条件
• 4.1.2 进样方式
• 4.1.3 色谱柱的确定
• 4.1.4 标准试样的制备
• 4.1.5 分析方法验证
• 4.2 实验装置
• 4.2.1 装置规格
• 4.2.2 实验装置的设计
• 4.2.3 实验装置流程
• 4.2.4 实验装置的控制系统
• 4.3 实验条件的模拟与优化
• 4.3.1 模拟流程的建立
• 4.3.2 塔压
• 4.3.3 回流比
• 4.3.4 理论板数
• 4.3.5 新鲜溶剂
• 4.3.6 循环溶剂
• 4.3.7 塔釜富溶剂中C4含量
• 4.3.8 优化的操作条件
• 4.4 实验过程与结果
• 4.4.1 实验操作步骤及控制方案
• 4.4.2 半连续吸收-蒸馏工艺实验
• 4.4.3 连续吸收—蒸馏工艺实验
• 4.4.4 实验结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 工业化实验
• 5.1 工业流程与装置
• 5.2 工试方案
• 5.2.1 工业实验原料
• 5.2.2 丁烯水合尾气及净化尾气
• 5.2.3 甲乙酮富溶剂组成
• 5.2.4 丁烯提浓萃取溶剂
• 5.2.5 富溶剂返回MEK合成精制工序
• 5.3 净化碳四返回提浓系统产生的效果
• 5.3.1 提高装置丁烯利用率
• 5.3.2 节约原料
• 5.3.3 提高水合反应器丁烯浓度,增产SBA
• 5.3.4 蒸汽及冷却水消耗
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书