Рассмотрено влияние расхода разделяющего экстрагента на разделение бутен-дивинильной фракции
бутадиен, экстрактивная ректификация, ацетонитрил
Бутадиен-1,3 (дивинил) является ценным сырьем химической промышленности. Он используется для получения различных видов синтетического каучука, а также для производства термопластов, смол и других востребованных продуктов.
Самым конкурентоспособным способом производства бутадиена-1,3 является пиролиз, из продуктов которого выделяется бутен–дивинильная фракция (БДФ). На Ангарском заводе полимеров производится бутен–дивинильная фракция, состав которой представлен в таблице 1.
Таблица 1
Состав БДФ за период с 1.01.2021 по 20.09.2021
|
№ п/п |
Наименование |
Содержание, масс. дол. |
||
|
среднее |
минимальное |
максимальное |
||
|
1 |
Углеводороды С3 |
0,02 |
0,00 |
0,05 |
|
2 |
Изобутан |
3,41 |
1,63 |
9,13 |
|
3 |
Углеводороды С5 и выше |
0,10 |
0,03 |
0,34 |
|
4 |
н-Бутан |
8,98 |
4,87 |
21,52 |
|
5 |
Бутен-1 |
9,60 |
8,40 |
10,92 |
|
6 |
Изобутилен |
24,24 |
19,06 |
28,14 |
|
7 |
транс-Бутен-2 |
4,74 |
3,42 |
6,44 |
|
8 |
цис-Бутен |
3,88 |
2,73 |
5,04 |
|
9 |
Бутадиен-1,3 |
44,44 |
34,95 |
50,57 |
Как следует из таблицы 1 наибольшая доля в смеси приходится на два компонента – изобутилен (~24 %) и бутадиен-1,3 (~44 %). Они же являются и наиболее ценными компонентами. Изобутилен служит сырьем для получения метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), а бутадиен-1,3, как указывалось, востребован в производстве каучуков, смол и других ценных продуктов.
Представляет интерес разделить БДФ на два обогащенных сырьевых потока. Один из них, включающий изобутилен и более легкие углеводороды, может быть использован для производства МТБЭ, а другой, содержащий бутадиен-1,3 и более тяжелые углеводороды, направляют на производство полимеров. В этом случае изобутилен и бутадиен-1,3 являются ключевыми компонентами. Разделение их с помощью ацетонитрила, как разделяющего агента, рассмотрено в работе [1]. При этом было выбрано массовое соотношение углеводороды : экстрагент как 1 : 4. Повышенный расход разделяющего агента ведет к увеличению энергетических затрат, связанных с его нагревом и частичным испарением в процессе ректификации, а также с последующей регенерацией и возвращением в цикл. С другой стороны, имеются сведения о повышении селективности процесса с увеличением расхода экстрагента [2].
С целью оценки влияния расхода ацетонитрила на качество разделения смеси изобутилен – бутадиен-1,3 били выполнены расчеты экстрактивной ректификации при разных соотношениях углеводород : экстрагент.
Параметры колонны и условия процесса представлены в таблице 2.
Таблица 2
Параметры процесса ректификации
|
№ п/п |
Наименование параметра, его обозначение и размерность |
Значение |
|
1 |
Число теоретических тарелок, nТТ |
45 |
|
2 |
Подача питания на тарелку, считая сверху |
35 |
|
3 |
Подача ацетонитрила на тарелку, считая сверху |
1 |
|
4 |
Давление вверху колонны, РВ, ата |
4,0 |
|
5 |
Давление внизу колонны, РН, ата |
4,3 |
|
6 |
Содержание изобутилена в смеси, хИ, масс. дол. |
0,33 |
|
7 |
Содержание бутадиена-1,3 в смеси, хБ, масс дол. |
0,67 |
|
8 |
Флегмовое число, R |
4,5 |
|
9 |
Температура верха колонны, tB, 0С |
42,9-43,1 |
|
10 |
Температура низа колонны, tН, 0С |
73,9-96,1 |
В расчетах требовалось получить дистиллят с содержанием бутадиена-1,3, не превышающим 0,1 % масс. и кубовый остаток с содержанием изобутилена, не превышающим 1 % масс. Расчеты разделения смеси изобутилена и бутадиена-1,3 указанного состава проводились при четырех соотношениях исходной смеси и разделяющего агента (ацетонитрила): 1:2; 1:3; 1:4; 1:5. Результаты расчетов представлены в таблице 3.
Таблица 3
Содержание отделяемых компонентов в дистилляте и кубовом остатке
|
№ п/п |
Соотношение исходная смесь : ацетонитрил |
Содержание бутадиена-1,3 в дистилляте, % масс. |
Содержание изобутилена в кубовом остатке, % масс. |
|
1 |
1:2 |
4,26 |
0,94 |
|
2 |
1:3 |
0,02 |
0,3 |
|
3 |
1:4 |
0,00 |
0,27 |
|
4 |
1:5 |
0,00 |
0,23 |
Из таблицы 3 следует, что колонна с 45-ю теоретическими ступенями в состоянии обеспечить заданную чистоту кубового остатка при всех указанных соотношениях питания и разделяющего агента, а дистиллят требуемого качества может быть получен при соотношениях расходов питания и ацетонитрила 1:3 и больших. Низкое содержание примесей в целевых продуктах для второго, третьего и четвертого вариантов указывает на то, что колона с 45-ю теоретическими ступенями имеет избыточную разделяющую способность.
Анализ составов пара и жидкости по высоте колонны позволил оценить число теоретических ступеней разделения, обеспечивающих требуемое количество дистиллята и кубового остатка (табл. 4).
Таблица 4
Число теоретических ступеней, обеспечивающих требуемую степень разделения
|
№ п/п |
Соотношение исходная смесь: ацетонитрил |
Требуемое число теоретических ступеней |
||
|
общее |
в нижней части колонны |
в верхней части колонны |
||
|
1 |
1:3 |
40 |
11 |
29 |
|
2 |
1:4 |
33 |
11 |
22 |
|
3 |
1:5 |
27 |
10 |
17 |
Из таблицы 4 следует, что с увеличением расхода разделяющего агента необходимое число теоретических ступеней сокращается и, следовательно, потребуется колонна меньшей высоты.
1. Ульянов, Б.А. Выделение дивинила из бутен-дивинильной фракции (бдф) продуктов пиролиза углеводородного сырья / Б.А. Ульянов, И.А. Семёнов, А.С. Немцов // Вестник Ангарского государственного технического университета. - 2022. - № 16. - С. 70-74.
2. Павлов, С.Ю. Выделение и очистка мономеров для синтетического каучука / С.Ю. Павлов - Л.: Химия, 1987. - 231 с.
