离心萃取法优选直馏石脑油脱芳烃萃取剂

史云鹤，李长明，周金波，王艳飞，唐迎春，常桂祖

(1.兰州交通大学 化学与生物工程学院，甘肃 兰州 730070;2.中国石油兰州化工研究中心，甘肃 兰州 730060)

石脑油是最主要的蒸汽热裂解制乙烯的原料，大约占全球乙烯原料构成的50%［1］。石脑油脱除芳烃后，可以增大烯烃裂解装置的原料处理量、提高乙烯收率，减缓裂解炉管结焦，延长裂解炉运行周期。石脑油在生产低芳甚至是无芳溶剂油时同样需要分离、脱除芳烃。

芳烃抽提是石脑油脱芳的主要生产技术，抽提工艺中常用的单一萃取剂有环丁砜［2］、四甘醇、N-甲酰基吗啉［3］、N-甲基吡硌烷酮［4］，复合萃取剂有环丁砜-COS 复合溶剂［5］、Techtiv100［6］溶剂等。Gaile 等［7-10］主要研究了以环丁砜为主萃取剂，乙醇、N-甲基吡咯烷酮、三甘醇分别为辅助萃取剂的多种复配萃取剂。唐善法等［11］以轻石脑油为原料，比较了环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜3 种萃取剂的脱芳效果。李晶晶等［12］提出了一种由N-甲基吡咯烷酮与极性溶剂复配的RAH-1 复合萃取剂。

单一萃取剂往往本身的性质单一而限制自身的萃取效率，复合萃取剂能够集多种萃取剂优势而克服单一萃取剂的局限，因此抽提的效率通常高于单一萃取剂，并且适合处理芳含量低的原料，如直馏石脑油、轻石脑油等。本文通过离心萃取法，研究了多种复合溶剂对直馏石脑油的脱芳效果。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、碳酸丙烯酯(PC)、N-甲酰基吗啉(NFM)、糠醛等均为分析纯;直馏石脑油，芳烃含量见表1。

安捷伦GC6820 气相色谱仪(色谱柱为PONA毛细管柱，检测器为FID，程序升温法控制柱温，用面积归一法定量分析两相中芳烃含量);LHS-0146离心萃取器。

表1 直馏石脑油中主要芳烃含量Table 1 The content of aromatics in straight-run naphtha

1.2 实验方法

室温下，以剂料质量比1. 0，离心转速3 000 r/min，通过单级离心萃取进行实验，用气相色谱仪分析萃余相中的芳烃含量。

2 结果与讨论

2.1 单一萃取剂的筛选

单一萃取剂对石脑油的脱芳效果，见表2。

表2 单一萃取剂对石脑油的脱芳效果Table 2 Single extraction solvent on naphthadearomatization results

由表2 可知，NMP 对石脑油中芳烃的萃取效果最好。优选NMP 为主萃取剂，以DMF、PC、NFM 为辅助萃取剂，进行复配研究。

2.2 复合萃取剂的筛选

选NMP 为主萃取剂，以DMF、PC、NFM 为辅助萃取剂，分别按照主萃取剂与辅助萃取剂质量比为5∶5，7∶3，9∶1 制取复合萃取剂。室温下，以剂料质量比1.0，离心转速3 000 r/min，进行单级萃取实验，结果见图1 ～图3。

图1 质量比均为5 ∶5 的四种复合萃取剂的脱芳效果Fig.1 Dearomatization results of four composite solvents with 5∶5 mass ratio

图2 质量比均为7∶3 的四种复合萃取剂的脱芳效果Fig.2 Dearomatization results of four composite solvents with 7 ∶3 mass ratio

图3 质量比均为9 ∶1 的三种复合萃取剂的脱芳效果Fig.3 Dearomatization results of four composite solvents with 9 ∶1 mass ratio

由图1 ～图3 可知，按同一质量比复配的四种复合萃取剂中，NMP-DMF 复合萃取剂脱芳效果优于其他几种。

2.3 NMP-DMF 复合萃取剂的评价

图4 为DMF 与NMP 不同配比时对直馏石脑油的脱芳效果。

图4 DMF-NMP 不同配比时对直馏石脑油的脱芳效果Fig.4 Straight-run naphtha dearomatization results of

由图4 可知，随着DMF 在NMP 中质量比的增大，萃余油中总芳烃含量逐渐增大，说明增加DMF对总芳烃的脱除不利，但是苯、甲苯的含量先出现减小趋势后逐渐增大，说明可能存在某个比例的复合萃取剂有利于苯、甲苯的脱除，因而需要进一步考察复合萃取剂对芳烃组分的分配系数及选择性。

2.4 NMP-DMF 复合萃取剂的分配比及选择性

图5 和图6 分别为DMF 与NMP 不同配比时对芳烃组分的分配比及选择性。

图5 DMF 与NMP 不同配比时对芳烃组分的分配系数Fig.5 The aromatic components distribution coefficient of

由图5 可知，质量比8 ∶2 的复合萃取剂NMPDMF 对芳烃各组分均表现出了最高的分配系数，且接近于理想最高点，质量比9 ∶1 的复合萃取剂NMP-DMF 对芳烃各组分的分配系数次之。

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图6 DMF 与NMP 不同配比时对芳烃组分的选择性系数Fig.6 The aromatic components selectivity coefficient of

由图6 可知，质量比9 ∶1 的复合萃取剂NMPDMF 对芳烃各组分均表现出了最高的选择性系数，单一萃取剂NMP 对芳烃各组分的选择性系数次之，但是各复合萃取剂对芳烃组分的选择性系数均很理想。

分配系数越高，芳烃组分在两相中的组成差别越大，萃取分离效果愈好，对深度脱芳越有利;选择性系数高，可降低两相分离的难度，但是由于离心萃取分离的特性，决定了两相分离过程首要决定因素是两相密度差而不是选择性，因而对于复合萃取剂选取时优先考虑分配系数，其次为选择性系数及单级脱芳效果。最终优选质量比为8 ∶2 的NMP-DMF复合萃取剂为萃取剂。

2.5 复合萃取剂的三级逆流连续萃取脱芳效果

按质量比依次为9 ∶1、8 ∶2 复配NMP-DMF 复合萃取剂，室温下以剂料质量比为3.0，离心转速3 000 r/min，进行三级连续逆流离心萃取，并比较与单一萃取剂NMP 的脱芳效果，结果见表3。

由表3 可知，质量比8 ∶2 的NMP-DMF 复合萃取剂对苯、甲苯的脱除效果最佳，总芳脱除也最佳，脱除率为81.32%;质量比9 ∶1 的NMP-DMF 复合萃取剂对二甲苯、苯乙烯、乙基苯的脱除效果最好。但以上两种配比的萃取剂对二甲苯、苯乙烯、乙基苯的脱除效果相差不大。

表3 NMP-DMF 复合萃取剂的三级脱芳效果Table 3 Comparsion of dearomatization results at the optimal operating conditions

3 结论

(1)NMP∶DMF 质量比为8∶2 复合萃剂对芳烃各组分表现出了最高的分配比，NMP∶DMF 质量比为9∶1 的复合萃剂对芳烃各组分的选择性系数最高。

(2)质量比为8∶2 的NMP-DMF 复合萃取剂对直馏石脑油的脱芳效果最好，总芳烃质量含量由原来的8.78%降低到了1.64%，脱除率为81.32%。参考文献:

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