正丁醛缩合制辛烯醛的两种工艺对比研究

2019-10-28

化肥设计 2019年5期

(中国石化齐鲁分公司第二化肥厂，山东淄博 255400)

辛烯醛(EPA)，又名2-乙基-2-己烯醛，是生产异辛醇的原料。采用戴维低压羰基合成法生产辛烯醛的工艺路线如下：原料合成气和丙烯在一定温度、压力和铑基催化剂条件下，首先生成正、异丁醛混合物，经正异构分离塔分离后的正丁醛，在碱催化剂作用下，发生羟醛缩合反应生成辛烯醛，最后经加氢、精馏后，得到辛醇[1-3]。

对于正丁醛缩合制辛烯醛，基于工艺流程特点又可分为两种工艺：一种是采用两台釜式反应器串联操作，本文将以国内某装置甲为例说明；另一种是采用一台反应器与醇醛缩合循环塔串联操作，本文将以国内装置乙为例说明。为了深入分析两种工艺的优缺点，将从能耗、物耗、设备投资、操作难度、设计优缺点等方面，对甲、乙两套辛烯醛装置进行对比研究，以期为辛烯醛工艺的选择提供参考。

1 正丁醛缩合生产辛烯醛的化学反应原理

正丁醛是一种极具反应活性的化合物，能发生的羟醛缩合反应(也叫醇醛缩合反应)是一个高放热反应。首先，两分子的正丁醛在0.5%～2%(w)的碱性溶液、120℃、0.4MPa的条件下发生羟醛缩合反应生成缩丁醇醛，随后，缩丁醇醛脱去一分子水生成更加稳定的辛烯醛[4-5]。反应式如下：

2CH3CH2CH2CHO→CH3CH2CH2CH(OH)CH(CH2CH3)CHO

CH3CH2CH2CH(OH)CH(CH2CH3)CHO-H2O→CH3CH2CH2CH=C(CH2CH3)CHO

2 两种辛烯醛生产工艺说明

甲缩合装置的工艺流程见图1，正丁醛和NaOH碱液进料经加热器进入釜式反应器A，在120℃温度下发生自缩合反应，随后反应混合物通过釜式反应器B，进一步完成缩合反应，反应产物经冷却后进行层析，除去含碱的水溶液，得到产品辛烯醛。

图1 甲缩合装置的工艺流程

乙缩合装置的工艺流程见图2，正丁醛和NaOH碱液在缩合反应器中进行自缩合反应，反应后的物料进入醇醛缩合循环塔，在醇醛缩合循环塔中，部分正丁醛继续发生自缩合反应，未反应的正丁醛从塔顶蒸出返回缩合反应器，塔底流出的辛烯醛与碱液进入层析器，在层析器中分离得到辛烯醛，其中分离出的碱液返回缩合反应器A[6]。

图2 乙缩合装置工艺流程

3 两种辛烯醛生产工艺的对比分析

3.1 甲、乙两缩合装置的能耗对比

甲、乙两套缩合生产装置的每小时能耗数据见表1。

表1 甲、乙两缩合装置的每小时能耗对比数据

续表

注：各类能耗统一折能为千克标油(kgOE)。

通过对比，可知装置乙每生产1t辛烯醛耗能36.18kgOE，装置甲生产1t辛烯醛耗能9.46kgOE。由此可知，乙装置产品单耗比甲装置多26.72kgOE。

3.2 甲、乙两缩合装置的物耗对比

甲、乙两套缩合装置每生产1t辛烯醛的物耗数据见表2。分别以每生成1t辛烯醛所消耗的正丁醛和催化剂NaOH的质量为对比分析基准。

表2 甲、乙两缩合装置的物耗对比数据

通过表2的数据对比可知：乙缩合装置每生产1t辛烯醛耗正丁醛比甲装置多0.056t，折合产品收率，甲装置产品辛烯醛的收率比乙装置要高4.51%；乙缩合装置耗NaOH比甲装置多2.629kg。

3.3 甲、乙两缩合装置的操作难度

在相同规模下，甲缩合装置投资费用低于乙缩合装置。甲、乙两缩合装置的操作参数数量见表3。

表3 甲、乙两缩合装置的操作参数的数量对比

一个装置的运行过程中，操作参数越多，需要操作人员投入的精力越多，操作难度则越大；相反，操作难度越小。表3的数据对比、人工实际的操作经验及装置实际稳定运行的情况显示，甲缩合装置比乙缩合装置的操作难度低很多且运行稳定。

3.4 对比分析甲、乙两缩合装置的设计

在实际运行中，甲缩合装置的产品辛烯醛的收率较稳定，一般维持在97.03%(w)；但是，乙缩合装置的产品辛烯醛的收率不稳定，经常低于95%(w)，按照要求，经乙缩合装置反应后，辛烯醛产品中正丁醛(n-BAL)应≤0.95%(w)，实际却通常在0.98%～1.52%(w)之间。这样，辛烯醛产品中正丁醛的含量过大，会造成辛烯醛的收率不达标；且未反应的正丁醛随辛烯醛一起进入加氢系统生成正丁醇，经精馏分离出的正丁醇作为残液处理，便会增加生产装置的原料消耗，还会影响辛醇产品收率，使运行成本增加，造成装置运行经济效益流失。不同负荷下乙缩合装置产品辛烯醛中的组成见表4。