中低温煤焦油间/对甲酚分离工艺研究

2020-05-08张金峰沈寒晰周魁吴素芳刘彦婷

应用化工 2020年3期

张金峰，沈寒晰，周魁，吴素芳，刘彦婷

(陕西省石油化工研究设计院陕西省石油精细化学品重点实验室，陕西西安 710054)

中低温煤焦油中酚类物质占到25%以上，尤其苯酚、甲酚和二甲酚的含量都较高，它们是医药、印染、涂料、香精等诸多精细化工领域的重要中间体，市场需求巨大[1-2]。间甲酚和对甲酚沸点相近，不能通过常规的精馏分开，为混合组分，附加值较低。进行深度精细分离，获得纯产品，就能大大提高产品价值。目前，烃化分离法[3]、结晶分离法[4]、分子筛吸附法[5]是分离甲酚异构体比较重要的方法。本文采用尿素络合分离间/对甲酚，该工艺技术设备简单，投资较少，产品纯度高。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

间/对甲酚，工业级；间甲酚、尿素均为化学纯；甲苯，分析纯。

BSA224S电子分析天平；JJ-1大功率机械搅拌器；DFY-5/25低温恒温反应槽；SC-3614离心分离机；HP6890气相色谱仪。

1.2 实验方法

三口烧瓶中加入100 g间/对甲酚原料(其中间甲酚60.0%，对甲酚40.0%)、42 g尿素(尿素与间甲酚物质的质量比为1.25∶1)，加热，搅拌溶解，温度升至80 ℃后停止加热。然后搅拌冷却至40 ℃，滴加适量甲苯(间/对甲酚混合物与甲苯用量为 1∶3 g/mL)，冷冻至-15 ℃，过滤，用蒸馏水溶解滤饼，分液后取上层油相，蒸馏得间甲酚产品，同时回收尿素。滤液中含对甲酚，进行蒸馏，可得对甲酚产品。

1.3 分析方法

气相色谱分析：色谱柱选取PH-225 30 m×0.25 mm，高纯氦气作载气，流速0.8 mL/min，进样口温度 250 ℃，分流比为100∶1，进样量0.2 μL，柱温程序升温条件：起始温度80 ℃，保留3 min，以4 ℃/min 升至235 ℃，保留15 min。计算收率、产品纯度。

2 结果与讨论

2.1 尿素用量对间甲酚纯度、产率的影响

按实验方法称取100 g原料开展实验，保持其它条件不变，尿素用量对间甲酚纯度、收率的影响见图1。

图1 尿素用量对间甲酚纯度、产率的影响

由图1可知，尿素用量较少时，间甲酚产率低，尿素用量较多时，间甲酚纯度会降低。分析原因可能在于尿素用量太少，不能把混酚中的间甲酚完全络合，会导致产率低；当尿素过量后，会导致处理复杂、引入杂质，使间甲酚纯度降低。当尿素用量超过42 g时，产品的纯度明显下降。综合产品纯度和收率来考虑，尿素的用量为42 g较好，尿素与间甲酚最佳比例为42 g/60 g(物质的量比1.25∶1)。

2.2 甲苯用量对间甲酚纯度、产率的影响

采用甲苯作溶剂，能溶解并稀释物料，却不会分解尿素与间甲酚生成的共晶。称取100 g原料按前述实验方法开展实验，保持其它条件不变，在相同时间内改变甲苯滴加速度，调整添加量，考察溶剂甲苯用量对间甲酚纯度和收率的影响，结果见图2。

图2 甲苯用量对间甲酚产品纯度、产率的影响

由图2可知，甲苯用量增加时，产物的纯度提高，而产品收率降低。分析原因在于，甲苯量增大后，杂种去除彻底，比较容易固液分离，这有利于提高产品纯度，不利之处是会增加间甲酚的损失。综合产品纯度和收率来考虑，间/对甲酚混合物与甲苯最佳用量为1∶3 g/mL。

2.3 析出温度对间甲酚纯度、产率的影响

取100 g原料进行实验，保持其它条件不变，考察析出温度对间甲酚产率和纯度的影响，结果见图3。

由图3可知，温度对产品得率影响较大，间甲酚的纯度与收率随着温度的降低而提高，温度越低收率越高。考虑到更低温度将给实验及工业化带来一定的难度，本实验取较佳温度为-15 ℃。此时产品的纯度和收率分别可达98.7%，76.4%。

图3 析出温度对间甲酚产品纯度、产率的影响

通过上述实验，得到了优化的工艺条件：取100 g 间/对甲酚混酚原料加入烧瓶中，加热，然后加入42 g尿素，继续升温，搅拌溶解，当温度达到 80 ℃时停止对其加热。搅拌冷却至40 ℃，滴加300 mL 甲苯，并阶梯冷却反应液，至-15 ℃时停止，过滤后用蒸馏水溶解滤饼，分液后取上层油层，蒸馏得间甲酚产品产率77.5%，纯度99.0%。