丁醇装置联产异丁醛的分析与模拟

武金锋，徐 蕊

(兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州 277527)

异丁醛又名2-甲基丙醛，是一种重要的有机化工原料，用于合成异丁醇、新戊二醇、甲基丙烯酸甲酯、TMPD、甲乙酮、泛酸钙、异丁酸酯、异丁腈等，其市场需求逐年增加。异丁醛主要的生产方法为丙烯羰基合成丁辛醇的副产，并且多数异丁醛在装置中直接合成异丁醇。目前使用的羰基合成工艺其丁醛的正/异构比为10∶1，并且Davy的新工艺可以控制在30∶1，将导致异丁醛的来源日益减少，无法满足其市场需求[1]。

丁醇装置采用Davy低压羰基合成技术，其包括丁醛和丁醇两个单元，首先丙烯与合成气在催化剂的作用下生成丁醛，经稳定处理的丁醛再与氢气进行反应生成丁醇，经精馏分离出产品正丁醇和异丁醇，正丁醛和异丁醛为中间产物；因此本文将模拟分析如何在现有装置的基础上将中间产物异丁醛分离出来。

1 工艺流程说明

1.1 原工艺流程

丁醛单元生产的液态稳定丁醛与氢气循环气经丁醇气相加氢蒸发器汽化，然后经丁醇转化器加热器加热至120℃，进入丁醇转化器(R01)，在气相加氢催化剂的作用下，与氢气反应生产混合粗丁醇，粗丁醇与未反应的氢气经过降温冷凝至42℃后，在粗丁醇收集槽中进行分离，气相经氢气循环压缩机加压后循环使用，液态粗丁醇在压力的作用下送入丁醇预精馏塔，在丁醇预精馏塔(T01)中，轻组分(水、丁醛等)由塔顶部排出，底部物料进入精馏塔(T02)，在精馏塔中重组分(丁酸丁酯、丁醛三聚物、三苯基膦等)由底部排出，中上部采出比较纯净的混合丁醇进入异构物塔(T03)进行分离，在塔顶采出异丁醇，塔底采出正丁醇；其流程简图如图1。

D01 加氢蒸发器，D02气液分离器，R01加氢反应器，C01氢气循环压缩机，T01预精馏塔，T02精馏塔，T03异构物塔

图1 生产异丁醇流程简图

1.2 副产异丁醛流程

分离出异丁醛的关键是校核丁醇异构物塔是否能够将正异丁醛进行分离，并达到要求的质量标准；在工艺流程设计中，将异构物塔前置，丁醛单元送来的稳定丁醛首先送至异构物塔(T03)，经分离出正丁醛和异丁醛后，异丁醛由塔顶采出送至异丁醛成品储槽，可作为成品销售或作为下游产品的原料；含有三苯基膦、三聚物等重组分的正丁醛由塔底采出送往加氢单元，经过加氢、预精馏塔脱轻组分和精馏塔脱除重组分后，侧线采出正丁醇产品。其流程简图如图2。

D01 加氢蒸发器，D02气液分离器，R01加氢反应器，C01氢气循环压缩机，T01预精馏塔，T02精馏塔，T03异构物塔

图2 副产异丁醛流程简图

2 异构物塔的模拟

2.1 计算条件

异构物塔的参数为塔径Φ2900 mm，塔内145块塔盘，类型为浮阀塔盘，进料口设置3处，分别为第57、61和65块塔盘上(塔盘的编号由上至下为1～145)，正常情况下由第61层塔盘进料；稳定丁醛的进料量为19041kg/h，进料温度为84℃，组成如表1。

表1 稳定丁醛组分

要求在满足上述处理能力的情况下，异丁醛产品中的异丁醛含量≥99.2%，正丁醛控制在≤0.4%；正丁醛产品中的异丁醛含量控制在0.1%以内。

2.2 模型的计算

利用Aspen Plus中的模块库，选择RadFrac模块和NRTL物性方法[2]，定义流程及组分，输入进料条件和产品条件。

利用设计规定定义塔顶流出物中的异丁醛含量为99.8%，回流比从15～30进行计算，得到回流比(Reflux ratio)=27.13。

塔顶温度76℃，塔底温度为106.2℃，塔内的温度分布如图3，在第20～28块塔盘处温度变化坡度较大，温度较为敏感，其中第24块塔板可作为灵敏板进行控制，控制温度点为84.5℃。

图3 塔内温度分布图

塔内压力分布如图4，塔顶压力为48 kPag，塔底压力为148 kPag。

图4 塔内压力分布图

由表2计算结果可以看出，塔顶产品异丁醛含量99.4%，正丁醛含量0.2%；塔底正丁醛含量为99.5%，异丁醛含量为0.05%，均可满足下游装置对正、异丁醛产品的质量要求。

表2 丁醛分离计算结果

对于冷凝器、再沸器、回流泵和正丁醇采出泵等，分离丁醛的设备负荷与现有装置的对比如表3。

表3 设备数据对照表

将模拟丁醛分离所需要的冷凝器、再沸器及相关机泵的数据与现有装置的设计数据对比，以及异构物塔分离丁醛的产品质量数据，可以确定丁醇异构物分离装置也能满足丁醛分离的要求；同时由于丁醛的沸点较低，塔底温度仅107℃，因此可以使用公司副产的0.5 MPag蒸汽代替1.3 MPag的蒸汽进行供热。

3 结论

(1)通过应用Aspen Plus NRTL物性方法对异构物塔进行模拟计算，计算结果显示完全可以将丁醛分离出来，并且达到产品质量的要求；

(2)对于目前的丁醇生产装置，只是通过对管线的稍加改造，就可以生产出合格的正丁醇和异丁醛产品，增加了装置产品的选择性；

(3)对于异丁醛产品中的水含量问题，可以设置分层器，对异构物塔馏出物中的水进行分层，以降低异丁醛中的水含量；

(4)在实际的应用中，在满足产品质量要求的情况下，通过调节回流比以便达到更经济的操作条件。