团论文网
团论文网
-
摘要：BDO（1，4-丁二醇）作为军工、医药、纺织、化工等领域的重要有机原材料，具有应用范围广、高附加值、性能良好等特点，对现代化工业发展具有显著的价值作用。为进一步拓宽BDO的生产路径，本文对基于煤炭深加工的BDO生产工艺进行优化分析。经过研究可得出结论，本文设计的BDO生产工艺优化方案大幅度提高了BDO的纯度可达99.81%左右，选择性达98%左右，对BDO生产具有一定的支持帮助。
关键词：煤炭；深加工；BDO生产工艺；技术优化
0引言
社会经济水平持续增长的同时，政府部门对生态保护工作也越来越重视，并将其纳入战略发展规划中。1，4-丁二醇作为能够生产生物降解塑料的关键原料，对国家生态可持续发展具有重要作用。鉴于此，1，4-丁二醇的生产工艺受到越来越多的关注与研究。而BDO的生产可通过煤炭深加工获取基本原料，即1，4-丁炔二醇（简称BYD）。在保证催化剂与稳定剂等反应剂契合生产工艺标准的条件下，可以实现高效稳定的获取BDO的生产。由此可见，对基于煤炭深加工的BDO生产工艺优化研究，具有显著的现实意义。
1基于煤炭深加工的BDO生产工艺流程
基于煤炭深加工的BDO生产工艺以1，4-丁炔二醇为原材料，通过加氢反应生成BDO[1]。该工艺主要包括反应工段和分离工段两部分。反应工段即将1，4-丁炔二醇、氢气与水充分混合，在反应其中进行催化加氢反应。分离工段的主要作用就是将主产物（BDO、水）和副产物（正丁醇）等成分分离，在具体操作时包括以下几项环节：共沸精馏、萃取剂回收以及萃取分离等。模拟流程图如图1所示。2基于煤炭深加工的BDO生产工艺中萃取剂的选择
众多有机溶剂中，适用于作为萃取剂必须符合特定条件：首先，萃取剂需与原溶液保持不混溶状态；其次，其应对目标物质具有高选择性，对其他成分的溶解度显著低于目标物质；此外，还需具备良好的化学稳定性、易于回收再利用以及确保操作过程的安全性[2]。本部分将重点探讨甲苯、二氯甲烷、乙醚、DMF（N，N-二甲基甲酰胺）、DMSO（二甲基亚砜）的萃取性能，在具体操作环节设计标准量达到20 kmol/h。萃取精馏塔T101的理论塔板参数设计为10块，在第5层设计进料系统，在第2层设计萃取剂的进料系统，在塔顶馏的分流量设计为30 kmol/h。通过，通过对正丁醇与水分回收率的计算分析确定萃取效率。
工艺体系中的正丁醇沸点值相对较低，可以通过低沸点溶剂的塔顶分离环节能够降低系统综合能耗。在对多种萃取剂的性能对比分析后得出结论，二氯甲烷的沸点是39.75℃，相对之下处于最低水平。从萃取效率的角度分析，二氯甲烷、甲苯和乙醚具有统一标准的萃取效果[3]。但是从经济成本角度出发，后两种萃取剂成本相对较高，因此在研究过程中最终选择二氯甲烷，以此保证萃取操作的综合效果。
3基于煤炭深加工的BDO生产工艺优化设计
在优化本生产工序前，对各个精馏塔实施了严格的设计规范。这一规范的实施导致萃取精馏塔T101无法彻底分离正丁醇，导致后续分离阶段出现物料积累[4]。另外，鉴于1，4-丁二醇与水的沸点差距较大，可以利用常规精馏方法分离1，4-丁二醇-水混合物。在0.1 MPa、20℃的条件下，1，4-丁二醇在基于分相器功能得到的溶液中具有较低的含量，并不需要进一步的浓度处理。与此同时，由于溶液中的水容量相对较高，针对这种情况需要通过共沸精馏法进一步浓度提纯处理，在操作期间会产生较高能耗，因此决定将这一分离步骤更改为常规精馏方法。具体工艺生产模拟图如图2所示。在设计期间主要分析系统各子系统的灵敏度，包括精馏塔和分离塔等。通过系统内的设备设备运行数据分析，制定更为合理的运行设计方案，进而完成对关键系统的优化，保证系统运行质量的同时，进一步降低系统应用成本。所采用的优化工艺参数包括：原料的质量比例（BYD与水的质量比例）定为45:55，BYD的转化效率维持在99.8%，以及BDO的提取选择性控制在98%。
T101萃取精馏塔的主要功能是通过二氯甲烷对产品中的杂质正丁醇进行有效提取。塔顶产品的水分含量是衡量其分离性能的关键指标，水分含量越少，代表分离效率越高。为进一步提升分离效率，本研究以塔顶产物水分含量（质量分数）和再沸器的热能消耗作为调整指标进行优化[5]。首先，确定进料塔板的数量至关重要，因为在精馏塔内，进料塔板的气液平衡组成相当复杂，其位置直接关系到分离效果和能耗。依据理论分析与实践经验，将回流比设定为最小的两倍作为分离的基本要求。当回流比较低时，虽然理论塔板数增多，设备投资也会随之增加；而回流比较高时，能耗也会相应上升[6]。经过系统分析后最终确定系统操作时的初始参数如下：萃取剂塔板的数量为2块，理论塔板数量值为10块，进料塔板的数量为5块；回流比参数设定为2，馏出物的标准流速设计为5 kmol/h。系统中关键参数的具体情况如图3所示。通过图3数据分析可知，当理论塔板数量少于9块时，随着塔板数的逐步提升，T101的热负荷持续上升，同时塔顶产品中的水分含量也逐步减少；而在理论塔板数介于9至15块时，塔顶产品的水分含量波动较小，能够满足分离纯度的标准，此时精馏塔的热负荷也保持相对稳定。经过对热负荷、塔顶产品水分含量以及生产制造的实际考量，最终确定理论塔板数量为12块为最佳选择。
在精馏过程中，萃取剂的供料层级对最终的分离成效及塔体的能量消耗有着显著影响。鉴于此，挑选适宜的供料层级至关重要。本研究对T101萃取精馏塔的萃取剂供料层级与热能消耗、以及塔顶产品中水分含量（质量分数）之间的相互关系进行了深入分析，相关数据如图4所示。通过图4中数据可知，当萃取剂供料层级设定为第二层时，可以实现理想的分离效果，因此，将萃取剂供料层级确定为第二层。
进一步分析可知，塔顶产物中含水量与萃取剂用量的关系存在两种不同关系，在萃取剂使用量＜45 kmol/h时，呈现出负相关状态；在萃取剂使用量处于45~100 kmol/h区间时，整体变化幅度相对较小，与工艺优化设计需求相契合。在综合分析生产成本与分离效果后，最终确定萃取剂使用量为50 kmol/h。
4基于煤炭深加工的BDO生产工艺精馏塔设计
在设计精馏塔T101时选择FLEX-A16塔盘，随后对精馏塔水力学设计合理性分析，基于Aspen Plus水力学得到校验结果。塔板2操作点降液管持液量为116.9%，超出最大标准值。由此将溢流堰更改为齿形堰、将单溢流更改为双溢流模式，进一步优化侧壁区间齿形堰分率，同时缩减塔盘开孔率。对改进后的结果数据分析，操作结果与水力学标准相符合，包括严重漏液线和气象上限线等区间的操作。
5基于煤炭深加工的BDO生产工艺应用效果分析
基于实验室数据分析，采用Aspen Plus软件构建1，4-丁炔二醇催化加氢的模拟生产工艺。首先构建包含反应和分离两大环节的工艺路线，确定二氯甲烷作为分离产物的萃取剂。在确保产品品质与成本效益的条件下，设定12组反应参数，经过经济性评估确定最终工艺方案，原料中水的质量占比为55%，BYD的质量占比为45%，BYD的选择率与转化率分别为98%和99.8%，以此实现工艺体系的进一步优化。对工艺流程实施优化并开展敏感性分析，通过优化可以得到结论，工艺在模拟应用中年利润提升3.43%，显示出良好的工业化前景。此外，对精馏塔的设计进行细化，并确认水力学性能满足要求。模拟结果显示，1，4-丁二醇纯度可达99.81%，满足生产标准。整个流程简洁高效，产品品质优良，为BDO的工业化生产提供坚实的理论基础。
6结语
通过研究可以得出结论，基于煤炭深加工的BDO生产工艺优化后具有良好的应用效果。在优化后的工艺体系中主要包括分离和反应两个工段，在优化方案的支持下能够显著提高工艺灵敏性与优化效果。通过仿真模型结果分析，系统中各精馏塔的运行经过与水力学校验结果相符，符合标准规范，1，4-丁二醇纯度在优化后达到99.81%，能够为BDO生产提供有力支持。
参考文献
[1]吴锦文，邓小伟，焦飞硕，等.煤基灰/渣的大宗固废资源化利用现状及发展趋势[J].煤炭科学技术，2024，52（6）：238.
[2]常亮.炔醛法制BDO生产工艺提质降耗的研究与实践[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43（16）：46-48.
[3]孙超.炔醛法BDO生产工艺铜铋催化剂提质增效方案[J].聚酯工业，2022（5）：57-59.
[4]纪霞林，任富军.浅析BDO生产工艺中乙炔气净化新方法[J].名城绘，2018（7）：102-104.
[5]康莉.世界1，4-丁二醇（BDO）各种生产工艺产能[J].石油与天然气化工，2003（2）：49-49.
[6]邓军智.1，4-丁二醇的生产工艺技术比较[J].广东化工，2010，37（2）：89-90.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
基于煤炭深加工的BDO生产工艺优化及应用研究论文
人参与 2025-04-03 10:23:38 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
-
站内搜索
-
随机文章
-
标签列表
-
-
最近发表
-
-
热门文章 | 最新文章 | 随机文章
-
-
最新留言
-
首页 论文知识 教育论文 毕业论文 教学论文 经济学 管理学 职称论文 法学 理学 医学 社会学 物理学 文献 工程论文 学位论文 研究论文
Powered 团论文网 版权所有 备案号：鄂ICP备2022005557号统计代码
全站搜索