ASPEN PLUS從混合酚中分離2，6-二甲酚的工藝研究

孔曉明

（湖南化工醫藥設計院，湖南長沙 410021)

ASPEN PLUS從混合酚中分離2，6-二甲酚的工藝研究

孔曉明

（湖南化工醫藥設計院，湖南長沙 410021)

在苯酚和甲醇反應生產鄰甲酚的過程中，發生了少量產品的重質化，使得副產品2，6-二甲酚的純度無法達到設計要求。根據實驗分析結果，應用ASPEN PLUS軟件對從混合酚中分離出高純度的2，6-二甲酚進行了分析研究。

ASPEN PLUS；2，6-二甲基苯酚；重質化

2，6-二甲苯酚是一種重要的化工原料和精細化工中間體，可以用于合成聚苯醚工程塑料（PPO）、甲霜靈、呋霜靈、呋酰胺、甲呋酰胺、異丁草胺和二甲草胺等農藥的中間體，還可作為照相用藥劑和一些藥物的原料和中間體，如抗心律失常藥及維生素E等，因此其工業應用前景十分廣闊。

新嶺公司鄰甲酚裝置以工業苯酚和工業甲醇為原料，在催化反應器上進行氣相烷基化反應合成鄰甲酚，其中鄰甲酚選擇性≥90%，鄰甲酚和2，6-二甲酚總選擇性≥99%。在烷基化小試中未發現產品有重質化現象；而在工業裝置中，由于受催化劑粉化和空氣氧化等因素影響，發生了產品重質化現象，使得脫除了鄰甲酚后的混合物沸點遠高于純2，6-二甲酚沸點。經過液相色譜分析檢測，該混合物組成除正常的二甲酚和三甲酚外，其中的高沸物主要為酚類物質的一級偶聯物。

如果將混合酚作為產品直接外賣，價格低廉，不足2，6-二甲酚的四分之一；為此有必要進行從混合酚中分離出2，6-二甲酚的研究。本文將以實驗分析數據為依據，采用ASPEN PLUS對分離過程進行模擬分析，以確定分離工藝的可行性。

1 原料性質和產品要求

1.1 混合酚組成

通過對鄰甲酚裝置現場取樣的分析，得到混合酚的組成如下表1：

表1 混合酚原料典型組成

根據液相色譜的分析結果，重組分組成分別為：苯酚與鄰甲酚的脫氫偶聯物（約占10%）；兩個鄰甲酚分子的脫氫偶聯物（約占45%）；鄰甲酚與2，6-二甲酚的脫氫偶聯物（約占40%）；2，6-二甲酚或2，4-二甲酚分子的脫氫偶聯物（約占5%）。以上均為酚類物質的一級偶聯物，未檢測到酚類物質的二級或多級偶聯物的存在。為簡化計算重組分只選用其中分子量和沸點最低的苯酚與鄰甲酚的脫氫偶聯物2，2-二羥基二苯甲烷，由于ASPEN軟件中沒有該組分數據，選用其同分異構體4，4-二羥基二苯甲烷代替，后者比前者沸點更低，且重組分在本分離過程中基本沒有氣化，故這種簡化和代替是合理的。苯酚與鄰甲酚的脫氫偶聯反應如下：反應生成2，2-二羥基二苯甲烷（見式1）。

4，4-二羥基二苯甲烷結構式如下：

1.2 產品要求

鄰甲酚裝置主要產品為：鄰甲酚和副產品2，6-二甲酚；因此這兩種物質要求盡量回收并達到99.5%以上的純度。

2 混合酚分離工藝路線

原料混合酚中各組分沸點和相對揮發度見表2：

表2 混合酚原料組成沸點和相對揮發度

Nadgir&Liu提出的有序啟發規則如下： ①在其它情況相同時，優先考慮能量分離手段（如常規精餾），避免使用物質分離助劑，相對揮發度小于1.05～1.0時，最好不用常規精餾；②在其他情況相同時，避免在壓力或溫度過高或過低的極端條件下操作；③在包含多組分產品的情況下，應優先考慮產品流線最少的分離順序；④優先除去腐蝕性或危險性組分；⑤在其他條件相同時，最后進行最困難的分離；⑥如果分離系數或相對揮發度不太低的話，應優先分離含量最多的組分；⑦在組分含量相差不大，而且塔頂、塔底產品對半分離的相對揮發度不太低的話，應優先完成該步分離[1]。

從上面的規則和表1的相對揮發度可以得出：a）根據①，鄰甲酚和2，6-二甲酚之間、2，6-二甲酚和其他酚之間的相對揮發度大于1.0，且混合物皆為酚類，難以找到合適的萃取物質，因此應首先考慮常規精餾。b）根據⑥和⑦，應首先分離含量41%的重組分。分離重組分的混合物由于沸點大幅降低，降低了對再沸器的加熱熱源要求，也減少了重組分在塔釜結焦的可能性。c）分離了重組分的混合酚，沸點依次為鄰甲酚、2，6-二甲酚、其他酚類，因此分離的順序應為先分離鄰甲酚再分離2，6-二甲酚。

由于混合酚各組分的常壓沸點較高，應考慮采用真空精餾。

根據表1可知，重組分極易與其他組分分離，因此分離重組分采用只有提餾段的精餾塔，塔頂進料無回流，塔底用釜式再沸器加熱；鄰甲酚和2，6-二甲酚的分離均采用常規精餾方式。

混合酚分離工藝流程見下圖1：

圖1 混合酚分離工藝流程圖

混合酚進料從塔頂進入粗分塔，分離出的高沸重組分從塔釜采出，塔頂輕組分進鄰甲酚塔，分離出的鄰甲酚從塔頂采出，塔釜采出進2，6-二甲酚塔，塔頂采出2，6-二甲酚，塔釜采出混合酚。

3 ASPEN PLUS模擬計算

3.1 模擬計算的物性方法

對流程模擬軟件來說，物性方法的選擇是流程模擬成功的關鍵。ASPEN PLUS有強大的物性計算的支持，內置眾多的物性計算模型和方法，如何從中選取合適的物性計算方法，不但需要一定的理論知識和ASPEN PLUS的使用經驗，還要求對分離過程有相當的了解，并最終與現場實際數據相校核才能確定所選物性方法的正確性。

原料混合酚各組分物性相近，各塔為減壓操作，無締合現象；在原鄰甲酚裝置的流程模擬計算中采用了活度系數方程NRTL選擇集，NRTL活度系數方程在描述二元和多元氣液平衡方面具有較好的適用性，能夠準確模擬非理想溶液氣液和液液平衡[2]；而且已投產的鄰甲酚裝置也證明模擬計算數據和裝置現場數據吻合良好，因此混合酚的分離過程的模擬選用的物性方法選擇集為NRTL。

3.2 分離過程的流程模擬

分離過程的三個塔均選用嚴格精餾塔模型REDRFRAC。第一個塔粗分塔用于脫除重組分（塔底）；第二個塔鄰甲酚塔用于分離鄰甲酚（塔頂）；第三個塔鄰甲酚塔用于分離2，6-二甲酚（塔頂）。各塔操作參數見下表：

表3 各塔操作參數表

經模擬計算各塔關鍵組分參數見下表：

表4 各塔關鍵組分表

由上表可以看出，分離過程的模擬計算達到了目標要求，并且鄰甲酚和2，6-二甲酚兩種產品有99%以上的收率。

3.3 流程模擬結果分析與優化

（1）粗分塔：粗分塔只有提餾段且無回流，塔釜重組分含量取決于塔內壓力和塔釜溫度。由于導熱油的使用溫度通常在300℃以下，為了使塔釜再沸器用導熱油作為加熱熱源，在塔頂壓力5kPa的條件下，取釜溫為250℃。在此溫度下，塔釜2，6-二甲酚含量為0.02%，保證了產品收率。由于重組分的極易分離，粗分塔對塔板數要求很低，塔板數決定了塔頂餾出物中重組分的含量。由于塔頂重組分的含量并不會影響后續分離過程；但考慮到減小負壓塔流體阻力和本塔采用填料形式，塔板數的確定主要從合適的填料高度以及分離產品之后的混合酚將來進一步精制的可能性，在9塊理論板的情況下，塔頂重組分含量為0.02%，完全滿足要求。

（2）鄰甲酚塔：鄰甲酚與2，6-二甲酚的相對揮發度為1.14，屬于較難分離但可以用常規精餾來分離的混合物，但需要較多的塔板數和較高的回流比。因此有必要對鄰甲酚塔的塔板數和進料位置做一個優化，在規定目標下，鄰甲酚塔塔板數與回流比和再沸器負荷的關系見圖2；進料板位置與再沸器負荷的關系見圖3。由圖可知鄰甲酚塔的塔板數在124塊以上時，再沸器的熱負荷的增長才較為緩慢，而進料板的位置在44至50時最為節能。

圖3 進料板位置與再沸器負荷的關系圖

（3）2，6-二甲酚塔：2，6-二甲酚與其他酚類的相對揮發度大于1.45，可以用常規精餾來分離的混合物，其塔板數和回流比比鄰甲酚塔少。在規定目標下，鄰甲酚塔塔板數與回流比和再沸器負荷的關系見圖4；進料板位置與再沸器負荷的關系見圖5。由圖可知，2，6-二甲酚塔的塔板數在91塊以上時，再沸器的熱負荷的增長才較為緩慢，而進料板的位置在27至30時最為節能。

圖5 進料板位置與再沸器負荷的關系圖

4 結論

通過ASPEN PLUS軟件對混合酚分離工藝研究分析可知：

1）利用常規的減壓蒸餾可以把混合酚中的鄰甲酚和2，6-二甲酚分別提取出來，并達到99.5%以上的純度。

2）鄰甲酚塔和2，6-二甲酚塔的塔板數和回流比均在工業應用的正常范圍內，研究結果對工程設計有指導意義。

[1] 劉春法.ASPEN PLUS對混合二甲苯分離工藝的分析研究［J］.寶鋼技術，2005（增）：76-79.

[2] ASPEN PLUS1.0用戶指南：7-2～7-9.

Study on ASPEN PLUS Separation of 2，6-Xylenol from Mixed Phenols

Kong Xiao-ming

In the process of producing Ortho cresol with phenol and methanol，a small amount of product was High boiling substance，which made the purity of by-product 2，6-dimethylphenol could not meet the design requirements.Based on the experimental results，the high purity 2，6-dimethylphenol was isolated from mixed phenol by ASPEN PLUS software.

ASPEN PLUS；2，6- two methyl phenol；heavy chemical

TQ241

B

1003–6490（2017）11–0025–02

2017–10–20

孔曉明（1970—），男，湖南株洲人，工程師，從事化工工程設計工作。