二甲苯回收试验研究

二甲苯回收试验研究

论文作者：张旭，汤洁，李玉贞，朱云峰[ 2006-03-05 ]

摘要：采用新型间歇精馏法对汽车洗漆工业废溶剂油中二甲苯进行了回收试验研究。通过调整精馏温度范围和回流比取得最佳条件参数，并改进精馏工艺。试验结果表明，通过精馏方法来回收废溶剂油中的二甲苯纯度高，效果较好。

关键词：精馏；二甲苯；废溶剂油

近年来我国汽车工业发展迅速，油漆使用量大幅度提升，有机溶剂二甲苯的需求逐年增加。在洗漆过程中使用二甲苯而形成的工业废溶剂油成分复杂，黏度大，易挥发产生刺激性气味，对人体神经系统和生态环境危害巨大。

目前这些废溶剂油通常采用稀释法、焚烧法和减压蒸馏法等进行处理。稀释法浪费大量的水资源且造成严重的水体污染；焚烧法虽然能够安全处理液体废弃物，但工艺要求严格，焚烧工艺不达标将产生更为严重的二噁英大气污染；减压蒸馏法由于工艺条件要求，消耗大量的能源。前两种处理方法浪费了废溶剂油中具有经济价值的二甲苯，后者则浪费了能源，均不符合我国建设节约型社会的方针政策，因此寻找一种合理有效的方法来回收工业废溶剂油中的二甲苯是一个亟待解决的问题。

本试验采用蒸馏-间歇精馏结合法来分离并提纯二甲苯，最大程度实现了废溶剂油的资源化并可节省可观的处理费用。经试验研究取得二甲苯精馏过程特性和最佳工艺参数。

1 实验部分

1.1试验仪器

设计数控间歇精馏塔（见图1）。A、B、C、D、E分别为塔釜、提馏段、加料段、精馏段和塔顶回流装置，其中提馏段和精馏段采用温控加热铜丝缠绕并以真空玻璃管保温，柱内采用不锈钢三角填料。分别在A、B、C、D、E五处都设置与计算机相连的铜-康铜温度检测计，在塔顶冷凝处设置新型控制回流比装置。所有温控和加热装置都与同一台微机相连，整个过程由计算机控制。

图1 精馏塔示意图

1.2 分析方法

采用Agilent GC/MS 6890/5973N对精馏产物进行色谱-质谱联机测样，以确定其成分和含量。色质条件：初温50 ℃保持5 min，以6 ℃/min 提高温度至250 ℃，恒温保持15 min。色谱柱：DB5ms 60 m×0.25 mm×0.25 μm。

1.3 实验方法

废溶剂油杂质较多、较粘稠，首先采用常温蒸馏对废溶剂进行预处理以除去其中的悬浮物、大分子和高沸点杂质，收集到一定沸点范围的蒸馏产物。溶剂经预处理后进入精馏塔，控制塔釜、提馏段和精馏段温度、回流比进行试验；在不同温度和回流比条件下，分批提取不同温度范围的蒸馏产物并检测；根据检测结果，划分归类组分相似的精馏产物温度段，确定最佳精馏工艺条件；最后分组的精馏产物进行二次精馏，比较效果，得出结论。

2 二甲苯性质确定

二甲苯是重要的化工原材料，其中混合二甲苯的消费构成主要是油漆、涂料、染料等，占混合二甲苯消费总量的49%，其余用于有机合成及农药制造等。二甲苯为无色透明液体，溶于乙醇和乙醚，不溶于水，比重0.861～0.880，有三种同分异构体，分别为邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯，基本物理化学性质见表1。

表1 二甲苯物理化学性质

蒸汽压(Antoino方程指数)

二甲苯同分异构体沸点/℃临界温度/℃

A B C

邻二甲苯144.58 360.2 6.998911474.679213.686

间二甲苯139.27 346.9 7.008481461.925215.073

对二甲苯138.51 346.1 6.991841454.328215.411

乙基苯136.35 352.1 6.959031425.404213.345

根据二甲苯沸点、临界温度和蒸汽压，并考虑废溶剂油属于复杂多元混合物，二甲苯挥发度会随混合物内组分间相互影响而改变，故选取100～200 ℃作为蒸馏预处理的温度范围。

3 试验结果与讨论

3.1 蒸馏预处理效果

图2 GC-MS分析图

采用常压蒸馏装置对工业废溶剂油进行预处理，得到无色透明的馏出物，产出率为75%，谱图如图2所示，分析统计预处理后溶剂成分如表2所示。

表2 溶剂成分表

物质乙苯二甲苯C9组分C10组分其他质量分数/% 13.652 51.735 24.866 8.338 1.409

可以看出，蒸馏馏出物里仍含有多种苯系物和烃类，其中乙苯占13.652%，二甲苯同分异构体占总组分的51.735%，C9组分(包括三甲苯和甲基乙基苯)总共占24.866%，C10组分(苯系物)占8.338%。由于乙苯分子量和结构与二甲苯基本相同，仅在苯环所带基团上有所差异，而其物理化学性质与二甲苯非常相似，故分离和提纯二甲苯主要任务是要分离C9和C10组分。

3.2 精馏最佳工艺条件的确定

3.2.1 实验过程及数据

取预处理后获得含水（1#样品）和不含水废溶剂油（2#样品）分别加入蒸馏釜内，连续加热塔釜，开始采样前全回流1 h，稳定后将回流比(R)分别设定为2和3，收集相对稳定的温度段精馏产物（见表3），测定其组成。

表3 不同温度段精馏样品气质联机结果

质量分数/% 质量分数/%

T a/℃T c/℃

1# R=2 1# R =3 2# R =2 2# R =3T a/℃T c/℃

1# R =21# R =3 2# R =2 2# R =3

104 82 77.015 — — — 139-141 114-116 17.94218.074 — — 111 86.7 68.708 72.103 — — 141-142 116-117 — 17.861 17.359 20.504

119 94 45.642 50.502 — — 143-145 117.1-117.2 15.39216.002 31.022 30.657 128~129 99-105 42.715 46.539 28.132 37.893146-148 117.2-118.2 — — 32.632 35.591 130-132 105-106 — — 34.131 33.207149-151 118.2-119.6 — — 35.169 30.567 133-134 106-107 — 31.968 15.827 30.551152-154 119.6-124 — — 56.447 58.049 135-137 107-108 20.445 23.803 36.173 33.567155-157 124.9-128.1 — — 80.973 76.803 137-138 108-111 21.451 23.228 23.59 26.082158-161 128.7-129.6 — — 97.085 96.875 138-139 112-114 21.983 22.015 — —

注：T a和T c分别为塔釜和加料段监测温度。

3.2.2 废溶剂油精馏结果分析

图3 1#温度含量图图4 2#温度含量图

由表3做二甲苯的温度和浓度曲线（见图3和图4）。可以看出当废溶剂油中含水时，升温的最初阶段馏出物中二甲苯含量较高，随着精馏过程的进行而逐步减少，在塔釜温度135～146 ℃时产物保持相对稳定，二甲苯平均质量分数保持在20%左右，这表明在二甲苯-乙基苯-C9组分-C10组分-水构成的多元体系中，水的存在改变了各组分的相对挥发度，引起二甲苯相对挥发度升高，蒸出温度提前。