由煤基混合戊烯制备戊烷的方法及其应用
阅读说明：本技术 由煤基混合戊烯制备戊烷的方法及其应用 (Method for preparing pentane from coal-based mixed pentene and application thereof ) 是由 李志光 李民 毕远军 高艳 王宏 孙高攀 张俊 邱鹏利 于 2021-01-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及煤化工领域,公开了一种由煤基混合戊烯制备戊烷的方法及其应用,该方法包括以下步骤：1)将煤基混合戊烯和碳五溶剂混合后进行第一精馏得到碳五馏分并回收溶剂的步骤；2)将步骤1)所得碳五馏分进行第一加氢的步骤；3)将步骤2)所得加氢产物进行第二精馏的步骤；4)将步骤3)所得产物进行正异戊烷分离得到正戊烷和异戊烷的步骤。该方法工艺简单,收率高,能够制备得到高纯度的正戊烷和异戊烷,提高了煤基混合戊烯的经济利用价值。(The invention relates to the field of coal chemical industry, and discloses a method for preparing pentane from coal-based mixed pentene and an application thereof, wherein the method comprises the following steps: 1) mixing the coal-based mixed pentene and the carbon five solvent, then carrying out first rectification to obtain carbon five fraction, and recovering the solvent; 2) a step of carrying out first hydrogenation on the carbon five fraction obtained in the step 1); 3) a second rectification step of the hydrogenation product obtained in the step 2); 4) separating the product obtained in the step 3) into n-pentane and isopentane. The method has simple process and high yield, can prepare high-purity n-pentane and isopentane, and improves the economic utilization value of the coal-based mixed pentene.)
技术领域
本发明涉及煤化工领域，具体涉及一种由煤基混合戊烯制备戊烷的方法及其应用。
背景技术
目前国内煤/甲醇制烯烃总产能达到1460万吨/年，而煤基混合戊烯是甲醇制烯烃生产工艺中产出的主要副产品之一，占煤/甲醇制烯烃总产能的8％左右，据此测算，目前国内煤基混合戊烯产能117万吨/年左右，已经成为国内碳五的主要供应产品之一。目前的煤基混合戊烯主要有两种下游的应用方案，第一种是以调和油形式掺入汽柴油中作为汽车燃料使用，从技术经济角度讲，煤经甲醇制烯烃工艺生产过程，是将可以直接作为燃料使用的煤或甲醇，经过复杂的工艺转化后，再次被当做燃料使用，能源利用率很低，是一种高耗能污染低产出的应用方法。另一种方案是将煤基混合戊烯通过催化裂解工艺，裂解为低碳烯烃如乙烯、丙烯等进行二次利用。而煤基混合戊烯组成成分中，可以较多的裂解为利用价值高的乙烯和丙烯产品的1-戊烯、2-戊烯含量约为40％(质量分数)，而其它煤基混合戊烯组分在催化裂解过程中，主要的裂解物为低利用价值的甲烷和环烷烃类产品，同时裂解过程中煤基混合戊烯还大量的形成催化剂碳结焦物，导致煤基混合戊烯的催化裂解经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用煤基混合戊烯制备戊烷的方法，该方法工艺简单，收率高，能够制备得到高纯度的正戊烷和异戊烷，提高了煤基混合戊烯的经济利用价值。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种由煤基混合戊烯制备戊烷的方法，该方法包括以下步骤：
1)将煤基混合戊烯和碳五溶剂混合后进行第一精馏得到碳五馏分并回收溶剂的步骤；
2)将步骤1)所得碳五馏分进行第一加氢的步骤；
3)将步骤2)所得加氢产物进行第二精馏的步骤；
4)将步骤3)所得产物进行正异戊烷分离得到正戊烷和异戊烷的步骤。
优选地，步骤1)中，所述第一精馏在脱重塔中进行，塔底温度为68-71℃，塔顶温度29-31℃，塔内压力为0.3-0.4Mpa，回流比为1.9-2.4。
优选地，步骤1)中，所述回收溶剂的方法为：将所述第一精馏产物通过溶剂回收塔。
优选地，所述溶剂回收塔塔底温度为33-36℃，塔顶温度为30-31℃，塔内压力为0.3-0.4Mpa，回流比为2.2-2.5。
优选地，所述碳五溶剂为正戊烷和/或异戊烷。
优选地，所述煤基混合戊烯与所述碳五溶剂的质量比为1:5-9。
优选地，步骤2)中，所述第一加氢的条件为：加氢温度为30-60℃，加氢压力为0.2-0.4Mpa，氢气与所述碳五馏分的质量比为1:25-40。
优选地，该方法还包括：在步骤2)中，在所述第一加氢之后进行冷却和第二加氢的步骤。
优选地，所述冷却使所述第一加氢产物温度为30-35℃。
优选地，所述第二加氢的条件为：加氢温度为30-45℃，加氢压力为0.2-0.4Mpa，氢气与所述碳五馏分的质量比为1:10-20。
优选地，步骤1)中，所述第二精馏在脱轻塔中进行，所述第二精馏的条件包括：在25-30℃下将所述加氢产物减压至0.05-0.1Mpa。
优选地，步骤1)中，所述正异戊烷分离在分离塔中进行，塔底温度为34-36℃，塔顶温度28.5-30℃，塔内压力为0.2-0.3Mpa，回流比为3.2-3.8。
优选地，该方法还包括：将步骤4)所得异戊烷进行精制的步骤。
优选地，所述精制在异戊烷精馏塔中进行，塔底温度为31-33℃，塔顶温度27-29℃，塔内压力为0.2-0.3Mpa，回流比为4.4-5.1。
本发明第二方面提供本发明的制备戊烷的方法在戊烷制备中的应用。
通过上述技术方案，本发明提供一种由煤基混合戊烯制备戊烷的方法，该方法工艺简单，收率高，能够制备得到高纯度的正戊烷和异戊烷，提高了煤基混合戊烯的经济利用价值。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，“煤基混合戊烯”是指煤/甲醇制烯烃得到的副产物，符合GB/T37177-2018标准规定的煤基混合戊烯。
本发明第一方面提供一种由煤基混合戊烯制备戊烷的方法，该方法包括以下步骤：
1)将煤基混合戊烯和碳五溶剂混合后进行第一精馏得到碳五馏分并回收溶剂的步骤；
2)将步骤1)所得碳五馏分进行第一加氢的步骤；
3)将步骤2)所得加氢产物进行第二精馏的步骤；
4)将步骤3)所得产物进行正异戊烷分离得到正戊烷和异戊烷的步骤。
本发明的发明人发现，将煤基混合戊烯进行精馏、分阶段加氢后再精馏分离，可以得到高纯度的正戊烷和异戊烷产品，且收率高，从而完成了本发明。
根据本发明，在加氢之前进行精馏可以去除煤基混合戊烯中的碳六及以上烯烃，减少后续加氢中的副反应并节省氢气，为了使得分离更充分，优选地，所述第一精馏在脱重塔中进行，塔底温度为68-71℃，塔顶温度29-31℃，塔内压力为0.3-0.4Mpa，回流比为1.9-2.2；更优选地，塔底温度为69-70℃，塔顶温度29.5-30.5℃，塔内压力为0.35-0.4Mpa，回流比为2.0-2.1。
根据本发明，所述碳五溶剂用于分离碳五馏分和碳数大于5的馏分，在分离后对碳五溶剂进行回收并循环使用。优选地，所述回收溶剂的方法为：将第一精馏产物通过溶剂回收塔；优选地，所述溶剂回收塔塔底温度为33-36℃，塔顶温度为30-31℃，塔内压力为0.3-0.4Mpa，回流比为2.2-2.5；更优选地，所述溶剂回收塔塔底温度为34-35℃，塔顶温度为30-31℃，塔内压力为0.35-0.4Mpa，回流比为2.3-2.4。当溶剂回收的条件为以上条件时，溶剂回收更充分。
为了提高对碳五馏分的精馏选择性，优选地，所述碳五溶剂为正戊烷和/或异戊烷；优选地，所述碳五溶剂为正戊烷。
为了在获得好的精馏效果的同时减少溶剂损耗，节约能源消耗，优选地，所述煤基混合戊烯与所述碳五溶剂的质量比为1:50-100；更优选地，所述煤基混合戊烯与所述碳五溶剂的质量比为1:60-80。
根据本发明，所述加氢用于将碳五馏分中的各种戊烯转化为正戊烷和异戊烷，从使得加氢充分并减少副反应同时节约氢气的角度考虑，优选地，步骤2)中，所述第一加氢的条件为：加氢温度为30-35℃，加氢压力为0.2-0.4Mpa，氢气与所述碳五馏分的质量比为1:25-40；更优选地，所述第一加氢的条件为：加氢温度为31-33℃，加氢压力为0.3-0.4Mpa，氢气与所述碳五馏分的质量比为1:33-37。
根据本发明，优选地，该方法还包括：在步骤2)中，在所述第一加氢之后进行冷却和第二加氢的步骤。
本发明的发明人发现，对碳五馏分在第一加氢后冷却再进行第二加氢，可以显著减少加氢中的副反应，并且还延长了加氢催化剂的寿命。
从使得副反应减少并使加氢反应进行迅速且充分的角度考虑，优选地，所述冷却使所述第一加氢产物温度为50-65℃；更优选地，所述冷却使第一加氢产物温度为55-59℃。
优选地，所述第二加氢的条件为：加氢温度为30-45℃，加氢压力为0.2-0.4Mpa，氢气与所述碳五馏分的质量比为1:10-25。
根据本发明，所述第二精馏用于分离戊烷和碳数低于5的成分，为了使得分离更充分，优选地，所述第二精馏在脱轻塔中进行，第二精馏的条件包括：在25-30℃下将所述加氢产物减压至0.05-0.1Mpa；更优选地，所述第二精馏的条件包括：在28-29℃下将所述加氢产物减压至0.05-0.07Mpa。
根据本发明，为了使得正戊烷和异戊烷充分分离，优选地，所述正异戊烷分离在分离塔中进行，塔底温度为34-36℃，塔顶温度28.5-30℃，塔内压力为0.2-0.3Mpa，回流比为3.2-3.8；更优选地，塔底温度为34.5-36℃，塔顶温度29-30℃，塔内压力为0.25-0.3Mpa，回流比为3.4-3.6。
根据本发明，为了得到纯度更高的异戊烷，优选地，该方法还包括：将步骤4)所得异戊烷进行精制的步骤；优选地，所述精制在异戊烷精馏塔中进行，塔底温度为31-33℃，塔顶温度27-29℃，塔内压力为0.2-0.3Mpa，回流比为4.4-5.1；更优选地，塔底温度为32-33℃，塔顶温度27-29℃，塔内压力为0.2-0.3Mpa，回流比为4.7-4.9。
本发明第二方面提供本发明的方法在戊烷制备中的应用。
本发明的方法工艺简单，收率高，能够从价值较低的煤基混合戊烯制备得到高纯度的正戊烷和异戊烷，提高了煤基混合戊烯的经济利用价值。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于以下实施例。
以下实施例中，煤基混合戊烯由神华包头煤化工公司提供，其成分包括：正戊烯20质量％，异戊烯35质量％，总戊烯61质量％，碳五及以上96质量％，总硫≦5mg/kg。
实施例1
(1)将煤基混合戊烯与溶剂(正戊烷)按照质量比1：6混合后通入脱重塔进行第一精馏，塔底温度为69℃，塔顶温度30℃，塔内压力为0.35Mpa，回流比为2.0，从塔底收集碳数大于5的成分，从顶收集得到碳五馏分与溶剂的混合物，将该混合物通入溶剂回收塔，塔底温度为35℃，塔顶温度31℃，塔内压力为0.35Mpa，回流比为2.3，从塔底回收溶剂，塔顶收集得到碳五馏分。
(2)将步骤(1)得到的碳五馏分通入加氢反应装置进行第一加氢(具体为装有加氢催化剂的固定床式装置，催化剂为含金属镍催化剂，氢气与碳五馏分的质量比为1：34，反应温度为40℃，反应时间为5min，反应压力为0.3Mpa)，将第一加氢产物通入循环水式冷却器，冷却至30℃，将冷却后产物通入加氢反应器进行第二加氢(具体为装有加氢催化剂的固定床式装置，催化剂为含金属镍催化剂，氢气与碳五馏分的质量比为1：12，反应温度为40℃，反应时间为2min，反应压力为0.3Mpa)。
(3)将步骤(2)所得第二加氢产物通入脱轻塔进行第二精馏，塔底温度为27℃，塔顶温度29℃，塔内压力为0.06Mpa，从塔顶得到轻组分，从塔底收集得到脱轻产物。
(4)将步骤(3)所得脱轻产物通入分离塔进行分离，塔底温度为35℃，塔顶温度30℃，塔内压力为0.28Mpa，回流比为3.5，从塔底得到正戊烷，从塔顶部侧线采出得到异戊烷。
(5)将步骤(4)所得异戊烷通入精制塔，塔底温度为32℃，塔顶温度27℃，塔内压力为0.3Mpa，回流比为4.8，从塔顶部侧线采出得到异戊烷。
实施例2-5
按照实施例1的方式制备戊烷，不同之处在于，步骤(1)中煤基混合戊烯与溶剂的质量比，第一加氢、第二加氢中氢气与碳五馏分的质量比为表1所示的值。
实施例6
按照实施例1的方式制备戊烷，不同之处在于，步骤(2)中，不进行冷却和第二加氢。
对比例1
按照实施例1的方法制备戊烷，不同之处在于，先进行步骤(2)再进行步骤(1)。
表1
实施例和对比例所得正戊烷和异戊烷的纯度以及总体收率见表2所示。
总体收率(％)＝(正戊烷质量+异戊烷质量)/所用煤基混合戊烯质量
表2
实施例编号
正戊烷纯度(％)
异戊烷纯度(％)
总体收率(％)
实施例1
90.38
96.22
66.41
实施例2
90.27
96.38
65.47
实施例3
90.41
96.23
66.28
实施例4
89.87
96.41
66.47
实施例5
91.21
96.27
66.19
实施例6
90.33
96.33
66.21
对比例1
89.77
93.37
65.13
从表2结果可以看出，采用本发明的方法从煤基混合戊烯制备戊烷，得到的正戊烷和异戊烷纯度高，且收率高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
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