[19.04]硝基氯苯焦油回收 利用技术实现环保创效

时间:2019-03-21 16:09 来源:《石油与装备》杂志 作者:付春 高留冕 / 中石
目目前,硝基氯苯的主要生产国是中国和印度。中国产能超过 83 万吨 / 年,生产能力占全球的 70-80%。硝基氯苯生产过程中会产生大量黑色的焦油状废液,主要成分为邻硝基氯苯、二硝基氯苯和一些大分子物质,组成复杂,处理十分麻烦,并且难以重复利用,造成了经济损失, 同时也污染了环境。
 
常规回收技术成本高硝 基 氯 苯 焦 油 回 收 利 用 技术方法有四种,即铁粉还原法、水解法、氯化法、硝化法。铁粉还原法将硝基氯苯焦油状废液直接加入铁粉、盐酸进行还原。得到产品对氯苯胺、邻氯苯胺,适用于组成主要为邻硝和对硝的焦油,反应工艺简单,原料易得、便宜,缺点是后处理工艺复杂,设备投资大。水解法将硝基氯苯废液经简单的预处理, 加入烧碱。在 4kg/cm 2 压力下水解,分离得对硝基酚和邻硝基酚,适用于组成主要为邻硝和对硝的焦油,后处理工艺相对简单,原料易得,缺点是反应要求高压, 条件苛刻,设备材质要求高。氯化法将硝基氯苯焦油状废液经过预处理,加入溶剂,通氯气反应,制得的五氯硝基苯。
 
这是采用二氧硝基苯原料路线所不能做到的,不失为一种有竞争力的综合利用途径,但此法操作条件复杂,设备腐蚀严重。硝化法将硝基氧苯焦油状废液经过简单预处理再硝化制备 2,4- 二硝基氯苯,但具有一定的危险性。上述方法一方面投资较大,成本较高、且规模小,难有竞争优势,一方面技术难度较大, 操作复杂,减少和降低焦油总量, 故不可取。新的技术工艺为此而研发,即通过蒸馏的方法以降低硝基氯苯焦油总量。蒸馏技术回收废油液有效硝基氯苯焦油组成非常复杂,加上各个厂家生产工艺、设备的不同而有所变化,文献报道其主要成分为单、二或三硝基氯苯的同分异构体,即邻、对硝基氯苯,一般约占 80% 左右,间硝基氯苯约占 5~10%,其它则为少量的氯苯、二硝基氯苯和一些大分子物质。
 
但其中还有相当量的未知物质。如江苏工业学院 GC-FTIR联用分析硝基氯苯焦油状废液的成分得到焦油中能溶于乙醚主要组成为,2,4 - 二硝基氯苯和邻硝基氯苯,少量的 2,5 - 二氯硝基苯和 3,4 - 二氯硝基苯;通过薄层分离与光谱分析,得出里面含有 2-,3-, 及 4- 氯 -2′ ,4′ -二硝基二苯胺和 4- 氯 -2,2,4-三 硝 基 - 二 苯 胺。 本 试 验 确 定了硝基氯苯焦油、采出液和蒸馏釜 液 等 的 气 相 色 谱 分 析 方 法,分 析 焦 油 组 成, 邻 硝 基 氯 化 苯20~85%,2,4- 二 硝 基 氯 化 苯5~30%,将硝基氯苯焦油在常压或微负压条件下蒸馏,分离回收含 量 97% 以 上 的 氯 化 苯, 之 后减压条件下蒸馏,分离采出含量97% 以上的邻硝基氯苯,二者可直接套用于硝基氯苯装置生产系统中,从而降低焦油总量。分析仪器包括安捷伦 7890 型气相色谱仪、毛细管色谱柱、微量注射器、检测器(FID)、色谱工作站。
 
硝基氯苯焦油主要组分为邻硝基氯苯(沸点:245.5℃)、2,4- 二硝基氯苯(沸点:315℃ )、氯化苯(沸点:132.2℃)和高沸点大分子物质以及微量的其它杂质。主要组分沸点相差较大,可直接通过蒸馏分离。硝基氯苯焦油可以通过常减压蒸馏,分离出97.46% 以上的氯化苯和 92.04%的 邻 硝 基 氯 苯。 硝 基 氯 苯 焦 油中, 回 收 邻 硝 基 氯 苯 和 氯 化 苯的 产 率 合 计 为 59.79~66.05%,焦 油 减 少 量( 原 料 - 釜 液) 为75.02~78.43%, 即 焦 油 总 量 可降低 75% 以上。但是通过直接蒸馏法 2,4- 二硝基氯苯含量达到72.06~77.74%。由于它的安全特性,即遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸的危险,需要进一步调研了解硝基氯苯生产过程中对二硝的控制,并在实验室对焦油的分离条件进一步优化,控制釜液中 2,4- 二硝基氯苯的含量,保障工业放大的安全性。实 验 室 通 过 控 制 蒸 馏 釜 不同的釜温来控制釜液中二硝含量及 采 出 的 二 硝 含 量。
 
同 时 采 用不 锈 钢 θ 环 填 料( 又 称 狄 克 松(Dixon)填料)进行真空精馏(填料高度 8 ㎝),对比蒸馏和精馏效果,硝基氯苯焦油填料精馏, 釜 温 控 制 在 130~150 ℃,气 相 温 度 90~100 ℃, 真 空 度为 0.098MPa,釜液二硝含量可以 控 制 在 50% 以 内, 采 出 得 到含 量 > 99% 的 邻 硝 基 氯 苯, 焦油 总 量 可 降 低 62.46~76.51%,而釜温达到 160℃,虽然采出的邻 硝 含 量 达 到 99% 以 上, 但 釜液二硝含量达到 66.71%,超过二 硝 含 量 < 50% 的 控 制 指 标。综合考虑,采用填料精馏,控制釜 温 140 ℃, 真 空 0.098MPa,气 相 温 度 90~100 ℃。
 
 此 时 焦油总量减少 71.08%,邻硝含量99.81%,邻硝收率为 79.42%。硝基氯苯生产上对精馏系统主要安全控制为:1)釜液的总酚(硝基 酚) 含 量 ≤ 2,500ppm,2)釜 温 ≤ 155 ℃,2,4- 二 硝 基 氯苯 含 量 < 50%。 本 试 验 不 管 蒸馏或是精馏,焦油中总酚含量为1,000ppm 上下,低于控制指标2,500ppm。焦油蒸馏一馏分、二馏分、精馏采出及釜液的分析如下:各馏分样品分别称取 0.1 克左右于10 毫升容量瓶中,用三氯甲烷稀释到刻度,进样量为 1 微升,面积归一法计算各组分的含量,得到多张色谱分析图,如一馏份气相色谱图,二馏分气相色谱图,精馏采出气相色谱图,釜液各组分气相色谱。
 
 
质谱分析结果:对蒸馏或精馏后产生的剩余焦油质谱等分析,得到剩余焦油的主要成分为,邻硝基氯苯、2,4- 二硝基 氯 苯、bis(2-chlorophenyl)、bis(2-chlorophenyl)-1-oxid、bis(4-chlorophenyl)-1-oxid、2,4-dinitro-1-(o-nitrophenxy)benzene。新技术减少焦油总量 71%对硝基氯苯焦油成分跟踪分析,通过进行蒸馏及精馏分离并控制分离条件,得到邻硝基氯苯和剩余焦油, 从而降低焦油总量。通过分析硝基氯苯行业及公司焦油的组成,硝基氯苯焦油主要组分依次为邻硝基氯苯、二硝基氯苯氯化苯和少量的间、对硝基氯苯以及大分子高沸物等;对焦油不同的回收利用方法比较,选取了直接对焦油蒸馏,分离邻硝基氯苯和氯化苯等物质的试验方案;通过常、减压蒸馏,可分离出含量为 97.46% 的氯化苯和含量为92.04% 的邻硝基氯苯,焦油总量可降低 75% 以上。采用填料精馏,控制釜温 140℃,气相温度90~100℃, 真空度为 0.098MPa,采出邻硝基氯苯含量 99.81%,达到优级品指标,收率为 79.42%,焦油总量减少 71.08%。
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