CC BY
204
УДК 547
А. А. Климов, А. Ф. Ахметов
Адсорбционная осушка бензола на цеолитсодержащих адсорбентах
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул.Космонавтов, 1; тел. (3472) 42-21-92
Показана возможность адсорбционной осушки бензола на цеолитсодержащих адсорбентах. Установлено, что из изученных адсорбентов наиболее эффективен гранулированный №А.
Ключевые слова: адсорбция, цеолиты, осушка, адсорбент, бензол, вода.
К сырью, используемому в процессе алки-лирования бензола пропиленом в присутствии катализаторного комплекса на основе хлористого алюминия (А1С13), предъявляются жесткие требования по содержанию воды. При ее концентрации выше 0,002—0,004 % мас.наблю-дается частичное разрушение катализаторного комплекса 1. В результате снижается селективность процесса за счет образования таких побочных продуктов как этилбензол, бутилбен-зол, н-пропилбензол, полиалкилбензолы. Кроме того, увеличивается расход катализатора.
Для удаления влаги из бензола на установках алкилирования бензола пропиленом имеются узлы азеотропной ректификации. Однако применение азеотропной ректификации не позволяет осушить бензол до содержания в нем воды менее 0.003% мас.
Известно, что для глубокой осушки различных газообразных и жидких углеводородов применяется адсорбция на цеолитах 2. Настоящее сообщение посвящено изучению адсорбционной осушки бензола на цеолитсо-держащих адсорбентах.
Экспериментальная часть
Адсорбцию в проточном режиме исследовали на лабораторной установке, приведенной на рис. 1. Установка состоит из адсорбционной колонки 10, заполненной цеолитом, сырьевых бюретки 15 и емкости 16, анализатора для определения содержания влаги 3, магнитной мешалки 4, медицинского шприца 2. Для предотвращения попадания влаги из окружающей среды все соединения выполнены на шлифах. Сообщение с атмосферой предусмотрено через осушительные патроны с СаС12 1, 6, 8, 9, 17.
Рис. 1. Схема лабораторной установки осушки бензола: 1, 6, 8, 9, 17 — осушительные патроны с СаС12; 2 — медицинский шприц; 3 — анализатор для определения влажности продукта; 4 — магнитная мешалка; 5, 7 — приемники; 10 — адсорбционная колонка с цеолитом; 11 — электообмотка (печь); 12 — ЛАТР; 13 — термопара; 14 — потенциометр; 15 — сырьевая бюретка; 16 — сырьевая емкость.
Адсорбционная колонка выполнена из стекла, имеет вверху и внизу шлифы, высота колонки 600 мм, внутренний диаметр 20 мм. С целью многократного использования адсорбента в адсорбционно-десорбционных циклах колонка оборудована системой электроподо-
Дата поступления 08.12.05 26 Башкирский химический журнал. 2006. Том 13. №2
Таблица 1
Характеристика синтетических цеолитов
Наименование показателей Цеолиты
КА ЫаА ЫаХ
Насыпная масса, г/см3 0.8 0.76 0.63
Динамическая емкость по Н20, мг/см3 106 113 128
Прочность на раздавливание, кг/мм2 1.5 1.3 0.7
Водостойкость, % мас. 98.4 98.5 99.5
Потери при прокаливании, % мас. 4.3 4.7 2.5
Динамическая емкость — — 68
по парам бензола, мг/см3
Эффективный диаметр пор, А 3 4 10
Размер гранул, мм 3 х 8 1.5 х 7 3 х 8
Предприятие-изготовитель Ишимбайский Стерлитамакский Ишимбай-
СХЗК ЗАО «Каучук» ский СХЗК
грева: электрообмотка 11 и ЛАТР 12. Контроль за температурой осуществляли с помощью термопары 13 и потенциометра 14.
Адсорбент загружали в количестве 60 см3. В опытах сырье в жидкой фазе при температуре окружающей среды проходило через слой цеолита снизу вверх с заданной скоростью. Осушенный бензол поступал в приемники 5 и 7, из которых отбирали пробу в анализатор 3 для определения содержания влаги по методу Фишера 3. Скорость подачи сырья в адсорбер регулировали с помощью краников сырьевой бюретки и сырьевой емкости.
Для осушки бензола применяли синтетические цеолиты КА, №А и №Х, характеристика которых представлена в табл. 1. На основании результатов предварительных экспериментов были выбраны следующие условия активации цеолитсодержащего адсорбента: расход азота 0.4 л/мин; температура 300 оС в течение 4—5 ч.
Исходные гранулы цеолитов дробили на фракции от 0.1 до 3 мм. При изучении влияния размера частиц на степень осушки обнаружено, что на гранулах менее 0.2 мм она остается постоянной, поэтому в дальнейших экспериментах использовали адсорбенты с размером частиц не более 0.2 мм.
Процесс адсорбции воды из смеси бензол + вода в динамическом режиме исследовали в следующих интервалах значений режимных параметров: температура адсорбции
(1) 20—60 оС; концентрация воды в бензоле, поступающем на осушку, 0.01—0.055 % мас.; время контакта смеси с адсорбентом (тк) 0.1-2 ч-1.
В процессе опыта через определенные промежутки времени проводили анализ осушенного продукта на содержание влаги по методу Фишера. Опыт считали законченным, когда концентрация воды на выходе из адсорбера ( С^ ) достигала концентрации воды на входе (СНХ0). Некоторые опыты проводили только до достижения С™, равной 0.006 % мас. ( СН0О6 — предельно-допустимая концентрация воды в осушенном бензоле на установках алкилирования бензола пропиленом).
По результатам опытов определяли полную динамическую емкость цеолита (а^ по формуле:
аь = 100, г Н20/г цеолита (1) О
где gL — масса воды, адсорбированной цеолитом к моменту его полной отработки, г; G — масса цеолита, г.
Динамическую емкость цеолита до достижения СН0О6 (аь) определяли по формуле:
аь = 100, г Н20/г цеолита (2) О
где §ь — масса воды, адсорбированной цеолитом
^0.006
к моменту достижения Сн 0 , г.
Таблица 2
Результаты осушки бензола синтетическими цеолитами
Наименование показателей Цеолиты
КА ЫаА ЫаХ
Масса цеолита, г 51 50 48
Минимальная концентрация Н20 в осушенном бензоле, % мас. 0.0055 0.004 0.005
Динамическая емкость а^ г Н20/г цеолита 9.7 14.3 11.3
Динамическая емкость аь, г Н20/г цеолита 2.7 9.3 3.6
Количество бензола, осушенного до отработки, л 13.8 19.5 15.6
Количество бензола, осушенного до СН006 , л 3.6 12.2 4.5
Результаты и их обсуждение
В табл. 2 приведены результаты изучения адсорбционной осушки смеси бензол + вода, полученные при 1 = 20 оС, = 0.05 % мас.
и тк = 0.1 ч-1. Как следует из приведенных данных, наибольшей динамической емкостью по воде в данном процессе обладает цеолит №А. Для этого образца aL и аь равны 14.3 и 9.3 г Н20/г цеолита, соответственно. Наименьшей динамической емкостью обладает цеолит КА. Для этого образца aL и аь равны 9.7 и 2.7 г Н20/г цеолита, соответственно.
На рис. 2 представлены зависимости степени адсорбционной осушки бензола (СНхо-Сн0)/Сн0 от ее продолжительности. Видно, что на цеолите №А степень осушки не менее 0.9 сохраняется в течение 21 ч. Для цеолитов и КА значительно ниже
и составляют 7 и 6 ч, соответственно.
Для каждого адсорбента существует пери-
Свых
н 0 остается постоянной, а затем начинает возрастать и достигает значения СНХ2о = 0.05 % мас. Этот период для КА,
NaA и NaX составляет 5, 17 и 6 ч, соответственно, что дополнительно подтверждает эффективность цеолита №А.
1,0
«
и
В
^
о о
Л
и
<и
а
<и н О
0,8 -
0,6 -
0,4 -
0,2 -
0,0
5 10 15 20 25 30 Продолжительность, ч
35
-ЫаА •
-ЫаХ-
-КА
жащих адсорбентах до остаточных концентраций Н20 < 0.003 % мас. Установлено, что по эффективности действия (максимальные адсорбционная емкость и продолжительность работы до регенерации) изученные адсорбенты можно расположить в ряд > > КА. Все исследованные ад-
сорбенты проявили высокую стабильность адсорбционных свойств в цикловом процессе адсорбция-десорбция, и после пятнадцати циклов их адсорбционная емкость уменьшилась на 8-10 % отн.
0х
<и Ч О со И <и ю
0,06
0,05---
0,04 -
-а
П
0 «
«
1
я и
о «
о 0,03 -
о
0,02 -
0,01 -(
0,00 4
12
16
20
Количество осушенного бензола, л
-ЫаА
-ЫаХ-
■КА
Рис. 2. Влияние продолжительности адсорбции на степень осушки бензола при использовании различных адсорбентов 1 = 20 оС, СНо= 0.05 % мас. и тк = 0.1 ч-1.
рвых
Из кривых изменения Сн 0 для различных адсорбентов (рис. 3) видно, что цеолит NaA осушает большее количество бензола, чем №Х и КА.
Таким образом, показана возможность адсорбционной осушки бензола на цеолитсодер-
Рис. 3. Кривые изменения СНо"ых для различных адсорбентов 1 = 20 оС, СНою = 0.05 % мас. и тк = 0.1 ч-1.
Из изученных адсорбентов наиболее эффективен гранулированный №А, который позволяет при 1 = 20 оС, СВХ2о = 0.05 % мас. и тк
= 0.1 ч-1 достигать требуемой степени осушки в течение 21 ч и осушает за это время 12 л смеси бензол + вода. Цеолит №А обладает максимальной адсорбционной емкостью. У цеолита КА меньше адсорбционный объем полостей, о чем свидетельствует меньшая адсорбционная емкость. Кроме того, №А обладает большей гидрофильностью, чем КА и №Х. Большая гидрофильность №А обусловлена максимальным содержанием ионов № в этом цеолите по сравнению с другими цеолитами.
Литература
1. Мичурина С. А., Давыдов И. М., Епифанова А. Г. // Нефтепереработка и нефтехимия.- 1979.- №2.- С. 8.
2. Лукин В. Д., Новосельский А. В. Циклические адсорбционные процессы: Теория и расчет.-Л.: Химия, 1989.- 256 с.
3. Климова В. А. Основные микрометоды анализа органических соединений.- М.: Химия, 1967.— 190 с.
0
4
8
0
