Адсорбционная осушка бензола на цеолитсодержащих адсорбентах

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 547
А. А. Климов, А. Ф. Ахметов
Адсорбционная осушка бензола на цеолитсодержащих адсорбентах
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450 062, 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 3×8 1.5×7 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
& lt-и
а
& lt-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 & lt- 0. 003% мас. Установлено, что по эффективности действия (максимальные адсорбционная емкость и продолжительность работы до регенерации) изученные адсорбенты можно расположить в ряд & gt- & gt- 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.

& lt-и Ч О со И & lt-и ю
0,06
0,05---
0,04 —

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& quot-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

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой