化工学报 ›› 2023, Vol. 74 ›› Issue (12): 4926-4933.DOI: 10.11949/0438-1157.20230991
唐政(), 郑涛, 刘晗, 张睿, 刘植昌, 刘海燕, 徐春明, 孟祥海(
)
收稿日期:
2023-09-21
修回日期:
2023-12-15
出版日期:
2023-12-25
发布日期:
2024-02-19
通讯作者:
孟祥海
作者简介:
唐政(1996—),男,博士研究生,18810251643@163.com
基金资助:
Zheng TANG(), Tao ZHENG, Han LIU, Rui ZHANG, Zhichang LIU, Haiyan LIU, Chunming XU, Xianghai MENG(
)
Received:
2023-09-21
Revised:
2023-12-15
Online:
2023-12-25
Published:
2024-02-19
Contact:
Xianghai MENG
摘要:
直馏石脑油中芳烃和脂肪烃的分离是石化行业实现资源优化利用的重要前提,溶剂萃取以及萃取精馏是常用的分离手段,但传统溶剂通常存在萃取极限,对低浓度芳烃的分离效果不够理想。π络合萃取是一种基于可逆π络合反应实现混合物分离的技术,双金属卤化物能够定向络合芳烃,打破萃取极限,达到高选择性分离芳烃的目的。实验探究了多种双金属卤化物对芳烃的络合萃取性能,发现双金属卤化物CuAlCl4具有良好的芳烃络合萃取性能,芳烃选择性可达88.15,明显优于传统溶剂。使用基于密度泛函理论的分子模拟手段探究双金属卤化物与烃类之间的相互作用形式及相互作用能,揭示了π络合作用是实现芳烃分离的本质原因,表明双金属卤化物能够高选择性地分离石脑油中芳烃。
中图分类号:
唐政, 郑涛, 刘晗, 张睿, 刘植昌, 刘海燕, 徐春明, 孟祥海. 双金属卤化物络合萃取分离直馏石脑油中的芳烃[J]. 化工学报, 2023, 74(12): 4926-4933.
Zheng TANG, Tao ZHENG, Han LIU, Rui ZHANG, Zhichang LIU, Haiyan LIU, Chunming XU, Xianghai MENG. Separation of aromatics from straight-run naphtha by complexation extraction using bimetallic halides[J]. CIESC Journal, 2023, 74(12): 4926-4933.
络合剂 | β饱和烃 | β芳烃 | S |
---|---|---|---|
CuAlCl4 | 0.1197 | 7.5789 | 63.32 |
CuGaCl4 | 0.2181 | 4.8302 | 22.15 |
Sn(AlCl4)2 | 0.1420 | 6.9385 | 48.86 |
AgAlCl4 | 0.1870 | 11.2454 | 60.18 |
Sm(AlCl4)3 | — | — | — |
CuAlBr4 | 0.1727 | 6.9346 | 40.15 |
表1 双金属卤化物的芳烃分离性能
Table 1 Aromatics separation performance of bimetallic halides
络合剂 | β饱和烃 | β芳烃 | S |
---|---|---|---|
CuAlCl4 | 0.1197 | 7.5789 | 63.32 |
CuGaCl4 | 0.2181 | 4.8302 | 22.15 |
Sn(AlCl4)2 | 0.1420 | 6.9385 | 48.86 |
AgAlCl4 | 0.1870 | 11.2454 | 60.18 |
Sm(AlCl4)3 | — | — | — |
CuAlBr4 | 0.1727 | 6.9346 | 40.15 |
萃取剂 | S |
---|---|
环丁砜 | 8.45 |
NMP | 2.81 |
二甲亚砜 | 7.32 |
DMF | 6.05 |
四甘醇 | 6.69 |
N-甲酰基吗啉 | 7.57 |
表2 传统溶剂萃取性能
Table 2 Extraction performance of traditional solvents
萃取剂 | S |
---|---|
环丁砜 | 8.45 |
NMP | 2.81 |
二甲亚砜 | 7.32 |
DMF | 6.05 |
四甘醇 | 6.69 |
N-甲酰基吗啉 | 7.57 |
络合剂/萃取剂 | 待分离体系 | β饱和烃 | β芳烃 | S |
---|---|---|---|---|
CuAlCl4 | 甲苯+正庚烷 | 0.1021 | 9.0011 | 88.15 |
甲苯+甲基环己烷 | 0.2335 | 7.9150 | 33.90 | |
环丁砜 | 甲苯+正庚烷 | 0.2717 | 4.2208 | 15.53 |
甲苯+甲基环己烷 | 0.3581 | 4.3261 | 12.08 |
表3 饱和烃对芳烃络合萃取性能的影响
Table 3 Influence of saturated hydrocarbons on complexation separation performance
络合剂/萃取剂 | 待分离体系 | β饱和烃 | β芳烃 | S |
---|---|---|---|---|
CuAlCl4 | 甲苯+正庚烷 | 0.1021 | 9.0011 | 88.15 |
甲苯+甲基环己烷 | 0.2335 | 7.9150 | 33.90 | |
环丁砜 | 甲苯+正庚烷 | 0.2717 | 4.2208 | 15.53 |
甲苯+甲基环己烷 | 0.3581 | 4.3261 | 12.08 |
体系 | 组分质量分数/% | β | S | ||
---|---|---|---|---|---|
原料 | 络合萃取相 | 络合萃余相 | |||
链烷烃 | 39.96 | 7.23 | 46.37 | 0.1898 | |
环烷烃 | 39.97 | 9.82 | 43.44 | ||
芳烃 | 20.09 | 83.95 | 10.19 | 8.2385 | 43.41 |
表4 多元体系中芳烃络合萃取分离性能
Table 4 Complexation separation performance of aromatics in multicomponent system
体系 | 组分质量分数/% | β | S | ||
---|---|---|---|---|---|
原料 | 络合萃取相 | 络合萃余相 | |||
链烷烃 | 39.96 | 7.23 | 46.37 | 0.1898 | |
环烷烃 | 39.97 | 9.82 | 43.44 | ||
芳烃 | 20.09 | 83.95 | 10.19 | 8.2385 | 43.41 |
性能 | 使用1次 | 使用2次 | 使用3次 | 使用4次 |
---|---|---|---|---|
β饱和烃 | 0.1094 | 0.1176 | 0.1277 | 0.1295 |
β芳烃 | 9.2708 | 8.9470 | 8.0986 | 7.7981 |
S | 84.74 | 76.08 | 63.42 | 60.22 |
表5 CuAlCl4的循环使用性能
Table 5 Recycling performance of CuAlCl4
性能 | 使用1次 | 使用2次 | 使用3次 | 使用4次 |
---|---|---|---|---|
β饱和烃 | 0.1094 | 0.1176 | 0.1277 | 0.1295 |
β芳烃 | 9.2708 | 8.9470 | 8.0986 | 7.7981 |
S | 84.74 | 76.08 | 63.42 | 60.22 |
络合物 | BCP | 原子标签 | ρ(BCP) | ∇2ρ(BCP) | H(BCP) |
---|---|---|---|---|---|
CuAlCl4-甲苯 | 1 | Cu…C | 0.0720 | 0.2019 | -0.0199 |
2 | C—H…Cl | 0.0047 | 0.0151 | 0.0008 | |
CuAlCl4-正庚烷 | 3 | C—H…Cl | 0.0029 | 0.0098 | 0.0006 |
4 | C—H…Cl | 0.0028 | 0.0102 | 0.0007 | |
5 | C—H…Cl | 0.0037 | 0.0109 | 0.0006 | |
6 | C—H…Cl | 0.0048 | 0.0151 | 0.0008 | |
7 | C—H…Cl | 0.0050 | 0.0144 | 0.0007 | |
8 | C—H…Cl | 0.0032 | 0.0114 | 0.0007 | |
9 | C—H…Cl | 0.0049 | 0.0174 | 0.0010 | |
10 | C—H…Cl | 0.0036 | 0.0130 | 0.0008 | |
CuAlCl4-甲基环己烷 | 11 | C—H…Cl | 0.0046 | 0.0145 | 0.0008 |
12 | C—H…Cl | 0.0041 | 0.0122 | 0.0007 | |
13 | C—H…Cl | 0.0042 | 0.0125 | 0.0007 | |
14 | C—H…Cl | 0.0048 | 0.0146 | 0.0008 | |
15 | C—H…Cl | 0.0040 | 0.0137 | 0.0008 |
表6 BCPs拓扑性质
Table 6 Topological properties of BCPs
络合物 | BCP | 原子标签 | ρ(BCP) | ∇2ρ(BCP) | H(BCP) |
---|---|---|---|---|---|
CuAlCl4-甲苯 | 1 | Cu…C | 0.0720 | 0.2019 | -0.0199 |
2 | C—H…Cl | 0.0047 | 0.0151 | 0.0008 | |
CuAlCl4-正庚烷 | 3 | C—H…Cl | 0.0029 | 0.0098 | 0.0006 |
4 | C—H…Cl | 0.0028 | 0.0102 | 0.0007 | |
5 | C—H…Cl | 0.0037 | 0.0109 | 0.0006 | |
6 | C—H…Cl | 0.0048 | 0.0151 | 0.0008 | |
7 | C—H…Cl | 0.0050 | 0.0144 | 0.0007 | |
8 | C—H…Cl | 0.0032 | 0.0114 | 0.0007 | |
9 | C—H…Cl | 0.0049 | 0.0174 | 0.0010 | |
10 | C—H…Cl | 0.0036 | 0.0130 | 0.0008 | |
CuAlCl4-甲基环己烷 | 11 | C—H…Cl | 0.0046 | 0.0145 | 0.0008 |
12 | C—H…Cl | 0.0041 | 0.0122 | 0.0007 | |
13 | C—H…Cl | 0.0042 | 0.0125 | 0.0007 | |
14 | C—H…Cl | 0.0048 | 0.0146 | 0.0008 | |
15 | C—H…Cl | 0.0040 | 0.0137 | 0.0008 |
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