离子液体对低碳烃混合物相平衡影响及机理的研究

The research on separation of close-boiling and azeotropic low carbon hydrocarbon mixtures has been a hot issue in the petroleum chemical separation industry. At present, it is very important to find high-performance entrainers because extractive distillation is the most effective method for the separation of low carbon hydrocarbon mixtures. Ionic liquids are interesting due to their unique properties, e.g., non-volatility, high solubility, and designability, and show high separation factors as entrainers for extractive distillation. In this study, some functional ILs will be designed and synthetised for the separation of low carbon hydrocarbon mixtures in Cracking gas. The vapor-liquid phase equilibrium (VLE) data for low carbon hydrocarbon mixtures containing ILs will be measured and correlated using appropriate mathematical model. The structure-activity relationships and the mechanism of action between the mixtures and ILs (anionic, cationic and substituent) will be systematically researched. The influence laws of IL parameters (such as dielectric constant, dipole moment, molecular diameter etc.) on separation factor will be carefully concluded. The design principles of ILs will be brought out. A universal, simple and practical method will be built to choose and evaluate ILs as functional parting agent. The theory foundation for separation of low carbon hydrocarbon mixtures will be built by extractive distillation using ILs as entrainers

含有近沸点和共沸点低碳烃混合物的分离一直是石油化工精细分离研究的一个热点。开发性能优良的分离剂，采用萃取精馏完成这一分离任务是目前最行之有效的途径。离子液体由于其具有明显的难挥发性、高溶解性以及可设计性，集具作为萃取精馏分离剂的各项条件。前期工作表明，针对共沸物设计的离子液体，可获得较大的分离因子。本研究将针对裂解气中典型的近沸点和共沸点的低碳烃混合物，引入离子液体作为萃取精馏新型分离剂。对含有离子液体的典型低碳烃混合物的气液相平衡行为进行实验测定和数学关联的研究；设计、合成离子液体；系统研究离子液体结构（包括阴离子结构、阳离子结构和取代基类型等）与被分离物系的构效关系和作用机理，考查离子液体的分子直径、介电常数、偶极矩等参数对提高分离因子的作用规律。提出针对分离任务的离子液体设计原则，建立用于选择与评价离子液体作为功能分离剂的方法，为离子液体作为低碳烃类萃取精馏分离的分离剂奠定理论基础

针对苯-甲醇、甲苯-甲醇及苯-乙醇等含有低炭烃组分的共沸低碳混合物物系，运用基于量子化学计算产生的结果为基础进行的离子液体结构预测的片段活度因子模型COSMO-SAC，结合文献资料和实验测试结果进行了离子液体萃取剂的设计。改进了离子液体氧化还原合成法，化学氧化合成缩短了合成反应的时间，提高了反应收率。通过这一方法合成了1-癸基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-14烷基-3-甲基咪唑醋酸盐和三辛基甲基醋酸胺等多种通过分子设计得到的离子液体，纯度均在99.0wt%以上。通过NRTL活度系数模型对相平衡行为进行关联，得到能够准确描述物系相平衡行为的热力学模型；建立一塔身设多个取样点的密闭良好的分离装置，进行了离子液体存在下难分离物系分离过程实验；同时结合ASPEN PLUS和PRO II等化工过程模拟软件，考查压力、温度、回流比等操作参数对分离过程的影响，得到最佳的分离工艺。对难分离物系各分子相互作用的权重进行了分析，改进并设计了新的离子液体分离剂；建立并完善了适用于低碳混合物分离的设计、选择和评价离子液体的理论方法；结合制备和分离条件，考核离子液体的分离性能，综合分析了离子液体应用与生产的经济可行性。