近年来,碳四馏分的综合利用越来越受到化工行业的重视。碳四馏分的应用多数需要进行碳四馏分的分离,分离的主要目的是将碳四馏分中的丁烷与丁烯分开,分别加以应用。目前国内碳四分离装置普遍采用萃取精馏工艺,在多种萃取精馏工艺中,以N-甲酰吗啉与甲乙酮混合溶剂萃取精馏分离碳四烯烃与烷烃的工艺应用最为广泛。然而该技术的应用过程中发现,循环溶剂中会逐渐产生一些杂质。通过分析可知杂质的种类很多,有甲醇、甲基叔丁基醚、C8烃类、高聚物等。这些杂质产生的机理很清晰,也比较容易解决,但在部分企业的生产装置中发现同一种未知杂质,这种未知杂质在个别企业的溶剂中积累速度很快。随着这种杂质的积累,溶剂的选择性下降,分离效率降低,国内外对该工艺中出现的未知杂质问题没有研究报道。基于此背景下,本文对该工艺中的未知杂质进行了光谱分析,确认其结构,然后模拟工业条件合成出杂质并研究了杂质的产生机理,研究了影响杂质产生速率的因素,提出了控制杂质产生速率的方法。具体研究内容如下:(1)循环溶剂中未知杂质的结构鉴定:采用精馏装置对来自企业的贫溶剂进行精馏分离,将未知杂质纯度提纯到98.5%。通过红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、气质联用仪对提纯后的未知杂质进行结构分析,最终确定该未知杂质为N-仲丁基吗啉,其化学式为C8H17 NO。(2)循环溶剂中N-仲丁基吗啉产生机理分析:在没有催化剂的条件下,模拟工业装置条件合成N-仲丁基吗啉,结合碳四分离工艺及参照文献资料进行了大量的研究试验。研究表明循环溶剂中的N-仲丁基吗啉是由N-甲酰吗啉、水与甲乙酮反应产生。其产生机理是在有水存在的条件下,N-甲酰吗啉高温易水解,水解产物为吗啉与甲酸,吗啉与甲乙酮在酸性条件下反应生成烯胺,这种烯胺化学性质不稳定,容易与甲酸发生还原反应,产生N-仲丁基吗啉。(3)控制杂质产生速率的方法研究:模拟工业装置条件,研究溶剂含水量、反应温度、溶剂pH这三方面因素对N-仲丁基吗啉的影响。研究表明随着溶剂中含水量的增加,反应后溶剂中N-仲丁基吗啉的含量不断升高,当反应温度升高,N-仲丁基吗啉产生速率会越快。以吗啉作为pH调节剂,随着溶剂pH的升高,N-仲丁基吗啉的产生速率却不断降低。最后设计了通过增加原料缓冲罐、回流罐设液包、循环溶剂干燥设备、汽提塔增设中间再沸器等方法来控制N-仲丁基吗啉的产生。