關(guān)于對二甲苯吸附分離工藝改進的相關(guān)研究

馬小坤

摘要：本文主要是關(guān)于二甲苯吸附分離工藝改進方面的，探究吸附塔每個功能模塊床層數(shù)以及空體積的比例和床層總數(shù)對吸附能力的作用。

關(guān)鍵詞：對二甲苯;吸附分離工藝

C8芳烴各異構(gòu)體間的沸點非常相近，很難采取正常的方法進行分離，通常工業(yè)所采用的方法是模擬移動床（SMB）吸附分離法，而對二甲苯（PX）就是其關(guān)鍵的產(chǎn)物。對二甲苯的吸附分離工藝主要包括：UOP公司的Parex、Axens公司的Eluxyl以及中國石化的SorPX。而我國的石油化工科學(xué)研究院對芳烴吸附分離技術(shù)的研究是從二十世紀七十年代初開始的，分別研究出了RAX-2000A和RAX-3000型號的對二甲苯吸附劑。中國石化在2011年研發(fā)出了分離對二甲苯的模擬移動床吸附分離成套技術(shù)，并有了很大的進步。由于芳烴技術(shù)的日益壯大以及市場劇烈的競爭力，使得對吸附分離工藝以及成本方面有了很多的需求。因為SMB過程吸附分離工藝非常的復(fù)雜，在試驗方面具有很大的限制。如今要求模擬的過程應(yīng)迅速、便捷，因此對工藝的改進研究變得更加主要。Minceva與Rodrigues將工業(yè)PX模擬移動床吸附分離設(shè)備作為研究的對象，對真實移動床（TMB）與模擬移動床（SMB）進行了比較，發(fā)現(xiàn)這兩種方法對模擬移動床設(shè)備的穩(wěn)定性方面非常的相近。

一、模型的建設(shè)

模擬移動床（SMB）吸附分離PX的流程為：隨吸附劑床層的內(nèi)液流向，由上至下的流液分別是解吸劑、抽出液、吸附原料和抽余液。吸附劑床層也被這四個流液給分成了四個功能模塊，分別是脫附、提純、吸附以及緩沖模塊。

二、區(qū)域配置優(yōu)化研究

吸附塔所裝的吸附劑量是固定的，每個功能模塊的吸附劑比率對吸附塔的處理有著很大的影響。因此，本文主要利用模擬的形式來探究每個模塊吸附劑的比率對SMB功能的影響。實驗中對所有吸附劑床層的裝劑量都是一樣的，所以每個功能模塊的床層數(shù)比率就相當于每個功能模塊吸附劑的比率。

（一）吸附模塊和提純模塊的優(yōu)化

對吸附和提純模塊的優(yōu)化措施主要是調(diào)整吸附和提純模塊的床層數(shù)來探究這2個功能模塊的床層數(shù)最優(yōu)化。探究的限定條件包括：原料處理量、99.80%的純度以及98%的PX收率。計算得出吸附和提純模塊床層數(shù)比率處于0.3～1.0之間并符合限定條件的要求。結(jié)果顯示吸附和提純模塊床層數(shù)比介于0.5～0.7之間時，可同時符合純度及收率的要求，同時在0.6時為極大值，如果偏離此區(qū)間越遠，其操作區(qū)間就越小。特別在給定進料負荷時，比率低于0.3或超過1.0時，都無法符合限定條件。

（二）脫附模塊和緩沖模塊的優(yōu)化

1.脫附模塊的優(yōu)化，就是對固定緩沖模塊床層數(shù)及吸附塔床層總數(shù)的優(yōu)化。把吸附和提純模塊的床層數(shù)比調(diào)整到0.6，探究脫附和提純模塊床層數(shù)比率對SMB解吸劑循環(huán)量和PX收率的影響。限定條件為原料處理量和PX純度（99.80%）。得出：增大脫附模塊比，解吸劑循環(huán)量就會下降，PX的收率減少。如果將脫附和提純模塊床層數(shù)比調(diào)到超過0.5時，其收率的下降速度就變大，解吸劑循環(huán)量嚴重變小，所以此比率最佳。2.緩沖模塊的優(yōu)化。緩沖模塊是抑制吸附區(qū)的EB、MX以及OX等雜質(zhì)進入到脫附模塊，而影響抽出液和PX的純度。緩沖模塊占總床層數(shù)的比值會影響雜質(zhì)進入而引起解吸劑循環(huán)量的變化。得出：當緩沖區(qū)比低于8.5%時，解吸劑循環(huán)量提高程度變大，當緩沖模塊比超過13%時，持續(xù)提高緩沖區(qū)的比對解吸劑循環(huán)量的影響不大，因此緩沖區(qū)合適比率應(yīng)為8.5%～13%。

三、床層數(shù)的優(yōu)化

（一）總床層數(shù)的影響

總床層數(shù)的影響主要涉及固定吸附進料量、吸附劑總量和每個模塊床層數(shù)的比率，限定條件為PX純度（99.80%），探究吸附塔床層數(shù)在8～24時對SMB當中PX收率的影響。根據(jù)2種不同的模塊來配比，第一種為總床層數(shù)24，脫附、提純、吸附和緩沖模塊的床層數(shù)分別是5-10-6-3，當總床層數(shù)變少時，每個模塊的床層數(shù)比率就會改變。第二種為總床層數(shù)24，每個模塊床層數(shù)分別是5-9-7-3，當總床層數(shù)變少，各模塊的比率也跟著變化。根據(jù)這兩種配置結(jié)果顯示：當床層總數(shù)增加時，過程分離效率會加大，并且產(chǎn)品收率會提高，當床層數(shù)超過15時，收率提高程度不大。當床層數(shù)較少時 PX收率較低，其原因有2個：脫附模塊脫附效果不佳和吸附模塊吸附效果不佳。

（二）床層空體積的影響

SMB過程所用吸附劑床層數(shù)越多，越和真實移動床相近，分離效率就越強。不過實際當中，床層間還應(yīng)布置物流收集、混合、分配的內(nèi)構(gòu)件，就會增加床層的空體積。探究內(nèi)構(gòu)件和床層總體積的比率對SMB過程的影響，得出：隨著內(nèi)構(gòu)件的增加，SMB過程的PX收率會變低。當內(nèi)構(gòu)件空體積比變大時，就表示吸附塔的空體積變大，就需增加吸附塔流體循環(huán)量來確保其的脫附和提純。

（三）方案改進的比較研究

根據(jù)實驗的結(jié)果：床層總數(shù)最佳為15～16，將優(yōu)化方案和目前24床層技術(shù)相比，發(fā)現(xiàn)：總床層數(shù)15（3-6-4-2）的方案1收率減少了1.65百分點。總床層數(shù)16（3-7-4-2）的方案2收率減少了0.61百分點。英尺，將方案1和方案2進行比較，發(fā)現(xiàn)每增加1個床層，收率就會增加1.04百分點，所以將改進的方案應(yīng)定為方案2。

四、總結(jié)

根據(jù)實驗的結(jié)果顯示吸附、脫附和提純模塊床層數(shù)的合適比率應(yīng)為0.5～0.7和0.4～0.5。緩沖模塊占總床層數(shù)的比應(yīng)是8.5%～13%。按照研究結(jié)果對工藝改進的方案應(yīng)為16（3-7-4-2）床層。

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（作者單位：中國石油遼陽石化分公司）