粗苯加氫精制工藝質(zhì)量分析

皇甫瑞娟

(寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

苯是石油化工行業(yè)重要的基礎(chǔ)原料，被廣泛地應(yīng)用于合成橡膠、合成樹脂、合成纖維等行業(yè)，同時還可用于生產(chǎn)醫(yī)藥、農(nóng)藥、火藥和染料等多種化工產(chǎn)品，同時也是一種重要的化學(xué)溶劑。工業(yè)苯的主要來源有兩個方面：石油苯和焦化粗苯。石油苯產(chǎn)量較低，但其雜質(zhì)含量少，品質(zhì)比較純凈，是目前純苯生產(chǎn)的主要來源，占全球純苯生產(chǎn)的95%。焦化粗苯是煤焦化工業(yè)的副產(chǎn)品之一。粗苯原料經(jīng)過物理、化學(xué)方法除去其中的硫化物、氮化物、水和其他烷烴及不飽和化合物等雜質(zhì)，得到可以做為原料的高純度的苯、甲苯、二甲苯產(chǎn)品。由于石油苯成本高，與焦化苯差價在1000元/噸以上，因此焦化苯市場需求空間很大[1]。我國焦化產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)能在世界排名位于前列。但是我國焦化產(chǎn)業(yè)布局不合理，總體產(chǎn)能大但不集中，小規(guī)模企業(yè)較多，且焦炭行業(yè)整體裝備水平較低。雖然粗苯精制產(chǎn)品的市場前景很大，經(jīng)濟效益好[2]。但是粗苯中雜質(zhì)脫除的好壞直接影響精制產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是含硫、含氮、含氧等雜質(zhì)的脫除。粗苯也因其供應(yīng)量受制于焦炭的生產(chǎn)，存在粗苯的回收率低、來源不穩(wěn)定、品質(zhì)不一等諸多問題。目前，國外用于粗苯精制法有日本的Litoi高溫、高壓氣相加氫技術(shù)，德國的Uhde低溫氣相加氫技術(shù)(KK法)和美國的Axens低溫氣液兩相加氫法。國內(nèi)粗苯精制廠一直比較分散，其規(guī)模始終處于中小型之列。所采用的工藝有傳統(tǒng)的酸洗工藝、加氫工藝和萃取精制工藝。

1 企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

在對寧夏某企業(yè)苯加氫項目的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)苯加氫裝置工藝較為先進，技術(shù)成熟，投資少，污染小，生產(chǎn)原料粗苯和氫氣主要來源于企業(yè)內(nèi)部，充分體現(xiàn)了其能源節(jié)約、循環(huán)利用的原則。目前苯加氫裝置已經(jīng)運行一年多，生產(chǎn)工藝控制條件已經(jīng)穩(wěn)定，其加氫單元所用催化劑性能良好，硫等雜質(zhì)原子脫除較好，從質(zhì)量環(huán)保部檢測數(shù)據(jù)來看，其生產(chǎn)的純苯、甲苯、二甲苯成品質(zhì)量合格。存在的問題是，由于生產(chǎn)原料來源不一，同時焦化廠回收的粗苯中總硫含量太高，制氫單元能耗不夠，從而限制了裝置的產(chǎn)能。同時產(chǎn)品的收率也不穩(wěn)定，總液收率大多達不到96%(企業(yè)目標(biāo))。因此，我將對企業(yè)粗苯原料及三苯產(chǎn)品相關(guān)檢測數(shù)據(jù)進行采集，依據(jù)數(shù)據(jù)的特點和離散型，進行統(tǒng)計分析，利用軟件得到其統(tǒng)計學(xué)規(guī)律，從而找出裝置在生產(chǎn)中存在的問題。并通過優(yōu)化可控的生產(chǎn)條件，找出其生產(chǎn)工藝的質(zhì)量要求和控制方法，以達到穩(wěn)定生產(chǎn)，確保產(chǎn)品收率，減少能耗的目的。為企業(yè)增加收益，成為一條可持續(xù)生產(chǎn)、環(huán)?？茖W(xué)的循環(huán)經(jīng)濟道路。

2 產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)采集分析

2.1 質(zhì)量環(huán)保部檢測

苯加氫廠的檢測項目主要包括外購(進廠)粗苯各組分檢測、進裝置粗苯各組分檢測、輕苯組分檢測、加氫油檢測、苯產(chǎn)品質(zhì)量檢測、甲苯產(chǎn)品質(zhì)量檢測、二甲苯產(chǎn)品質(zhì)量檢測、重苯組分檢測、非芳烴組分檢測、SPA制氫單元氫氣檢測等。主要檢測內(nèi)容包括苯、甲苯、二甲苯、重苯、非芳烴等各組分定性定量分析測定、總硫、總氮、氧、水分等雜質(zhì)含量的測定。

2.1.1 粗苯檢測

原料粗苯的檢測不僅有進入苯加氫裝置的粗苯檢測，還有外購粗苯的檢測。樣品中總硫含量的測定采用紫外熒光法測定。原料粗苯中各組分含量測定時，使用GC-589氣相色譜儀，主要測定粗苯中苯、甲苯、二甲苯等組分，依據(jù)各個組分的沸點不同及在色譜柱上的吸附-解析的時間不同，依次進行分離。儀器使用氫火焰離子化檢測器(FID)、毛細(xì)管色譜柱、手動分流/不分流進樣口，以氮氣為載氣，進樣口溫度250℃、柱箱使用程序升溫設(shè)置、檢測器溫度350℃。在氣相色譜儀符合檢測組分含量條件且基線平穩(wěn)的狀態(tài)下，進已知名稱的樣品進行各個組分的時間定性，保存方法。再對樣品進行進樣測定。樣品結(jié)束后，在再處理中查找譜圖并查看結(jié)果，記錄檢測數(shù)據(jù)，并保存圖譜資料。采用峰面積歸一化法開展定性定量分析，求出各組分的百分含量。同一化驗室，手動進樣允許誤差范圍5%～10%。

對苯加氫進裝置的粗苯檢測結(jié)果來看，其總硫含量變化較大，從6000ppm到25000ppm左右不等。也就是說進裝置粗苯原料品質(zhì)有所不同。

2.1.2 產(chǎn)品的檢測

三苯產(chǎn)品組分含量分析分別均使用GC-589氣相色譜儀(FID檢測器)進行分析。

苯產(chǎn)品的檢測參照GB/T2283-2008標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焦化苯的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、運輸、貯存和安全注意事項。

甲苯產(chǎn)品的檢測參照GB/T2284-2009標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焦化甲苯的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸、貯存、質(zhì)量證明書和安全注意事項。

二甲苯產(chǎn)品的檢測參照GB/T2285-1993標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焦化二甲苯的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標(biāo)志、運輸與貯存。

根據(jù)質(zhì)量環(huán)保部的檢測數(shù)據(jù)表明，其苯、甲苯、二甲苯產(chǎn)品的各項檢測發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)品的質(zhì)量基本均為合格。

2.2 檢測數(shù)據(jù)分析

在該企業(yè)質(zhì)量環(huán)保部采集其苯加氫廠進裝置粗苯原料數(shù)據(jù)，包括：原料總硫含量、原料中苯含量、原料中甲苯含量、原料中二甲苯含量。

在該企業(yè)苯加氫廠生產(chǎn)技術(shù)部門，分別采集當(dāng)日純苯產(chǎn)品、甲苯產(chǎn)品、二甲苯產(chǎn)品的產(chǎn)率并匯總。

本文數(shù)據(jù)分析均采用SPSS19.0軟件進行分析。首先通過繪制總硫含量與總液收率、苯產(chǎn)品收率、甲苯產(chǎn)品收率、二甲苯產(chǎn)品收率的散點圖(圖2-3、2-4、2-5、2-6)，通過散點圖可以直觀地顯示出它們的相關(guān)形式。

總硫含量-總液收率散點圖

總硫含量-苯產(chǎn)品收率散點圖

總硫含量-甲苯產(chǎn)品收率散點圖

總硫含量-二甲苯產(chǎn)品收率散點圖

從以上四個散點圖可以直觀的看出，原料中的總硫含量與甲苯產(chǎn)品的收率無明顯關(guān)系，但與總液收率、苯產(chǎn)品的收率、二甲苯產(chǎn)品的收率有一定的關(guān)系。

2.3 相關(guān)分析

為更進一步判斷原料中總硫含量與總液收率、苯產(chǎn)品的收率甲苯產(chǎn)品的收率、二甲苯產(chǎn)品的收率間的相關(guān)關(guān)系，測定其相關(guān)的密切程度本文采用SPSS軟件進行相關(guān)分析得到相關(guān)系數(shù)矩陣，如表所示。從表1中可以看出，原料中的總硫含量與產(chǎn)品總液收率、苯產(chǎn)品收率達到了極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.914**和-0.676**；與二甲苯產(chǎn)品收率達到了極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.836**；與甲苯產(chǎn)品收率相關(guān)系數(shù)為-0.181，無相關(guān)關(guān)系。

表1 總硫含量與總液收率及三苯產(chǎn)品收率相關(guān)分析矩陣

**.Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed)；*.Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).；a.Listwise N=47

2.4分析結(jié)論

根據(jù)以上相關(guān)分析的結(jié)果可知，原料中總硫含量與產(chǎn)品收率的關(guān)系密切：

(1)原料中的總硫含量與產(chǎn)品的收率有著高度的負(fù)相關(guān)性，尤其是總硫含量與總液收率有著高度的負(fù)相關(guān)，說明原料中總硫含量越高，總液收率越低。

(2)原料中的總硫含量與苯產(chǎn)品的收率相關(guān)系數(shù)的絕對值雖然沒有總液收率大，但是根據(jù)相關(guān)系數(shù)的定義，其負(fù)相關(guān)性也是顯著的，說明原料中的總硫含量越高，苯產(chǎn)品的收率也是降低的。

(3)原料中的總硫含量與二甲苯產(chǎn)品的收率為顯著的正相關(guān)，說明隨著原料中總硫含量的增加，二甲苯產(chǎn)品的收率有所提高。

3 結(jié)論

寧夏某企業(yè)苯加氫裝置生產(chǎn)工藝先進，產(chǎn)工藝控制條件穩(wěn)定，能源節(jié)約、循環(huán)利用且污染小，三苯產(chǎn)品質(zhì)量合格。但是，生產(chǎn)原料來源不穩(wěn)定且總硫含量太高，產(chǎn)能不夠，產(chǎn)品的收率也不穩(wěn)定。利用SPSS19.0軟件在對企業(yè)原料及產(chǎn)品相關(guān)檢測數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析得出原料總硫含量與總液收率、三苯產(chǎn)品收率的相關(guān)關(guān)系。

依據(jù)分析結(jié)果得出結(jié)論：在企業(yè)苯加氫工藝穩(wěn)定的情況下，對粗苯原料進行優(yōu)化控制，可以穩(wěn)定生產(chǎn)。降低粗苯原料中的總硫含量可以提高產(chǎn)品總液收率和苯產(chǎn)品的收率，雖然二甲苯產(chǎn)品的收率會有所下降，但因其含量少，只有3%～4%(苯產(chǎn)品為70%左右)，且市場價格較苯產(chǎn)品每噸低1000元左右。近年來，原料粗苯中硫含量呈現(xiàn)逐年增高的趨勢，這對后續(xù)的粗苯精制的穩(wěn)定性優(yōu)化操作都造成了一定的影響。因此，降低原料中的總硫含量可以使企業(yè)確保產(chǎn)品收率，減少能耗，增加收益，是一條可持續(xù)生產(chǎn)、環(huán)?？茖W(xué)的循環(huán)經(jīng)濟道路。