苯的抽提蒸餾工藝及其應(yīng)用

李麗芳(安陽(yáng)市藍(lán)海安全工程師事務(wù)所有限公司，河南 安陽(yáng) 455000)

0 引言

苯作為一種碳?xì)浠衔铮湓诔叵聻榫哂蟹枷銡馕兜臒o(wú)色透明液體，其熔點(diǎn)為5.5 ℃，沸點(diǎn)為80.1 ℃[1]。苯作為一種重要的化工原料，其產(chǎn)能與生產(chǎn)技術(shù)水平可以體現(xiàn)整個(gè)國(guó)家的石化發(fā)展水平[2]。自19世紀(jì)起苯就作為工業(yè)溶劑來(lái)進(jìn)行使用，其在金屬脫脂等過(guò)程中的應(yīng)用有著悠久的歷史，但由于苯及其芳烴產(chǎn)品有毒且氣味較大，因此目前已不再被使用到與人類身體有直接接觸的生產(chǎn)過(guò)程中。

此外苯還是一種很好的抗爆組分，其可添加到汽油中提高汽油的辛烷值，由此改善汽油的抗爆性能，在19世紀(jì)50年代含鉛汽油出現(xiàn)之前都是采用苯來(lái)作為汽油的抗爆劑[3]。近年來(lái)隨著含鉛汽油的強(qiáng)制取消，苯類調(diào)和組分被重新用于汽油的抗爆組分中，但由于苯具有一定的毒性，會(huì)對(duì)人類身體健康造成危害，如果發(fā)生泄漏也會(huì)影響地下水的水質(zhì)，所以新的燃油標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)明確限制汽油中苯含量不可以超過(guò)1%。

芳香族的苯環(huán)與非芳烴成分混合在一起會(huì)形成共沸物，因此需要對(duì)其進(jìn)行提純，當(dāng)前世界上工業(yè)化應(yīng)用的抽提技術(shù)主要有液-液抽提法、抽提蒸餾法以及吸附分離法等三類。吸附分離法主要應(yīng)用在C8混合芳烴的分離中；液-液抽提法以及抽提蒸餾法可以用于苯、甲苯等的分離。不同原料可以選擇不同的工藝，當(dāng)原料中芳烴含量超過(guò)70%時(shí)采用液-液抽提工藝更為合適；當(dāng)原料中苯及芳烴含量超過(guò)80%時(shí)也可采用抽提蒸餾工藝。苯產(chǎn)品的開發(fā)技術(shù)多種多樣，本文通過(guò)對(duì)苯產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)及其中的苯抽提蒸餾技術(shù)(SED)進(jìn)行介紹，并就SED工藝技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探索，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

1 苯產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)及SED工藝技術(shù)概況

1.1 苯產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外比較普遍使用的芳烴抽提技術(shù)通常包含以下三種：一是苯抽提蒸餾技術(shù)(SED)；二是單溶劑抽提蒸餾技術(shù)；三是環(huán)丁砜液-液抽提技術(shù)。其中，環(huán)丁砜液-液抽提技術(shù)應(yīng)用得最為廣泛，其次是苯抽提蒸餾技術(shù)(SED)，單溶劑抽提蒸餾技術(shù)應(yīng)用得已經(jīng)比較少。

目前我國(guó)苯產(chǎn)品生產(chǎn)使用的芳烴抽提工藝大多采用環(huán)丁砜技術(shù)，早期的裝置大多采引進(jìn)的UOP技術(shù)，隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的發(fā)展已有超過(guò)20套設(shè)備實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，主要應(yīng)用的是環(huán)丁砜以及苯抽提蒸餾技術(shù)(SED)，具體情況如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)苯產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)應(yīng)用情況

1.2 SED工藝技術(shù)的工藝流程

SED工藝技術(shù)流程如圖1所示，其主要包含四個(gè)工序：一是預(yù)分餾工序；二是抽提蒸餾工序；三是溶劑回收工序；四是白土塔后處理工序。SED工藝技術(shù)的原料是來(lái)自前述工段的脫戊烷油，該原料通過(guò)換熱器換熱達(dá)到一定溫度后進(jìn)入預(yù)分餾工序，經(jīng)過(guò)預(yù)分餾塔的處理后在頂部得到C6輕組分，在底部得到汽油組分；塔頂?shù)玫降腃6餾分經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行換熱達(dá)到一定溫度后進(jìn)行抽提蒸餾工序，該工序后在頂部得到非芳烴，在底部得到富含苯的溶劑；隨后富含苯的溶劑進(jìn)入下一工序，經(jīng)過(guò)溶劑回收塔的溶劑回收后對(duì)溶劑進(jìn)行減壓，在塔頂?shù)玫奖降拇之a(chǎn)品，粗產(chǎn)品進(jìn)入后續(xù)的白土塔后處理工序進(jìn)行后處理，得到苯產(chǎn)品。

圖1 SED工藝流程

1.3 SED工藝技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)

以140 kt/a的重整汽油C6餾分分離苯項(xiàng)目的運(yùn)行為基準(zhǔn)，對(duì)三種不同工藝技術(shù)的工藝流程及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)果如表2所示?？芍?1)從設(shè)備數(shù)量上來(lái)講，采用SED技術(shù)或者單溶劑抽提蒸餾技術(shù)與采用液-液抽提技術(shù)進(jìn)行比較，可以少用4臺(tái)設(shè)備，設(shè)備總數(shù)量可以減少16臺(tái)左右，從設(shè)備投資角度來(lái)講可以節(jié)省建設(shè)投資費(fèi)用約2 000萬(wàn)元；(2)從能源消耗角度來(lái)講，SED技術(shù)和單溶劑抽提蒸餾技術(shù)兩者比較接近，這兩者與采用液-液抽提技術(shù)相比其能源消耗要更少一些，其中蒸汽的消耗量可以減少約25%，這可以顯著地減少能耗費(fèi)用；(3)從最終產(chǎn)品的品質(zhì)以及收率上來(lái)講，采用三種工藝技術(shù)所生產(chǎn)的最終產(chǎn)品均能達(dá)到國(guó)家優(yōu)級(jí)品的要求，但仔細(xì)比較后可以發(fā)現(xiàn)采用單溶劑抽提蒸餾技術(shù)所得到的苯要更少一些，也就是苯的收率要相對(duì)低一些，而采用SED技術(shù)與液-液抽提技術(shù)的苯的收率相對(duì)更高，且所得到的非芳烴產(chǎn)品能夠滿足生產(chǎn)6#溶劑油的使用要求。

表2 3種技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

從比較可以看出在這3種技術(shù)中，SED技術(shù)的工藝流程相對(duì)更為簡(jiǎn)單而且操作更加簡(jiǎn)便，前期及運(yùn)行過(guò)程中投資更少，能耗更低，苯的收率更高，是一種更為合適的工藝技術(shù)。

2 SED工藝技術(shù)的應(yīng)用探索

從2019年12月至2021年2月底，共處理原料124 629 t，生產(chǎn)苯及抽余油34 498 t和89 201 t，裝置平均負(fù)荷為67.0%。將裝置的運(yùn)行過(guò)程根據(jù)時(shí)間分為兩個(gè)階段：其中第一階段統(tǒng)計(jì)從開工到2020年6月的數(shù)據(jù)，第二階段統(tǒng)計(jì)從2020年7月到2021年2月的數(shù)據(jù)，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)該套裝置進(jìn)行了標(biāo)定，對(duì)三個(gè)過(guò)程的運(yùn)行情況分別進(jìn)行總結(jié)。

2.1 裝置在第一階段的運(yùn)行情況匯總

裝置在第一階段運(yùn)行后對(duì)整體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在這一階段中裝置的運(yùn)行基本比較穩(wěn)定，其所生產(chǎn)苯產(chǎn)品的質(zhì)量均能滿足技術(shù)要求，但從整體情況來(lái)看這一階段裝置是在接近設(shè)計(jì)下限的負(fù)荷下運(yùn)行。

該套裝置在這一階段的運(yùn)行過(guò)程中主要出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題：一是設(shè)備問(wèn)題，主要是塔釜的再沸器在該階段的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常的狀況；二是產(chǎn)品問(wèn)題，主要表現(xiàn)為非芳烴產(chǎn)品中的苯含量相對(duì)較高，造成苯的收率相對(duì)較低。

這套裝置在這一階段的運(yùn)行過(guò)程中其回收塔的塔底再沸器出現(xiàn)了異常，異常情況主要是上出口的溫度比塔底的溫度高了18 ℃左右，這一方面可能與回收塔的塔釜隔板滲漏有關(guān)，另一方面也可能與再沸器的阻力偏大有關(guān)。在裝置的運(yùn)行過(guò)程中為了保證溶劑的操作溫度不能高于185 ℃，在裝置運(yùn)行時(shí)需要將塔釜的溫度控制在160 ℃左右，該過(guò)程會(huì)造成溶劑中富含苯。在這種情況下，及時(shí)補(bǔ)充溶劑可以對(duì)該情況起到一定的改善作用，但是改善效果比較有限。

2.2 裝置在第二階段的運(yùn)行情況匯總

該套裝置在第二階段運(yùn)行后，檢修后的苯產(chǎn)品質(zhì)量均能滿足技術(shù)要求，苯的純度高于99.68%，結(jié)晶點(diǎn)除個(gè)別點(diǎn)外，基本介于5.37～5.47 ℃之間，非芳烴產(chǎn)品中苯的含量基本小于1%。

2.3 該裝置的考核標(biāo)定

為全面考察該裝置的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，在2020年8月30日到9月1日期間對(duì)該裝置進(jìn)行了兩天的標(biāo)定，從標(biāo)定結(jié)果來(lái)看裝置運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品可以滿足技術(shù)要求。其中苯產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)可以達(dá)到優(yōu)級(jí)品的要求，純度達(dá)到99.97%，非芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%，結(jié)晶點(diǎn)為5.42 ℃，在常溫下的密度為0.877 g/cm3，硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于1 mg/kg。非芳烴產(chǎn)品中苯含量不高于500 μg/g，均能滿足設(shè)計(jì)要求，非芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.97%，苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%，助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.01%，苯產(chǎn)品的收率高于99.15%。

2.4 裝置能耗

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中該裝置無(wú)法單獨(dú)計(jì)算水電消耗，因此只能計(jì)算2.0 MPa的蒸汽消耗，其具體情況如表3所示。可以看出該裝置的蒸汽能耗量與設(shè)計(jì)值相對(duì)而言比較接近，本次標(biāo)定的蒸汽耗量為10.08 t/h，單耗為0.559 t，這兩項(xiàng)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

表3 裝置能耗

2.5 存在的問(wèn)題

(1)該裝置運(yùn)行時(shí)試用的蒸汽來(lái)源于催化車間形成的3.5 MPa的蒸汽，催化車間的蒸汽壓力出現(xiàn)變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致該套裝置的塔底液面以及溫度等參數(shù)出現(xiàn)變化，如果壓力等無(wú)法快速地恢復(fù)原有值，可能會(huì)影響苯產(chǎn)品的質(zhì)量以及非芳烴中的苯含量。因此最好將蒸汽管道直接連接在穩(wěn)定的系統(tǒng)蒸汽管網(wǎng)上，盡量降低蒸汽壓力變化帶來(lái)的不利影響。

(2)該裝置在對(duì)非芳烴進(jìn)行外送時(shí)采用一臺(tái)泵抽力不夠，需要開啟兩臺(tái)泵，因此從設(shè)備上來(lái)講需要再增設(shè)一臺(tái)泵。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)苯產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)及其中的SED工藝技術(shù)進(jìn)行介紹，并就SED工藝技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探索。結(jié)果表明，SED工藝技術(shù)的工藝過(guò)程合理、便于操作且采用該工藝可生產(chǎn)出滿足技術(shù)要求的合格產(chǎn)品，整體具有投資小、能耗低以及收率高等優(yōu)點(diǎn)，SED工藝技術(shù)是一種更為理想的苯抽提蒸餾技術(shù)。