戊烷精分裝置生產(chǎn)工藝優(yōu)化

李宏洋

（大慶油田化工有限公司輕烴分餾分公司，黑龍江大慶 163000）

在石油化工生產(chǎn)中，有大量的副產(chǎn)物輕烴，這些輕烴以C3~C8烴類物質(zhì)為主，早期只把這些輕烴類物質(zhì)作為輕烴燃料使用，由于沒有進行深加工，輕烴的附加值沒有被發(fā)揮出來。隨著油氣資源深加工技術(shù)工藝不斷成熟，加之石油資源緊缺，輕烴物質(zhì)深加工日益成熟。在輕烴物質(zhì)中，碳五是一種重要的化工產(chǎn)品，其附加值較高，對碳五深加工可以生產(chǎn)出較多的高附加值的產(chǎn)品。碳五以正戊烷和環(huán)戊烷為主，由于二者沸點接近，對碳五進行深加工，生產(chǎn)高純度的戊烷產(chǎn)品對生產(chǎn)工藝及能耗要求較高。因此，加強對戊烷產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品純度，對于提升企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義。

1 戊烷產(chǎn)品的用途

戊烷產(chǎn)品具有無毒無害、溫室效應(yīng)低、安全環(huán)保等特點，在制冷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，可以作為聚苯乙烯或聚氨酯泡沫發(fā)泡劑使用。在聚苯乙烯發(fā)泡劑應(yīng)用方面，戊烷具有生氣量大、發(fā)泡效率高等優(yōu)點，并且形成的發(fā)泡塑料軟硬合適，成型效果好，作為包裝材料效果好。環(huán)戊烷與異戊烷混合制造聚氨酯泡沫塑料不僅生產(chǎn)成本較低，而且生產(chǎn)的泡沫密度較小，應(yīng)用較為普遍。

戊烷產(chǎn)品可以作為化工原料進行深加工，如異戊烷可以生產(chǎn)異戊二烯、異戊烯等，正戊烷制造正戊醇等；正戊烷和異戊烷混合，經(jīng)過多種生產(chǎn)工序，可以得到戊醇；環(huán)戊烷作為化工原料，可以進行深加工得到氯代環(huán)戊烷等，具有廣泛的應(yīng)用。

可以利用戊烷裂解得到乙烯，利用正戊烷裂解得到乙烯不僅收率較高，且生產(chǎn)效率較高。異戊烷裂解也可以得到乙烯，但相較于正戊烷，異戊烷裂解的收率明顯降低，但其他副產(chǎn)品收率高于正戊烷。環(huán)戊烷由于開環(huán)難度較大，用其生產(chǎn)乙烯收率相對較低，但生產(chǎn)芳烴的效率較高。

戊烷還可以作為燃料，其作為燃料不會產(chǎn)生環(huán)境污染，且燃燒值高，價格相對較低，可以在一定程度上替代常規(guī)燃料。相較于天然氣和液化天然氣，依賴集氣管網(wǎng)或灌裝，投資較大，且使用不方便的情況，使用戊烷燃氣投資較少，建站方便，在一定條件下是較為理想的選擇。

戊烷還可以通過異構(gòu)化來生產(chǎn)高辛烷值的輕汽油。在輕石腦油中，通過將正戊烷進行異構(gòu)化得到異戊烷，可以提高其調(diào)和辛烷值，使得輕石腦油整體的調(diào)和辛烷值得到提升。由于輕汽油用途有限，對其進行異構(gòu)化，提升其調(diào)和辛烷值，用作汽油油品，是一個較好的提升其市場前景的措施。

2 戊烷生產(chǎn)方法

戊烷生產(chǎn)最常見的方式有加氫工藝和精餾工藝。加氫工藝主要是使用裂解抽余碳五進行加氫來生產(chǎn)戊烷，在生產(chǎn)過程中，需要加入加氫催化劑，加氫能夠?qū)⑻嘉逯邢N變成烷烴，使碳五中的烷烴含量極大提高，可以達到98%，加氫處理后，得到高純度烷烴，然后再進行精細分餾，將碳五中正戊烷、異戊烷分離出來，得到高純度的戊烷產(chǎn)品。

戊烷精餾使用的原料多為輕烴，這種輕烴原料中硫和烯烴含量低，易于分餾。在戊烷分餾方面，正戊烷與異戊烷物理性質(zhì)存在差別，首先是二者沸點存在差別，沸點存在8.2℃的差別，采用分餾可以將二者分離。在分餾工藝方面，無需化學(xué)工藝，使用物理工藝即可分離，安全環(huán)保，沒有副作用。這種生產(chǎn)工藝不需要進行脫硫等流程，所以操作相對簡單，生產(chǎn)成本較低，優(yōu)勢較大。這種生產(chǎn)方式的關(guān)鍵是選擇合適的輕烴原料，能夠生產(chǎn)出純度較高的戊烷產(chǎn)品。

以上兩種生產(chǎn)工藝對原料要求較高，當(dāng)原料中含有硫等物質(zhì)時，需要通過加氫或者分餾前，對原料進行脫硫等操作，去除掉原料中的硫，提高原料的純度，達到進行分餾的要求。

3 戊烷生產(chǎn)原料及工藝

石油化工企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)需求，選擇合適的原料生產(chǎn)戊烷，如表1所示，選擇的輕烴原料中硫的含量較低，同時烯烴含量較低，原料中的異戊烷和正戊烷具有較高含量，其主要組成有正戊烷、異戊烷，碳四以下成分、碳六以上成分、二甲基二丁烯、二甲基一丁烯等。

表1 戊烷生產(chǎn)原料組分

以上輕烴原料中基本不含硫，烯烴成分含量也較低，可以對戊烷直接進行普通精餾。利用正戊烷與異戊烷沸點之間的差別（兩種成分沸點差別8.2℃），直接采用物理方法，工藝流程簡單，可以分餾得到純度超過95%的戊烷，生產(chǎn)過程為全物理過程，無毒副作用，也不需要對原料進行脫烯烴或者脫硫操作，生產(chǎn)成本較低。分離流程如圖1所示，原料依次經(jīng)過三個塔，abcd對應(yīng)的成分為碳四、異戊烷、正戊烷、碳六組分。原料首先經(jīng)過脫重塔，從塔底分離出原料中碳六成分，然后通過脫輕塔，從塔頂分離出碳四成分，最后原料進入產(chǎn)品塔，分別分離出正戊烷和異戊烷，得到的戊烷純度較高，可以達到95%以上。

圖1 戊烷分離流程圖

以上原料中不含烯烴及硫化物，組分主要為烴類物質(zhì)，且不同烴類物質(zhì)存在一定物理性質(zhì)差異，方便進行分餾分離。整個生產(chǎn)流程操作無需高壓，采用理想狀態(tài)下進行模擬，分析生產(chǎn)流程中各分離塔分離效率，如表2所示，由于操作壓力不高，分餾塔塔頂使用冷卻水降溫，分餾塔底使用蒸汽進行加熱，對蒸汽要求不高，整個生產(chǎn)流程都是在低壓條件下進行，操作成本較低，通過模擬分析，各塔分離效率較高，且在產(chǎn)品塔能夠得到純度較高的正戊烷、異戊烷，經(jīng)濟效益較好。

表2 各塔分離效率分析

4 戊烷精餾工藝優(yōu)化及節(jié)能

針對戊烷生產(chǎn)流程，可以進行優(yōu)化，以降低操作溫度、提高戊烷分餾效率，達到節(jié)能的目的。

1）不改變工藝流程的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)

在節(jié)能方面，可以充分利用反應(yīng)釜的余熱，提高能量利用率，還可以改進進料塔，用規(guī)整填料塔替換板式塔，提高進料效率。此外，還可以應(yīng)用先進的控制技術(shù)來提高精餾效率。可以通過以下幾種方式來提高精餾效率：①加強物料平衡的控制。這種控制技術(shù)對于對產(chǎn)品純度要求不高的生產(chǎn)流程具有明顯優(yōu)勢，同時這種控制技術(shù)要求生產(chǎn)過程中揮發(fā)度較低，可通過調(diào)節(jié)流量來提高產(chǎn)品的純度。②前饋控制，這種方式成本較低，特別是對于原料組分穩(wěn)定，以及進料穩(wěn)定的流程具有較大優(yōu)勢。③采用集散控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)較為穩(wěn)定，且能夠精確控制各個流程，在一定程度上能夠降低回流比裕量，節(jié)能效果明顯。

2）改變工藝流程的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)

可以對分離塔塔序進行優(yōu)化。分離塔順序直接影響分離效率，影響能耗。在具體設(shè)置中，通常在生產(chǎn)流程的末端設(shè)置最難分離的組分，難分離的組分對蒸汽需求量大，回流比大，如果設(shè)置在生產(chǎn)流程的前端，會浪費較多能量。如果對產(chǎn)品純度要求較高，應(yīng)該設(shè)置在流程的末端，前面的流程中分離出較多的其他組分，剩余組分較少，末端分離難度降低，得到的產(chǎn)品成分純度更高，同時能耗也降低。

可以通過增加塔側(cè)線來節(jié)能。對于一些特殊情況，可以通過增加塔側(cè)線來優(yōu)化工藝流程。如生產(chǎn)流程要生產(chǎn)3種或更多的產(chǎn)品，并且對產(chǎn)品的純度和收率要求不高，這種情況可以通過增加塔側(cè)線來提高生產(chǎn)效率。此外，對于原料中含有較多雜質(zhì)，且雜質(zhì)成分相差較大，也可以通過增加塔側(cè)線來提高效率。

采用多股進料來降低能耗。對于生產(chǎn)流程中需要兩種或多種原料，可以進行多股進料，來減小損失，降低回流比，提高節(jié)能效果。可以采取共沸精餾或者萃取精餾，這種分餾方式對于揮發(fā)度較低的產(chǎn)品，能夠起到較好的分離效果。

通過提高生產(chǎn)過程中的熱能利用效率，達到節(jié)能效果?？梢圆扇≈虚g換熱的方式，不改變生產(chǎn)流程的熱負荷，合理分配能量，通常將能量分配到流程中間的分餾塔。要達到這種效果，需要使用中間再沸塔，可以把前面分餾塔塔底的能量利用到中部分餾塔，還可以使用中間冷凝器，將分餾塔頂部冷凝的負荷進行轉(zhuǎn)移，通過能量的轉(zhuǎn)移利用，可以減少能量損失，達到節(jié)能效果；可以使用熱耦精餾，達到節(jié)能效果。熱耦精餾需要使用特殊的精餾塔，這種精餾塔節(jié)能效果好，其組較為復(fù)雜，由主分餾塔和副分餾塔組成，結(jié)構(gòu)較常規(guī)分餾塔復(fù)雜得多。熱耦精餾塔能量利用率較高，節(jié)能效果好，雖然分餾塔價格相對較高，但整體使用成本較低，總體經(jīng)濟效益較好。另外有部分熱耦精餾塔，這種精餾塔生產(chǎn)流程分為主塔和側(cè)線塔，達到節(jié)能效果。差壓熱耦合精餾。差壓熱耦精餾塔由兩部分組成，這兩部分存在壓差，在高壓部分，塔頂?shù)恼羝梢栽倮?，作為低壓部分塔底的熱能使用，通過充分利用熱能，達到提高能量利用的目的；最后，可以采用多效精餾達到節(jié)能效果。這種分餾方式適用于原料中有多種混合物，在分離過程中，通過優(yōu)化分餾流程，將高壓塔設(shè)置在流程前端，通過壓力遞減，將高壓塔冷凝過程中產(chǎn)生的熱量用于低壓塔加熱能量，達到高效利用能量的目的，實現(xiàn)節(jié)能效果。

5 結(jié)束語

戊烷產(chǎn)品具有溫室效應(yīng)小、安全環(huán)保等優(yōu)勢，在制冷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，其附加值高，生產(chǎn)高純度戊烷產(chǎn)品能夠提高市場競爭力。石油化工行業(yè)會產(chǎn)生大量輕烴類副產(chǎn)品，利用輕烴生產(chǎn)戊烷，具有較好的經(jīng)濟效益。對于輕烴原料生產(chǎn)戊烷過程中存在能耗高、成本高等問題，需要不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，采用改進工藝設(shè)備及調(diào)控方式，提高戊烷產(chǎn)品收率、降低能耗，提高產(chǎn)品競爭力和經(jīng)濟效益。