關于對二甲苯吸附分離工藝改進的相關研究

馬小坤

摘要：本文主要是關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以及空體積的比例和床層總數對吸附能力的作用。

關鍵詞：對二甲苯;吸附分離工藝

C8芳烴各異構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）就是其關鍵的產物。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研究院對芳烴吸附分離技術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年研發出了分離對二甲苯的模擬移動床吸附分離成套技術，并有了很大的進步。由于芳烴技術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雜，在試驗方面具有很大的限制。如今要求模擬的過程應迅速、便捷，因此對工藝的改進研究變得更加主要。Minceva與Rodrigues將工業PX模擬移動床吸附分離設備作為研究的對象，對真實移動床（TMB）與模擬移動床（SMB）進行了比較，發現這兩種方法對模擬移動床設備的穩定性方面非常的相近。

一、模型的建設

模擬移動床（SMB）吸附分離PX的流程為：隨吸附劑床層的內液流向，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、區域配置優化研究

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化

對吸附和提純模塊的優化措施主要是調整吸附和提純模塊的床層數來探究這2個功能模塊的床層數最優化。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比率處于0.3～1.0之間并符合限定條件的要求。結果顯示吸附和提純模塊床層數比介于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，如果偏離此區間越遠，其操作區間就越小。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化

1.脫附模塊的優化，就是對固定緩沖模塊床層數及吸附塔床層總數的優化。把吸附和提純模塊的床層數比調整到0.6，探究脫附和提純模塊床層數比率對SMB解吸劑循環量和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，解吸劑循環量就會下降，PX的收率減少。如果將脫附和提純模塊床層數比調到超過0.5時，其收率的下降速度就變大，解吸劑循環量嚴重變小，所以此比率最佳。2.緩沖模塊的優化。緩沖模塊是抑制吸附區的EB、MX以及OX等雜質進入到脫附模塊，而影響抽出液和PX的純度。緩沖模塊占總床層數的比值會影響雜質進入而引起解吸劑循環量的變化。得出：當緩沖區比低于8.5%時，解吸劑循環量提高程度變大，當緩沖模塊比超過13%時，持續提高緩沖區的比對解吸劑循環量的影響不大，因此緩沖區合適比率應為8.5%～13%。

三、床層數的優化

（一）總床層數的影響

總床層數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的比率，限定條件為PX純度（99.80%），探究吸附塔床層數在8～24時對SMB當中PX收率的影響。根據2種不同的模塊來配比，第一種為總床層數24，脫附、提純、吸附和緩沖模塊的床層數分別是5-10-6-3，當總床層數變少時，每個模塊的床層數比率就會改變。第二種為總床層數24，每個模塊床層數分別是5-9-7-3，當總床層數變少，各模塊的比率也跟著變化。根據這兩種配置結果顯示：當床層總數增加時，過程分離效率會加大，并且產品收率會提高，當床層數超過15時，收率提高程度不大。當床層數較少時 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，床層間還應布置物流收集、混合、分配的內構件，就會增加床層的空體積。探究內構件和床層總體積的比率對SMB過程的影響，得出：隨著內構件的增加，SMB過程的PX收率會變低。當內構件空體積比變大時，就表示吸附塔的空體積變大，就需增加吸附塔流體循環量來確保其的脫附和提純。

（三）方案改進的比較研究

根據實驗的結果：床層總數最佳為15～16，將優化方案和目前24床層技術相比，發現：總床層數15（3-6-4-2）的方案1收率減少了1.65百分點。總床層數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，發現每增加1個床層，收率就會增加1.04百分點，所以將改進的方案應定為方案2。

四、總結

根據實驗的結果顯示吸附、脫附和提純模塊床層數的合適比率應為0.5～0.7和0.4～0.5。緩沖模塊占總床層數的比應是8.5%～13%。按照研究結果對工藝改進的方案應為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）