苯的抽提蒸餾工藝及其應用

李麗芳(安陽市藍海安全工程師事務所有限公司，河南 安陽 455000)

0 引言

苯作為一種碳氫化合物，其在常溫下為具有芳香氣味的無色透明液體，其熔點為5.5 ℃，沸點為80.1 ℃[1]。苯作為一種重要的化工原料，其產能與生產技術水平可以體現整個國家的石化發展水平[2]。自19世紀起苯就作為工業溶劑來進行使用，其在金屬脫脂等過程中的應用有著悠久的歷史，但由于苯及其芳烴產品有毒且氣味較大，因此目前已不再被使用到與人類身體有直接接觸的生產過程中。

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50年代含鉛汽油出現之前都是采用苯來作為汽油的抗爆劑[3]。近年來隨著含鉛汽油的強制取消，苯類調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，會對人類身體健康造成危害，如果發生泄漏也會影響地下水的水質，所以新的燃油標準已經明確限制汽油中苯含量不可以超過1%。

芳香族的苯環與非芳烴成分混合在一起會形成共沸物，因此需要對其進行提純，當前世界上工業化應用的抽提技術主要有液-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，當原料中芳烴含量超過70%時采用液-液抽提工藝更為合適；當原料中苯及芳烴含量超過80%時也可采用抽提蒸餾工藝。苯產品的開發技術多種多樣，本文通過對苯產品開發技術及其中的苯抽提蒸餾技術(SED)進行介紹，并就SED工藝技術的應用進行探索，以期為相關從業人員提供參考。

1 苯產品開發技術及SED工藝技術概況

1.1 苯產品開發技術

目前國內外比較普遍使用的芳烴抽提技術通常包含以下三種：一是苯抽提蒸餾技術(SED)；二是單溶劑抽提蒸餾技術；三是環丁砜液-液抽提技術。其中，環丁砜液-液抽提技術應用得最為廣泛，其次是苯抽提蒸餾技術(SED)，單溶劑抽提蒸餾技術應用得已經比較少。

目前我國苯產品生產使用的芳烴抽提工藝大多采用環丁砜技術，早期的裝置大多采引進的UOP技術，隨著國內技術的發展已有超過20套設備實現了國產化，主要應用的是環丁砜以及苯抽提蒸餾技術(SED)，具體情況如表1所示。

表1 國內苯產品開發技術應用情況

1.2 SED工藝技術的工藝流程

SED工藝技術流程如圖1所示，其主要包含四個工序：一是預分餾工序；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工藝技術的原料是來自前述工段的脫戊烷油，該原料通過換熱器換熱達到一定溫度后進入預分餾工序，經過預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；塔頂得到的C6餾分經過換熱器進行換熱達到一定溫度后進行抽提蒸餾工序，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入下一工序，經過溶劑回收塔的溶劑回收后對溶劑進行減壓，在塔頂得到苯的粗產品，粗產品進入后續的白土塔后處理工序進行后處理，得到苯產品。

圖1 SED工藝流程

1.3 SED工藝技術的技術特點

以140 kt/a的重整汽油C6餾分分離苯項目的運行為基準，對三種不同工藝技術的工藝流程及經濟指標進行比較，結果如表2所示。可知：(1)從設備數量上來講，采用SED技術或者單溶劑抽提蒸餾技術與采用液-液抽提技術進行比較，可以少用4臺設備，設備總數量可以減少16臺左右，從設備投資角度來講可以節省建設投資費用約2 000萬元；(2)從能源消耗角度來講，SED技術和單溶劑抽提蒸餾技術兩者比較接近，這兩者與采用液-液抽提技術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用；(3)從最終產品的品質以及收率上來講，采用三種工藝技術所生產的最終產品均能達到國家優級品的要求，但仔細比較后可以發現采用單溶劑抽提蒸餾技術所得到的苯要更少一些，也就是苯的收率要相對低一些，而采用SED技術與液-液抽提技術的苯的收率相對更高，且所得到的非芳烴產品能夠滿足生產6#溶劑油的使用要求。

表2 3種技術的經濟指標對比

從比較可以看出在這3種技術中，SED技術的工藝流程相對更為簡單而且操作更加簡便，前期及運行過程中投資更少，能耗更低，苯的收率更高，是一種更為合適的工藝技術。

2 SED工藝技術的應用探索

從2019年12月至2021年2月底，共處理原料124 629 t，生產苯及抽余油34 498 t和89 201 t，裝置平均負荷為67.0%。將裝置的運行過程根據時間分為兩個階段：其中第一階段統計從開工到2020年6月的數據，第二階段統計從2020年7月到2021年2月的數據，在這個時間段內對該套裝置進行了標定，對三個過程的運行情況分別進行總結。

2.1 裝置在第一階段的運行情況匯總

裝置在第一階段運行后對整體數據進行分析發現，在這一階段中裝置的運行基本比較穩定，其所生產苯產品的質量均能滿足技術要求，但從整體情況來看這一階段裝置是在接近設計下限的負荷下運行。

該套裝置在這一階段的運行過程中主要出現了兩個問題：一是設備問題，主要是塔釜的再沸器在該階段的運行過程中出現異常的狀況；二是產品問題，主要表現為非芳烴產品中的苯含量相對較高，造成苯的收率相對較低。

這套裝置在這一階段的運行過程中其回收塔的塔底再沸器出現了異常，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，另一方面也可能與再沸器的阻力偏大有關。在裝置的運行過程中為了保證溶劑的操作溫度不能高于185 ℃，在裝置運行時需要將塔釜的溫度控制在160 ℃左右，該過程會造成溶劑中富含苯。在這種情況下，及時補充溶劑可以對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行情況匯總

該套裝置在第二階段運行后，檢修后的苯產品質量均能滿足技術要求，苯的純度高于99.68%，結晶點除個別點外，基本介于5.37～5.47 ℃之間，非芳烴產品中苯的含量基本小于1%。

2.3 該裝置的考核標定

為全面考察該裝置的各項技術指標，在2020年8月30日到9月1日期間對該裝置進行了兩天的標定，從標定結果來看裝置運行穩定，產品可以滿足技術要求。其中苯產品的質量指標可以達到優級品的要求，純度達到99.97%，非芳烴質量分數為0.03%，結晶點為5.42 ℃，在常溫下的密度為0.877 g/cm3，硫的質量分數不高于1 mg/kg。非芳烴產品中苯含量不高于500 μg/g，均能滿足設計要求，非芳烴的質量分數為99.97%，苯質量分數為0.03%，助劑質量分數不高于0.01%，苯產品的收率高于99.15%。

2.4 裝置能耗

在實際運行過程中該裝置無法單獨計算水電消耗，因此只能計算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計值相對而言比較接近，本次標定的蒸汽耗量為10.08 t/h，單耗為0.559 t，這兩項指標均能滿足設計要求。

表3 裝置能耗

2.5 存在的問題

(1)該裝置運行時試用的蒸汽來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變化時會導致該套裝置的塔底液面以及溫度等參數出現變化，如果壓力等無法快速地恢復原有值，可能會影響苯產品的質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定的系統蒸汽管網上，盡量降低蒸汽壓力變化帶來的不利影響。

(2)該裝置在對非芳烴進行外送時采用一臺泵抽力不夠，需要開啟兩臺泵，因此從設備上來講需要再增設一臺泵。

3 結語

通過對苯產品開發技術及其中的SED工藝技術進行介紹，并就SED工藝技術的應用進行探索。結果表明，SED工藝技術的工藝過程合理、便于操作且采用該工藝可生產出滿足技術要求的合格產品，整體具有投資小、能耗低以及收率高等優點，SED工藝技術是一種更為理想的苯抽提蒸餾技術。