戊烷精分裝置生產工藝優化

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）

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

1 戊烷產品的用途

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

戊烷產品可以作為化工原料進行深加工，如異戊烷可以生產異戊二烯、異戊烯等，正戊烷制造正戊醇等；正戊烷和異戊烷混合，經過多種生產工序，可以得到戊醇；環戊烷作為化工原料，可以進行深加工得到氯代環戊烷等，具有廣泛的應用。

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，但其他副產品收率高于正戊烷。環戊烷由于開環難度較大，用其生產乙烯收率相對較低，但生產芳烴的效率較高。

戊烷還可以作為燃料，其作為燃料不會產生環境污染，且燃燒值高，價格相對較低，可以在一定程度上替代常規燃料。相較于天然氣和液化天然氣，依賴集氣管網或灌裝，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化來生產高辛烷值的輕汽油。在輕石腦油中，通過將正戊烷進行異構化得到異戊烷，可以提高其調和辛烷值，使得輕石腦油整體的調和辛烷值得到提升。由于輕汽油用途有限，對其進行異構化，提升其調和辛烷值，用作汽油油品，是一個較好的提升其市場前景的措施。

2 戊烷生產方法

戊烷生產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戊烷，在生產過程中，需要加入加氫催化劑，加氫能夠將碳五中烯烴變成烷烴，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，無需化學工藝，使用物理工藝即可分離，安全環保，沒有副作用。這種生產工藝不需要進行脫硫等流程，所以操作相對簡單，生產成本較低，優勢較大。這種生產方式的關鍵是選擇合適的輕烴原料，能夠生產出純度較高的戊烷產品。

以上兩種生產工藝對原料要求較高，當原料中含有硫等物質時，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 戊烷生產原料及工藝

石油化工企業根據生產需求，選擇合適的原料生產戊烷，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，生產成本較低。分離流程如圖1所示，原料依次經過三個塔，abcd對應的成分為碳四、異戊烷、正戊烷、碳六組分。原料首先經過脫重塔，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，且不同烴類物質存在一定物理性質差異，方便進行分餾分離。整個生產流程操作無需高壓，采用理想狀態下進行模擬，分析生產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，且在產品塔能夠得到純度較高的正戊烷、異戊烷，經濟效益較好。

表2 各塔分離效率分析

4 戊烷精餾工藝優化及節能

針對戊烷生產流程，可以進行優化，以降低操作溫度、提高戊烷分餾效率，達到節能的目的。

1）不改變工藝流程的節能優化技術

在節能方面，可以充分利用反應釜的余熱，提高能量利用率，還可以改進進料塔，用規整填料塔替換板式塔，提高進料效率。此外，還可以應用先進的控制技術來提高精餾效率。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。這種控制技術對于對產品純度要求不高的生產流程具有明顯優勢，同時這種控制技術要求生產過程中揮發度較低，可通過調節流量來提高產品的純度。②前饋控制，這種方式成本較低，特別是對于原料組分穩定，以及進料穩定的流程具有較大優勢。③采用集散控制系統，這種控制系統較為穩定，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，節能效果明顯。

2）改變工藝流程的節能優化技術

可以對分離塔塔序進行優化。分離塔順序直接影響分離效率，影響能耗。在具體設置中，通常在生產流程的末端設置最難分離的組分，難分離的組分對蒸汽需求量大，回流比大，如果設置在生產流程的前端，會浪費較多能量。如果對產品純度要求較高，應該設置在流程的末端，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，得到的產品成分純度更高，同時能耗也降低。

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

采用多股進料來降低能耗。對于生產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度較低的產品，能夠起到較好的分離效果。

通過提高生產過程中的熱能利用效率，達到節能效果。可以采取中間換熱的方式，不改變生產流程的熱負荷，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移，通過能量的轉移利用，可以減少能量損失，達到節能效果；可以使用熱耦精餾，達到節能效果。熱耦精餾需要使用特殊的精餾塔，這種精餾塔節能效果好，其組較為復雜，由主分餾塔和副分餾塔組成，結構較常規分餾塔復雜得多。熱耦精餾塔能量利用率較高，節能效果好，雖然分餾塔價格相對較高，但整體使用成本較低，總體經濟效益較好。另外有部分熱耦精餾塔，這種精餾塔生產流程分為主塔和側線塔，達到節能效果。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，塔頂的蒸汽可以再利用，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，通過優化分餾流程，將高壓塔設置在流程前端，通過壓力遞減，將高壓塔冷凝過程中產生的熱量用于低壓塔加熱能量，達到高效利用能量的目的，實現節能效果。

5 結束語

戊烷產品具有溫室效應小、安全環保等優勢，在制冷行業得到廣泛應用，其附加值高，生產高純度戊烷產品能夠提高市場競爭力。石油化工行業會產生大量輕烴類副產品，利用輕烴生產戊烷，具有較好的經濟效益。對于輕烴原料生產戊烷過程中存在能耗高、成本高等問題，需要不斷優化生產工藝，采用改進工藝設備及調控方式，提高戊烷產品收率、降低能耗，提高產品競爭力和經濟效益。