焦化粗苯精餾工藝的優化設計

段俊星

（山西焦煤山西焦化苯精制廠，山西 洪洞 041600）

0 引言

煉焦為煤炭深加工的一種方式，在煉焦過程中會或多或少地產生副產品，對副產品的回收再利用不僅是對資源的充分利用，而且還能夠減少對環境的污染。粗苯作為煤焦化過程中的副產品之一，其是焦爐煤氣通過洗苯和蒸餾回收的產品，為得到高質量的粗苯產品，需要配套相應的精餾工藝[1-2]。對于當前焦化粗苯的精餾工藝存在能耗高、產品質量純度不高的問題，本文將結合實踐生產和理論模擬分析軟件對焦化粗苯的精餾工藝進行優化設計。具體闡述如下。

1 焦化粗苯精餾工藝概述

目前，焦化粗苯精餾萃取工藝包括有酸洗法、萃取法和加氫法。其中，酸洗法主要采用酸堿法和蒸餾法獲取苯、甲苯等產品，該種工藝具有操作簡單、成本低的優勢；但是，該種工藝還存在產品回收率低、產品質量差的問題。萃取法的核心技術為萃取蒸餾技術，該種工藝具有成本低和產品質量好的優勢；不足的問題是基于該種工藝所獲取的甲苯、二甲苯的產品含有大量的硫氮[3]。基于加氫法精制焦化粗苯對環境污染小且產品質量好，但是該種工藝存在成本高且對設備要求高的問題。

綜合分析當前可采用的焦化粗苯精餾工藝的優劣勢，酸洗法和萃取法由于產品結構單一、成本高等問題已經逐步被淘汰，未來粗苯加氫精制工藝為主流發展趨勢。因此，本文重點基于加氫法對焦化粗苯精餾工藝進行優化設計展開研究。

基于加氫法的焦化粗苯精餾工藝流程如圖1所示。

圖1 基于加氫法的焦化粗苯精餾工藝流程圖

一般情況下，加氫法的焦化粗苯精餾工藝操作條件為：將操作過程中的預反應器的溫度設定至180～200 ℃之間，將操作壓力設定為3.2 MPa，將主反應器的溫度設定為320～350 ℃之間，對應的操作壓力為3.5 MPa。

2 焦化粗苯精餾工藝模型的搭建及驗證

本文所研究的焦化粗苯精餾工藝所采用的原料為全餾分粗苯，對應的產品種類包括有甲苯、重芳烴和化工輕油。從整體來講，焦化粗苯精餾裝置主要分為粗苯加氫和萃取精餾兩個部分。

其中，粗苯加氫工序的主要作用是將全餾分粗苯中的硫、氮、氧等雜物去除，為后續保證產品的質量和純度奠定基礎；從反應種類可分為加氫脫硫反應、加氫脫氮反應、加氫脫氧反應、烯烴飽和反應以及輕度的加氫裂化反應。萃取精餾工序的主要作用是獲取更高純度的甲苯和苯，具體包括有預精餾系統、萃取精餾系統和苯甲苯分離系統[4]。本小節將基于Aspen Plus模擬軟件構建萃取精餾工序的模型，并對模型進行驗證，為后續工藝參數的優化設計奠定基礎。

2.1 流程構建

以萃取精餾工序中的萃取精餾系統為例，該系統的工藝流程如圖2 所示。

圖2 萃取精餾系統工藝流程圖

根據圖2 所示的萃取精餾系統的工藝流程圖，基于Aspen Plus 模擬軟件所建立的該系統的模擬流程如圖3 所示。

圖3 萃取精餾系統的模擬流程圖

2.2 流程的驗證

結合實踐生產對圖3 中的模擬流程參數進行設置，包括T1202 和T1203 的進料組分、進料量、回流比、塔頂壓力等[5]。基于上述參數設置結果對T1202和T1203 兩個塔運行參數進行模擬并與實際運行數據進行對比。以T1203 為例，通過模擬所得的運行數據與實際運行數據的對比結果如表1 所示。

表1 T1203 塔模擬運行數據與實際運行數據的對比

對比表1 中的數據可知，基于所構建的模型模擬分析的運行數據與其實際運行數據幾乎一致，說明所構建的萃取精餾系統模型能夠真實反應實際生產的情況。同理，對所構建的預精餾系統和苯甲苯分離系統的準確性進行驗證，最終所得的全系統流程模型如圖4 所示。

圖4 焦化粗苯精餾萃取模擬流程

3 焦化粗苯精餾工藝的優化

本小節在上述模擬流程構建的基礎上對T1204萃取精餾塔的操作參數進行優化，重點包括進料位置、溶劑比、塔頂壓力以及回流比等。焦化粗苯精餾的最終目的是將其中的芳烴和非芳烴分離開來，在實際分離過程中發現，非芳烴中的環己烷和甲基環己烷最難分離從而導致其引入純苯中，最終影響苯產品的質量[5]。結合相關要求，苯中環己烷和甲基環己烷的質量分數要低于0.040 0%。因此，為了保證苯產品的純度要求T1204 萃取精餾塔中環己烷和甲基環己烷的出料量低于2.2 kg/h。以進料位置為例，不同進料位置對應的1204 精餾塔環己烷和甲基環己烷的出料量模擬結果如圖5 所示。

圖5 不同進料位置對應甲基環己烷和環己烷的出料量

如圖5-1 所示，隨著進料位置的下移，T1204 萃取精餾塔甲基環己烷的出料量呈現為先減小后增大的變化趨勢，且進料位置在23 時對應的甲基環己烷的出料量最低。如圖5-2 所示，隨著進料位置的下移，T1204 萃取精餾塔環己烷的出料量呈現為逐漸增大的變化趨勢；而且，當進料位置在17～37 的范圍之內時環己烷出料量增長速度緩慢，當進料位置在39 以上的范圍時環己烷出料增長速度明顯增加。因此，綜合圖5 中的模擬仿真結果，最終將T1204 萃取精餾塔的最佳進料位置確定為第23 塊板，對應的環己烷和甲基環己烷的出料量最少，僅為0.12 kg/h。

同理，對T1204 萃取精餾塔的其余操作參數進行優化。其中，優化后的溶劑比為5.29；塔頂壓力為135 kPa，回流比為1.2。

4 結語

粗苯為煤炭煉焦過程中不可避免的副產品之一，對粗苯產品的再回收利用可以實現資源的重復利用，同時減少其對環境的污染。對于粗苯產品而言，需要采取一定的萃取精餾手段以獲得高純度的苯、甲苯等產品。本文重點針對焦化粗苯的萃取精餾工藝的操作參數進行優化。具體總結如下：

1）目前，基于加氫法對焦化粗苯產品進行萃取精餾主要存在的問題為產品純度不高、能耗高。

2）基于模擬仿真分析，結合相關要求苯中環己烷和甲基環己烷質量分數低于0.040 0%的要求對T1204 塔的操作參數進行優化，最終優化結果為：溶劑比為5.29，塔頂壓力為135 kPa，回流比為1.2，進料位置為23。實踐表明，優化后的操作參數每年可直接節約成本31.2 萬元。