粗苯加氫萃取精餾工藝的優(yōu)化

段俊星

（山西焦煤山西焦化苯精制廠，山西 臨汾 041600）

0 引言

目前，煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，而且在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭的應(yīng)用依然火熱。煉焦是對(duì)煤炭進(jìn)行處理的技術(shù)之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)每年煉焦量約3 億t，對(duì)應(yīng)生產(chǎn)300 萬(wàn)t 的焦化粗苯。焦化粗苯需要對(duì)其進(jìn)行精制處理才能夠達(dá)到使用效果，傳統(tǒng)的酸洗法存在污染環(huán)境的致命缺點(diǎn)；當(dāng)前的低溫低壓粗苯加氫精制工藝由于其無(wú)污染、產(chǎn)品豐富以及市場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)為將來(lái)的主流發(fā)展方向。但是，粗苯加氫精制中的分離階段存在能耗高的不足。本文將針對(duì)此問(wèn)題對(duì)粗苯加氫萃取精餾工藝進(jìn)行優(yōu)化[1]。

1 焦化粗苯精制工藝概述

焦化粗苯是對(duì)煤炭進(jìn)行煉焦處理后得到的副產(chǎn)品之一，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的充分利用，需要對(duì)焦化粗苯采取萃取精餾工藝得到可應(yīng)用的苯類(lèi)產(chǎn)品。通過(guò)色譜法分析，粗苯中含有90 余種組分，而且質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的組分有30 余種。因此，為了對(duì)焦化粗苯中的苯、甲苯以及二甲苯等物質(zhì)的利用，需要對(duì)其進(jìn)行萃取精餾加工處理。

對(duì)于焦化粗苯而言，其中除了含有甲苯、苯等物質(zhì)外，還含有C8 以上的重芳烴和一些容易與苯、甲苯共沸的烷烴，比如環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷等。實(shí)際上，類(lèi)似于容易與苯、甲苯共沸的烷烴由于其沸點(diǎn)相近，導(dǎo)致其難以從焦化粗苯中分離出來(lái)。因此，焦化粗苯加工過(guò)程中需要采取如圖1 所示的分離工藝流程。

圖1 粗苯加氫萃取的分離工藝流程

2 粗苯加氫萃取精餾工藝的優(yōu)化

目前，傳統(tǒng)粗苯加氫萃取精餾工藝的流程相對(duì)簡(jiǎn)單且對(duì)設(shè)備的要求不高，但是傳統(tǒng)工藝存在明顯的不足為其能耗較大。針對(duì)上述問(wèn)題，采用氣相進(jìn)料的節(jié)能工藝[2]。從理論上將，采用氣相進(jìn)料工藝一方面可以降低預(yù)蒸餾塔塔頂冷凝器的負(fù)荷，另一方面可以降低萃取精餾塔塔底再沸熱器的熱負(fù)荷，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。與液相進(jìn)料不同的是，采用氣相進(jìn)料可以解決提餾段中溶劑被稀釋而影響分離效果的問(wèn)題。氣相進(jìn)料主要針對(duì)萃取精餾塔和苯甲苯塔，在傳統(tǒng)液相進(jìn)料的基礎(chǔ)上，確定基于氣相進(jìn)料各個(gè)塔的操作基準(zhǔn)參數(shù)如表1 所示。

表1 基于氣相進(jìn)料工藝各塔操作基準(zhǔn)參數(shù)

本文重點(diǎn)對(duì)粗苯加氫萃取精餾工藝中分離環(huán)節(jié)能耗嚴(yán)重的問(wèn)題進(jìn)行研究，在不改變工藝流程的前提下可采取相應(yīng)的節(jié)能措施，包括對(duì)操作壓力、會(huì)流比等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)進(jìn)料的熱狀態(tài)以及組分的回收率進(jìn)行控制[3-5]。

2.1 萃取精餾塔操作參數(shù)的優(yōu)化

通過(guò)前期分析可知，在萃取精餾塔中由于環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的沸點(diǎn)與苯、甲苯相近，其分離難度較大。為了經(jīng)萃取精餾塔操作后環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的含量低于2 kg/h，對(duì)不同進(jìn)料位置對(duì)應(yīng)甲基環(huán)己烷和環(huán)己烷的殘留量進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同進(jìn)料位置對(duì)應(yīng)環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的殘留量對(duì)比

如圖2 所示，隨著進(jìn)料位置的變化環(huán)己烷和甲級(jí)環(huán)己烷殘留情況呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。綜合來(lái)講，當(dāng)進(jìn)料位置處于21 塊板的位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的甲基環(huán)己烷和環(huán)己烷的總量小于2 kg/h。因此，對(duì)于萃取精餾塔最終將其進(jìn)料位置確定為21 塊板。

同理，分別對(duì)萃取精餾塔其他操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化模擬對(duì)比，最終所得萃取精餾塔的最佳操作參數(shù)如表2 所示。

表2 萃取精餾塔最佳操作參數(shù)

2.2 苯甲苯塔操作參數(shù)的優(yōu)化

以回流比操作參數(shù)為例，對(duì)不同回流比對(duì)應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響開(kāi)展研究。根據(jù)實(shí)際工程要求，對(duì)苯與甲苯的純度不低于99.95%和99.5%的要求；同時(shí)，要求甲苯產(chǎn)品中苯物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得低于0.01%，苯產(chǎn)品中甲苯物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得低于0.04%。不同回流比對(duì)應(yīng)的分離效果如圖3 所示。綜合分析不同回流比對(duì)應(yīng)苯和甲苯產(chǎn)品的純度，結(jié)合本工程的產(chǎn)品要求，最終確定回流比參數(shù)為1.2。

圖3 不同回流比對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的分離效果

同理得出，采用氣相進(jìn)料工藝后對(duì)應(yīng)的苯甲苯塔的最佳操作參數(shù)如表3 所示。

表3 苯甲苯塔最佳操作工藝參數(shù)

3 優(yōu)化效果評(píng)估

為驗(yàn)證粗苯加氫萃取精餾工藝優(yōu)化后的效果，對(duì)萃取精餾改進(jìn)前后各塔的能耗以及總工藝流程的能耗進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表4 所示。采取氣相進(jìn)料工藝對(duì)粗苯加氫萃取精餾工藝進(jìn)行優(yōu)化后，整個(gè)工藝流程的能耗從44.57 GJ/h 降低至32.49 GJ/h，節(jié)能約27.1%。

表4 工藝優(yōu)化前后的能耗對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

煉焦是對(duì)煤炭進(jìn)行處理的方式之一，在煉焦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粗苯，作為副產(chǎn)品之一對(duì)其進(jìn)行充分利用是非常有必要的。但是，粗苯中組分眾多，需要對(duì)其進(jìn)行萃取精餾才能夠得到高純度的苯、甲苯等產(chǎn)品。針對(duì)傳統(tǒng)基于液相進(jìn)料的加氫萃取精餾工藝能耗較大的問(wèn)題，本文提出了基于氣相進(jìn)料的加氫萃取精餾工藝，并對(duì)預(yù)蒸餾塔和苯甲苯塔的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1）經(jīng)過(guò)分析，得出了預(yù)蒸餾塔的最佳操作參數(shù)：塔頂絕對(duì)壓力為1.4 atm，理論板數(shù)為44 塊，回流比為2.0，溶劑比為5.5，進(jìn)料位置為21，溶劑進(jìn)料位置為9；苯甲苯塔的最佳操作參數(shù)：回流比為1.2，理論板數(shù)為38，進(jìn)料位置為17～26，塔頂絕對(duì)壓力為0.3 atm。

2）實(shí)踐生產(chǎn)表明：采取氣相進(jìn)料工藝對(duì)粗苯加氫萃取精餾工藝進(jìn)行優(yōu)化后，整個(gè)工藝流程的能耗從44.57 GJ/h 降低至32.49 GJ/h，節(jié)能約27.1%。