粗苯加氫工藝中芳烴苯系物的分離探討

＊李 磊

（山東省滕州市西崗鎮(zhèn)盛源宏達化工有限公司 山東 277519）

有機化工是研究和應(yīng)用有機物合成和轉(zhuǎn)化的科學(xué)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于能源、材料、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護意識增強，對高品質(zhì)產(chǎn)品的需求不斷提升。但是在傳統(tǒng)的粗苯加氫工藝中，由于反應(yīng)條件限制或設(shè)備結(jié)構(gòu)等原因，往往難以實現(xiàn)對終產(chǎn)物中芳烴苯系物的完全分離。這導(dǎo)致了終產(chǎn)物中可能存在著殘留的含芳香烴成分，影響最終產(chǎn)品質(zhì)量，并給環(huán)境帶來潛在風(fēng)險。為此，有必要結(jié)合實際，對芳烴苯系物的分離工藝進行進一步探究。粗苯加氫工藝作為一種常見的芳香烴改性方法，可以將粗苯中的芳烴苯系物進行分離，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和純度。如今在有機化工加工領(lǐng)域中，基于粗苯加氫工藝的芳香烴苯系物分離工藝的應(yīng)用越來越熱門，其一定程度上推動了該領(lǐng)域的技術(shù)升級。所以，針對粗苯加氫工藝中芳烴苯系物的分離工藝的探究，具有重要意義。

1.粗苯加氫工藝與芳烴苯系物分離概述

(1)粗苯加氫工藝

粗苯加氫工藝是一種常見的有機化工反應(yīng)方法，用于將粗苯中的芳烴進行加氫轉(zhuǎn)化。如圖1 所示，該過程主要通過在高溫和高壓條件下，使用特定催化劑催化芳香烴分子上的部分或全部芳環(huán)進行飽和反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橥惢虿煌惖沫h(huán)狀飽和烷烴。在有機化工用到的各類原料中，芳香性物質(zhì)具有有毒、易揮發(fā)、難處理等問題，并且排放后會對大氣污染及人體健康帶來潛在危害。通常情況下，在粗苯加氫過程中，最主要的目標(biāo)就是降低芳香性物質(zhì)含量。因此，通過粗苯加氫工藝可以有效地去除原始產(chǎn)品中的不純物質(zhì)，并提高終產(chǎn)物的品質(zhì)與安全性[1]。同時，經(jīng)過適當(dāng)選擇合適催化劑、優(yōu)化操作條件及控制反應(yīng)速率等手段還可能實現(xiàn)組分調(diào)整與功能增值。

圖1 粗苯加氫工藝流程示意圖

(2)芳烴苯系物分離

芳烴苯系物分離是指在粗苯加氫工藝中，將芳香烴飽和反應(yīng)后生成的環(huán)狀飽和烷烴與殘留的芳香性物質(zhì)進行有效分離。這個過程十分重要，因為加工后的產(chǎn)品中如果殘留有芳香性物質(zhì)，會對使用者健康及周邊生態(tài)環(huán)境造成不良影響。常見的芳烴苯系物包括苯、甲苯、二甲苯等，它們在化學(xué)工業(yè)及其他領(lǐng)域具有廣泛用途。在實際的有機化工加工中，根據(jù)不同需求和實際情況，可以采用不同的方法和技術(shù)進行分離處理，常見的技術(shù)包括蒸汽擴散、溶劑抽提、吸附等方法[2]。通過有效地控制每個階段的參數(shù)設(shè)置及利用理論計算模型來進一步優(yōu)化設(shè)計，芳烴苯系物分離技術(shù)在粗苯加氫工藝中的應(yīng)用，將提升產(chǎn)品質(zhì)量和促進生產(chǎn)效益提升。

2.加強粗苯加氫工藝中芳烴苯系物的分離工藝探究的必要性

(1)提高產(chǎn)品質(zhì)量和純度

粗苯加氫過程產(chǎn)生的終產(chǎn)品中含有殘余的芳香烴成分，這些成分可能對某些應(yīng)用領(lǐng)域來說有害。通過加強芳烴苯系物分離工藝研究，可以有效去除這些殘留物質(zhì)，提高最終產(chǎn)品的純度和品質(zhì)。

(2)保護環(huán)境和健康安全

某些芳香性物質(zhì)具有揮發(fā)性、刺激性、臭味及毒性等特點，并且排放后會對大氣污染及人體健康造成潛在風(fēng)險。殷夢凡等[3]強調(diào)，在如今生態(tài)環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的社會發(fā)展理念下，從工業(yè)原料生產(chǎn)角度規(guī)避各類有害物質(zhì)，成為人們的共識。加強芳烴苯系物分離工藝研究可以有效避免這種潛在危害，在生產(chǎn)過程中保護環(huán)境和員工健康安全。

(3)有助于實現(xiàn)資源回收與利用

在粗苯加氫過程中，由于原料粗苯本身辛酸值比較低且價格相對較低，在得到符合需求產(chǎn)品的同時，合理地回收和利用芳烴苯系物具有重要意義。通過加強分離工藝研究，可以更充分回收和利用這些芳香烴成分，實現(xiàn)資源的有效利用。

(4)促進技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新

粗苯加氫工藝是一個復(fù)雜且涉及多個環(huán)節(jié)、工藝的過程，在優(yōu)化和改進中面臨著很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。陳潤[4]在研究中通過對芳烴苯系物分離工藝的深入探索，認(rèn)為該工藝不僅可以提高傳統(tǒng)工藝流程的效率與穩(wěn)定性，還能夠推動新型催化劑、反應(yīng)條件及設(shè)備設(shè)計等方面的技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新。

3.粗苯加氫工藝中芳烴苯系物分離的主要影響因素與控制策略

(1)反應(yīng)條件

反應(yīng)溫度、壓力和催化劑種類都是影響芳烴苯系物分離的首要因素，通常情況下，較高的反應(yīng)溫度有助于提高芳香烴轉(zhuǎn)化率，但也可能導(dǎo)致非預(yù)期的產(chǎn)物生成或降低選擇性。適宜的反應(yīng)壓力可以促進飽和反應(yīng)進行，并同時控制組分吸附平衡。不同類型催化劑對于特定環(huán)境中芳香烴與環(huán)狀飽和短鏈主體之間作用方式不同，從而影響了整個系統(tǒng)分離效果。

(2)催化劑活性和選型

在粗苯加氫過程中，需要選用適合的催化劑來促進芳香族分子與氫氣發(fā)生加氫反應(yīng)。常見的催化劑包括負(fù)載型硫酸鐵、硫負(fù)載型鎳鉬等。不同類型的催化劑具有特定的特性和性能，如活性、選擇性和穩(wěn)定性等，因此需要根據(jù)實際需求進行合理選擇。同時，粗苯加氫過程中，芳香族分子易與催化劑發(fā)生吸附作用，并導(dǎo)致表面毒覆蓋、積碳和腐蝕等問題。這些現(xiàn)象會影響催化劑的活性和壽命。因此，選擇具有良好穩(wěn)定性的催化劑至關(guān)重要。比如通過添加抗毒或吸附物質(zhì)以減少對催化劑的不利影響?？刂品磻?yīng)條件來避免過高溫度或壓力下產(chǎn)生損害。在長時間運行后，由于表面殘留了大量堿金屬、硫酸銨類物質(zhì)導(dǎo)致其失活, 這時需要采用氣體熱原子法、外部溶液法等方法進行直接澆注處理。

(3)分離介質(zhì)選擇

針對芳烴苯系物的分離，不同介質(zhì)的選擇會直接影響分配行為與擴散效率，而常用的分離介質(zhì)包括溶劑抽提劑等。在考慮溶液表面張力、黏度等方面的基礎(chǔ)上，選擇合適的分離介質(zhì)可以提高芳香族化合物與非芳香族化合物之間的分離效率，并且具有較高溶解度的萃取劑能更好地將目標(biāo)組件從原料中富集到相應(yīng)的萃取相中。因此，需要評估不同分離介質(zhì)對特定操作條件下所期望得到純度要求，并從中選擇最佳候選者。同時，分離過程旨在將目標(biāo)成分與其他雜質(zhì)或競爭混合物有效地區(qū)別開來。

(4)設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝流程

設(shè)備結(jié)構(gòu)是影響芳烴苯系物分離效果的另一個重要因素，通常情況下，科學(xué)設(shè)計和優(yōu)化工藝設(shè)備有助于充分利用反應(yīng)條件和催化劑特性，并實現(xiàn)更好的傳質(zhì)效果。例如，在塔式操作中引入多級塔設(shè)計或添加材料，可以增加材料的接觸面積，從而促進分離效果的提升。同時，通過模擬計算、實驗驗證與設(shè)計方案結(jié)合，可以尋找最佳反應(yīng)條件和操作規(guī)程，并進一步縮小組成波動范圍及批處理渣漿兼容性差異。

4.粗苯加氫工藝中芳烴苯系物分離工藝的改進思路

(1)改進原料凈化環(huán)節(jié)

首先，在粗苯加氫過程中，為了提高芳烴苯系物產(chǎn)品純度，改進原料凈化步驟是非常重要的方法之一。在粗苯加氫工藝中，原始混合物通常包含非芳香性雜質(zhì)和其他雜質(zhì)成分，這些雜質(zhì)可能會對后續(xù)的操作和設(shè)備產(chǎn)生不利影響，并且在催化劑使用過程中也可能降低其壽命。曹宏明等[5]強調(diào)，通過改進原料凈化步驟來去除這些雜質(zhì)，可以顯著提高芳烴苯系物產(chǎn)品的純度，其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于引入預(yù)蒸餾系統(tǒng)對原料凈化環(huán)節(jié)進行優(yōu)化。預(yù)蒸餾系統(tǒng)位于主要分離設(shè)備之前，通過初步分離作用將部分非芳香性雜質(zhì)與其他組分剔除。在操作方面，可通過逐漸升高溫度進行預(yù)蒸，在不同沸點條件下將混合物進行有效分離。除此之外，采用溶劑萃取技術(shù)也可以有效優(yōu)化原料凈化環(huán)節(jié)。該技術(shù)基于溶劑能夠選擇性地吸附目標(biāo)組分或者將其從其他組分中萃取出來。通過選擇適當(dāng)?shù)妮腿∪軇┘翱刂撇僮鲄?shù)，可以有效地固定非目標(biāo)組分，使得后續(xù)分離工藝更加高效和精確，這可以進一步提高芳烴苯系物產(chǎn)品的純度。

(2)優(yōu)化工藝參數(shù)及細(xì)節(jié)

通過合理調(diào)整加工過程中的溫度、壓力、流速等操作參數(shù)，可以控制反應(yīng)和分離的效果，從而提高產(chǎn)品的純度。例如，在萃取蒸餾過程中，合理選擇進料溫度和回流比例等操作參數(shù)對于目標(biāo)組分的濃度增長和雜質(zhì)去除至關(guān)重要。以芐銅工藝為例，通過控制進料溫度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，并調(diào)整回流比例，在保證足夠去除雜質(zhì)同時實現(xiàn)目標(biāo)組分快速富集。這樣可以有效地改善產(chǎn)品的純度。其次，在加氫反應(yīng)過程中，也可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)來提高芳烴苯系物產(chǎn)品純度。例如，在粗苯加氫反應(yīng)中，通過調(diào)整催化劑用量、加氫溫度及氫氣流量等操作條件可以影響到芳烴與非芳烴之間的競爭反應(yīng)生成產(chǎn)物及其相對含量。適當(dāng)降低加氫溫度可避免不完全還原副產(chǎn)物的生成，減少雜質(zhì)形成。另外，如圖2 所示，近年來業(yè)界出現(xiàn)了一種在粗苯加氫工藝的基礎(chǔ)上優(yōu)化形成的焦化粗苯精制工藝，其由粗苯預(yù)處理和苯鎦分萃取精餾工藝，甲苯、二甲苯餾分加氫精制工藝及甲苯歧化工藝組成，在實際應(yīng)用中可以進一步提升產(chǎn)品純度。另外，在分離過程中可以通過優(yōu)化操作參數(shù)改善芳烴苯系物產(chǎn)品的純度。比如在蒸餾操作中，通過調(diào)整塔板溫度、回流比例等參數(shù)來實現(xiàn)更精確的組分分離效果。合理確定加熱和冷卻介質(zhì)溫度，并根據(jù)不同組分間的沸點差異進行精確控制，可以有效地減少重碳數(shù)的雜質(zhì)進入目標(biāo)產(chǎn)品及防止過度混合。

圖2 基于加氫工藝的焦化粗苯精制方法流程圖

(3)升級信息化工藝控制系統(tǒng)

升級信息化工藝控制系統(tǒng)是提高芳烴苯系物產(chǎn)品純度的一種關(guān)鍵舉措。通過引入現(xiàn)代化的信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動化、智能化和精細(xì)化管理，進而優(yōu)化操作參數(shù)并提高產(chǎn)品質(zhì)量。首先，升級后的信息化工藝控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測和記錄關(guān)鍵過程變量，如溫度、壓力、液位等，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控室或運營指揮中心。這樣可以使操作人員隨時了解生產(chǎn)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并做出相應(yīng)調(diào)整。并且，現(xiàn)代信息化工藝控制系統(tǒng)具有智能預(yù)警功能，當(dāng)監(jiān)測到某些關(guān)鍵參數(shù)超出設(shè)定范圍或達到預(yù)警值時，該系統(tǒng)能夠自動發(fā)出報警信號并提示操作人員進行處理，從而避免由于操作失誤或設(shè)備故障導(dǎo)致產(chǎn)品純度下降或生產(chǎn)事故發(fā)生。徐健元等[6]在研究中提到，基于現(xiàn)代科技的有機化工智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)、具備智能預(yù)警功能，并應(yīng)用先進的模型算法和優(yōu)化技術(shù)來實現(xiàn)更精確的控制。基于此，可以大大提高生產(chǎn)過程中對芳烴苯系物產(chǎn)品純度的掌控和穩(wěn)定性，在滿足市場需求的同時提升企業(yè)競爭力。

5.結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代社會飛速發(fā)展的背景下，有機化工產(chǎn)業(yè)在人們的生產(chǎn)生活中扮演著關(guān)鍵角色。在有機化工生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)基于粗苯加氫工藝中芳烴苯系物分離工藝現(xiàn)狀，深入探究從原材料處理、工藝參數(shù)設(shè)定等環(huán)節(jié)中存在的問題，分析各種影響工藝效果的因素。然后，從原料凈化環(huán)節(jié)優(yōu)化、催化劑選型、工藝操作管理等角度，實現(xiàn)工藝升級優(yōu)化，進一步提升芳烴苯系物分離效果，在有效保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時，為生態(tài)環(huán)保及社會可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。