有機溶劑納濾技術在石油化工生產中的應用

李志剛

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812）

引言

石油化學工業(yè)是促進國民經濟發(fā)展的核心產業(yè)，對促進科技發(fā)展具有十分重要的意義，目前石油化工產業(yè)正在朝著低能耗、高品質、高效率發(fā)現(xiàn)發(fā)展，但目前石油化工產業(yè)中對化學物質的分離主要采用蒸餾法，不僅分離效率低下而且能耗高，無法滿足綠色石油化工生產的需求。

有機溶劑納濾技術又稱為耐溶劑納濾技術，是一種近年來新出現(xiàn)的依靠壓力驅動的膜分離方案，在外界壓力的作用下能夠從有機溶劑中分離出來相對分子質量為300～1 100 的溶質，具有分離效率高、能耗低、污染小的優(yōu)點。目前納濾膜主要有高分子膜、無機膜、混合材質膜三類，高分子膜具有顯著的選擇透過性特點，但無法承受高溫，易溶脹。無機膜能夠耐高溫和有機溶劑，但是選擇透過性差。混合材質膜具有以上兩種膜的優(yōu)點，但主要存在著相容性差、填料團聚的不足。本文對有機溶劑納濾技術在石油化工生產中的應用情況進行了研究，總結了有機溶劑納濾技術的優(yōu)勢和不足，為優(yōu)化石油化工生產技術，提高化工生產效率和經濟性奠定了基礎。

1 潤滑油分離技術分析

石油蒸餾后提取的潤滑油中含有大量的石蠟，石蠟的存在會降低潤滑油在低溫情況下的流動性，因此需要將石蠟和潤滑油進行分離。目前行業(yè)主流的分離方案是采用溶劑結晶+蒸餾的方式進行分離[1]，其原理如圖1-1 所示。在應用的過程中首先利用反溶劑結晶的方式將脫蠟溶劑和潤滑油原液進行攪拌、融合，然后再進行冷卻結晶，實現(xiàn)對潤滑油原液中石蠟的提取，最后在利用蒸餾的方式將潤滑油原液中的脫蠟溶劑蒸發(fā)掉，獲取高純度、高品質的潤滑油。該工藝方案雖然能夠實現(xiàn)脫蠟溶劑的循環(huán)利用，但工藝周期長，對提純過程中的各個工藝參數控制要求極高，難以滿足高效、高可靠性的分離需求。

由于潤滑油原液中石蠟和潤滑油具有不同的相對分子質量，因此提出采用有機溶劑納濾技術，首先將通過轉鼓過濾后的潤滑油及脫蠟溶劑混合物進行濃縮過濾，最后再進行蒸餾回收，從而有效降低溶劑蒸發(fā)量，降低在溶劑蒸發(fā)過程中的能量消耗。根據石蠟和潤滑油相對分子質量的不同，在潤滑油分離的過程中主要采用了高分子膜，能夠過濾相對分子質量在300 以下的離子，根據實際驗證，對潤滑油的過濾率達到了96.3%以上，能夠顯著提升潤滑油分離的效率和經濟性。該有機溶劑納濾脫蠟原理如圖1-2 所示[2]。

圖1 有機溶劑納濾脫蠟在潤滑油分類中的應用

2 有機溶劑納濾技術在燃油提純中的應用

燃油提純對提高燃油利用效率、降低環(huán)境污染具有十分重要的意義，為了從原油中分離出不同類型的成品油，結合有機溶劑納濾技術，本文提出了一種新的多級膜分離原油工藝，其流程如下頁圖2 所示[3]。

由圖2 可知，在工作過程中，經過預處理的原油首先注入到一級膜內，對相對分子質量為300～400 的離子進行過濾，然后過濾液進入到二級膜內，對相對分子質量小于200 的離子進行過濾，過濾留下的為煤油，過濾透過液為石腦油。當把一級截留液加入到截留相對分子質量為1 400 的三級膜后，其透過液為常壓柴油，在進一步將過濾液加入到四級膜，其透過液為殘余油，其截留液為瓦斯油。

圖2 多級膜分離原油工藝流程圖

在四級納濾膜中，應用最多、要求最嚴格的是一級納濾膜，目前常用的是一種螺環(huán)聚合物膜[4]，其中含有抑制溶脹的剛性單元和提高膜柔性的柔性鏈，其孔徑僅0.19 nm，對超過11 個碳原子的原油化合物的截留率高于70%，極大地提升了對原油的膜分離效果。

多級膜分離原油工藝通過采用不同的納濾膜，在不同的溫度和壓力條件下能夠獲取不同的成品油，具有過濾效率高、經濟性好、污染低的優(yōu)點。

3 有機溶劑納濾技術在芳烴分離中的應用

芳烴是一種具有高價值的化工產品，在生產芳烴的過程中涉及有二甲苯的同分異構體分離，在分離過程中需要嚴格控制溫度條件，因此傳統(tǒng)蒸餾分離工藝難以滿足高效、高純度分離的要求，為了提高對芳烴分離的效率和精確性，納濾膜選擇了對芳烴具有高親和力的膜，提高了芳烴和其他化合物之間的傳質速率，從而實現(xiàn)了快速分離，目前常用的有機溶劑納濾分離技術包括三類[5]：

第一類是有機溶劑納濾優(yōu)化甲苯歧化工藝，主要是利用P84PI 膜來對甲苯進行回收，在該工藝流程中，放空流股經過膜分離設備后，含有甲苯的溶液重新流回到催化單元，濃縮非芳香烴流被移除。根據實際驗證，當分離原液中的甲苯體積分數在78%以上時，該工藝對甲苯的分離率達到了69%以上。但由于P84PI 膜的選擇性極差，因此無法滿足高濃度甲苯的分離需求，該分離工藝流程如圖3-1 所示。

第二類是有機溶劑納濾優(yōu)化+催化重整工藝，主要用于提高對芳烴的分離效率，在工作時首先通過有機溶劑納濾優(yōu)化先分離出進料中的芳烴，然后將剩余液體進行濃縮后進行催化重整模塊，提高在分離時的重整效率。該分離工藝流程如圖3-2 所示[6]。

第三類是有機溶劑納濾優(yōu)化+精餾處理工藝，主要是通過兩種工藝的截割，降低進入到精餾塔內的芳烴的含量，減少分離時的能耗，提高分離的經濟性和效率，其分離工藝流程如圖3-3 所示[7]。

圖3 有機溶劑納濾分離技術

4 結論

為了進一步提高石油化工生產技術水平，本文對機溶劑納濾技術在石油化工生產中的應用情況進行了分析，明確了在潤滑油過濾、燃油提純、芳烴分離中的應用現(xiàn)狀和不足，根據實際分析表明：

1）有機溶劑納濾技術對潤滑油的過濾率達到了96.3%以上，能夠顯著提升潤滑油分離的效率和經濟性；

2）多級膜分離原油工藝，采用不同的納濾膜，在不同的溫度和壓力條件下能夠獲取不同的成品油，具有過濾效率高、經濟性好、污染低的優(yōu)點。

3）有機溶劑納濾分離芳烴工藝，能夠根據不同的分離要求，實現(xiàn)快速、精確、經濟的芳烴分離需求，為進一步提升石油化工生產技術水平、提高石油化工生產效率和經濟性奠定了基礎。