粗苯加氫萃取精餾工藝的優化

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，煤炭在我國能源結構中占據主導地位，而且在未來很長一段時間內煤炭的應用依然火熱。煉焦是對煤炭進行處理的技術之一，據統計我國每年煉焦量約3 億t，對應生產300 萬t 的焦化粗苯。焦化粗苯需要對其進行精制處理才能夠達到使用效果，傳統的酸洗法存在污染環境的致命缺點；當前的低溫低壓粗苯加氫精制工藝由于其無污染、產品豐富以及市場適應能力強為將來的主流發展方向。但是，粗苯加氫精制中的分離階段存在能耗高的不足。本文將針對此問題對粗苯加氫萃取精餾工藝進行優化[1]。

1 焦化粗苯精制工藝概述

焦化粗苯是對煤炭進行煉焦處理后得到的副產品之一，為了實現對能源的充分利用，需要對焦化粗苯采取萃取精餾工藝得到可應用的苯類產品。通過色譜法分析，粗苯中含有90 余種組分，而且質量分數為0.1%的組分有30 余種。因此，為了對焦化粗苯中的苯、甲苯以及二甲苯等物質的利用，需要對其進行萃取精餾加工處理。

對于焦化粗苯而言，其中除了含有甲苯、苯等物質外，還含有C8 以上的重芳烴和一些容易與苯、甲苯共沸的烷烴，比如環己烷和甲基環己烷等。實際上，類似于容易與苯、甲苯共沸的烷烴由于其沸點相近，導致其難以從焦化粗苯中分離出來。因此，焦化粗苯加工過程中需要采取如圖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化

目前，傳統粗苯加氫萃取精餾工藝的流程相對簡單且對設備的要求不高，但是傳統工藝存在明顯的不足為其能耗較大。針對上述問題，采用氣相進料的節能工藝[2]。從理論上將，采用氣相進料工藝一方面可以降低預蒸餾塔塔頂冷凝器的負荷，另一方面可以降低萃取精餾塔塔底再沸熱器的熱負荷，進而達到節能的目的。與液相進料不同的是，采用氣相進料可以解決提餾段中溶劑被稀釋而影響分離效果的問題。氣相進料主要針對萃取精餾塔和苯甲苯塔，在傳統液相進料的基礎上，確定基于氣相進料各個塔的操作基準參數如表1 所示。

表1 基于氣相進料工藝各塔操作基準參數

本文重點對粗苯加氫萃取精餾工藝中分離環節能耗嚴重的問題進行研究，在不改變工藝流程的前提下可采取相應的節能措施，包括對操作壓力、會流比等參數進行調整，對進料的熱狀態以及組分的回收率進行控制[3-5]。

2.1 萃取精餾塔操作參數的優化

通過前期分析可知，在萃取精餾塔中由于環己烷和甲基環己烷的沸點與苯、甲苯相近，其分離難度較大。為了經萃取精餾塔操作后環己烷和甲基環己烷的含量低于2 kg/h，對不同進料位置對應甲基環己烷和環己烷的殘留量進行分析，分析結果如圖2 所示。

圖2 不同進料位置對應環己烷和甲基環己烷的殘留量對比

如圖2 所示，隨著進料位置的變化環己烷和甲級環己烷殘留情況呈現不同的變化趨勢。綜合來講，當進料位置處于21 塊板的位置時，對應的甲基環己烷和環己烷的總量小于2 kg/h。因此，對于萃取精餾塔最終將其進料位置確定為21 塊板。

同理，分別對萃取精餾塔其他操作參數進行優化模擬對比，最終所得萃取精餾塔的最佳操作參數如表2 所示。

表2 萃取精餾塔最佳操作參數

2.2 苯甲苯塔操作參數的優化

以回流比操作參數為例，對不同回流比對應產品質量的影響開展研究。根據實際工程要求，對苯與甲苯的純度不低于99.95%和99.5%的要求；同時，要求甲苯產品中苯物質的質量分數不得低于0.01%，苯產品中甲苯物質的質量分數不得低于0.04%。不同回流比對應的分離效果如圖3 所示。綜合分析不同回流比對應苯和甲苯產品的純度，結合本工程的產品要求，最終確定回流比參數為1.2。

圖3 不同回流比對應產品的分離效果

同理得出，采用氣相進料工藝后對應的苯甲苯塔的最佳操作參數如表3 所示。

表3 苯甲苯塔最佳操作工藝參數

3 優化效果評估

為驗證粗苯加氫萃取精餾工藝優化后的效果，對萃取精餾改進前后各塔的能耗以及總工藝流程的能耗進行對比，對比結果如表4 所示。采取氣相進料工藝對粗苯加氫萃取精餾工藝進行優化后，整個工藝流程的能耗從44.57 GJ/h 降低至32.49 GJ/h，節能約27.1%。

表4 工藝優化前后的能耗對比

4 結語

煉焦是對煤炭進行處理的方式之一，在煉焦過程中會產生粗苯，作為副產品之一對其進行充分利用是非常有必要的。但是，粗苯中組分眾多，需要對其進行萃取精餾才能夠得到高純度的苯、甲苯等產品。針對傳統基于液相進料的加氫萃取精餾工藝能耗較大的問題，本文提出了基于氣相進料的加氫萃取精餾工藝，并對預蒸餾塔和苯甲苯塔的操作參數進行優化。

1）經過分析，得出了預蒸餾塔的最佳操作參數：塔頂絕對壓力為1.4 atm，理論板數為44 塊，回流比為2.0，溶劑比為5.5，進料位置為21，溶劑進料位置為9；苯甲苯塔的最佳操作參數：回流比為1.2，理論板數為38，進料位置為17～26，塔頂絕對壓力為0.3 atm。

2）實踐生產表明：采取氣相進料工藝對粗苯加氫萃取精餾工藝進行優化后，整個工藝流程的能耗從44.57 GJ/h 降低至32.49 GJ/h，節能約27.1%。