芳烴抽提裝置提高混芳、非芳產品質量的方法研究

＊史良歌

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

中海石油舟山石化有限公司生產運行三部現有一套25 萬噸/年芳烴抽提裝置，選用的是環丁砜抽提蒸餾工藝，用于建設其芳烴聯合裝置芳烴抽提部分，原料來自上游芳構化裝置，經過脫庚烷塔、二甲苯塔、重芳烴塔、后加氫系統、抽提蒸餾系統、溶劑回收系統、苯塔系統、甲苯塔系統得到優質的混合二甲苯、C9 芳烴、苯、甲苯、重芳烴和非芳烴等產品。在裝置長周期的運行過程中，出現非芳中苯含量＞0.2%的導致產品質量低的問題，本文通過對生產過程的數據收集、操作參數變化及化驗分析進行研究，得出影響產品質量的原因，研究得出保障產品質量的方法。

1.工藝概況與現狀

（1）芳烴抽提裝置工藝概況。舟山石化抽提裝置采用的是抽提蒸餾法。以環丁砜作為溶劑在抽提蒸餾系統、溶劑回收系統進行整體操作。溶劑與芳烴可形成共價鍵，芳烴在溶劑中溶解，蒸餾后可實現非芳烴與混芳的分離。溶劑與C6、C7 在抽提系統相遇，分成液體和氣體兩種狀態，因為芳烴與溶劑之間作用力更強，塔頂排出輕組分非芳烴，塔底排出重組分芳烴。然后混合芳烴進入溶劑回收系統中，芳烴與溶劑進行分離，溶劑在塔底排出并循環使用，混合芳烴進入到精餾系統中，分離產出苯、甲苯。

（2）抽提蒸餾塔的工藝現狀。后加氫精制油由進料泵送至E4107、E4203 換熱，控制進塔溫度在105 ℃左右，從第41 層塔板進入抽提蒸餾塔T4301。貧溶劑經冷卻，控制溫度為100 ℃左右，分成兩股進入抽提蒸餾塔，主溶劑進入塔頂的第1 塊板，第二股溶劑進入塔的第13 塊板。抽提蒸餾塔T4301 塔釜再沸器E4302 熱源來自2.2 MPa 蒸汽，通過控制加熱蒸汽量改變塔底溫度來調節塔內蒸發量。非芳烴蒸汽夾帶少量溶劑由塔頂蒸出直接進入非芳烴蒸餾塔T4302 底部。富溶劑泵P4302 將富溶劑自塔釜抽出進入溶劑回收塔T4302。當前正常生產情況下，抽提蒸餾塔的主要控制手段依靠調整貧溶劑進塔量、E4301 蒸汽量、塔頂壓力來進行控制，主要監控第8 層、12 層、16 層、22 層塔盤溫度，形成一定的溫度梯度，以12 層或者16 層塔盤溫度作為上靈敏板溫度。

（3）溶劑回收塔的工藝現狀。為避免環丁砜在高溫下分解，溶劑回收塔是在減壓下操作的，T4301 的富溶劑利用減壓汽提的方法使溶劑與芳烴徹底分離。正常生產情況下溶劑回收塔的操作主要依靠調整塔底溫度、塔頂溫度，保證系統真空度、回流量和汽提水流量等手段來控制。

2.混合芳烴與非芳烴的產品質量

(1)溶劑油系統對非芳烴產品提出了更高的要求

非芳烴塔分離出來的非芳烴與加氫裝置的輕石腦油進入溶劑油系統，分離出輕碳五、工業己烷和120#溶劑油。

表1 調整前工業己烷、非芳烴部分產品指標

非芳烴產品中的苯含量頻繁出現大于0.2%甚至更高的現象，這直接導致了溶劑油系統產出的工業己烷不合格。但與此同時抽提裝置的混合芳烴產品質量仍在控制指標內，因此生產技術部調整了非芳烴產品中的產品指標。

(2)非芳中的苯含量升高的原因

①抽提蒸餾塔T4301 的操作參數。抽提蒸餾塔實質上也是分餾塔，在正常的蒸餾過程中，即使環丁砜對芳烴的溶解能力很強，但塔頂輕組分中也很難避免攜帶少量烴類。尤其是上靈敏板16 層塔盤溫度越高，則非芳烴中的苯、甲苯含量就會越高。這與貧溶劑進塔溫度、溶劑量等因素都有關系，不僅影響了非芳烴的產品質量，還會使得具有高附加值的芳烴損失。

②進料組成的影響。當上游裝置進入抽提的原料組分變化較大時，對抽提蒸餾塔的操作同樣存在影響。后加氫精制油中，芳烴含量越高時，非芳烴產品中的苯含量增加的可能性就會越大。相反，原料組成中非芳烴含量升高，混合芳烴中非芳烴含量也可能會增加，但苯含量在非芳烴中會下降。

③非芳烴蒸餾塔T4302 的壓力。非芳烴蒸餾塔回流罐壓力間接控制塔壓，原料組成在穩定的情況下，壓力一般不作為調整手段。當壓力出現大幅波動時，對抽提蒸餾塔、非芳烴蒸餾塔的操作都帶來一定的影響，若調整不及時，則會使非芳中的苯含量升高。

3.調整分析研究

針對非芳烴中苯含量超標的情況，從操作條件、溶劑性能等方面進行調整，嘗試將苯含量降低。

（1）提高貧溶劑進塔溫度。一般情況下，貧溶劑的溫度越高，其溶解性能會增大，但選擇性會下降。對抽提蒸餾過程而言，提高溶劑溫度，混合芳烴就會越容易被溶解到環丁砜中去，但是溶劑溫度升高，塔盤溫度同樣會升高，亦會使得芳烴被攜帶到非芳烴中去，這是一個矛盾的過程。為了驗證效果，對貧溶劑的進塔溫度作了以下調整。

將貧溶劑進塔溫度由101 ℃提高至102 ℃，并運行了18 日。對比調整前后的非芳烴中的苯含量變化，可以看到提高貧溶劑進塔溫度后，非芳烴中的苯含量出現了下降，但是在同樣的工況下，幾日后，苯含量又有了上升的趨勢，且均大于產品指標要求。可見，提高貧溶劑進塔溫度可以短暫降低非芳中的苯含量，但是溶劑的選擇性可能會降低，不是一個穩定的操作條件。因而將貧溶劑進塔溫度調整為日常控制的100 ℃。

（2）溶劑回收系統抽真空，提高真空度。由于溶劑在高溫下容易分解，所以溶劑回收塔是一個減壓蒸餾塔，回收系統的真空度對蒸餾效果有影響。溶劑回收塔蒸餾效果越好，則塔底的貧溶劑純度就越高，這對抽提過程是有好處的，能夠降低非芳烴中的苯含量。故在采取了投用抽空器EJ4301 為系統抽真空，回收系統負壓由-0.053 MPa 抽至-0.068 MPa 左右。

（3）向T4301 中注入消泡劑、補新鮮溶劑。發泡現象是指溶劑發泡打亂了塔內的傳質過程，造成大量溶劑和芳烴被汽提塔頂蒸汽夾帶出去，容易造成混芳、非芳產品不合格。溶劑發泡有以下幾個方面原因，包括裝置負荷過大、進料量短時間波動大、進料存在發泡物質、溶劑臟導致表面張力變化等。進行了兩次注消泡劑操作，其間產品質量變化見表2。

表2 注消泡劑導致苯含量變化分析數據

從化驗分析數據中可以得出，2 月1 日開始注消泡劑后非芳中的苯含量開始下降，且下降趨勢明顯，但持續時間很短，直至2 月8 日苯含量又出現了升高的現象；因此又進行了第2 次注消泡劑，非芳中的苯含量再次下降。而針對2 月8 日苯含量升高的現象，為保證系統內溶劑的可靠性，裝置在2 月9 日至2 月10 日期間往系統補入新鮮溶劑，并排掉了部分老溶劑。2 月10 日非芳烴中的苯含量再次下降。可見，注消泡劑和補新鮮溶劑的確有利于抽提塔，這實質上是在提高環丁砜的性能。

（4）溶劑比的變化。溶劑比是影響抽提過程的重要因素。在調整的過程中，抽提蒸餾塔的溶劑比也發生了變化。一般情況下，溶劑比增大，芳烴回收率會增加，但芳烴質量會下降；溶劑比過小則很有可能導致非芳中的芳烴含量增加。

（5）塔盤溫度的變化。縱觀整個調整過程，抽提蒸餾塔的靈敏板溫度已經逐漸控低，非芳烴中的苯含量確實下降，同時混合芳烴的產品質量并沒有直接受到影響（含非芳烴均＜0.01%）。這與先前所說的靈敏板溫度越高，非芳烴中的芳烴含量就會越高是一致的。而所有的操作調整目的都是為了降低靈敏板溫度。

但是當前抽提蒸餾塔塔盤溫度已經幾乎達到操作極限，如果塔盤溫度繼續采取措施降低，將會使靈敏板溫度丟失，找不到新的溫度平衡點，操作會越來越困難，混合芳烴中非芳烴含量增加的可能性將會極大地提高，直接導致了苯、甲苯產品的不合格。

4.保證混合芳烴、非芳烴產品質量的措施建議

在采取上述措施進行調整時，可以發現無論是調整貧溶劑進塔溫度、注消泡劑，還是提高回收系統的真空度、置換溶劑，非芳烴的產品質量都發生了變化。所以在當前的產品指標要求下，要保證混合芳烴和非芳烴的質量，就要從操作條件和溶劑性能等方面入手。

(1)優化操作條件

①保證一定的溫度梯度。所謂溫度梯度就是在正常的分餾塔中自塔底至塔頂有一個逐漸遞減的過程。要保證8 層與12 層塔盤、12 層塔盤與16 層塔盤、16 層與22 層塔盤之間分別有1～1.5 ℃、3～5 ℃、4～6 ℃的溫差，才能有較好的分離效果。所以要穩定貧溶劑進塔溫度、抽提進料溫度、蒸汽量等，避免大幅波動。

②壓力。雖然在本次調整中，抽提蒸餾塔的壓力并沒有作為主要的調節手段。但是定性地講，較低的塔壓有利于抽提蒸餾過程。塔壓不能過高，否則容易形成兩個液相；但是也不能太低，否則塔底溫度太低，會增加回收塔再沸器E4304 的負擔。

③真空度。保證溶劑回收塔的負壓在-0.055～-0.065 MPa 附近，穩定溶劑回收塔的操作。當負壓過小時，及時投用抽空器。

④溶劑比。在一定情況下，溶劑量影響芳烴回收率。若溶劑比過大，提高了溶劑的溶解能力，增加芳烴回收率，但溶劑的選擇性卻下降，溶劑中的非芳烴含量較多，芳烴純度則降低。當溶劑比過大時，設備費用和能耗增加。若溶劑比過小時，則與之相反。

(2)保證環丁砜的性能

雖然在注消泡劑的操作中無法確定環丁砜是否出現了發泡，但是確保環丁砜的性能無疑是保證混芳、非芳產品質量的重要措施。

①氧氣的影響。環丁砜透明、無色，但由于空氣氧化的原因通常呈淡黃色。相關資料表明，在有空氣的條件下，環丁砜釋放出來的SO2會增多，且pH 值下降速度明顯增加，還易生成有腐蝕性的磺酸。所以氧氣對環丁砜的性質影響較大。必須采取措施保證系統隔絕空氣，尤其是溶劑回收系統。

A.加強對溶劑回收系統各連接密封處的管理，全部抹上黃油，防止空氣進入系統；B.添加單乙醇胺、消泡劑時盡量隔絕空氣或者對V4309、V4310 添加氮封；C.減少溶劑系統非必要的檢修。凡涉及溶劑系統的檢維修，尤其是大檢修開工前一定要用氮氣置換合格。

②溫度的影響。220 ℃時，環丁砜的熱穩定性高，但是會分解出二氧化硫及可聚合、不飽和的物質，混合芳烴中會呈現褐色。所以在日常操作中必須嚴格控制好T4301、T4303、T4304 的溫度，謹防超溫。

③氯含量的影響。氯離子極易與環丁砜發生反應，使其變成酸性物質，降低其pH 值，并對設備有腐蝕性。所以一定控制好加強重整脫戊烷油的脫氯操作，監控好氯含量。

④定期注入消泡劑。定期在抽提蒸餾進料線上注入消泡劑，混芳與消泡劑按9:1 比例配制，用量大約為循環溶劑的1～3 mg/kg，并嚴格控制注入時間、注入量和注入速度。在預制的過程中，要充分進行攪拌，避免分層。一定要控制好流量與壓力，否則會影響注入速度和注入量，降低消泡效果。

⑤定期置換新鮮溶劑。

⑥做好溶劑的再生、清潔工作。

5.結論

通過優化操作條件，保證一定的溫度梯度、壓力、真空度和溶劑比等參數，同時保障環丁砜的性能、定期注消泡劑、定期置換新鮮溶劑和做好溶劑的再生清潔工作，就能保證非芳中的苯含量降低到0.15%以下，同時也保證了混合芳烴的產品質量，達到了預期目的。