粗苯加氢工艺中芳烃苯系物的分离

丁淑娟

摘 要：苯系物（BTX）是重要的有机化工原料，应用十分广泛。本文简述了苯系物的分离现状，就粗苯加氢工艺中苯系物的分离纯化进行阐述，并分析了影响苯产品质量的因素及改进措施。为了使芳烃与非芳烃能够有效分离，一是选择环丁砜作为良好溶剂，二是通过对工艺或者参数的改进，减少二者在萃取系统中的接触。

关键词：粗苯;芳烃苯系物;溶剂;分离

中图分类号：TQ241 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）20-0136-03

Separation of Aromatic Benzenes from Crude

Benzene Hydrogenation Process

DING Shujuan

（Ningxia Vocational and Technical College of Industry and Commerce，Yinchuan Ningxia 750021）

Abstract： The aromatic hudrocarbons（BTX） are important organic raw materials，and are used widely.This paper described the separation status of BTX and the separation in the process of crude benzene hydrogenation， and analyzed the factors affecting the quality of benzene products and the improvement measures. In order to separate the aromatic and non-aromatic hydrocarbons， one is to choose cyclobutyl sulfone as a good solvent， the other is to reduce the contact between the two in extraction system by improving the process or parameters.

Keywords： crude benzene;aromatic hydrocarbons;solvent;separation

芳烃苯系物（苯、甲苯和二甲苯等，简称BTX）是重要的有机化工原料，是日常生产各类有机化工产品的基础，尤其在涂料、医药、塑料及合成橡胶等生产领域广泛使用。本文就芳烃苯系物的来源及分离现状进行简述，总结概括了粗苯加氢工艺中影响苯系物产品质量的因素以及改进措施，为宁夏宝丰能源集团粗苯加氢工艺中获取高纯度苯系物提供理论支持。

1 芳烃苯系物的分离现状

目前，工业生产用到的芳烃苯系物主要来源于石油行业，大多数是通过对原油的催化重整和裂解汽油等工艺手段获得。但随着社会经济和机械加工技术的不断发展，从其他产品中获取芳烃苯系物的技术逐渐成熟。例如，随着焦炭需求量的不断提升，粗苯等副产品的产量日益提高，从副产品粗苯中获取芳烃苯系物，可以弥补国内芳烃的市场需求，拓宽BTX的原料来源，提高工业生产中粗苯的附加值，降低成本，提升效益。而如何将粗苯中的苯类产品有效分离并进行精制来获得高纯度的苯系物，在实际生产中显得尤为重要。

不管是来源于石油行业的芳烃，还是来源于焦炭工艺过程中的粗苯，都是由芳烃与非芳烃组成的混合物，对其进行分离纯化，就是为了得到纯度更高的芳烃。目前，按照工艺分离原理，国内外用于工业化生产较多的芳烃苯系物分离技术有液-液抽提（溶剂萃取）和抽提蒸馏。液-液抽提（溶剂萃取）法主要适用于馏分较宽、芳烃的含量适中（70%左右或更低）的原料，同时可以获得芳烃苯系物;抽提蒸馏法主要适用于原料馏分较窄、芳烃含量比较高的萃取工艺中[1]，主要用于生产高纯度的单一芳烃。液-液抽提（溶剂萃取）和抽提蒸馏两种分离技术能否成功的关键在于有机溶剂的选择，而一种良好的溶剂需要具备以下条件：对芳烃的选择性好、溶解能力强、与芳烃不能形成共沸物、热稳定性及化学稳定性好、无毒无腐蚀、价廉易得等。选择满足上述条件的溶剂并不容易，综合衡量各方因素后，较成熟的工艺主要有：以甘醇类为溶剂的Udex法，以N-甲基砒咯烷酮为溶剂的Arosolvan法，以环丁砜为溶剂的Sulfolane法，以二甲基亚砜为溶剂的IFP法，以环丁砜为抽提蒸馏溶剂的Sed法等。

2 粗苯加氢工艺中芳烃苯系物的分离纯化

2.1 粗苯加氢工艺

粗苯加氢工艺是指在一定的温度、压力和催化剂条件下，使纯氢与粗苯中的杂质（氧、氮、硫）发生反应，生成饱和烃和水、氨、硫化氢等，并将它们作为废气排出。而加氢后的粗苯通过萃取蒸馏使芳烃与非芳烃分离，提纯后的芳烃通过进一步精馏制得高纯苯、甲苯和二甲苯。例如，宁夏宝丰能源集团10万t/a粗苯加氢精制项目，就是采用低温苯加氢生产工艺，其所需的主要原料——粗苯为该公司焦化厂生产的副产品之一。该工艺通过脱重塔脱除粗苯C9以上的重组分后进行两级加氢处理。再采用环丁砜三苯萃取工艺的萃取系统，生产出纯苯、苯系物、重苯、非芳烃混合物等产品。整套精制装置主要有加氢系统、萃取精馏系统和PSA驰放气制氢系统，其中萃取精馏系统是粗苯加氢工艺的主要单元。

该粗苯加氢工艺使用环丁砜作为萃取溶剂，采用液-液溶剂萃取，充分利用烃类各组分在环丁砜溶剂中的溶解度及选择性不同的特点，高效萃取分离出不同的苯系物。粗苯加氢后得到非芳烃和芳烃的混合物，芳烃与溶剂环丁砜的溶解作用力更强，富集于塔底，非芳烃则在塔顶采出。与其他的有机溶剂相比，环丁砜的优势突出。一是对芳烃苯系物的溶解度大，选择性和热稳定性好，有利于芳烃和非芳烃的分离，可以节省消耗;二是环丁砜腐蚀性小，可延长碳钢设备和管道的使用寿命，从而降低各类装置的投资費用。同时，环丁砜作为溶剂也存在一定的弊端，主要有：环丁砜溶剂本身价格昂贵，遇氧及高温时会发生氧化降解等;通过环丁砜萃取精馏后得到的副产品非芳烃混合物，除了含有C5～C8的烷烃及环烷烃外（如环己烷、正己烷、环戊烷、甲基环戊烷、甲基环己烷等），还含有一定比例的未萃取干净的苯系物（苯、甲苯、二甲苯，其中以苯为主），其中苯的总质量分数仍达70%，这些芳烃与非芳烃组分的沸点接近，容易形成共沸物，使相当多的苯未被分离。在造成苯浪费和环境不友好的同时，其还会影响非芳烃的品质，增加后期分离处理的难度。

2.2 提高芳烃苯系物产品纯度的方法

能否增加芳烃苯系物的纯度，有效降低非芳烃中苯的含量，从而提高产品的质量和企业收益，是芳烃生产工艺的重要指标。影响芳烃苯产品质量的因素有很多，主要表现在以下几个方面：一是粗苯原料中芳烃的含量不稳定，较高或较低;二是粗苯原料中芳烃的组分或杂质成分不恒定，在原有的操作条件下如果不能及时进行调整调试，容易造成溶剂的萃取效果不稳定，苯系物产品的纯度受到影响;三是苯产品质量与萃取溶剂系统也有很大的关系[2]，如系统温度、溶剂含水量、系统含氧量等。在粗苯加氢工艺中，所使用的萃取溶剂环丁砜，能否再生并循环使用以及萃取效果的好坏同样影响产品的纯度和生产的投入成本;四是在操作过程中温度、压力和回流量等也会对苯的质量产生影响。综合各类影响因素，目前重点从工艺装置调整和工艺参数改变两方面改进生产方法，以进一步确保苯系物产品质量。

2.2.1 工艺装置的调整。工艺装置调整主要有工艺流程改造和设施设备改造。关于工艺流程改造，薛春燕[3]提出，新增预蒸馏系统，将三苯（苯、甲苯、二甲苯）萃取蒸馏工艺改为两苯（苯、甲苯）萃取工艺，把二甲苯及高沸点的非芳烃工艺切除，减少芳烃与非芳烃的接触，提高产品质量。改进后的特点是，芳烃与非芳烃得到有效分离，萃取剂环丁砜的再生相对容易，洁净度较高，而且参与的物料减少，对萃取剂的影响变小，使产品的纯度提高，收益增加。

对于设施设备改造，曹继温[4]研究得出，萃取精馏系统的设备长期使用后，部分塔盘倾斜和浮阀脱落，造成非芳烃产品含苯量增至60%，三苯产品大量损失。针对此问题，根据具体工艺，将萃取精馏系统中的原浮阀塔盘进行技术改造，升级为高效塔盘，使用后，萃取塔顶的非芳烃中苯含量显著降低，溶剂质量提高，产品品质提高，工序稳定运行。

2.2.2 工艺参数的改变。苯系物中非芳烃含量是保证产品苯、甲苯质量合格的重要指标，这就要求非芳烃含量必须控制在合理范围内。田胜利[5]研究得出，非芳烃含量与溶剂比、溶剂温度等因素有关。因此，根据所使用的原料来源中含有的各成分比例，根据具体工艺，适度灵活调节环丁砜溶剂比、溶剂温度等，以达到芳烃和非芳烃的最佳分离条件，提高苯系物收率，降低生产成本。黄余东[6]研究得出，苯加氢装置三苯萃取工艺以环丁砜为萃取剂，系统长时间运行后，出现环丁砜分解劣化、失活严重、萃取效果差、产品销售困难和价格低等问题。通过将苯塔进料改为热进料，回收塔塔底温度降低的方式改变工艺参数，既提高了萃取剂的萃取效果，也保证了苯产品的品质。

金培杰[7]提出，在粗苯加氢工艺（采用德国伍德的低温KK法萃取蒸馏技术），萃取蒸馏单元的非芳烃中的含苯量远远高于设计值，纯苯收率过低。针对这一问题，通过对塔顶压力和塔底温度、溶剂与物料配比、溶剂进料温度、进料组分与回流量等方面的调整，确定最佳操作点，可以将非芳烃中的苯含量由60%降低到10%，提高了纯苯的回收率并增加收益。李冠利提出，通过改善循环溶剂质量，减少环丁砜因操作条件、环境的变化发生裂解和变质的概率，从而减小溶剂质量对苯产品质量的影响，增加收益。

3 结论

粗苯加氢工艺可以提高粗苯的附加值，得到高纯度的苯及苯系物，并增加芳烃的产量，使苯资源得到充分利用。萃取精馏作为该工艺中重要的操作单元，该系统的操作稳定性和萃取效果直接影响产品的质量。综合文献报道，无论从设备还是从工艺参数等方面对具体工艺进行改进，主要目的是使芳烃与非芳烃有效分离，使溶剂能够循环使用。要想提高萃取系统的萃取效果，一是选择合适的萃取剂，综合衡量各方面因素，环丁砜仍是萃取分离系统中良好的萃取溶剂;二是根据具体萃取工艺，以减少芳烃与非芳烃相互接触的目的进行设备和工艺的改进，如将三苯工艺改为二苯工艺，或者将塔顶蒸出的非芳烃引入到独立的蒸馏系统中，都可以减少芳烃与非芳烃的接触，将二者有效分离。

参考文献：

[1]韩凤山，林克之.世界芳烃生产技术的发展趋势[J].当代石油石化，2006（5）：30.

[2]李冠利.提高苯产品质量的研究浅析[J].化学工程与装备，2016（6）：60-63.

[3]薛春燕.粗苯加氢精制装置三苯萃取蒸馏改造[J].燃料与化工，2015（6）：47-51.

[4]曹继温.粗苯加氢精制工艺中萃取精馏系统的优化[J].燃料与化工，2016（3）：35-39.

[5]田勝利.环丁砜抽提蒸馏工艺分离芳烃与非芳烃影响因素的分析[J].辽宁化工，2014（6）：705-707.

[6]黄余东.粗苯加氢装置三苯馏分萃取系统生产工艺的改进措施[J].化工管理，2019（7）：190-191.

[7]金培杰.降低苯加氢工艺中非芳烃馏分含苯量[J].燃料与化工，2017（2）：37-38.