芳烃抽提装置提高混芳、非芳产品质量的方法研究

＊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产运行三部现有一套25 万吨/年芳烃抽提装置，选用的是环丁砜抽提蒸馏工艺，用于建设其芳烃联合装置芳烃抽提部分，原料来自上游芳构化装置，经过脱庚烷塔、二甲苯塔、重芳烃塔、后加氢系统、抽提蒸馏系统、溶剂回收系统、苯塔系统、甲苯塔系统得到优质的混合二甲苯、C9 芳烃、苯、甲苯、重芳烃和非芳烃等产品。在装置长周期的运行过程中，出现非芳中苯含量＞0.2%的导致产品质量低的问题，本文通过对生产过程的数据收集、操作参数变化及化验分析进行研究，得出影响产品质量的原因，研究得出保障产品质量的方法。

1.工艺概况与现状

（1）芳烃抽提装置工艺概况。舟山石化抽提装置采用的是抽提蒸馏法。以环丁砜作为溶剂在抽提蒸馏系统、溶剂回收系统进行整体操作。溶剂与芳烃可形成共价键，芳烃在溶剂中溶解，蒸馏后可实现非芳烃与混芳的分离。溶剂与C6、C7 在抽提系统相遇，分成液体和气体两种状态，因为芳烃与溶剂之间作用力更强，塔顶排出轻组分非芳烃，塔底排出重组分芳烃。然后混合芳烃进入溶剂回收系统中，芳烃与溶剂进行分离，溶剂在塔底排出并循环使用，混合芳烃进入到精馏系统中，分离产出苯、甲苯。

（2）抽提蒸馏塔的工艺现状。后加氢精制油由进料泵送至E4107、E4203 换热，控制进塔温度在105 ℃左右，从第41 层塔板进入抽提蒸馏塔T4301。贫溶剂经冷却，控制温度为100 ℃左右，分成两股进入抽提蒸馏塔，主溶剂进入塔顶的第1 块板，第二股溶剂进入塔的第13 块板。抽提蒸馏塔T4301 塔釜再沸器E4302 热源来自2.2 MPa 蒸汽，通过控制加热蒸汽量改变塔底温度来调节塔内蒸发量。非芳烃蒸汽夹带少量溶剂由塔顶蒸出直接进入非芳烃蒸馏塔T4302 底部。富溶剂泵P4302 将富溶剂自塔釜抽出进入溶剂回收塔T4302。当前正常生产情况下，抽提蒸馏塔的主要控制手段依靠调整贫溶剂进塔量、E4301 蒸汽量、塔顶压力来进行控制，主要监控第8 层、12 层、16 层、22 层塔盘温度，形成一定的温度梯度，以12 层或者16 层塔盘温度作为上灵敏板温度。

（3）溶剂回收塔的工艺现状。为避免环丁砜在高温下分解，溶剂回收塔是在减压下操作的，T4301 的富溶剂利用减压汽提的方法使溶剂与芳烃彻底分离。正常生产情况下溶剂回收塔的操作主要依靠调整塔底温度、塔顶温度，保证系统真空度、回流量和汽提水流量等手段来控制。

2.混合芳烃与非芳烃的产品质量

(1)溶剂油系统对非芳烃产品提出了更高的要求

非芳烃塔分离出来的非芳烃与加氢装置的轻石脑油进入溶剂油系统，分离出轻碳五、工业己烷和120#溶剂油。

表1 调整前工业己烷、非芳烃部分产品指标

非芳烃产品中的苯含量频繁出现大于0.2%甚至更高的现象，这直接导致了溶剂油系统产出的工业己烷不合格。但与此同时抽提装置的混合芳烃产品质量仍在控制指标内，因此生产技术部调整了非芳烃产品中的产品指标。

(2)非芳中的苯含量升高的原因

①抽提蒸馏塔T4301 的操作参数。抽提蒸馏塔实质上也是分馏塔，在正常的蒸馏过程中，即使环丁砜对芳烃的溶解能力很强，但塔顶轻组分中也很难避免携带少量烃类。尤其是上灵敏板16 层塔盘温度越高，则非芳烃中的苯、甲苯含量就会越高。这与贫溶剂进塔温度、溶剂量等因素都有关系，不仅影响了非芳烃的产品质量，还会使得具有高附加值的芳烃损失。

②进料组成的影响。当上游装置进入抽提的原料组分变化较大时，对抽提蒸馏塔的操作同样存在影响。后加氢精制油中，芳烃含量越高时，非芳烃产品中的苯含量增加的可能性就会越大。相反，原料组成中非芳烃含量升高，混合芳烃中非芳烃含量也可能会增加，但苯含量在非芳烃中会下降。

③非芳烃蒸馏塔T4302 的压力。非芳烃蒸馏塔回流罐压力间接控制塔压，原料组成在稳定的情况下，压力一般不作为调整手段。当压力出现大幅波动时，对抽提蒸馏塔、非芳烃蒸馏塔的操作都带来一定的影响，若调整不及时，则会使非芳中的苯含量升高。

3.调整分析研究

针对非芳烃中苯含量超标的情况，从操作条件、溶剂性能等方面进行调整，尝试将苯含量降低。

（1）提高贫溶剂进塔温度。一般情况下，贫溶剂的温度越高，其溶解性能会增大，但选择性会下降。对抽提蒸馏过程而言，提高溶剂温度，混合芳烃就会越容易被溶解到环丁砜中去，但是溶剂温度升高，塔盘温度同样会升高，亦会使得芳烃被携带到非芳烃中去，这是一个矛盾的过程。为了验证效果，对贫溶剂的进塔温度作了以下调整。

将贫溶剂进塔温度由101 ℃提高至102 ℃，并运行了18 日。对比调整前后的非芳烃中的苯含量变化，可以看到提高贫溶剂进塔温度后，非芳烃中的苯含量出现了下降，但是在同样的工况下，几日后，苯含量又有了上升的趋势，且均大于产品指标要求。可见，提高贫溶剂进塔温度可以短暂降低非芳中的苯含量，但是溶剂的选择性可能会降低，不是一个稳定的操作条件。因而将贫溶剂进塔温度调整为日常控制的100 ℃。

（2）溶剂回收系统抽真空，提高真空度。由于溶剂在高温下容易分解，所以溶剂回收塔是一个减压蒸馏塔，回收系统的真空度对蒸馏效果有影响。溶剂回收塔蒸馏效果越好，则塔底的贫溶剂纯度就越高，这对抽提过程是有好处的，能够降低非芳烃中的苯含量。故在采取了投用抽空器EJ4301 为系统抽真空，回收系统负压由-0.053 MPa 抽至-0.068 MPa 左右。

（3）向T4301 中注入消泡剂、补新鲜溶剂。发泡现象是指溶剂发泡打乱了塔内的传质过程，造成大量溶剂和芳烃被汽提塔顶蒸汽夹带出去，容易造成混芳、非芳产品不合格。溶剂发泡有以下几个方面原因，包括装置负荷过大、进料量短时间波动大、进料存在发泡物质、溶剂脏导致表面张力变化等。进行了两次注消泡剂操作，其间产品质量变化见表2。

表2 注消泡剂导致苯含量变化分析数据

从化验分析数据中可以得出，2 月1 日开始注消泡剂后非芳中的苯含量开始下降，且下降趋势明显，但持续时间很短，直至2 月8 日苯含量又出现了升高的现象；因此又进行了第2 次注消泡剂，非芳中的苯含量再次下降。而针对2 月8 日苯含量升高的现象，为保证系统内溶剂的可靠性，装置在2 月9 日至2 月10 日期间往系统补入新鲜溶剂，并排掉了部分老溶剂。2 月10 日非芳烃中的苯含量再次下降。可见，注消泡剂和补新鲜溶剂的确有利于抽提塔，这实质上是在提高环丁砜的性能。

（4）溶剂比的变化。溶剂比是影响抽提过程的重要因素。在调整的过程中，抽提蒸馏塔的溶剂比也发生了变化。一般情况下，溶剂比增大，芳烃回收率会增加，但芳烃质量会下降；溶剂比过小则很有可能导致非芳中的芳烃含量增加。

（5）塔盘温度的变化。纵观整个调整过程，抽提蒸馏塔的灵敏板温度已经逐渐控低，非芳烃中的苯含量确实下降，同时混合芳烃的产品质量并没有直接受到影响（含非芳烃均＜0.01%）。这与先前所说的灵敏板温度越高，非芳烃中的芳烃含量就会越高是一致的。而所有的操作调整目的都是为了降低灵敏板温度。

但是当前抽提蒸馏塔塔盘温度已经几乎达到操作极限，如果塔盘温度继续采取措施降低，将会使灵敏板温度丢失，找不到新的温度平衡点，操作会越来越困难，混合芳烃中非芳烃含量增加的可能性将会极大地提高，直接导致了苯、甲苯产品的不合格。

4.保证混合芳烃、非芳烃产品质量的措施建议

在采取上述措施进行调整时，可以发现无论是调整贫溶剂进塔温度、注消泡剂，还是提高回收系统的真空度、置换溶剂，非芳烃的产品质量都发生了变化。所以在当前的产品指标要求下，要保证混合芳烃和非芳烃的质量，就要从操作条件和溶剂性能等方面入手。

(1)优化操作条件

①保证一定的温度梯度。所谓温度梯度就是在正常的分馏塔中自塔底至塔顶有一个逐渐递减的过程。要保证8 层与12 层塔盘、12 层塔盘与16 层塔盘、16 层与22 层塔盘之间分别有1～1.5 ℃、3～5 ℃、4～6 ℃的温差，才能有较好的分离效果。所以要稳定贫溶剂进塔温度、抽提进料温度、蒸汽量等，避免大幅波动。

②压力。虽然在本次调整中，抽提蒸馏塔的压力并没有作为主要的调节手段。但是定性地讲，较低的塔压有利于抽提蒸馏过程。塔压不能过高，否则容易形成两个液相；但是也不能太低，否则塔底温度太低，会增加回收塔再沸器E4304 的负担。

③真空度。保证溶剂回收塔的负压在-0.055～-0.065 MPa 附近，稳定溶剂回收塔的操作。当负压过小时，及时投用抽空器。

④溶剂比。在一定情况下，溶剂量影响芳烃回收率。若溶剂比过大，提高了溶剂的溶解能力，增加芳烃回收率，但溶剂的选择性却下降，溶剂中的非芳烃含量较多，芳烃纯度则降低。当溶剂比过大时，设备费用和能耗增加。若溶剂比过小时，则与之相反。

(2)保证环丁砜的性能

虽然在注消泡剂的操作中无法确定环丁砜是否出现了发泡，但是确保环丁砜的性能无疑是保证混芳、非芳产品质量的重要措施。

①氧气的影响。环丁砜透明、无色，但由于空气氧化的原因通常呈淡黄色。相关资料表明，在有空气的条件下，环丁砜释放出来的SO2会增多，且pH 值下降速度明显增加，还易生成有腐蚀性的磺酸。所以氧气对环丁砜的性质影响较大。必须采取措施保证系统隔绝空气，尤其是溶剂回收系统。

A.加强对溶剂回收系统各连接密封处的管理，全部抹上黄油，防止空气进入系统；B.添加单乙醇胺、消泡剂时尽量隔绝空气或者对V4309、V4310 添加氮封；C.减少溶剂系统非必要的检修。凡涉及溶剂系统的检维修，尤其是大检修开工前一定要用氮气置换合格。

②温度的影响。220 ℃时，环丁砜的热稳定性高，但是会分解出二氧化硫及可聚合、不饱和的物质，混合芳烃中会呈现褐色。所以在日常操作中必须严格控制好T4301、T4303、T4304 的温度，谨防超温。

③氯含量的影响。氯离子极易与环丁砜发生反应，使其变成酸性物质，降低其pH 值，并对设备有腐蚀性。所以一定控制好加强重整脱戊烷油的脱氯操作，监控好氯含量。

④定期注入消泡剂。定期在抽提蒸馏进料线上注入消泡剂，混芳与消泡剂按9:1 比例配制，用量大约为循环溶剂的1～3 mg/kg，并严格控制注入时间、注入量和注入速度。在预制的过程中，要充分进行搅拌，避免分层。一定要控制好流量与压力，否则会影响注入速度和注入量，降低消泡效果。

⑤定期置换新鲜溶剂。

⑥做好溶剂的再生、清洁工作。

5.结论

通过优化操作条件，保证一定的温度梯度、压力、真空度和溶剂比等参数，同时保障环丁砜的性能、定期注消泡剂、定期置换新鲜溶剂和做好溶剂的再生清洁工作，就能保证非芳中的苯含量降低到0.15%以下，同时也保证了混合芳烃的产品质量，达到了预期目的。