压力对芳烃产品质量的影响及其应对

郭宇

摘 要：本文围绕压力对芳烃产品质量的影响进行讨论，并提出可通过温度压力补偿控制技术和动态模拟技术降低压力对芳烃产品质量带来的影响。

关键词：芳烃产品 抽提技术 压力

中图分类号：TQ202 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0110-02

芳烃是“芳香烃”的简称，是含有苯环结构的碳氢化合物的总称。芳烃可分为重芳烃和轻芳烃。重芳烃是指还有9个以上碳原子数的芳香烃，反之则为轻芳烃。重芳烃产品可以直接用来炼制汽油、石油树脂等产品，而轻芳烃可作为制造合成橡胶、合成纤维等工业产品的原料。芳烃具有较强的毒性，且不溶于水。作为重要的化工产品和原料，芳烃产品的生产技术对一国化工行业的发展有重大影响。传统的芳烃生产技术有催化重整技术、裂解汽油加氢技术、芳烃转换技术和芳烃抽提技术。随着人们对芳烃产品日益增长的需求，突破传统的新的芳烃生产技术也不断结合新科技应运而生，例如通过芳构化的方式将天然气转换成芳烃，利用甲苯和甲醇来生产对二甲苯等。不同的生产技术对生产设备装置的需求也各不相同。但是同作为芳烃生产技术，每一项技术的发明和发展都基于芳烃产品自身的化学性质和物理性质。因此，温度、压力等因素对芳烃产品是不同技术的生产过程中共通的影响因素。本文将以芳烃抽提技术为例，围绕压力对芳烃产品的生产质量带来的影响进行讨论，并提出供参考的应对策略。

1 抽提技术中压力对芳烃产品生产质量的影响

芳烃抽提技术可分为萃取抽提技术和蒸馏抽提技术。萃取工艺技术利用不同的物质在液体中的溶解度不同，从而将芳烃产品和非芳烃产品进行分离，取得需要的芳烃产品。该技术1989年便在我国化工行业中实现工业化，目前技术成熟，萃取取得的苯、二甲苯等芳烃产品纯度高，且能耗低。甘醇类溶剂是较常用的萃取液。蒸馏抽提技术是利用芳烃产品的挥发性不同，在原材料中加入极性溶剂，基于芳烃产品和非芳烃产品的挥发性的差异，精馏取得所需的芳烃产品。目前国内较具代表性的蒸馏抽提技术有SED技术，在原材料中加入极性溶剂，增强芳烃的溶解能力，从而使操作过程更加稳定。不同的抽提工艺技术对压力的需求各有不同。在整个制作工艺中，压力只是其中一个影响芳烃产品质量的因素，压力的变化必然带动温度等其他因素的变化，因此本段的讨论将在假定其他因素不变的情况下，压力对芳烃产品生产质量的影响。

1.1 压力对溶剂回收塔的影响

无论是萃取工艺还是蒸馏工艺，都需要在产品原材料中加入一定的溶剂。目前在实践中主要用的芳烃产品抽取溶剂有6类，用于蒸馏工艺的有两种，包括甲酰基吗啉和甲基吡咯烷酮；用于萃取工艺的有四种，包括环丁砜、四甘醇、三甘醇、二甲基亚砜等，其中环丁砜因其价格低廉，同时密度和沸点较高有利于回收和降低损失等特点，是使用最普遍的萃取溶剂。溶剂回收塔可以初步将芳烃产品分离出来，并将相应的萃取液或者蒸馏溶剂再次回收利用。

在操作过程中，将溶解于溶剂中的混合芳烃和水的混合溶液从溶剂回收塔顶端注入回收塔中，在塔顶混合溶液就分离出混合芳烃和水，剩下的包括萃取剂、少量的芳烃产品和水就继续流到塔底，形成可以回收利用的贫溶剂。贫溶剂中含水量的多少与芳烃产品的质量数量密切相关。若含水量较高，则说明该贫溶剂的溶解性较低，若含水量过低，则说明溶剂的选择范围小。因此，控制好贫溶剂含水量的高低是控制抽提效果的关键步骤。在多组分系统中，压力对温度有直接影响，压力的升高意味着温度的升高，当压力确定时，温度的变化对贫溶剂中含水量产生直接影响。在溶剂回收塔塔底的贫溶剂中，由于其中含有极少量的芳烃产品，萃取溶剂和水就构成了一个近似二组分的系统。在溶剂回收塔中，由于塔盘的负载变化，压力不是恒定的，而是随时可能发生变化，而塔压的大小与塔内温度大小相关，塔压的细微变化都可能导致塔温的较大变化，因此，压力对溶剂回收塔的影响主要是通过对溶剂回收塔中温度变化产生影响，从而对芳烃产品质量发生影响。经过长期的实践可以发现，在溶剂回收塔中，压力、温度和贫溶剂的含水量呈正相关关系（大致如图1所示）。当溶剂回收塔中压力稳定时，随着温度的升高，溶剂中水的含量比例下降，而若能将温度固定下来，则随着压力的增大，溶剂中含水量的比例则会升高。实践中对贫溶剂含水量的需求基本上在0.6%的质量分数。从图1中可以看出，在0.6%的组分线上，压力和温度若能同时发生变化，存在水的质量分数固定在0.6%的可能。

1.2 压力对苯塔的影响

芳烃抽提设备中的苯塔主要用于将混合芳烃产品进一步分离，提炼出纯度更高的芳烃产品。苯塔的塔顶有五块塔盘，主要用于混合芳烃产品的脱水和提纯。优质的芳烃产品如优级苯的冰点大于5.4摄氏度，其纯度高达99.95%以上，因此质量要求极高。如此高的标准势必对生产设备和装置也有极高的要求。在操作过程中，混合芳烃产品置于苯塔的塔底，经过塔顶的五层塔盘的脱水和提纯后，优质的芳烃产品从第五块塔盘中抽出。在苯塔中，压力对芳烃产品质量的影响同样也是通过其对操作过程中的温度的影响实现的。图2是通过模拟软件计算的苯塔中温度与压力变化在各不同理论版上的体现。从中可以看出压力的微小变化对温度带来巨大影响，因而单纯的控制温度来控制芳烃产品质量很难消除压力带来的影响，必然要反其道行之，以控制压力的方式来控制温度，从而实现对芳烃产品质量的影响。

在苯塔内，塔压的波动会引起各理论板的温度变化，但是处于同一苯塔内的理论板上温度变化大小可能有所不同，但是变化方向是一致的，即随着塔压的变化同时升高或者降低。但是，尽管各板上的温度随着压力波动而发生变化，但是其温差变化却非常小。当塔压发生变化时，苯塔顶部位置的温度变化最大，即五层塔盘所在的位置，相对的，进料板附近的温度变化要小一些。细微的塔压变化会引起较大的温度变化，但是温差变化却又相对较小，因此可以通过调节压力与温差之间的关系，来控制苯塔内塔压变化给芳烃产品质量产生的影响。endprint

2 抽提技术中压力变化应对策略

2.1 建立温度压力补偿控制系统

正如上文中所述，采用抽提技术制备芳烃产品的过程中，无论是溶剂回收塔还是苯塔，细微的塔压变化会导致较大的塔温变化。从图1中可以看出，若贫溶剂中水的质量分数保持稳定，则塔压和塔温之间的关系可以用一组近乎于直线的图表来表示。若能将压力和温度控制在使贫溶剂中的水含量在6%的水平，就能使芳烃产品的萃取或蒸馏符合目标。换言之，压力变化将引起温度变化，在控制压力的同时对温度也采取一定的手段进行控制，从而使两者保持稳定的同步递增或者递减的关系，确保贫溶剂中水含量的百分比。根据这一原理，可以建立一个温度压力补偿系统，通过这一系统实现芳烃产品制备过程中的组份控制。该系统由温度测量器、压力变送器、调节器、温差变送器等元件组成。当温度发生变化时，温差变送器输出相关信号，与压力变送器输出的信号通过电阻单元进行匹配，接着主调节器发挥作用，通过改变塔内蒸汽流量，从而改变塔压大小，最终使塔压和温度能够成比例关系，反之当塔内压力发生变化时，压力变送器输出信号，也通过电阻单元的匹配以及主调节器对塔内蒸汽流量的调控，从而改变压力大小。在实际操作过程中，需计算出符合需求的温度、压力补偿系数，否则该系统将难以发挥出较好的效果。

2.2 建立动态模拟体系

随着科技的发展，对复杂的工艺流程进行模拟从而解决实践中存在的问题已成为一项重要工作方式。在国外化工行业，用动态模拟方式解决工程问题已逐步发展成为一项较成熟的应用技术，而国内这一方式仍然停留在科研阶段，未能真正投入到企业实践中。动态模拟技术是在稳态模拟技术上发展而来的，集合热力学模型、单元设备模型、控制系统模型等技术原理，通过数学算法建立模型，并在模型上运行。芳烃产品的制备过程涉及温度、压力、溶剂比等多项因素，同时生产设备外部庞大内部精细，不但对工艺设计人员提出较高要求，而且对操作人员也提出了较高要求。在整个制备过程中任何一个环节遇到问题，轻则可能使企业停止生产，重则可能酿成安全事故，例如生产过程中若没有控制好塔压，不但会造成生产出来的芳烃产品不符合市场需求，而且可能会对溶剂回收塔、苯塔等装备本身带来损害，埋下安全事故隐患。所以在解决压力对芳烃产品时，可以通过动态模拟技术了解问题产生的根源，并在一定程度上提出解决方案。在设计动态模拟技术操作方案时，压力和温度以外的其他因素应当保持稳定，采用不同强度的压力设计多项运行方案，观察其中温度变化，以及生产出来的芳烃产品的质量，然后对动态模拟过程中收集的数据进行分析比较，从而明确不同方案的优劣，寻找最便捷有效的应对策略。

3 结语

化工产品的生产制备过程极其复杂，涉及多方面因素，而且生产设备装置也极其精细。芳烃产品的生产也不例外。根据制备工艺的不同，芳烃产品的生产原理有所不同，对装置设备、外部环境以及生产原料等的需求也都有所不同。该文以抽提技术为例，围绕芳烃产品生产过程中压力对产品质量带来的影响开展讨论。抽提技术可分为萃取工艺和蒸馏工艺，其中涉及的装置主要由溶剂回收塔、蒸馏塔、苯塔等。在生产过程中塔内压力波动会引起温度的变化，从而影响原材料的溶解度或者挥发性，最终对制备获得的芳烃产品的纯度和质量产生影响。为降低压力波动给芳烃产品质量带来的影响，该文认为可以通过建立温度压力补偿控制系统对塔内压力和温度进行控制。同时可通过动态模拟技术对温度压力补偿控制系统的建立进行模拟，更直观的观察压力对芳烃产品质量产生的影响，并在此基础上制定应对策略。

参考文献

[1] 李燕秋，白尔铮，段启伟，等.芳烃生产技术的新进展[J].石油化工，2005，34（4）：309-315.

[2] 张永铭，杨焘，刘博，等.动态模拟在芳烃抽提装置设计中的应用[J].化学工程，2011，39（11）：88-91，98.

[3] 张志良，肖庆伟.SED芳烃抽提工艺的工业应用[J].石油炼制与化工，2008，39（4）：41-45.

[4] 唐娟，任丽丽.先进控制技术在芳烃抽提生产过程中的应用[J].化工自动化及仪表，2012，39（7）：964-966.

[5] 王健，孙津生.芳烃抽提过程的计算机模拟[J].化工进展，2007，26（z1）：110-113.

[6] 喻朝善.芳烃抽提蒸馏工艺运行中存在的问题及对策[J].石油化工应用，2008，27（3）：72-74.endprint

2 抽提技术中压力变化应对策略

2.1 建立温度压力补偿控制系统

正如上文中所述，采用抽提技术制备芳烃产品的过程中，无论是溶剂回收塔还是苯塔，细微的塔压变化会导致较大的塔温变化。从图1中可以看出，若贫溶剂中水的质量分数保持稳定，则塔压和塔温之间的关系可以用一组近乎于直线的图表来表示。若能将压力和温度控制在使贫溶剂中的水含量在6%的水平，就能使芳烃产品的萃取或蒸馏符合目标。换言之，压力变化将引起温度变化，在控制压力的同时对温度也采取一定的手段进行控制，从而使两者保持稳定的同步递增或者递减的关系，确保贫溶剂中水含量的百分比。根据这一原理，可以建立一个温度压力补偿系统，通过这一系统实现芳烃产品制备过程中的组份控制。该系统由温度测量器、压力变送器、调节器、温差变送器等元件组成。当温度发生变化时，温差变送器输出相关信号，与压力变送器输出的信号通过电阻单元进行匹配，接着主调节器发挥作用，通过改变塔内蒸汽流量，从而改变塔压大小，最终使塔压和温度能够成比例关系，反之当塔内压力发生变化时，压力变送器输出信号，也通过电阻单元的匹配以及主调节器对塔内蒸汽流量的调控，从而改变压力大小。在实际操作过程中，需计算出符合需求的温度、压力补偿系数，否则该系统将难以发挥出较好的效果。

2.2 建立动态模拟体系

随着科技的发展，对复杂的工艺流程进行模拟从而解决实践中存在的问题已成为一项重要工作方式。在国外化工行业，用动态模拟方式解决工程问题已逐步发展成为一项较成熟的应用技术，而国内这一方式仍然停留在科研阶段，未能真正投入到企业实践中。动态模拟技术是在稳态模拟技术上发展而来的，集合热力学模型、单元设备模型、控制系统模型等技术原理，通过数学算法建立模型，并在模型上运行。芳烃产品的制备过程涉及温度、压力、溶剂比等多项因素，同时生产设备外部庞大内部精细，不但对工艺设计人员提出较高要求，而且对操作人员也提出了较高要求。在整个制备过程中任何一个环节遇到问题，轻则可能使企业停止生产，重则可能酿成安全事故，例如生产过程中若没有控制好塔压，不但会造成生产出来的芳烃产品不符合市场需求，而且可能会对溶剂回收塔、苯塔等装备本身带来损害，埋下安全事故隐患。所以在解决压力对芳烃产品时，可以通过动态模拟技术了解问题产生的根源，并在一定程度上提出解决方案。在设计动态模拟技术操作方案时，压力和温度以外的其他因素应当保持稳定，采用不同强度的压力设计多项运行方案，观察其中温度变化，以及生产出来的芳烃产品的质量，然后对动态模拟过程中收集的数据进行分析比较，从而明确不同方案的优劣，寻找最便捷有效的应对策略。

3 结语

化工产品的生产制备过程极其复杂，涉及多方面因素，而且生产设备装置也极其精细。芳烃产品的生产也不例外。根据制备工艺的不同，芳烃产品的生产原理有所不同，对装置设备、外部环境以及生产原料等的需求也都有所不同。该文以抽提技术为例，围绕芳烃产品生产过程中压力对产品质量带来的影响开展讨论。抽提技术可分为萃取工艺和蒸馏工艺，其中涉及的装置主要由溶剂回收塔、蒸馏塔、苯塔等。在生产过程中塔内压力波动会引起温度的变化，从而影响原材料的溶解度或者挥发性，最终对制备获得的芳烃产品的纯度和质量产生影响。为降低压力波动给芳烃产品质量带来的影响，该文认为可以通过建立温度压力补偿控制系统对塔内压力和温度进行控制。同时可通过动态模拟技术对温度压力补偿控制系统的建立进行模拟，更直观的观察压力对芳烃产品质量产生的影响，并在此基础上制定应对策略。

参考文献

[1] 李燕秋，白尔铮，段启伟，等.芳烃生产技术的新进展[J].石油化工，2005，34（4）：309-315.

[2] 张永铭，杨焘，刘博，等.动态模拟在芳烃抽提装置设计中的应用[J].化学工程，2011，39（11）：88-91，98.

[3] 张志良，肖庆伟.SED芳烃抽提工艺的工业应用[J].石油炼制与化工，2008，39（4）：41-45.

[4] 唐娟，任丽丽.先进控制技术在芳烃抽提生产过程中的应用[J].化工自动化及仪表，2012，39（7）：964-966.

[5] 王健，孙津生.芳烃抽提过程的计算机模拟[J].化工进展，2007，26（z1）：110-113.

[6] 喻朝善.芳烃抽提蒸馏工艺运行中存在的问题及对策[J].石油化工应用，2008，27（3）：72-74.endprint

2 抽提技术中压力变化应对策略

2.1 建立温度压力补偿控制系统

正如上文中所述，采用抽提技术制备芳烃产品的过程中，无论是溶剂回收塔还是苯塔，细微的塔压变化会导致较大的塔温变化。从图1中可以看出，若贫溶剂中水的质量分数保持稳定，则塔压和塔温之间的关系可以用一组近乎于直线的图表来表示。若能将压力和温度控制在使贫溶剂中的水含量在6%的水平，就能使芳烃产品的萃取或蒸馏符合目标。换言之，压力变化将引起温度变化，在控制压力的同时对温度也采取一定的手段进行控制，从而使两者保持稳定的同步递增或者递减的关系，确保贫溶剂中水含量的百分比。根据这一原理，可以建立一个温度压力补偿系统，通过这一系统实现芳烃产品制备过程中的组份控制。该系统由温度测量器、压力变送器、调节器、温差变送器等元件组成。当温度发生变化时，温差变送器输出相关信号，与压力变送器输出的信号通过电阻单元进行匹配，接着主调节器发挥作用，通过改变塔内蒸汽流量，从而改变塔压大小，最终使塔压和温度能够成比例关系，反之当塔内压力发生变化时，压力变送器输出信号，也通过电阻单元的匹配以及主调节器对塔内蒸汽流量的调控，从而改变压力大小。在实际操作过程中，需计算出符合需求的温度、压力补偿系数，否则该系统将难以发挥出较好的效果。

2.2 建立动态模拟体系

随着科技的发展，对复杂的工艺流程进行模拟从而解决实践中存在的问题已成为一项重要工作方式。在国外化工行业，用动态模拟方式解决工程问题已逐步发展成为一项较成熟的应用技术，而国内这一方式仍然停留在科研阶段，未能真正投入到企业实践中。动态模拟技术是在稳态模拟技术上发展而来的，集合热力学模型、单元设备模型、控制系统模型等技术原理，通过数学算法建立模型，并在模型上运行。芳烃产品的制备过程涉及温度、压力、溶剂比等多项因素，同时生产设备外部庞大内部精细，不但对工艺设计人员提出较高要求，而且对操作人员也提出了较高要求。在整个制备过程中任何一个环节遇到问题，轻则可能使企业停止生产，重则可能酿成安全事故，例如生产过程中若没有控制好塔压，不但会造成生产出来的芳烃产品不符合市场需求，而且可能会对溶剂回收塔、苯塔等装备本身带来损害，埋下安全事故隐患。所以在解决压力对芳烃产品时，可以通过动态模拟技术了解问题产生的根源，并在一定程度上提出解决方案。在设计动态模拟技术操作方案时，压力和温度以外的其他因素应当保持稳定，采用不同强度的压力设计多项运行方案，观察其中温度变化，以及生产出来的芳烃产品的质量，然后对动态模拟过程中收集的数据进行分析比较，从而明确不同方案的优劣，寻找最便捷有效的应对策略。

3 结语

化工产品的生产制备过程极其复杂，涉及多方面因素，而且生产设备装置也极其精细。芳烃产品的生产也不例外。根据制备工艺的不同，芳烃产品的生产原理有所不同，对装置设备、外部环境以及生产原料等的需求也都有所不同。该文以抽提技术为例，围绕芳烃产品生产过程中压力对产品质量带来的影响开展讨论。抽提技术可分为萃取工艺和蒸馏工艺，其中涉及的装置主要由溶剂回收塔、蒸馏塔、苯塔等。在生产过程中塔内压力波动会引起温度的变化，从而影响原材料的溶解度或者挥发性，最终对制备获得的芳烃产品的纯度和质量产生影响。为降低压力波动给芳烃产品质量带来的影响，该文认为可以通过建立温度压力补偿控制系统对塔内压力和温度进行控制。同时可通过动态模拟技术对温度压力补偿控制系统的建立进行模拟，更直观的观察压力对芳烃产品质量产生的影响，并在此基础上制定应对策略。

参考文献

[1] 李燕秋，白尔铮，段启伟，等.芳烃生产技术的新进展[J].石油化工，2005，34（4）：309-315.

[2] 张永铭，杨焘，刘博，等.动态模拟在芳烃抽提装置设计中的应用[J].化学工程，2011，39（11）：88-91，98.

[3] 张志良，肖庆伟.SED芳烃抽提工艺的工业应用[J].石油炼制与化工，2008，39（4）：41-45.

[4] 唐娟，任丽丽.先进控制技术在芳烃抽提生产过程中的应用[J].化工自动化及仪表，2012，39（7）：964-966.

[5] 王健，孙津生.芳烃抽提过程的计算机模拟[J].化工进展，2007，26（z1）：110-113.

[6] 喻朝善.芳烃抽提蒸馏工艺运行中存在的问题及对策[J].石油化工应用，2008，27（3）：72-74.endprint