苯加氢萃取精馏系统工艺优化与应用

2020-07-15赵爱华

煤化工 2020年3期

赵爱华

（唐山中润煤化工有限公司，河北唐山 063611）

粗苯是煤高温炼焦过程中的副产物之一，其主要成分为苯、甲苯、二甲苯等有机物，当前，国内主要通过加氢精制工艺来实现高附加值苯系产品的纯化回收。

唐山中润煤化工有限公司（简称中润公司）一、二期粗苯加氢精制装置利用粗苯为原料，在NiMo 和CoMo 催化剂环境下，经过气相加氢及萃取精馏系统，得到非芳烃、苯、甲苯、二甲苯等有机化工产品，装置设计粗苯处理能力20 万t/a。萃取精馏单元是苯芳烃精制的主要工序，采用以环丁砜为萃取剂的芳烃、非芳烃分离工艺，生产中发现系统中非芳烃含苯量高，影响纯苯回收率。后经优化研究与工艺技术改造，装置于2018 年10 月试运行，非芳烃含苯稳定控制在10%以下，纯苯产品收率在70%以上，三苯产品收率在88%以上，取得了良好效果。现将萃取精馏系统改造情况介绍如下，供相关企业参考。

1 存在问题

中润公司一、二期粗苯加氢精制装置于2011 年投产运行，针对实际生产中存在的问题，进行了一系列的工艺改造与技术创新[1-2]，与操作优化结合，装置生产水平取得了显著提高。然而，在对生产装置精馏系统进行实际控制监测的过程中，发现系统仍存在一些问题：（1）苯加氢萃取精馏单元生产运行波动频繁；（2）苯随低附加值产品流失严重。由于处理负荷高，萃取精馏系统贫溶剂温度偏高，一直处于130 ℃～140 ℃，影响萃取精馏系统的运行效果，在产品指标控制上，非芳烃产品含苯质量分数偏高，一般在15%～30%，最高时超过50%，影响粗苯中纯苯的回收率和装置产品分配率，进而影响苯加氢装置的经济收益。

2 改造方案

为提高纯苯及三苯产品综合产率，中润公司对生产系统各个环节进行分析：按照化工过程质量守恒定律，在加氢单元，要避免三苯物料损失，减少物料因过度加氢成为小分子烃类随气体排放；在萃取精馏单元，需优化产品分配率，减少非芳烃含苯量。但系统工艺调控受循环氢量、氢油比、预/主加氢床层温度、催化剂活性、物料的不饱和度、物料总硫含量、总氮含量、萃取溶剂比、物料组分、萃取剂温度等条件影响，在苯加氢装置满负荷运行的情况下，既要维持上述工艺条件，又要保障纯苯产品总硫和噻吩的指标要求，导致纯苯产品及三苯产品综合产率无法得到有效提高。

针对上述问题，中润公司提出了增加1 套两级萃取精馏系统的技术改造方案。该方案在原有一、二期苯加氢装置的基础上，增加1 套萃取精馏系统，其中，采用2 台萃取塔进行芳烃和非芳烃的两级萃取分离，既可以有效缓解原有一、二期萃取精馏系统在高负荷生产状态下系统较难控制、频繁波动问题，又可以为其日常检修提供便利，保障装置的年度开工率。改造系统增设1 台第二萃取塔，使一、二期及改造的主萃取塔产出的非芳烃进入第二萃取塔进一步分离，有效降低非芳烃含苯量，缓解高附加值纯苯产品分配不合理的问题；同时，新增装置可以充分利用苯加氢装置区现有闲置空地，通过就近敷设管道及仪表动力线缆，实现与一、二期装置及公辅设施对接，节约投资，最终满足装置萃取精馏系统运行水平的提升。

方案具体内容：设置1 台主萃取塔、1 台第二萃取塔、1 台溶剂回收塔、1 台苯塔及相应的回流罐、缓冲罐、换热器、机泵等主要设备。主萃取塔、第二萃取塔、溶剂回收塔、苯塔采用2.2 MPa 中压蒸汽作为热源，蒸汽凝液经蒸汽凝液罐收集，闪蒸低压蒸汽，实现资源综合利用，其中，主萃取塔和苯塔均设置有1 台溶剂再沸器，实现从溶剂回收塔出来的热溶剂能量的综合回用；溶剂回收塔为负压操作，主萃取塔、第二萃取塔和苯塔均为正压操作。

优化的萃取精馏系统工艺流程示意图见图1。从原一、二期粗苯加氢装置萃取精馏系统进料分别引出一条管线，进入改造系统进料缓冲罐，再由泵输送入主萃塔，与从萃取塔顶部加入的萃取剂接触，利用萃取剂的选择性，使进料中各组分的蒸汽压改变，实现芳烃与非芳烃的分离，链烷烃、环烷烃等非芳烃从塔顶分离出来，与原一、二期粗苯加氢装置萃取塔塔顶采出非芳烃经缓冲罐后，再进入第二萃取塔，进行非芳烃和纯芳烃的进一步纯化分离，得到的含苯量低的非芳烃送往库区产品罐；含有纯芳烃的主萃取塔富溶剂进入溶剂回收塔，实现溶剂回收循环利用，纯芳烃进入苯塔，进行苯和甲苯精馏分离，得到的纯苯和甲苯产品分别经管道输送到库区纯苯罐和甲苯罐。

图1 优化的萃取精馏系统工艺流程示意图

3 改造效果

3.1 对产品运行的影响

该技术改造实施后，于2018 年10 月份开车试运行，根据生产实际情况，不断调整主萃取塔和第二萃取塔溶剂比，最终取得良好效果，有效降低了第二萃取塔非芳烃中苯、甲苯含量，改善了苯加氢装置产品分配，具体对比数据见表1。

表1 改造前后非芳烃含苯、甲苯指标及产品收率对比 %

由表1 可知，改造后非芳烃产品质量得到改进，非芳烃含苯质量分数由18.16%降到5.86%，降低67.73%，非芳烃含甲苯质量分数降至0；产品分配率改善，纯苯、甲苯收率提高，两者分别提高了0.73 个百分点、0.41 个百分点。

3.2 经济效益分析

按照20 万t/a 粗苯加工量计算，只考虑系统改造对纯苯、甲苯、非芳烃产量的影响，产品价格按照当前价格核算：纯苯为5 400 元/t，甲苯为6 300 元/t，非芳烃为3 600 元/t，则项目年运行效益：

纯苯产值增加：20×（71.07%-70.34%）×5 400=788.4 万元；

甲苯产值增加：20×（13.24%-12.83%）×6 300=516.6 万元；

非芳烃产值减少：20×（2.67%-1.51%）×3 600=835.2 万元；

改造项目年产值增加=788.4+516.6-835.2=469.8 万元。

改造项目仅是对苯加氢装置精馏系统进行的优化改造，不增加产品总量，对装置能耗影响不大，只需考虑增设改善产品分配比例的第二萃取塔能耗。第二萃取塔消耗中压蒸汽0.4 t/h（中压蒸汽价格160 元/t），消耗电力 6 kWh/h（电价 0.505 元 /kWh），年生产时间按8 000 h 计，可计算出生产效益。

生产效益=469.8-0.4×8 000×160/10 000-6×8 000×0.505/10 000=416.2 万元。

通过改善产品分配比例，增加高附加值产品产量，项目运行年可创造效益416.2 万元。