苯的抽提蒸馏工艺及其应用

李丽芳(安阳市蓝海安全工程师事务所有限公司，河南 安阳 455000)

0 引言

苯作为一种碳氢化合物，其在常温下为具有芳香气味的无色透明液体，其熔点为5.5 ℃，沸点为80.1 ℃[1]。苯作为一种重要的化工原料，其产能与生产技术水平可以体现整个国家的石化发展水平[2]。自19世纪起苯就作为工业溶剂来进行使用，其在金属脱脂等过程中的应用有着悠久的历史，但由于苯及其芳烃产品有毒且气味较大，因此目前已不再被使用到与人类身体有直接接触的生产过程中。

此外苯还是一种很好的抗爆组分，其可添加到汽油中提高汽油的辛烷值，由此改善汽油的抗爆性能，在19世纪50年代含铅汽油出现之前都是采用苯来作为汽油的抗爆剂[3]。近年来随着含铅汽油的强制取消，苯类调和组分被重新用于汽油的抗爆组分中，但由于苯具有一定的毒性，会对人类身体健康造成危害，如果发生泄漏也会影响地下水的水质，所以新的燃油标准已经明确限制汽油中苯含量不可以超过1%。

芳香族的苯环与非芳烃成分混合在一起会形成共沸物，因此需要对其进行提纯，当前世界上工业化应用的抽提技术主要有液-液抽提法、抽提蒸馏法以及吸附分离法等三类。吸附分离法主要应用在C8混合芳烃的分离中；液-液抽提法以及抽提蒸馏法可以用于苯、甲苯等的分离。不同原料可以选择不同的工艺，当原料中芳烃含量超过70%时采用液-液抽提工艺更为合适；当原料中苯及芳烃含量超过80%时也可采用抽提蒸馏工艺。苯产品的开发技术多种多样，本文通过对苯产品开发技术及其中的苯抽提蒸馏技术(SED)进行介绍，并就SED工艺技术的应用进行探索，以期为相关从业人员提供参考。

1 苯产品开发技术及SED工艺技术概况

1.1 苯产品开发技术

目前国内外比较普遍使用的芳烃抽提技术通常包含以下三种：一是苯抽提蒸馏技术(SED)；二是单溶剂抽提蒸馏技术；三是环丁砜液-液抽提技术。其中，环丁砜液-液抽提技术应用得最为广泛，其次是苯抽提蒸馏技术(SED)，单溶剂抽提蒸馏技术应用得已经比较少。

目前我国苯产品生产使用的芳烃抽提工艺大多采用环丁砜技术，早期的装置大多采引进的UOP技术，随着国内技术的发展已有超过20套设备实现了国产化，主要应用的是环丁砜以及苯抽提蒸馏技术(SED)，具体情况如表1所示。

表1 国内苯产品开发技术应用情况

1.2 SED工艺技术的工艺流程

SED工艺技术流程如图1所示，其主要包含四个工序：一是预分馏工序；二是抽提蒸馏工序；三是溶剂回收工序；四是白土塔后处理工序。SED工艺技术的原料是来自前述工段的脱戊烷油，该原料通过换热器换热达到一定温度后进入预分馏工序，经过预分馏塔的处理后在顶部得到C6轻组分，在底部得到汽油组分；塔顶得到的C6馏分经过换热器进行换热达到一定温度后进行抽提蒸馏工序，该工序后在顶部得到非芳烃，在底部得到富含苯的溶剂；随后富含苯的溶剂进入下一工序，经过溶剂回收塔的溶剂回收后对溶剂进行减压，在塔顶得到苯的粗产品，粗产品进入后续的白土塔后处理工序进行后处理，得到苯产品。

图1 SED工艺流程

1.3 SED工艺技术的技术特点

以140 kt/a的重整汽油C6馏分分离苯项目的运行为基准，对三种不同工艺技术的工艺流程及经济指标进行比较，结果如表2所示。可知：(1)从设备数量上来讲，采用SED技术或者单溶剂抽提蒸馏技术与采用液-液抽提技术进行比较，可以少用4台设备，设备总数量可以减少16台左右，从设备投资角度来讲可以节省建设投资费用约2 000万元；(2)从能源消耗角度来讲，SED技术和单溶剂抽提蒸馏技术两者比较接近，这两者与采用液-液抽提技术相比其能源消耗要更少一些，其中蒸汽的消耗量可以减少约25%，这可以显著地减少能耗费用；(3)从最终产品的品质以及收率上来讲，采用三种工艺技术所生产的最终产品均能达到国家优级品的要求，但仔细比较后可以发现采用单溶剂抽提蒸馏技术所得到的苯要更少一些，也就是苯的收率要相对低一些，而采用SED技术与液-液抽提技术的苯的收率相对更高，且所得到的非芳烃产品能够满足生产6#溶剂油的使用要求。

表2 3种技术的经济指标对比

从比较可以看出在这3种技术中，SED技术的工艺流程相对更为简单而且操作更加简便，前期及运行过程中投资更少，能耗更低，苯的收率更高，是一种更为合适的工艺技术。

2 SED工艺技术的应用探索

从2019年12月至2021年2月底，共处理原料124 629 t，生产苯及抽余油34 498 t和89 201 t，装置平均负荷为67.0%。将装置的运行过程根据时间分为两个阶段：其中第一阶段统计从开工到2020年6月的数据，第二阶段统计从2020年7月到2021年2月的数据，在这个时间段内对该套装置进行了标定，对三个过程的运行情况分别进行总结。

2.1 装置在第一阶段的运行情况汇总

装置在第一阶段运行后对整体数据进行分析发现，在这一阶段中装置的运行基本比较稳定，其所生产苯产品的质量均能满足技术要求，但从整体情况来看这一阶段装置是在接近设计下限的负荷下运行。

该套装置在这一阶段的运行过程中主要出现了两个问题：一是设备问题，主要是塔釜的再沸器在该阶段的运行过程中出现异常的状况；二是产品问题，主要表现为非芳烃产品中的苯含量相对较高，造成苯的收率相对较低。

这套装置在这一阶段的运行过程中其回收塔的塔底再沸器出现了异常，异常情况主要是上出口的温度比塔底的温度高了18 ℃左右，这一方面可能与回收塔的塔釜隔板渗漏有关，另一方面也可能与再沸器的阻力偏大有关。在装置的运行过程中为了保证溶剂的操作温度不能高于185 ℃，在装置运行时需要将塔釜的温度控制在160 ℃左右，该过程会造成溶剂中富含苯。在这种情况下，及时补充溶剂可以对该情况起到一定的改善作用，但是改善效果比较有限。

2.2 装置在第二阶段的运行情况汇总

该套装置在第二阶段运行后，检修后的苯产品质量均能满足技术要求，苯的纯度高于99.68%，结晶点除个别点外，基本介于5.37～5.47 ℃之间，非芳烃产品中苯的含量基本小于1%。

2.3 该装置的考核标定

为全面考察该装置的各项技术指标，在2020年8月30日到9月1日期间对该装置进行了两天的标定，从标定结果来看装置运行稳定，产品可以满足技术要求。其中苯产品的质量指标可以达到优级品的要求，纯度达到99.97%，非芳烃质量分数为0.03%，结晶点为5.42 ℃，在常温下的密度为0.877 g/cm3，硫的质量分数不高于1 mg/kg。非芳烃产品中苯含量不高于500 μg/g，均能满足设计要求，非芳烃的质量分数为99.97%，苯质量分数为0.03%，助剂质量分数不高于0.01%，苯产品的收率高于99.15%。

2.4 装置能耗

在实际运行过程中该装置无法单独计算水电消耗，因此只能计算2.0 MPa的蒸汽消耗，其具体情况如表3所示。可以看出该装置的蒸汽能耗量与设计值相对而言比较接近，本次标定的蒸汽耗量为10.08 t/h，单耗为0.559 t，这两项指标均能满足设计要求。

表3 装置能耗

2.5 存在的问题

(1)该装置运行时试用的蒸汽来源于催化车间形成的3.5 MPa的蒸汽，催化车间的蒸汽压力出现变化时会导致该套装置的塔底液面以及温度等参数出现变化，如果压力等无法快速地恢复原有值，可能会影响苯产品的质量以及非芳烃中的苯含量。因此最好将蒸汽管道直接连接在稳定的系统蒸汽管网上，尽量降低蒸汽压力变化带来的不利影响。

(2)该装置在对非芳烃进行外送时采用一台泵抽力不够，需要开启两台泵，因此从设备上来讲需要再增设一台泵。

3 结语

通过对苯产品开发技术及其中的SED工艺技术进行介绍，并就SED工艺技术的应用进行探索。结果表明，SED工艺技术的工艺过程合理、便于操作且采用该工艺可生产出满足技术要求的合格产品，整体具有投资小、能耗低以及收率高等优点，SED工艺技术是一种更为理想的苯抽提蒸馏技术。