轻质解吸剂技术在芳烃联合装置中的应用及发展
时间：2023-06-08 18:55:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
赵炳建，王 鹏
（中国石油广东石化公司，广东 揭阳 522000）
芳烃是重要的基础化工原料，其主要产品对二甲苯（PX）既是炼油及化工关键衔接点，又是下游聚酯产业的主要原料［1］。目前国内已经开工运转的芳烃装置有26套，PX产能达到了2 500×104t/a以上，但仍有需求缺口需要大量进口［2］。国内PX产能正在提速建设中，恒力石化、浙江石化等民营企业大型芳烃联合项目纷纷上马，中国石油广东石化公司260×104t/a PX项目在加速建设中，可见国内PX产能正处于爆发式增长的阶段。
目前国内外生产PX主要采用的是UOP公司的吸附分离法工艺，并根据自身生产需求建立芳烃联合装置，通常配套有歧化、异构化、二甲苯分馏、苯甲苯和芳烃抽提单元以满足生产要求［3］。从国内PX生产发展来看，各炼油厂主流采用的是以对二乙基苯（PDEB）作为重质解吸剂的吸附分离技术，生产时普遍具有能耗较高、解吸剂易跑损等问题。近年有少数炼油厂将其更新为以甲苯作为轻质解吸剂技术的吸附分离工艺。文中以某在建的轻质解吸剂技术的芳烃联合装置为例，介绍其装置特点和技术工艺，并与采用重质解吸剂技术的芳烃联合装置对比其优势特点，以为其它炼油厂的芳烃联合装置提供理论参考与技术支持。
某在建的采用轻质解吸剂技术的芳烃联合装置流程见图1。从主流程上看，与常规采用重质解吸剂技术的装置不同的是轻质解吸剂技术将异构化脱庚烷塔与下游二甲苯单元整合，取消脱庚烷塔转而设置了异构化产物高/低温分离罐流程，回收物流热量，降低后续塔设备的能耗。在关键产品采出位置设立低能耗、高采出的2#抽出液间壁塔、苯甲苯间壁塔和重整油分离间壁塔，以强化间壁塔内回流的方式优化塔操作，不需额外设立重沸炉，降低了整套联合装置投资的降低及能耗。在进料部分的重整油分离塔中，预先侧采进料中的C7馏分作调和汽油组分，从而降低了芳烃抽提单元的投资和能耗。而在产品采出方面，该在建装置采用单苯抽提模式，将传统模式下的苯塔与甲苯塔合并为苯甲苯间壁塔，在上侧线线采高纯苯，而下侧采的粗甲苯由于纯度不达标改作为歧化进料和吸附分离的补充解吸剂。
图1 采用轻质解吸剂技术的芳烃联合装置流程
在与常规重质解吸剂技术存在最大区别的吸附分离分馏段中，由于PDEB的高沸点（183.4℃）特性，当使用PDEB作为解吸剂时不仅需要在抽余液塔和抽出液塔进行进行混合二甲苯与解吸剂的精馏分离以在塔底产出循环解吸剂，还需要在抽出液塔顶设置PX成品塔流程以除去轻组分杂质，因此，重质解吸剂技术通常具有高能耗的缺点。
为保证PX产品和循环解吸剂纯度，分馏段精馏塔始终需要在高苛刻度下运行，不可避免地造成解吸剂热聚合而需要间断再生，和随装置运行解吸剂跑损需要外购补充等问题，某西南地区年产90×104t PX的芳烃联合装置的PDEB的跑损率在（0.14～0.68）kg/t（PDEB/PX），每年会造成20万元的解析剂跑损损失。而在以低沸点的甲苯（110.4℃）作为轻质解吸剂技术的流程中，可取消解吸剂再生塔，转而在抽余液塔底分离贫PX物料，即便部分甲苯随塔底物料进入到异构化单元也不会对装置运行产生影响，同时取消抽出液塔和成品塔，转用1#抽出液塔除“轻”（C6～C7）杂质、2#抽出液塔底除“重”杂质（C9+），显著降低了二甲苯分馏部分对C9+的分离精度要求，并大幅降低能耗。另外芳烃联合装置中附属的苯甲苯单元可自产甲苯进行解吸剂补充，无需外购。
2.1 旋转阀物料管线流程改进
在吸附模拟移动床工艺中，因为模拟移动床的物料管线是自上而下移动的，同一床层管线在不同时间走的物料不同。为了避免污染，提高对二甲苯产品的纯度，在目前在常见旋转阀物料流程中增加了多股冲洗液。在重质解吸剂技术流程中，冲洗液大多选择解吸剂（PDEB），而冲洗后的混合物料多数排向抽余液塔，并在塔内精馏分离作用下进行解吸剂与冲洗杂质的分离，这无疑增加了抽余液塔的负荷和能耗［4］。该技术的各冲洗液流程见图2（图内Hi—1次冲洗入；
Ho—1次冲洗出；
X—2次冲洗；
T—3次冲洗；
D—解析剂；
E—抽出液；
F—解析单元进料；
R—抽余液；
Drf—解析剂循环冲洗）。
图2 轻/重解吸剂技术旋转阀流程对比
当使用轻质解吸剂技术时，在投料初期使用解吸剂作为冲洗液，生产正常后改用抽出液，提升产品纯度的同时降低精馏能耗负荷。同时将抽出液由泵打出，再分别设置X和Hi的流量，优化了对产品纯度和能耗的控制。增设第9股冲洗液：解吸剂循环冲洗管线Drf，其作用是将之前管线中残留的解吸剂组分由泵打回到循环解吸剂中，避免了该部分残留的解吸剂跟随抽余液采出，造成重复精馏分离，有效降低了后续装置负荷及能耗，某采用轻质解吸剂技术的年产260×104t PX的芳烃联合装置，参考设计数据该2台解吸剂循环泵流量累计加和约为140 t/h，节能降耗作用明显［5］。
2.2 吸附分离物料及区域流量计算分析
由于UOP的吸附分离工艺主要模拟固液两相逆流接触过程，在旋转阀周期性的旋转下，各进、出物料管线依次与连接不同床层的管线连通，此时各区域物料和各管线流量均不相同。为获得较好的分离效果与高纯度产品，对各物料及管线流量展开计算分析以阐述前文中旋转阀物料管线流程改进的优点。虽然目前存在轻质和重质解吸剂2种技术方案［6］，但其吸附塔进、出物料的种类、数量和顺序却相同。
在计算中，定义Va—选择性吸附体积；
Vw—非选择性体积；
θ—转阀转动1周的时间；
T—转阀步进时间，T=θ/24；
A—选择性体积流量，A=Va/θ；
W—非选择性体积流量，W=Vw/θ。
在计算时引入工艺净流量概念，用“i”代表特定区域。因此各区域的实际流量Li=工艺净流量Li"+平衡回流W。旋转阀进料量由装置负荷A/Fa计算得出，调节时不直接调节工艺净流量，把不同净流量放到相同的基础上，通常调节受控流量的比率：A/Fa、L2′/A、L3′/A、L4′/A等，来改进吸附分离装置的性能。至此，以某具有双吸附塔、双旋转阀流程、吸附剂为ADS-37的100×104t/a PX的吸附分离控制系统（ACCS）为模型，引入其相关参数：
进料量F为192.1 m³/h、化验分析测得其中C8芳烃率为90%；
吸附剂装填后定值选择性容积VA为90.2 m³、非选择性容积Vw为410 m³；
旋转阀管线计量测得最长床层管线体积Vlbl为0.362 m³；
ACCS系统设定A/Fa为0.8；
各区域流率中，L2′/A为1、L3′/A为1.5、L4′/A为-0.25；
为计算方便，各类管线冲洗率均设置为100%。进行计算：
（1）芳烃体积进料量Fa=F×C8A%=172.89 m³/h
（2）选择性容积循环速率A=Fa×A/Fa=138.312 m³/h
（3）循环时间θ=VA/A×60=39.128 9 min
（4）转阀步进时间T=θ×60/24=97.822 3 s
（5）H=X=H3=Drf=Vlbl/T×3 600/2×H%=6.661 m³/h
（6）W=Vw/θ×60=628.690 9 m³/h
数据带入到整个吸塔循环系统中，计算过程见图3。
图3 区域与管线冲洗流量计算
通过计算研究发现，在初步将各类管线冲洗率设置为100%情况下，加入了解析剂循环冲洗流量Drf后，对比没有该冲洗流程的重质解吸剂技术中，可显著减少解吸剂量，降低能耗。
同时由于在重质解吸剂技术中Ho直接通过冲洗泵作为Hi进入到旋转阀中，无法调节流量，而在轻质解吸剂技术中，由于冲洗流程和冲洗物料不同，可根据实际情况将包括Ho和Hi在内的不同管线分别设置适宜的冲洗比率和冲洗量，以进一步降低公用工程的消耗，优化装置运行并强化节能降耗的效果。
2.3 多效冲洗流程介绍
为保证PX的纯度，需控制好吸附塔顶/底封头和旋转阀穹顶的冲洗液流。目前在重质解吸剂技术中，多从循环解吸剂PDEB中抽取部分作为密封冲洗液，再将冲洗出来的物料汇总进到抽余液塔中进行精馏分离。该工艺流程装置能耗较高，且当抽余液塔操作波动时会使循环解吸剂中混入杂质，进而在重新作为密封冲洗液时会对密封效果造成影响。而在轻质解吸剂技术中，可在2#抽出液塔底部采出PX纯度高达97%而仅含有微量C9A+的塔底液作为多效冲洗液。2种冲洗方式见图4。
图4 多效冲洗流程示例
在装置运行稳定后，将2#抽出液塔底液1部分排向二甲苯分馏单元进行除重的同时，另1部分在经过过滤后作为吸附塔顶/底封头密封冲洗液和穹顶密封冲洗液，吸附塔顶封头冲洗出液和穹顶冲洗出返还到塔底泵前进行循环，而吸附塔底封头冲洗出则退向二甲苯分馏单元除杂质。如此可保证密封效果、提高PX纯度的同时，同时降低了后续精馏塔操作负荷及能耗。
从芳烃联合装置中轻质解吸剂技术工艺和技术发展来看，通过优化工艺流程、改进装置运行计算公式、改进设备构造、优化旋转阀管线与冲洗管线流程等技术，可实现装置能耗的降低和稳定运行。可以预见在国内芳烃联合项目纷纷上马的未来，如何实现低能耗、高稳定的生产愈发重要。
猜你喜欢 重质轻质芳烃 第三代国产芳烃成套技术首套装置建成投产水泵技术(2022年3期)2022-08-26轻质高强堇青石多孔陶瓷的制备与表征陶瓷学报(2021年4期)2021-10-14石油沥青中致癌多环芳烃含量测定研究石油沥青(2021年4期)2021-10-14咸丰重质碳酸钙的干法改性研究矿产综合利用(2021年3期)2021-07-14关于重芳烃轻质化与分离的若干思考科学家(2021年24期)2021-04-25UOP公开最大化生产芳烃的集成工艺石油化工技术与经济(2021年6期)2021-01-12浅议装配式建筑轻质墙板的应用现状建材发展导向(2020年16期)2020-09-25硬脂酸钠对重质碳酸钙的干法改性研究中国非金属矿工业导刊(2020年2期)2020-04-30国家公园建设重质不重量绿色中国(2019年17期)2019-11-26轻质材料弹射模型飞机百科探秘·航空航天(2015年11期)2015-11-07
