夏康哲 陳 舉 任春泉 唐宗成

(東營(yíng)威聯(lián)化學(xué)有限公司，山東 東營(yíng) 257537)

苯和甲苯是都是重要的有機(jī)化工原料，傳統(tǒng)工藝上，通常采用兩個(gè)串聯(lián)精餾塔在混合組分中提取出苯和甲苯。但傳統(tǒng)分離工藝能耗大、熱效率低、設(shè)備占地面積大、投資高。間壁式精餾塔集成精餾過程的能量與設(shè)備，提高了熱力學(xué)效率，降低了能耗，還節(jié)省設(shè)備投資和維修費(fèi)用，同時(shí)減少了裝置的占地面積。[1]這種技術(shù)在國(guó)內(nèi)外精餾系統(tǒng)中已經(jīng)得到了部分應(yīng)用，但在傳統(tǒng)芳烴分離技術(shù)中的應(yīng)用還寥寥無幾。本文以采用間壁式精餾塔的苯-甲苯分離裝置為例，在能耗、收率、工藝流程、操作技術(shù)等方面，對(duì)間壁式精餾塔在苯-甲苯分餾工藝上的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，對(duì)該工藝下的工藝技術(shù)方案、操作中的要點(diǎn)及改進(jìn)方向進(jìn)行了闡述。

1 間壁式精餾塔

間壁式精餾塔(Divided-wall column，DWC)又稱隔板塔、隔壁塔(如圖1c)，是指設(shè)有垂直隔板的分餾塔，即在普通的精餾塔內(nèi)部設(shè)置一豎直隔板，其效果相當(dāng)于將Petlyuk塔(如圖1b)的主塔和副塔放在一個(gè)塔內(nèi)，可用于分離三組分或者四組分混合物，且能有效避免中間組分的返混，較常規(guī)兩塔流程可節(jié)省30%以上能耗[2]。圖1表述了從預(yù)分餾塔(如圖1a)到隔板塔的演變過程。

(a)傳統(tǒng)預(yù)分餾塔

根據(jù)精餾原理，在預(yù)分餾塔中，第一臺(tái)塔將組分A和組分C完全分開，所有組分A和部分組分B從預(yù)分餾塔頂脫除，而所有組分C和部分組分B從塔底脫除。然后在第二臺(tái)塔上段將組分A和組分B分離，下段將組分C和組分B脫離。使用隔板塔工藝后，第二臺(tái)塔(主塔)可以為第一臺(tái)塔(預(yù)分餾塔)提供塔頂液體回流和塔底熱源，該系統(tǒng)僅需要設(shè)置1臺(tái)冷凝器和1臺(tái)重沸器，與傳統(tǒng)的兩塔布置相比，減少了設(shè)備數(shù)量，設(shè)備投資節(jié)省30%[3]。

2 苯-甲苯分離工藝

芳香烴又稱芳烴，是一種重要的有機(jī)化工原料，通常從催化重整裝置的重整生成油和乙烯裂解裝置的裂解汽油中獲得。近年來，我國(guó)對(duì)于輕芳烴(苯B、甲苯T、二甲苯X)的需求量逐漸增加，提高芳烴生產(chǎn)能力對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重大的作用。工業(yè)上，通常依據(jù)苯和甲苯沸點(diǎn)的不同(常壓下苯沸點(diǎn)80.1 ℃、甲苯沸點(diǎn)110.8 ℃)將兩者進(jìn)行分離[4，5]。

傳統(tǒng)的苯-甲苯分離工藝技術(shù)純熟，且已在工業(yè)上獲得了大范圍的應(yīng)用。圖2描述了傳統(tǒng)的苯-甲苯分離工藝流程，工藝采用雙塔串聯(lián)流程，由于苯塔塔頂組分會(huì)夾帶少量水和輕質(zhì)非芳烴，因此通常在苯塔塔頂側(cè)線采出苯產(chǎn)品，以確保苯產(chǎn)品質(zhì)量。苯塔塔底組分為甲苯和重芳烴，送入甲苯塔。在甲苯塔中，甲苯在塔頂采出，塔底得到重芳烴。為降低裝置能耗，目前大多數(shù)芳烴分離裝置均設(shè)計(jì)熱聯(lián)合流程，即甲苯塔采用加壓操作，塔頂組分為苯塔提供熱源，進(jìn)行余熱回收之后，在作為甲苯產(chǎn)品送出裝置。

圖2 傳統(tǒng)分離工藝

圖3描述了采用間壁式精餾塔進(jìn)行芳烴分離的流程。間壁式精餾塔將傳統(tǒng)的苯塔和甲苯塔合二為一，使苯和甲苯都從側(cè)線采出。在甲苯抽出層上下數(shù)塊塔盤上增加一道隔板，將塔分割為預(yù)分餾側(cè)和分餾側(cè)。在塔內(nèi)隔板的上沿設(shè)置集液槽，以便儲(chǔ)存一定的液位，用于給塔的預(yù)分餾側(cè)和分流側(cè)提供足夠的內(nèi)回流流量，以確保甲苯產(chǎn)品的純度。與傳統(tǒng)工藝的苯和甲苯產(chǎn)品質(zhì)量控制方法相似，苯產(chǎn)品側(cè)線采出量與隔板塔上部溫差形成串級(jí)控制，通過苯產(chǎn)品采用流量調(diào)節(jié)上部溫差。監(jiān)控苯產(chǎn)品凝點(diǎn)是一種快速、簡(jiǎn)單的監(jiān)控苯產(chǎn)品質(zhì)量的方法，通常來說，苯的凝點(diǎn)為5.531 ℃，無論苯中夾帶非芳烴還是甲苯，只要苯純度每降低1%，其凝點(diǎn)將下降0.654 ℃。同樣，甲苯產(chǎn)品側(cè)線采出量與隔板塔下部的靈敏板溫度串級(jí)，用甲苯側(cè)線采出流量控制隔板塔下部靈敏板溫度?？偟膩碚f，無論是苯還是甲苯，都是通過調(diào)節(jié)采出流量從而調(diào)整整個(gè)隔板塔內(nèi)組分的物料平衡。

圖3 間壁式精餾塔分離工藝

3 間壁式精餾塔應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用概況

現(xiàn)將采用間壁式精餾塔的苯-甲苯分離裝置工藝方案，與傳統(tǒng)工藝對(duì)比列于表1，并對(duì)該工藝關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡述。兩種工藝方案生產(chǎn)出的苯和甲苯產(chǎn)品質(zhì)量均滿足國(guó)標(biāo)要求，裝置收率相差無幾，表明在技術(shù)上，隔板塔工藝可以取代傳統(tǒng)工藝，應(yīng)用在苯-甲苯分餾的工業(yè)生產(chǎn)中。

表1 工藝技術(shù)方案對(duì)比

在能耗方面(見表2)，傳統(tǒng)甲苯塔塔底采用加熱爐提供熱量，使用燃料氣能耗相對(duì)較大，采用間壁式精餾塔工藝在單位能耗上比傳統(tǒng)工藝節(jié)能23%。因此，可以得出結(jié)論，在苯-甲苯分餾工藝上，采用間壁式精餾塔會(huì)有效的降低裝置能耗，此類裝置設(shè)計(jì)符合現(xiàn)今化工裝置環(huán)保節(jié)能的設(shè)計(jì)理念。

表2 能耗對(duì)比

3.2 技術(shù)要點(diǎn)

這種工藝的隔板塔可以看作由三個(gè)部分組成，即塔頂、進(jìn)料側(cè)及分餾側(cè)。塔頂作用是控制苯純度，上部溫差增大表明苯產(chǎn)品中重組分含量上升，需要降低苯產(chǎn)品側(cè)線采出流量。進(jìn)料側(cè)即預(yù)分餾側(cè)，作用是將混合芳烴中苯與C8芳烴分離，使全部的苯組份進(jìn)入塔頂，而全部的C8組分落入塔底。分餾側(cè)的作用是將甲苯和C8組分實(shí)現(xiàn)分離，使全部的C8芳烴落入塔底，甲苯從側(cè)線采出。

間壁式精餾塔工藝在苯-甲苯塔中段設(shè)置了兩個(gè)內(nèi)回流，分別返回至間壁塔兩側(cè)，在精餾塔中，一定量的內(nèi)回流流量會(huì)使塔內(nèi)各部分氣液相負(fù)荷趨于均勻，減少各部分負(fù)荷?？刂坪酶舭逅蓚?cè)的內(nèi)回流比例以及組分，是保證苯和甲苯產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。正常運(yùn)行情況下，內(nèi)回流比例是固定的，無需更改，這個(gè)比例是基于進(jìn)料組分確定的，比例通常設(shè)定為0.4～0.5。內(nèi)回流的組分也是相對(duì)恒定的，通常組分中苯和甲苯的比例相近，這樣有助于使苯和甲苯產(chǎn)品質(zhì)量連續(xù)穩(wěn)定。一旦苯和甲苯分離效果下降，那么首先將體現(xiàn)到內(nèi)回流的組分變化，內(nèi)回流中苯含量增加表明苯未在塔的上部被提取干凈，同理，甲苯組分增加表明甲苯組分上移，苯產(chǎn)品有夾帶甲苯的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 優(yōu)化方向

監(jiān)控內(nèi)回流組分可以有效的監(jiān)測(cè)塔內(nèi)苯和甲苯兩相的變化趨勢(shì)，但由于內(nèi)回流位于間壁塔的上部，位置較高，操作不便，從人機(jī)工程學(xué)角度考慮，可以在內(nèi)回流管線上增加在線分析設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)回流組分的變化，從而實(shí)現(xiàn)提前判斷苯和甲苯產(chǎn)品質(zhì)量是否正常的目的。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)間壁式精餾塔在苯-甲苯分離工藝上的應(yīng)用分析，闡述了該工藝在保證產(chǎn)品質(zhì)量和收率的前提下，可以有效的降低裝置能耗，提出了工藝改進(jìn)方向。基于人機(jī)工程及節(jié)能降耗的角度，這種工藝的大范圍應(yīng)用勢(shì)必將成為大勢(shì)所趨。文中提出的間壁式精餾塔技術(shù)不僅可以用于苯-甲苯分離工藝，對(duì)于其他相似精餾裝置，也具有一定的參考價(jià)值。