劉奇波，耿偉(寧波金海晨光化學(xué)股份有限公司，浙江 寧波 315207)

0 引言

催化精餾技術(shù)主要是指以催化劑為基礎(chǔ)的化工精餾技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代，在石油化工行業(yè)中是一項(xiàng)應(yīng)用范圍相對(duì)較廣的精餾技術(shù)。催化精餾技術(shù)與其他技術(shù)相比具有十分明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中具有性能良好、操作便捷、反應(yīng)速度快、技術(shù)成本低廉等特點(diǎn)，因此受到石油化工行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。催化精餾技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生的催化、分離等化學(xué)反應(yīng)過程都是在特定的反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行的，能夠有效提高化工產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與效率，具有十分可觀的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 催化精餾技術(shù)分析

從形成原理角度分析，催化精餾技術(shù)主要是指在化工生產(chǎn)過程中利用分離耦合、合成等方法提高催化精餾塔工作性能的一種技術(shù)。催化精餾技術(shù)的發(fā)生過程相對(duì)比較復(fù)雜，同時(shí)對(duì)技術(shù)使用要求具有十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)固體催化物采取方法進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，催化精餾技術(shù)的應(yīng)用原理具有一定的高效性和新穎性。催化精餾技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中需要利用專業(yè)科學(xué)的手段將催化物放置在精餾塔內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，以確保整個(gè)催化過程更加安全高效，同時(shí)還需要注重催化物化學(xué)反應(yīng)和精餾分離結(jié)合工序同步協(xié)調(diào)操作。

催化精餾技術(shù)之所以能夠在石油化工行業(yè)中受到廣泛關(guān)注與推廣應(yīng)用，主要原因在于催化精餾技術(shù)是傳統(tǒng)的精餾分離技術(shù)與催化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠有效凸顯出兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用。催化精餾技術(shù)是一種反應(yīng)精餾技術(shù)，能夠?qū)⒕s分離過程與催化反應(yīng)過程有效融合，同時(shí)將兩種技術(shù)的設(shè)備相結(jié)合，從而大幅度提高化學(xué)反應(yīng)的催化效率。從催化精餾技術(shù)的特征分析，催化精餾技術(shù)具有能耗低、技術(shù)成本低、性能高以及選擇性優(yōu)良等特征。能耗低特點(diǎn)主要體現(xiàn)在催化精餾技術(shù)節(jié)能減排、提高能源可持續(xù)利用率以及節(jié)約生產(chǎn)成本。技術(shù)成本低主要是指催化精餾技術(shù)在石油化工中能夠有效縮減化工生產(chǎn)時(shí)間以及資金和設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)能夠有效提高化工效率，從而節(jié)約了石油化工生產(chǎn)成本[1]。性能高主要是指催化精餾技術(shù)能夠加強(qiáng)難分離物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率。選擇性優(yōu)良是指催化精餾技術(shù)，能夠?qū)⒎磻?yīng)過程中生成的化工產(chǎn)物快速清離，從而加強(qiáng)后續(xù)化工反應(yīng)效率與質(zhì)量。

2 石油化工中催化精餾技術(shù)的具體應(yīng)用

催化精餾技術(shù)在石油化工生產(chǎn)中具有十分寬泛的應(yīng)用范圍，其中醚化反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、醚化反應(yīng)、烷基化反應(yīng)以及水解水合反應(yīng)等都具有十分良好的應(yīng)用效果，文章主要針對(duì)其中幾項(xiàng)相對(duì)常見的反應(yīng)進(jìn)行探討。

2.1 酯化反應(yīng)

石油化工中合成乙酸甲酯主要利用甲醇與乙酸材料，利用特定的酸催化劑進(jìn)行持續(xù)不斷的精餾萃取，與傳統(tǒng)的酯化反應(yīng)相比，催化精餾技術(shù)中的酯化反應(yīng)能夠有效提高化工生產(chǎn)效率，同時(shí)具有更低的能源需求，確保產(chǎn)品質(zhì)量能夠符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。催化精餾技術(shù)在生成乙酸乙酯的過程中能夠使用充足量的乙酸，從而保障醇能夠充分反應(yīng)，生成的水、酯等產(chǎn)物會(huì)以氣相混合物的形式從精餾塔頂緩慢排出，隨后在冷凝作用下將混合物冷卻，從而得到液態(tài)水以及一些液相物質(zhì)，并從特定位置回流，其中的有機(jī)相能夠作為粗酯物利用，釜底的乙酸成分能夠進(jìn)一步利用。依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，催化精餾技術(shù)生產(chǎn)出的乙酸正丁酯成分，利用科學(xué)合理的控制管理能夠?qū)崿F(xiàn)乙酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%以上，乙酸的實(shí)際利用能夠達(dá)到8%，正丁醇的實(shí)際利用率能夠達(dá)到5%。同時(shí)，乙酸正丁酯的回收利用效率能夠得到顯著提升，整個(gè)生產(chǎn)過程對(duì)于能源的消耗情況會(huì)變?yōu)樵瓉淼?/4左右，生產(chǎn)成本投入以及相關(guān)操作的復(fù)雜程度都會(huì)得到有效改善。除此之外，催化精餾技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)連串的醚化反應(yīng)，從而大幅度降低化工生產(chǎn)對(duì)于自然生態(tài)的污染破壞。

2.2 異構(gòu)化反應(yīng)

人們?cè)谌粘Ｉ钪惺褂玫钠汀⒑娇彰河?、柴油、?rùn)滑油等都需要異構(gòu)烷烴?，F(xiàn)階段使用的烷基異構(gòu)化屬于一種系統(tǒng)相對(duì)成熟且應(yīng)用較為普遍的技術(shù)之一，在烷基異構(gòu)化過程中合理利用催化精餾技術(shù)能夠有效加強(qiáng)異構(gòu)烷烴的實(shí)際回收率，其中完全異構(gòu)化技術(shù)是現(xiàn)階段具有代表性的技術(shù)形式，能夠分為異構(gòu)化與分子篩吸附分離兩部分。完全異構(gòu)化技術(shù)所需材料包括裂解氣又加氫拔頭油以及直餾C5/C6餾分等，在特殊環(huán)境下，利用異構(gòu)化技術(shù)能夠?qū)ON從68 提高至79左右，隨后利用分子篩進(jìn)行吸附，進(jìn)而將正構(gòu)烷烴有效分離并多次進(jìn)行異構(gòu)化工序流程。此時(shí)RON能夠得到有效提高，將數(shù)值穩(wěn)定在89左右。現(xiàn)階段的異構(gòu)化技術(shù)已經(jīng)具有多套成熟的應(yīng)用方案，能夠有效幫助化工企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 水解與水合反應(yīng)

利用催化精餾技術(shù)能夠從乙酸甲酯中生成乙酸與甲醇成分，在生成聚乙烯醇時(shí)通常會(huì)附加生成一定數(shù)量的乙酸甲酯，正常情況下，生產(chǎn)1 t聚乙烯醇能夠同時(shí)生產(chǎn)出約1.7 t的乙酸甲酯。而固定床陽(yáng)離子交換樹脂催化水解技術(shù)在生成甲醇與乙酸方面具有良好的應(yīng)用效果，但是整個(gè)操作過程相對(duì)比較復(fù)雜，且技術(shù)使用成本相對(duì)較大，擁有較高標(biāo)準(zhǔn)的能源需求，因此，需要利用更加高水平的技術(shù)以解決此類問題。而基于催化精餾技術(shù)的水解技術(shù)能夠有效解決這一問題。該技術(shù)使用的催化精餾塔半徑為100 mm，精餾塔頂端填充陽(yáng)離子交換樹脂催化劑，精餾塔底端裝板波紋填料[2]。精餾塔頂端設(shè)置全回流結(jié)構(gòu)，同時(shí)填充乙酸甲酯與水，生成的水解液能從精餾塔底部的蒸餾釜中分離。水解過程需要確保環(huán)境溫度達(dá)到55 ℃，同時(shí)乙酸甲酯與水的摩爾比例控制在1∶(1～6)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新型水解技術(shù)能夠大幅度提高水解效率。為進(jìn)一步加強(qiáng)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效率，可以對(duì)乙酸甲酯水解技術(shù)與工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化測(cè)試，使用催化精餾耦合與萃取精餾等方法進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，若試驗(yàn)測(cè)試能夠成功，則會(huì)進(jìn)一步提高乙酸甲酯水解效率，最高可達(dá)95%，同時(shí)能夠有效優(yōu)化中間生產(chǎn)過程，提升整個(gè)生產(chǎn)流程的生產(chǎn)效率與質(zhì)量。除此之外，還可以利用雜多酸銨鹽作為催化劑對(duì)乙酸甲酯懸浮催化精餾技術(shù)進(jìn)行研究分析，當(dāng)水解過程的環(huán)境溫度在100 ℃左右，同時(shí)乙酸甲酯與水的摩爾比例為1∶2，此時(shí)水解轉(zhuǎn)化效率能夠達(dá)到50%，與平衡轉(zhuǎn)化效率相接近。

2.4 醚化反應(yīng)

在醚化反應(yīng)過程中，科學(xué)利用催化精餾技術(shù)能夠有效提高能夠有效加強(qiáng)反應(yīng)效果，同時(shí)能夠進(jìn)一步加強(qiáng)石油化工生產(chǎn)效率。現(xiàn)階段，酸性陽(yáng)離子交換樹脂是醚化反應(yīng)中應(yīng)用最為廣泛的催化劑。在利用催化精餾技術(shù)時(shí)可以將碳四與甲醇等物質(zhì)進(jìn)行有效混合，以此能夠生成甲基叔丁基醚成分物質(zhì)。在整個(gè)醚化反應(yīng)中，陽(yáng)離子交換樹脂作為反應(yīng)催化劑可以有效提高甲基叔丁基醚的實(shí)際合成速率，以此確保石油化工企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求。與此同時(shí)，該催化劑能夠明顯加提高化工產(chǎn)品的整體純度，同時(shí)有效控制反應(yīng)過程中生成副產(chǎn)物的問題。

在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域中，乙二醇醚能夠利用丙二醇醚進(jìn)行有效替代。正常情況下會(huì)選用間歇服飾反應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)合成，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該反應(yīng)十分容易發(fā)生一系列的反應(yīng)副產(chǎn)物，且氧丙烷的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率并不高，反應(yīng)生成的化工產(chǎn)物的組分分布寬度相對(duì)較低。而催化精餾技術(shù)能夠有效解決以上問題，在利用催化精餾技術(shù)進(jìn)行二醇醚反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)過程中生成的羥丙基甲醚成分能夠快速分離出來，以此確保能夠?qū)Χ畏磻?yīng)進(jìn)行有效控制，進(jìn)而提高了化工反應(yīng)的實(shí)際生成效果，同時(shí)提高了化學(xué)反應(yīng)實(shí)際產(chǎn)物的選擇針對(duì)性[3]。

2.5 烷基化反應(yīng)

2.5.1 利用催化精餾技術(shù)生產(chǎn)異丙烷

將丙烯與苯分別加入到烷基化反應(yīng)器中上位置，同時(shí)，將催化劑加入到反應(yīng)器上端的反應(yīng)罐中，這種布局方法能夠確保丙烯與苯成分能夠與催化劑之間進(jìn)行充分接觸，以此確保丙烯與苯的摩爾比值達(dá)到1∶10，從而對(duì)反應(yīng)過程中生成的異丙苯進(jìn)行有效抑制。這種做法能夠有效保障整個(gè)反應(yīng)過程中苯含量始終大于丙烯含量，進(jìn)而有效加強(qiáng)了反應(yīng)過程中的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率[4]。

2.5.2 利用煉化廠干氣生產(chǎn)乙苯

利用煉化廠生產(chǎn)出的催化裂化干氣與苯進(jìn)行烷基化反應(yīng)能夠有效生成乙苯，在反應(yīng)過程中，催化裂化干氣作為基礎(chǔ)反應(yīng)材料的同時(shí)，能夠有效加強(qiáng)乙烯的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率，最高可達(dá)98%左右。但是，這一轉(zhuǎn)化過程主要是指單個(gè)反應(yīng)進(jìn)程的具體情況，在整體反應(yīng)中對(duì)產(chǎn)物的選擇性能高最高可達(dá)97%，與此同時(shí)，還能夠?qū)⒎磻?yīng)生成的二甲苯含量控制在0.005%左右。

2.5.3 合成直鏈烷基苯

在現(xiàn)階段的石油化工生產(chǎn)過程中，使用氫氟酸作為反應(yīng)催化劑會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程對(duì)周圍自然生態(tài)造成十分嚴(yán)重的污染與破壞。而如果使用固態(tài)酸作為反應(yīng)催化劑，又會(huì)導(dǎo)致單純反應(yīng)周期相對(duì)較短的問題，同時(shí)需要在反應(yīng)過程中進(jìn)行十分頻繁的切換操作，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)工序變得十分復(fù)雜。而使用懸浮床催化蒸餾工藝能夠有效解決上述問題，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，在催化蒸餾環(huán)節(jié)優(yōu)化改良篩選塔，以此確保長(zhǎng)鏈烯烴烷基能夠有效懸浮在反應(yīng)塔中[5]。同時(shí)，可以在反應(yīng)塔蒸餾段與反應(yīng)之間添加催化劑分離裝置，從而能夠有效利用分離裝置的分離作用，還能夠有效防止催化劑表面堆積大量的碳。

2.5.4 鏈烴的烷基化

催化裂化汽油是我國(guó)石油化工行業(yè)中十分重要的產(chǎn)品種類，但是，由于催化裂化氣又中存在大量的烯烴，導(dǎo)致其在實(shí)際生活中受到一定限制約束，進(jìn)而導(dǎo)致無法進(jìn)一步推廣應(yīng)用。而催化精餾技術(shù)能夠有效緩解這一問題，利用催化精餾技術(shù)能夠?qū)ν闊N進(jìn)行烷基化[6]。在實(shí)際應(yīng)用中利用催化精餾技術(shù)開展烷基化反應(yīng)時(shí)，精餾塔內(nèi)部會(huì)放置一定數(shù)量的固態(tài)酸催化劑，反應(yīng)過程中烯烴能夠直接進(jìn)入催化劑床層，如果此次添加一部分水，雖然會(huì)出現(xiàn)精餾塔頂回流現(xiàn)象，但是大部分會(huì)被排出塔外，進(jìn)而進(jìn)入脫丙烷塔與脫丁烷塔中開展后續(xù)反應(yīng)。

3 石油化工行業(yè)應(yīng)用催化精餾技術(shù)的綜合分析

從石油化工行業(yè)的整體發(fā)展角度分析，在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，催化精餾技術(shù)是十分常見的重要生產(chǎn)工藝。由于人們對(duì)化工產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，更加注重化工生產(chǎn)過程的安全性、高效性、穩(wěn)定性等，因此，對(duì)催化精餾技術(shù)進(jìn)行研究分析十分重要。從石油化工行業(yè)生產(chǎn)過程分析，催化精餾技術(shù)需要確保一定的環(huán)境溫度條件，從本質(zhì)角度來講，催化精餾技術(shù)使用的精餾塔就是一種熱傳導(dǎo)系統(tǒng)，能夠利用催化精餾技術(shù)與相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)過程。因此，在石油化工成產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)積極融入先進(jìn)科學(xué)的現(xiàn)代化工藝，對(duì)熱傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行改革優(yōu)化，以此加強(qiáng)實(shí)際運(yùn)行效率。

對(duì)現(xiàn)階段的石油化工行業(yè)發(fā)展情況分析，催化精餾技術(shù)對(duì)石油化工行業(yè)的整體發(fā)展情況具有相對(duì)關(guān)鍵的作用，如果能夠科學(xué)合理利用催化精餾技術(shù)，提高反應(yīng)過程的實(shí)際效率，能夠進(jìn)一步促進(jìn)企業(yè)發(fā)展規(guī)模，從而使得石油化工行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在石油化工企業(yè)應(yīng)用催化精餾技術(shù)的過程中，應(yīng)當(dāng)注重相關(guān)設(shè)備的檢查與維修養(yǎng)護(hù)工作，組織專業(yè)人員定期開展全面的設(shè)備維修檢查工作，以確保各類設(shè)備能夠保持良好狀態(tài)，針對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用各種類先進(jìn)工藝，以此加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，還需要從源頭杜絕也有毒有害物質(zhì)的傳播擴(kuò)散，防止其對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成危害的同時(shí)，降低化工生產(chǎn)對(duì)周圍自然生態(tài)造成的污染破壞程度，促進(jìn)石油化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

在石油化工行業(yè)中應(yīng)用催化精餾技術(shù)能夠有效提高化工生產(chǎn)效率與質(zhì)量，為整個(gè)化工生產(chǎn)行業(yè)提供了新的動(dòng)能，同時(shí)能夠在一定程度上降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高能源資源的實(shí)際利用效率。因此，石油化工企業(yè)必須重視催化精餾技術(shù)的深入研究與科學(xué)應(yīng)用，以此加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)效率，進(jìn)而促進(jìn)石油化工行業(yè)的整體發(fā)展。