摘 要：【目的】為提高某公司芳烴抽提裝置的效益，對芳烴抽提裝置二甲苯塔C9側(cè)線產(chǎn)出進行工藝改良，以完成對偏三甲苯的工藝生產(chǎn)設(shè)計?！痉椒ā客ㄟ^將預(yù)分餾塔與主塔整合在同一個精餾塔內(nèi)，實現(xiàn)了熱量的高效循環(huán)利用，進一步降低了能耗并提升了設(shè)備利用程度?！窘Y(jié)果】根據(jù)流程設(shè)計和數(shù)據(jù)模擬，裝置可生產(chǎn)出99%純度的偏三甲苯，收率達到26.1%，在一定程度上提升了裝置的效益?！窘Y(jié)論】分壁板精餾塔可用于偏三甲苯的生產(chǎn)，該設(shè)備在能耗和設(shè)備費用方面存在優(yōu)勢。經(jīng)過停工設(shè)備的改造利用，實現(xiàn)了偏三甲苯的分離。

關(guān)鍵詞：偏三甲苯；分壁板精餾塔；芳烴抽提

中圖分類號：TB34" " "文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）03-0075-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.015

Exploration of Purification Methods for Trimethylbenzene in Aromatic Hydrocarbons

CHEN Lei DANG Xiaofeng JIANG Jiajia SUN Hang ZHANG Gang

（Sinopec Luoyang Petrochemical Co.， Ltd.， Luoyang 471000， China）

Abstract： [Purposes] In order to improve the efficiency of a company's aromatherapy extraction device， the process improvement of the C9 side line output of the xylene tower was carried out to complete the process production design of the trimethylbenzene. [Methods] By integrating the pre -fractional tower with the main tower in the same distillation tower， the efficient circulation utilization of heat is achieved， which further reduces energy consumption and improves the degree of equipment utilization.[Findings]" According to the process design and data simulation， the device can produce a 99%purity partial trimethylbenzene， with a revenue of 26.1%. The solution has improved the efficiency of the device to a certain extent.[Conclusions] The distilled tower of the wallboard can be used for the production of trimethylbenzene， which has an advantage in energy consumption and equipment costs. After the transformation and utilization of the stoppage equipment， the separation of trimethylbenzene is achieved.

Keywords： trimethylbenzene; split wall distillation tower; aromatic hydrocarbon extraction

0 引言

偏三甲苯主要源自裂解石腦油、催化裂化油、連續(xù)重整裝置塔底油及二甲苯異構(gòu)化裝置副產(chǎn)油。在重整C9芳烴中，偏三甲苯占比高達40%（質(zhì)量分數(shù)）且沸點相近組分叔丁苯、異丁苯等含量少；異構(gòu)化C9芳烴中，偏三甲苯含量更是高達47%～65%（質(zhì)量分數(shù)）且?guī)缀醪缓”剑?］。偏三甲苯廣泛應(yīng)用于耐熱塑料、涂料、增塑劑及合成樹脂、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)，功能多樣且至關(guān)重要［2］。

在各類工藝流程中，重整生成油中的偏三甲苯可通過重整脫戊烷塔將脫戊烷油經(jīng)過預(yù)分餾塔-二甲苯塔的側(cè)線抽出，生產(chǎn)出富含偏三甲苯的原料。隨后將富偏三甲苯液進行再次分離，理論上可產(chǎn)出99%純度的偏三甲苯產(chǎn)物。本研究通過低能耗和高設(shè)備利用率的工藝流程提取偏三甲苯，對降低C9芳烴內(nèi)高附加值物質(zhì)的損失率和提升裝置效益具有重要意義。

1 裝置簡述及富偏三甲苯液分析

芳烴抽提裝置主要由預(yù)分餾單元、二甲苯蒸餾單元、抽提單元及苯甲苯精餾單元構(gòu)成。重整脫戊烷油經(jīng)過預(yù)分餾塔的處理，C6、C7與C8+組分得以初步分離。C6、C7組分（涵蓋芳烴與非芳烴）進入抽提單元，歷經(jīng)環(huán)丁砜萃取分餾，進而分離出苯、甲苯等物質(zhì)。二甲苯塔對C8+進行粗分離。塔頂產(chǎn)出混合二甲苯，作為產(chǎn)品銷售；塔中下部設(shè)側(cè)線抽出C9組分，可用于汽油調(diào)和；塔底生產(chǎn)重芳烴C10組分。芳烴抽提裝置示意如圖1所示。

為探究抽提產(chǎn)品中的高價值組分分布情況，取某月度抽提裝置側(cè)線C9產(chǎn)品（富偏三甲苯液）分析數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算，組分分析見表1。

由表1數(shù)據(jù)可知，C9產(chǎn)品中含有大量1，2，4-三甲基苯（偏三甲苯），占比約為28%。

根據(jù)國內(nèi)市場調(diào)研，2024年度偏三甲苯價格受偏苯三酸酐市場影響持續(xù)上漲，全年均價約為9 500元/t；而C9產(chǎn)品銷售價格則約為7 500元/t。因此，從C9組分中分離出偏三甲苯對于提升該裝置邊際效益存在意義。

2 偏三甲苯提取工藝探討

偏三甲苯為無色透明液體，閃點48 ℃，熔點-44 ℃，常壓沸點169.4 ℃。原料中與偏三甲苯沸點最接近的鄰甲乙苯沸點為165.2 ℃，分離難度較大，工藝流程中多采用精餾方法進行提?。?］。對于多組分混合物的精餾，常規(guī)的方法是采用多塔序列，但該類工藝流程長，能耗大。分離偏三甲苯采用常規(guī)精餾，分離序列多、塔盤層數(shù)多，需要兩套冷凝系統(tǒng)和再沸系統(tǒng)，回流比大且能耗高。

1984年中國石化金陵石化提出了四塔分離流程［1］，由C9芳烴進料可生產(chǎn)純度＞98%的偏三甲苯（收率83%），該工藝流程中還可萃取精制均三甲苯。金陵石化利用雙塔流程將偏三甲苯浮閥塔改為金屬波紋填料，分離效果大幅度提高，偏三甲苯的純度在此基礎(chǔ)上達到99%，回收率上升至85%以上。

在后續(xù)的發(fā)展歷程中分別出現(xiàn)九江石化三塔全填料流程［2］、錦州石化三塔連續(xù)精餾工藝［3］。在工藝的優(yōu)化過程中，絲網(wǎng)規(guī)整填料塔實現(xiàn)大型化，改變了支撐結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了液流狀態(tài)。

隨著分離技術(shù)的發(fā)展，偏三甲苯分離從普通精餾發(fā)展至壓差熱藕低能耗蒸餾，實現(xiàn)兩塔完全熱耦，極大降低了能耗。通過兩塔抽真空和加壓過程實現(xiàn)了C9精餾系統(tǒng)的多效精餾，進一步提升了兩塔的耦合度，降低了能耗。典型的分離工藝有重整重芳烴分離偏三甲苯的生產(chǎn)工藝，采用常壓和減壓-常壓組合兩種工藝方案［4］。其中，減壓-常壓組合方案通過負壓操作脫烴塔、加壓操作偏三甲苯塔的方式（如圖2所示），實現(xiàn)了熱量的高效利用和能耗的顯著降低。該工藝流程雖然可產(chǎn)出純度高達99%以上的產(chǎn)品，但仍存在工藝流程冗長、能耗及設(shè)備費用較高等問題。

在偏三甲苯的分離工藝中，關(guān)于塔器的使用趨向于更低的能源和耗材更小的設(shè)備選擇。近些年，預(yù)分餾分壁精餾塔（又稱分壁板精餾塔或隔壁精餾塔）逐漸應(yīng)用于偏三甲苯的分離過程中。該種類塔是一種完全熱耦合的特殊類型精餾塔，通過在塔內(nèi)部增設(shè)豎立隔板，將常規(guī)精餾塔一分為二，實現(xiàn)了在同一個塔內(nèi)同時完成傳質(zhì)和傳熱過程。其結(jié)構(gòu)可分為公共精餾段、公共提餾段、預(yù)分離段及主分離段四個區(qū)段（如圖3所示）。

分壁板精餾塔利用在偏三甲苯的分離過程中通常為填料塔。實踐證明，填料具有優(yōu)異的分離性能。填料塔適用于常壓蒸餾、低壓蒸餾，屬于膜狀接觸設(shè)備，液體沿塔內(nèi)填料表面流動形成液膜，分散在連續(xù)流動的氣體之中，氣液兩相接觸面在填料的液膜表面上。偏三甲苯分離設(shè)備設(shè)計中分壁精餾塔采用填料塔，外部物料從預(yù)分離段進入塔內(nèi)，而側(cè)線產(chǎn)品則從主分離段采出塔外。

與常壓-減壓偏三甲苯分離工藝相比，分壁精餾塔通過將完全熱耦合精餾塔的預(yù)分餾塔與主塔整合在同一個精餾塔內(nèi)，不僅節(jié)省了一個再沸器和一個冷凝器的設(shè)備投資，而且由于熱量在同一個塔內(nèi)得到重復(fù)循環(huán)利用，還顯著降低了能耗。

3 利用分壁板精餾塔制備偏三甲苯的工藝簡述及流程

本研究對分壁板精餾塔分離偏三甲苯工藝流程進行設(shè)計并數(shù)據(jù)模擬，結(jié)果顯示，該裝置產(chǎn)出的富偏三甲苯液可采用隔壁板精餾塔進行提取。設(shè)計方案原型如下：①原料碳九芳烴自抽提裝置富偏三甲苯液采出閥前來，引管線與分壁板精餾塔進料管道碰接，實現(xiàn)碳九芳烴入塔； ②分壁板精餾塔設(shè)立側(cè)線成品泵。側(cè)線泵入口管道自塔中段來，泵出口管道引至空冷器入口，經(jīng)冷卻后送至偏三甲苯罐；③分壁板精餾塔塔釜采出泵與塔頂回流泵出口線管道合并，將塔釜和塔頂?shù)呢毱妆揭核突靥嵫b置。分離后的貧偏三甲苯液線接回至抽提C9采出閥后； ④分壁板精餾塔在塔上段對介質(zhì)進行分配。泵出口兩根管道上各安裝一臺調(diào)節(jié)閥，兩根管道回至上段塔的兩端；⑤分壁板精餾塔塔底再沸器的加熱介質(zhì)為 低壓蒸汽，凝結(jié)水管道回至裝置內(nèi)凝結(jié)水系統(tǒng)； ⑥填料塔受壓能力有限，塔頂系統(tǒng)安設(shè)降壓設(shè)備，后接冷卻器，對系統(tǒng)進行降壓操作。 具體工藝流程如圖4所示。

該工藝可簡述為以下過程：富偏三甲苯液（135 ℃）從芳烴抽提至隔壁塔中部，塔頂油氣經(jīng)空冷冷卻至 128 ℃，進回流罐，液相經(jīng)回流泵升壓后，一路返塔做回流，另一路作為輕組分。塔內(nèi)液相從第二段填料下部抽出，經(jīng)側(cè)線分配泵升壓后，經(jīng)過流量比例控制，分為兩路，一路至副塔作為液相回流，另一路至主塔作為回流。側(cè)線產(chǎn)品從塔中部抽出，經(jīng)側(cè)線泵升壓，空冷冷卻后至日罐，塔底物料抽出經(jīng)泵升壓后，與塔頂組分混合后，直接返回抽提裝置處。塔底由再沸器提供熱量。

4 模擬計算結(jié)果

設(shè)計模擬進料量為 6 t/h，年開工時數(shù)為 8 400 h，操作條件見表2。

由表2可知，分壁板精餾塔中仍需要較大的回流量維持偏三甲苯分離純度，能耗方面仍是今后流程優(yōu)化的關(guān)鍵。根據(jù)模擬結(jié)果得到99%純度的偏三甲苯，物料平衡數(shù)據(jù)見表3。

經(jīng)過計算目標(biāo)產(chǎn)品偏三甲苯的收率為26.1%。

5 結(jié)論

①隔板精餾塔在偏三甲苯分離中存在應(yīng)用優(yōu)勢。通過將預(yù)分餾塔與主塔整合在同一個精餾塔內(nèi)，實現(xiàn)了熱量的高效循環(huán)利用，進一步降低了能耗并提升了設(shè)備利用程度。

②根據(jù)流程設(shè)計和數(shù)據(jù)模擬，裝置可生產(chǎn)出99%純度的偏三甲苯，收率達到26.1%，該方案在一定程度上提升了裝置的邊際效益。

參考文獻：

［1］趙開鵬.重整重芳烴的綜合利用概述［R］.金陵石化公司煉油廠研究所，1996.

［2］張強，曲冠熹，明宇，等.偏三甲苯和均四甲苯生產(chǎn)技術(shù)及市場分析［J］.化工管理，2023（19）：1-4.

［3］喬偉新.偏三甲苯的分離和應(yīng)用［J］杭州化工.1998，28（4）：29-33.

［4］魯奇林，楊佐民，左成惠，等.偏三甲苯的分離和利用［J］.化學(xué)粘合.1997（3）：165-167.