21芳烃抽提及抽提蒸馏(培训班讲义)

芳烃抽提及抽提蒸馏石油化工科学研究院201005目录液液抽提抽提蒸馏芳烃精馏液液抽提工艺原理几种液液抽提工艺主要影响因素抽提过程的重要设备—抽提塔一、工艺原理（一）溶剂的基本特性和要求芳烃抽提是借助选择性溶剂的作用从烃类混合物中分离高纯芳烃的物理过程。抽提过程的技术指标在很大程度上取决于溶剂的性能。一个好的工业抽提溶剂应具备如下特性：对芳烃的选择性要好，有利于提高芳烃的纯度对芳烃溶解能力大，以利于降低溶剂比和操作费用与芳烃的沸点差大，以便与溶剂分离热稳定性及化学稳定性好，以确保芳烃不被降解物质所污染无毒、无腐蚀性，便于操作和设备材质选取价廉易得表17-2几种工业抽提溶剂的一般性质溶剂分子量M比重d430沸点℃凝固点℃粘度cp150℃汽化热kJ/kg分解温度℃N-甲基吡咯烷酮99.131.03206-240.97493-N-甲酰基吗啉115.141.15244212.7(70℃)401230环丁砜120.161.26287282.5514220二甲亚砜78.131.1018918-552120四甘醇194.241.16327-54.0456237三甘醇150.181.12288-73.56562060.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.200255075100125150175温度，℃溶解度，重量分数正戊烷正辛烷环戊烷二甲基环己烷图17-5烃类在四甘醇中的溶解度与温度的关系0.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090255075100125150175温度，℃溶解度，重量分数正戊烷正辛烷环戊烷二甲基环己烷图17-6四甘醇在烃类中的溶解度与温度的关系0.010.1145678910碳数相对溶解度（对苯）烷烃环烷烃芳烃图17-1烃在环丁砜中的相对溶解度（50℃，含水1w%）00.010.020.030.040.050.060.070.082030405060708090100温度，℃溶解度，重量分数正戊烷正辛烷环戊烷甲基环己烷图17-7烃在环丁砜中的溶解度与温度的关系00.0050.010.0150.020.0250.030.0352030405060708090100温度，℃溶解度，重量分数正戊烷正辛烷环戊烷甲基环己烷图17-8环丁砜在烃中的溶解度与温度的关系溶解能力顺序依次为：N-甲基吡咯烷酮N-甲酰基吗啉四甘醇环丁砜二甲亚砜三甘醇。对BTX的分离，所选择的溶剂在适当的操作温度下，其溶解能力在0.25～0.40的范围内为最佳。选择性的优劣次序依次为：环丁砜二甲亚砜N-甲酰基吗啉四甘醇三甘醇N-甲基吡咯烷酮。综合选择性、溶解能力、热稳定性等重要因素，以环丁砜为最佳，其次为N-甲酰基吗啉和四甘醇。（二）抽提过程原理液液抽提工艺主要是利用溶剂对烃类各组分的溶解度不同和对相对挥发度影响的不同从烃类混合物中分离出纯芳烃。当溶剂和原料油在抽提塔接触时，溶剂对芳烃和非芳烃进行选择性溶解形成组分不同和密度不同的两个相。由于密度不同，使两相能在抽提塔内进行连续逆流接触。两相组分不同，一相是溶解芳烃的溶剂相（分散相），另一相是非芳烃为主的抽余油相（连续相）。所得溶剂相进入抽提蒸馏塔（或汽提塔），在该塔中将芳烃与非芳烃彻底分离，抽提蒸馏塔顶底分别得到回流芳烃和含高纯度芳烃的第二富溶剂；回流芳烃返回抽提塔底，第二富溶剂则进入回收塔内（或汽提塔下段）进行汽提蒸馏后得到高纯度的混合芳烃和贫溶剂；抽余油相则进入抽余油水洗塔内进行水洗后得到非芳烃产品。二、几种抽提工艺[22-27]（一）甘醇溶剂抽提工艺1952年，美国UOP和DOW化学公司开发成功了以二甘醇（DEG）为溶剂的Udex芳烃抽提工艺，在此基础上又陆续对工艺进行了改进，并推出了与二甘醇同系列的三甘醇（TEG）和四甘醇（TETRA）溶剂。我国科研单位从50年代后期开始，系统地开展了甘醇类溶剂芳烃抽提工艺的研究，先后开发成功了二甘醇、三甘醇及四甘醇抽提工艺，特别是简化的甘醇类溶剂抽提工艺，已得到了广泛的工业应用。图17-19和图17-20分别标绘了甘醇类溶剂抽提工艺四塔和五塔流程示意图。目前以二甘醇及三甘醇为溶剂的Udex流程，已很少使用了，其基本流程与图17-19相似，但还包括芳烃水洗和水分馏系统。原料油回流芳烃抽提塔抽提蒸馏汽提塔贫溶剂富溶剂一闪蒸二闪蒸回流芳烃罐芳烃罐汽提水罐抽余油水洗塔芳烃非芳烃溶剂再生塔抽空图17-19甘醇类抽提四塔流程原料油回流芳烃抽提塔抽提蒸馏塔贫溶剂富溶剂二闪蒸一闪蒸回流芳烃罐汽提塔汽提水罐芳烃罐抽余油水洗塔溶剂再生塔抽空芳烃非芳烃图17-20甘醇类抽提五塔流程表17-11典型的重整抽提原料油性质项目数据密度，（20℃），g/cm30.7622溴值，g溴/100g0.89馏程，℃初馏点6910%8350%10390%146干点174组成，w%烷烃30.0环烷烃2.0芳烃68.0表17-12甘醇类溶剂抽提主要操作参数项目二甘醇三甘醇四甘醇抽提塔压力，Mpa0.80.80.8抽提塔顶温度，℃145120120抽提塔底温度，℃140110110溶剂比（对进料）16.010.46.2回流比（对进料）1.160.830.8贫溶剂含水量，w%8.66.35.0抽提蒸馏塔底压力，Mpa--0.04抽提蒸馏塔顶温度，℃--102抽提蒸馏塔底温度，℃--126汽提塔底压力，Mpa0.050.040.05汽提塔顶温度，℃1188586汽提塔底温度，℃147143148汽提塔侧线温度，℃122110-汽提水量，w%1.92.74.3表17-13甘醇类溶剂抽提工艺主要技术指标项目二甘醇三甘醇四甘醇芳烃回收率，%苯99.899.899.9甲苯98.799.299.5二甲苯87.695.097.0苯结晶点，℃5.355.405.40公用工程消耗（以原料计，相对值）冷却水10079.167.2电10073.967.7蒸汽10081.870.9溶剂消耗，kg/t原料0.5~1.00.4~0.80.2~0.5由表17-12、表17-13的数据可见，甘醇类溶剂抽提工艺随着二甘醇、三甘醇、四甘醇的次序，溶剂比显著减小，过程的能耗和溶剂消耗也减小，而芳烃的回收率逐渐提高。由于甘醇类溶剂抽提流程都基本一样，因此，由二甘醇改三甘醇、四甘醇或由三甘醇改四甘醇的改造工程量都相当小，而溶剂的升级换代可产生明显的经济效益。目前，国内已基本淘汰了二甘醇和三甘醇抽提装置，国外尚有一定数量的三甘醇抽提装置仍在运行。对于重整生成油的芳烃抽提，四甘醇抽提工艺具有芳烃产品质量好，收率高，能耗低，溶剂价廉易得，对设备腐蚀性小等优势，因此仍不失为一种较好的芳烃抽提工艺。（二）环丁砜溶剂抽提工艺1961年，Shell公司推出了以环丁砜为溶剂的芳烃抽提工艺（Sulfolane），由于其投资低、芳烃产品质量好、收率高等特点，自从第一套工业装置投产以来，该工艺得到了广泛的工业应用。国内于80年代初，开始致力该工艺的研究与开发，在有关研究单位和工程设计单位的密切配合下，于80年代末期开发成功了改进的以环丁砜为溶剂的抽提工艺（SAE），并很快得到了推广应用。图17-21标绘了环丁砜抽提工艺的流程示意图。图17-21SAE工艺流程简图原料抽提塔汽提塔水洗塔回收塔水汽提塔再生罐芳烃（去精馏）抽余油表17-14抽提原料的性质项目C6~C7馏份C6～C8馏份项目C6~C7馏份C6～C8馏份相对密度（20℃）0.77760.8345芳烃含量%（质量）60.583.7馏程/℃苯17.545.1初馏点—67甲苯42.328.8终馏点—167二甲苯0.79.7溴值/(gBr/100g油)2.51.0碳九芳烃—0.1硫含量/（mg/kg）1.01.0表17-15主要工艺操作数据项目C6~C7抽提C6～C8抽提项目C6~C7抽提C6～C8抽提抽提塔温度/℃回收塔压力/MPa(绝)0.035～0.0450.035～0.045塔顶70～8080～100回收塔底温度/℃175～180175～180塔底55～6565～85芳烃回收率/%溶剂比(对进料)/w2.5～3.53.5～5.0苯~100.0~100.0回流比(对进料)/w0.3～0.50.6～0.9甲苯99.5～99.999.3～99.8贫溶剂含水量/w%〈1.0〈1.0二甲苯—97.0～98.0提馏塔压力/Mpa(绝)0.2～0.30.15～0.25芳烃中非芳烃含量/（mg/kg）100～300300～800提馏塔底温度/℃175～180175～180苯的结晶点/℃〉＋5.40〉＋5.40三、主要影响因素芳烃抽提过程的影响因素很多，概括为三要素：原料油（抽提进料）、溶剂和采用的手段（设备、操作条件等）。在溶剂和设备结构选定后，操作条件就起着重要的作用。在抽提工艺中，溶剂的水含量和抽提操作温度，在决定恰当的选择性和溶解度上起了重要的调节作用。保证产品纯度的具体手段是回流比，保证芳烃回收率的手段是溶剂比。适当的回流比、溶剂比和必要的抽提塔塔板数是保证抽提工艺正常操作的重要手段。（一）原料油性质的影响（二）溶剂比的影响（三）溶剂含水量的影响（四）温度的影响（五）回流比的影响（六）压力的影响（七）抽提蒸馏操作的影响（八）汽提水用量的影响（九）操作要点及注意事项图17-26四甘醇溶剂比对抽余油中芳烃含量的影响曲线图17-27四甘醇抽提回流比对混芳纯度的影响曲线0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.81.52.02.53.03.54.04.55.0溶剂比，w抽余油中芳烃含量，w%苯甲苯二甲苯图17-28环丁砜溶剂比对抽余油中芳烃含量的影响曲线99.599.699.799.899.9100.00.20.40.60.81.0回流比，R/F混合芳烃纯度，w%混合芳烃纯度，w%图17-29环丁砜抽提回流比对混芳纯度的影响曲线表17-16芳烃与水共沸物沸点和组成体系共沸点/℃共沸物中水含量/%（质量）苯-水69.38.83甲苯-水84.113.5二甲苯-水9235.8四、抽提过程的重要设备—抽提塔1塔板间距对塔板效率的影响2筛孔直径孔间距对塔板效率的影响3分散相流速对塔板效率的影响4连续相流速对塔板效率的影响表17-17筛板抽提塔的塔板效率表17-17筛板抽提塔的塔板效率（环丁砜抽提）溶剂比（质量）分散相过筛孔线速度/（㎝/s）塔板效率/%2.912.118.13.415.520.44.816.621.0抽提蒸馏工艺原理几种抽提蒸馏工艺一、工艺原理抽提蒸馏分离芳烃工艺是利用选择性溶剂从富含芳烃的窄馏分中直接提取某种高纯度芳烃。原料首先进行预分馏，切除轻、重组分，留下中心馏分送去抽提蒸馏。在抽提蒸馏过程中，通过加入选择性溶剂，提高目的芳烃和其他组分间的相对挥发度α，从而使精馏分离成为可能。溶剂和原料馏份在抽提蒸馏（ED）塔接触形成气液两相，由于溶剂与芳烃的作用力更强，使非芳烃富集于气相，于塔顶排出；芳烃组分富集于液相并被提纯，于塔底排出。富集芳烃的液相进入溶剂回收塔，在塔内进行芳烃与溶剂的分离，贫溶剂循环使用。表17-33含苯二元共沸物[32]烃组分纯组分沸点，℃共沸物沸点，℃共沸物组成，w%（苯）正己烷68.768.54.7甲基环戊烷71.871.49.32，2-二甲基戊烷79.375.846.3环己烷80.877.751.82，2，3-三甲基丁烷80.976.649.72，4-二甲基戊烷80.576.650.52，3-二甲基戊烷89.879.279.5正庚烷98.480.199.32，2，3-三甲基戊烷99.280.197.7苯80.1--表17-34含甲苯二元共沸物[32]烃组分纯组分沸点，℃共沸物沸点，℃共沸物组成，w%（甲苯）乙基环戊烷103.5103.071，1，3-三甲基环戊烷104.5103.8161，2，4-三甲基环戊烷109.5107.0391，2，3-三甲基环戊烷110.5108.0422，3，4-三甲基戊烷113.5109.0602-甲基庚烷1