焦化粗苯精餾工藝的優(yōu)化設(shè)計

段俊星

（山西焦煤山西焦化苯精制廠，山西 洪洞 041600）

0 引言

煉焦為煤炭深加工的一種方式，在煉焦過程中會或多或少地產(chǎn)生副產(chǎn)品，對副產(chǎn)品的回收再利用不僅是對資源的充分利用，而且還能夠減少對環(huán)境的污染。粗苯作為煤焦化過程中的副產(chǎn)品之一，其是焦?fàn)t煤氣通過洗苯和蒸餾回收的產(chǎn)品，為得到高質(zhì)量的粗苯產(chǎn)品，需要配套相應(yīng)的精餾工藝[1-2]。對于當(dāng)前焦化粗苯的精餾工藝存在能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量純度不高的問題，本文將結(jié)合實踐生產(chǎn)和理論模擬分析軟件對焦化粗苯的精餾工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。具體闡述如下。

1 焦化粗苯精餾工藝概述

目前，焦化粗苯精餾萃取工藝包括有酸洗法、萃取法和加氫法。其中，酸洗法主要采用酸堿法和蒸餾法獲取苯、甲苯等產(chǎn)品，該種工藝具有操作簡單、成本低的優(yōu)勢；但是，該種工藝還存在產(chǎn)品回收率低、產(chǎn)品質(zhì)量差的問題。萃取法的核心技術(shù)為萃取蒸餾技術(shù)，該種工藝具有成本低和產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)勢；不足的問題是基于該種工藝所獲取的甲苯、二甲苯的產(chǎn)品含有大量的硫氮[3]。基于加氫法精制焦化粗苯對環(huán)境污染小且產(chǎn)品質(zhì)量好，但是該種工藝存在成本高且對設(shè)備要求高的問題。

綜合分析當(dāng)前可采用的焦化粗苯精餾工藝的優(yōu)劣勢，酸洗法和萃取法由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、成本高等問題已經(jīng)逐步被淘汰，未來粗苯加氫精制工藝為主流發(fā)展趨勢。因此，本文重點基于加氫法對焦化粗苯精餾工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計展開研究。

基于加氫法的焦化粗苯精餾工藝流程如圖1所示。

圖1 基于加氫法的焦化粗苯精餾工藝流程圖

一般情況下，加氫法的焦化粗苯精餾工藝操作條件為：將操作過程中的預(yù)反應(yīng)器的溫度設(shè)定至180～200 ℃之間，將操作壓力設(shè)定為3.2 MPa，將主反應(yīng)器的溫度設(shè)定為320～350 ℃之間，對應(yīng)的操作壓力為3.5 MPa。

2 焦化粗苯精餾工藝模型的搭建及驗證

本文所研究的焦化粗苯精餾工藝所采用的原料為全餾分粗苯，對應(yīng)的產(chǎn)品種類包括有甲苯、重芳烴和化工輕油。從整體來講，焦化粗苯精餾裝置主要分為粗苯加氫和萃取精餾兩個部分。

其中，粗苯加氫工序的主要作用是將全餾分粗苯中的硫、氮、氧等雜物去除，為后續(xù)保證產(chǎn)品的質(zhì)量和純度奠定基礎(chǔ)；從反應(yīng)種類可分為加氫脫硫反應(yīng)、加氫脫氮反應(yīng)、加氫脫氧反應(yīng)、烯烴飽和反應(yīng)以及輕度的加氫裂化反應(yīng)。萃取精餾工序的主要作用是獲取更高純度的甲苯和苯，具體包括有預(yù)精餾系統(tǒng)、萃取精餾系統(tǒng)和苯甲苯分離系統(tǒng)[4]。本小節(jié)將基于Aspen Plus模擬軟件構(gòu)建萃取精餾工序的模型，并對模型進(jìn)行驗證，為后續(xù)工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

2.1 流程構(gòu)建

以萃取精餾工序中的萃取精餾系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的工藝流程如圖2 所示。

圖2 萃取精餾系統(tǒng)工藝流程圖

根據(jù)圖2 所示的萃取精餾系統(tǒng)的工藝流程圖，基于Aspen Plus 模擬軟件所建立的該系統(tǒng)的模擬流程如圖3 所示。

圖3 萃取精餾系統(tǒng)的模擬流程圖

2.2 流程的驗證

結(jié)合實踐生產(chǎn)對圖3 中的模擬流程參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括T1202 和T1203 的進(jìn)料組分、進(jìn)料量、回流比、塔頂壓力等[5]?；谏鲜鰠?shù)設(shè)置結(jié)果對T1202和T1203 兩個塔運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行模擬并與實際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。以T1203 為例，通過模擬所得的運(yùn)行數(shù)據(jù)與實際運(yùn)行數(shù)據(jù)的對比結(jié)果如表1 所示。

表1 T1203 塔模擬運(yùn)行數(shù)據(jù)與實際運(yùn)行數(shù)據(jù)的對比

對比表1 中的數(shù)據(jù)可知，基于所構(gòu)建的模型模擬分析的運(yùn)行數(shù)據(jù)與其實際運(yùn)行數(shù)據(jù)幾乎一致，說明所構(gòu)建的萃取精餾系統(tǒng)模型能夠真實反應(yīng)實際生產(chǎn)的情況。同理，對所構(gòu)建的預(yù)精餾系統(tǒng)和苯甲苯分離系統(tǒng)的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證，最終所得的全系統(tǒng)流程模型如圖4 所示。

圖4 焦化粗苯精餾萃取模擬流程

3 焦化粗苯精餾工藝的優(yōu)化

本小節(jié)在上述模擬流程構(gòu)建的基礎(chǔ)上對T1204萃取精餾塔的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，重點包括進(jìn)料位置、溶劑比、塔頂壓力以及回流比等。焦化粗苯精餾的最終目的是將其中的芳烴和非芳烴分離開來，在實際分離過程中發(fā)現(xiàn)，非芳烴中的環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷最難分離從而導(dǎo)致其引入純苯中，最終影響苯產(chǎn)品的質(zhì)量[5]。結(jié)合相關(guān)要求，苯中環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要低于0.040 0%。因此，為了保證苯產(chǎn)品的純度要求T1204 萃取精餾塔中環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的出料量低于2.2 kg/h。以進(jìn)料位置為例，不同進(jìn)料位置對應(yīng)的1204 精餾塔環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的出料量模擬結(jié)果如圖5 所示。

圖5 不同進(jìn)料位置對應(yīng)甲基環(huán)己烷和環(huán)己烷的出料量

如圖5-1 所示，隨著進(jìn)料位置的下移，T1204 萃取精餾塔甲基環(huán)己烷的出料量呈現(xiàn)為先減小后增大的變化趨勢，且進(jìn)料位置在23 時對應(yīng)的甲基環(huán)己烷的出料量最低。如圖5-2 所示，隨著進(jìn)料位置的下移，T1204 萃取精餾塔環(huán)己烷的出料量呈現(xiàn)為逐漸增大的變化趨勢；而且，當(dāng)進(jìn)料位置在17～37 的范圍之內(nèi)時環(huán)己烷出料量增長速度緩慢，當(dāng)進(jìn)料位置在39 以上的范圍時環(huán)己烷出料增長速度明顯增加。因此，綜合圖5 中的模擬仿真結(jié)果，最終將T1204 萃取精餾塔的最佳進(jìn)料位置確定為第23 塊板，對應(yīng)的環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的出料量最少，僅為0.12 kg/h。

同理，對T1204 萃取精餾塔的其余操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。其中，優(yōu)化后的溶劑比為5.29；塔頂壓力為135 kPa，回流比為1.2。

4 結(jié)語

粗苯為煤炭煉焦過程中不可避免的副產(chǎn)品之一，對粗苯產(chǎn)品的再回收利用可以實現(xiàn)資源的重復(fù)利用，同時減少其對環(huán)境的污染。對于粗苯產(chǎn)品而言，需要采取一定的萃取精餾手段以獲得高純度的苯、甲苯等產(chǎn)品。本文重點針對焦化粗苯的萃取精餾工藝的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。具體總結(jié)如下：

1）目前，基于加氫法對焦化粗苯產(chǎn)品進(jìn)行萃取精餾主要存在的問題為產(chǎn)品純度不高、能耗高。

2）基于模擬仿真分析，結(jié)合相關(guān)要求苯中環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.040 0%的要求對T1204 塔的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終優(yōu)化結(jié)果為：溶劑比為5.29，塔頂壓力為135 kPa，回流比為1.2，進(jìn)料位置為23。實踐表明，優(yōu)化后的操作參數(shù)每年可直接節(jié)約成本31.2 萬元。