基于分子炼油理念组合优化C8 芳烃分离工艺

宋 杰

（宁波中金石化有限公司，浙江 宁波 315200）

我国是全球最大的芳烃生产国和消费国，C8芳烃市场在全球占有重要地位，行业正向全产业链方向发展，市场竞争由过去的产品竞争向产业链竞争方向转变。

C8 芳烃由4种同分异构体组成，即乙基苯（EB）、对二甲苯（PX）、间二甲苯（MX）和邻二甲苯（OX），均是重要的基本有机原料。乙基苯主要用于生产苯乙烯，少量用作溶剂、稀释剂及生产二乙苯等。苯乙烯可用于生产聚苯乙烯（PS）、发泡聚苯乙烯（EPS）、工程塑料（ABS）、丁苯橡胶（SBR） 和丁苯胶乳等合成材料[1]。对二甲苯主要用于生产精对苯二甲酸（PTA），PTA再和乙二醇（EG）反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），除此之外PX还用作溶剂及医药、香料的原料[2]。间二甲苯主要用于异构化反应，以增产对二甲苯和邻二甲苯。20世纪70年代以后，间二甲苯的直接化工利用得到发展，如间二甲苯直接氧化生产的间苯二甲酸（IPA），是改性聚酯和新型不饱和树脂的基本原料，间二甲苯经氨氧化制得的间苯二腈（MPDN），是合成特种树脂、高效低毒农药、染料和增塑剂的重要中间体[3]。邻二甲苯主要用于生产苯酐、邻苯二甲酸酐以及各种染料、杀虫剂等[4]。

乙 基 苯（EB）、对 二 甲 苯（PX）、间 二 甲 苯（MX）和邻二甲苯（OX）的沸点，分别为136.19℃、138.35℃、139.10℃和144.20℃。由于PX和MX的沸点很接近，早期的分离方法中，采用精馏方法很难分离，而深冷结晶法的分离收率不高。当前，国内外企业主要采用美国UOP 等公司的模拟移动床（SMB）技术，采用分子筛吸附分离、异构化等工序，将C8芳烃主要转化成PX、MX、OX 和少量EB，然后再被氧化或脱氢成PTA、IPA、PA（苯酐）和EPS等。这种分离技术的设备投资大，C8芳烃的损失大，技术受到限制（涉及专利使用费），能耗高，运行维护成本高[5-6]。

本文通过分析某工厂现有的C8芳烃分离工艺流程，探讨以分子炼油理念，对C8芳烃分离工艺进行组合和优化，从而实现提高对二甲苯产品的产能，增加产品种类的目标。

1 某工厂现有C8芳烃分离工艺流程

某工厂建有1套以对二甲苯（PX）为主要产品的C8芳烃分离联合装置，C8芳烃的分离工艺流程如图1所示。C8＋芳烃进入1号二甲苯塔进行分离，C8芳烃作为1号二甲苯塔的塔顶物料，与2号二甲苯塔的塔顶物料一起，作为吸附模拟移动床系统的进料（各组分组成见表1），经过吸附模拟移动床系统分离后，抽出液进入抽出液塔进行分离。塔顶分离出的对二甲苯（PX）经成品塔提纯后，作为对二甲苯（PX）产品出装置，塔底的解吸剂和抽余液塔的塔底解吸剂一起进入吸附模拟移动床系统，解吸剂循环利用，抽余液进入抽余液塔进行分离。从抽余液塔侧线采出的贫PX组分进入异构化反应系统，生成接近于热力学平衡态的C8芳烃混合物料，再经脱庚烷塔分离轻组分后，进入2号芳烃分馏单元进行分离。脱庚烷塔塔顶物料为C8芳烃，塔底物料送至1号二甲苯塔。

表1 吸附模拟移动床系统进料C8芳烃组成

图1 某工厂C8芳烃分离联合装置工艺流程示意图

C8芳烃的异构化反应可以实现OX、MX向PX的转化，使PX达到接近热力学平衡的浓度，同时使乙苯加氢为乙基环己烷。乙基环己烷通过酸性功能，进行“环烷桥”异构化得到二甲基环己烷，最后二甲基环己烷由金属功能脱氢生成二甲苯（图2）。在乙苯的转化过程中，需要有一定浓度的中间过渡物C8非芳烃。在乙苯转化为二甲苯的主反应发生的同时，伴随着一系列副反应的发生，如乙苯自身、乙苯与二甲苯、二甲苯自身之间的歧化和烷基转移反应，乙苯与二甲苯的脱烷基反应、乙苯的加氢饱和及开环裂解反应等，会造成约2.5%的C8芳烃损失。

图2 乙苯转化为二甲苯反应示意图

在现有的C8芳烃分离工艺中，C8芳烃产品仅有对二甲苯，产品种类单一，抗风险能力低。吸附模拟移动床系统进料的C8芳烃组成中，乙苯含量高达9.28%，一方面乙苯含量高制约了对二甲苯产能的进一步提升，另一方面，在异构化反应过程中存在C8芳烃的损失，影响了经济性。

2 以分子炼油理念优化C8 芳烃分离组合工艺

在现有工艺流程的基础上，以分子炼油理念，对C8芳烃分离工艺进行组合和优化，以提高对二甲苯产品的产能，增加产品种类。

2.1 对C8芳烃进行预分离，增加乙苯产品，增产对二甲苯

应用吸附模拟移动床技术，增加1套C8芳烃预分离装置，工艺流程如图3所示。1号二甲苯塔塔顶的C8组分作为乙苯吸附分离装置的进料，经吸附模拟移动床系统分离后，抽出液进入抽出液塔进行分离。塔顶分离出的解吸剂可循环使用，塔底为乙苯产品。抽余液进入抽余液塔进行分离，塔顶分离出解吸剂，与抽出液塔顶的解吸剂一起循环使用，塔底物料为贫乙苯（EB）C8芳烃（组成见表2），作为C8芳烃吸附分离装置的进料。乙苯的产出改善了C8芳烃吸附分离装置的进料组成（表3）。

图3 C8芳烃预分离联合装置工艺流程示意图

表2 贫乙苯C8芳烃组成

表3 优化后C8芳烃吸附分离的进料组成

优化后，C8芳烃吸附分离进料中的EB含量降低了8.33%，非芳烃含量降低了5.74%，PX含量增加了3.24%。在同等吸附进料量下，新工艺有利于提升对二甲苯产品的产能。

2.2 利用部分PX抽余液增产间二甲苯

应用吸附模拟移动床技术，增加1套间二甲苯吸附分离装置，工艺流程如图4所示。从C8芳烃吸附分离装置来的抽余液侧线贫PX C8组分作为装置进料，经脱环烷塔脱除进料中的非芳烃后，进入吸附模拟移动床系统进行分离。抽出液进入抽出液塔进行分离，塔顶分离出解吸剂循环使用，塔底物料为间二甲苯（MX）产品。抽余液进入抽余液塔进行分离，塔顶分离出解吸剂，与抽出液塔顶的解吸剂一起循环使用，塔底物料为富含OX的C8芳烃（组成见表4），作为邻二甲苯塔的进料。

图4 新增间二甲苯吸附分离装置

表4 邻二甲苯塔进料组成

2.3 利用MX抽余液增产邻二甲苯

间二甲苯装置抽余液塔来的抽余液送至邻二甲苯塔进行分离，塔顶的非OX的C8芳烃返回异构化进行反应转化，塔底为邻二甲苯产品。

2.4 优化效果

对C8 芳烃分离工艺进行组合优化后，C8芳烃产品从单一的对二甲苯，增加为乙苯、对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯同时产出，装置的产能提升显著。产能提升造成的原料短缺，可通过外购混合C8芳烃解决。优化效果见表5。

表5 C8芳烃分离工艺组合优化前后对比

3 结论

本文以某工厂现有的C8芳烃分离工艺流程为基础，基于分子炼油理念，对C8芳烃分离工艺进行了组合优化。结果表明，优化后对二甲苯产品的产能提高了 40万 t·a-1，增产乙苯 16万 t·a-1，间二甲苯 24 万 t·a-1，邻苯 9.5 万 t·a-1，具有良好的经济效益，同时增加了企业的抗风险能力。采取的组合优化方案在现有的C8芳烃分离工艺中具有较好的推广意义和借鉴价值。