芳烃抽提原理

芳烃抽提原理1、前言芳烃抽提装置是炼油通向化工的一座桥梁。

它能提高高纯度的B、T、X等基本有机化工原料。

芳烃抽提工艺原理是将芳烃和非芳烃通过溶剂进行萃取分离。

主要分为有Udex法（甘醇类溶剂）、Sulfolane 法（环丁砜溶剂）、Arosolvan法（N-甲基吡咯烷酮溶剂）、DMSO法（二甲基亚砜溶剂）、Formex法（N-甲酰吗啉溶剂）。

我国老装置都用Udex法，新建装置大多用Sulfolane法。

近年来，随着单芳烃组分（主要是纯苯）需要的增加，一种抽提蒸馏工艺发展较快，其中RIPP专利工艺已经在国内多家炼厂工业化生产。

本次我公司芳烃抽提单元规模为35万吨/年（按进料计加工能力），工艺采用与老连续重整装置一致的Sulfolane法（环丁砜溶剂）抽提工艺，技术成熟，操作经验丰富。

产品要求：芳烃抽提单元主要进出物料：*吸附分离来甲苯，进混芳罐与抽提产混芳一起去歧化单元。

芳烃抽提单元流程简图：第一节芳烃抽提原理抽提又称液液萃取，就是利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异而实现分离的一种方法。

芳烃抽提就是用液液萃取的方法从烃类物中分离出芳烃的一种过程。

抽提和蒸馏、吸附等操作一样,都属于物理分离方法.抽提原料是个混合物，在加入环丁砜后，油中的芳烃溶解到溶剂中，从而形成组成不同、密度不同的两个液相，即油相和溶剂相。

油相中含有少量芳烃且密度较小，溶剂相含有大量芳烃且密度大，经过筛板塔连续多次逆流接触抽提，就可以得到高纯度的芳烃。

影响抽提过程的主要因素抽提过程的影响因素很多，概括为三要素：抽提原料油、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。

下面结合芳烃抽提过程，分别讨论上述三要素对抽提过程的影响。

1溶剂性质的影响1.1溶剂的分配系数kc在萃取过程中，常常采用分配系数以表示平衡的两共存相中溶质浓度之间的关系，分配系数kc的定义为：kc=CE/CR式中：CE——平衡时溶质在萃取相（E）中的浓度；CR——平衡时溶质在萃余相（R）中的浓度。

从上式可以清楚地看出分配系数KC大，有利于萃取，因此我们应该选取分配系数大的溶剂萃取剂。

1.2.溶剂的溶解能力溶解能力是指溶质与溶剂间的亲和力。

目前在工业上广泛采用溶解度参数来表示溶剂的溶解能力。

液体分子与分子之间存在着范德华力，就依靠这种力而凝聚为液体，此力亦叫内聚力。

对于一克分子液体而言，克分子内聚能ΔE=H-RT式中：ΔH——克分子汽化热（卡/克分子）；ΔE——克分子内聚能（卡/克分子）；RT——汽化时蒸汽体积膨胀所作为的功。

单位体积的液体具有的内聚能叫做内聚能密度，则内聚能密度=ΔE√ΔV=（H-RT）D/M溶解度参数δ=√ΔE/ΔV=√（H-RT）d/M式中：V克分子体积（ml/克分子）R——通用气体常数=1.987（卡/K*克分子）T——绝对温度（M——克分子量（g）D——密度（g/ml）由于两种物质的溶解过程是异分子间相互吸引的表现，而溶解度参数是物质内聚能密度（即分子间力）的量度，故用溶解度参数判断相互溶解的情况，当溶质与溶剂的溶解度参数δ值相近时，表示异分子间与同分子间力接近，溶剂对此溶质的溶解能力就强。

在芳烃抽提工艺中，往往用芳烃在溶剂中的活度的倒数来表示溶剂的溶解能力。

所谓活度系数是指溶液与理想溶液发生偏差的一个量度。

活度系数r是溶液的实际浓度C除有效浓度a（即活度）所得之商，即r=a/C。

当溶质与溶剂形成理想溶液时，活度系数r=1；当与理想溶液正偏差，活度系数》1；如果与理想溶液发生偏差，活度系数r《1。

能形成部分互溶的体系都是理想溶液成正偏差的体系。

正偏差越大，活度系数的倒数越小，即溶解能力越小。

芳烃抽提工艺中一般采用1/r甲苯来表示溶剂的溶解能力。

另外，工业中还常用到烃负荷的概念。

溶剂的烃负荷表明实际在于溶剂/烃混合物中的总烃量的分数。

它与溶解度不同之处是在于溶解度仅仅为一种纯甲苯相和溶剂平衡时假设的。

Q+BW烃负荷：HCL=2ZHC=S+Q+BW式中：BW——反洗剂量Q——抽提物料S——溶剂量1.3 溶剂的选择性从上述得知，评定一种萃取剂性能优劣单用分配系数是不够全面的，它与萃取剂的选择性溶解能力即选择性系数β（其性质类似于蒸馏中的相对挥发度）具有重要关系。

其定义为：β=（YAE/YBE）/XAR /XBR =KA /KB式中：YAE /YBE ——萃取相（E）中溶质（A）和原溶剂（B）的浓度之比；XAR /XBR ——萃余相（R）中溶质（A）和原溶剂（B）的溶度之比；KA ——溶质（A）的分配系数；KB ——原溶剂（B）的分配系数；当β=1时，则K =K ，萃取液E和萃余液R将具有同样的组成，并与料液一样，因而不能通过萃取分离。

当β》1时，则KA 》KB ，萃取能够实现，β值愈大，萃取分离愈容易。

当β《1时，则KA 〈KB ，萃取过程仍然能进行，但萃取出来的不是溶质A，而是原溶剂B，如目的产物是A，则β〈1不符合要求。

在芳烃抽提工艺中，当选择性系数β具体应用时采用族选择性和轻/重选择两个概念。

溶剂的族选择性是取决于溶剂分子的极性和不同类的烃类的亲和力次序，此亲和力次序对所有的溶剂都是相同的，亲和力递减顺序为：双环芳烃〉单环芳烃〉双环烷烃》烯烃》烷烃。

然而亲和力递减顺序正好是活度系数（r）增加的顺序，所以，芳烃相对于烷烃的选择性β（A/P）就可方便地定义为一个非芳烃活度系数与一个芳烃活度系数之比：族选择性：β（A/P）=rp/`rA其次，对于同族烃和溶剂相对亲和力可称作轻/重选择性β（L/H），轻烃对于重烃选择性也可以定义为重烃的活度系数与轻烃的活度系数之比：轻/重选择性：β（L/H）r庚烷/r已烷一般说来，随碳原子数的增加亲和力下降。

1.4.溶剂的选择对抽提过程来说，溶剂的选择是十分重要的。

选择一个适合的溶剂是抽提过程能否进行的关键。

而且，这溶剂要容易回收，公用工程消耗低，腐蚀性要小，所以，选择溶剂时一般应考虑以下几个方面：溶剂的选择性要足够大，越大越好；溶剂对芳烃的密度差要大，不易乳化，以利于逆流操作；溶剂对芳烃的溶解度要大，以降低溶剂量和操作费用；溶剂本身要有良好的化学稳定性，热稳定性和抗氧稳定性，不与原料发生化学反应，这样才能保证溶剂的循环使用；溶剂的沸点与料液的沸点差要大，不生成共沸物，以便于将产品与溶剂用简单的蒸馏方法加以分离；溶剂的蒸发潜热和比热要小，以减少溶剂回收时的热量消耗；溶剂与料液之间的界面张力要大，以便于液滴的凝聚分层；溶剂应具有不易发泡，不易腐蚀设备、无毒、不易爆炸和着火、低廉、来源方便等特点。

溶剂的粘度不易过大，以便于传质。

上述各项中，最主要的指标是溶剂对芳烃的溶解能力和选择性。

本装置溶剂为环丁砜，环丁砜具有比重大、沸点高、比热小、热稳定性强，对碳钢腐蚀性小等优点。

环丁砜是一种高极性溶剂具有优良化学性与稳定性，能与水混合，也是很多有机化合物与很多普通的聚合物的良好溶剂。

分子式C4H8SO2分子量120。

17密度（200C）1270Kr/m3常压沸点2850C分解温度2000C闪点1770C凝固点27.80C临界压力5.3MPa临界温度4270C环丁砜的化学性质：环丁砜一般不与化学品如酸、硫醇和二烯烃等反应，在酸和碱存在下一般不发生聚合和分解。

当环丁砜与碳酸钠、醋酸钠、25%氢氧化钠水溶液和铜、铁，在回流温度下加热五小时没有发现它们之间有反应。

在140~150℃时，环丁砜与93%硫酸之间发生一种反应，还能与氯化铝和硫化氢反应放出氯化氢和硫化氢。

环丁砜不会被金属锌和醋酸式盐酸还原，然而，环丁砜可以被氢化铝锂还原为硫。

环丁砜在220℃以下显示良好的热稳定性，在此温度时它慢慢地产生二氧化硫和不饱和物（可能是聚合物），使溶液呈棕色。

环丁砜在200℃进行腐蚀试验，结果表明对碳钢的腐蚀作用可以忽略不计（约1mm/年）。

环丁砜属微毒性化合物，对皮肤无刺激性，其LD50（50%致死量）的口服毒性对小鼠是500~50000mg/kg，对老鼠是1900~2500ml/kg,对兔子是大于2820ml/kg，对兔子皮肤在环丁砜中暴露24小时无刺激。

环丁砜对白土的影响：抽提产品中所含环丁砜的浓度〈200ppm，不会影响白土活性，也不会被白土吸附，只当浓度〉500ppm时才有一些环丁砜被白土所吸附。

如果长期引入白土会失去活性。

对于短期通过，则更高的环丁砜浓度也是也许的。

在生产中做了这样的试验：将环丁砜含量为1%的物料加入白土塔处理几小时，再使低环丁砜浓度的物料通过白土一段时间，则白土仍然可以恢复活性。

一般来讲，当达到2000pm 剂量时，仅产生微小的影响，提高白土的温度可以改善这种影响。

现在人们利用白土对环丁砜的不敏感性，通过减少溶剂回收塔的回流量来节省公用工程的消耗，据估计，减少回收塔回流量25%，塔顶馏分中环丁砜含量在100~200ppm之间，相应使公用工程消耗减少5%。

环丁砜的质量规格：密度（30℃）1260~1270kg/m3硫（wt）26.0~27.0%热稳定≯20mgSO2水（wt）≯3%灰分(wt)≯0.1%环丁烯砜—2(wt) ≯0.3%环丁砜的装卸和储存：环丁砜是相当容易装卸和储存的，在一般情况下只需用碳钢容器即可储存，由于环丁砜中有微量的二氧化硫存在，呈弱酸性（PH=3~4）溶液，在储存时需加入少量烷基醇胺使PH保持在大于7。

由于环丁砜凝固点较高在27.8℃。

为了装卸和储存的方便，可加入3%H2O，使其凝固点下降，并将储存容器给予适当伴热以防止凝固点下储存。

2.抽提原料油烃类组成的影响2.1.抽提原料油烃类组成的影响一般说来，随着溶剂中含水量的增加，溶解能力下降，选择性升高，随着抽提温度的升高，溶解能力增加，选择性下降。

由于芳烃与环烷烃的选择性差异比芳烃与烷烃间的差异小，因而原料中环烷烃含量越高，其分离的困难程度就越大，要求的理论板数就愈多。

2.2.抽提原料油的馏分组成的影响除原料烃组成之外，原料的馏分组成对抽提过程也有很大影响。

在芳烃抽提过程中，由于轻质具有更高的选择性，因而原料愈重，芳烃回收率越低，例如原料初馏点由65℃升高至78℃，芳烃回收率由95%将至88%。

初馏点低，表明原料油中轻质烃（如烷烃）含量增加，由于轻质烃在溶剂中的溶解度比较高，可以置换重质非芳烃，而轻质非芳烃在汽提塔中很容易被汽提掉，从而有利于芳烃回收率，并能保证芳烃纯度。

初馏点过高的害处就在于重质非芳烃不易被置换出去，若要保证芳烃质量，不得不牺牲部分芳烃回收率，所以在生产中实际可能的最高芳烃回收率要稍低一些。

但是，原料油初馏点愈低，达到同样芳烃回收率所需要的溶剂比就愈高，所以原料油的初馏点不易过低，一般保持在65℃为宜。

3.操作因素对抽提过程的影响3.1温度的影响抽提过程所以能进行是因为萃取剂加入后形成了两相区，因此，两相区域的大小对抽提过程的影响是很大的，而两相区的大小又与系统的操作温度有关。