摘要：针对焦化粗苯中杂质含量高、直接应用受限的问题，文章探讨了焦化粗苯加氢精制和萃取蒸馏工艺，并进行了综合工艺流程整合与实验研究。结果表明，在优化工艺条件下，加氢精制工艺可有效脱除焦化粗苯中的含硫、含氮化合物及不饱和烃，萃取蒸馏工艺可实现芳烃与非芳烃的高效分离。整合工艺流程实现了焦化粗苯的高效转化和清洁生产，苯收率可达98.5%，产品纯度达到99.95%以上。

　　关键词：焦化粗苯；加氢精制；萃取蒸馏

　　1概述

　　随着焦化行业的快速发展，焦化粗苯产量不断增加。但由于焦化粗苯中含有大量杂质，直接应用受到限制。为充分利用这一资源，实现焦化粗苯的高值化利用，迫切需要开发经济高效的加工工艺[1]。本文在分析焦化粗苯特性的基础上，系统研究了焦化粗苯加氢精制和萃取蒸馏工艺路线及其工艺参数，并对整合后的综合工艺进行了实验研究和经济性分析。

　　2焦化粗苯加氢精制工艺

　　2.1预处理环节

　　焦化粗苯加氢精制工艺的预处理环节主要包括焦化粗苯的脱水、脱硫以及部分脱氮处理。首先，焦化粗苯需要进行脱水处理，采用电脱盐工艺可有效去除焦化粗苯中的水分和无机盐，避免其对后续加氢催化剂产生不利影响。通过调节脱盐电压至800～1 200 V，并控制进料温度在90～110℃,可使焦化粗苯中水分含量降至20 mg/L以下。脱水后的焦化粗苯进入预脱硫单元，采用加氢脱硫工艺，在3.5～4.0 MPa压力、320～350℃温度下，以Co-Mo/Al2O3为催化剂，通入体积空速为1.0～1.5 h-1的氢气，可使硫醇、硫醚等含硫化合物转化为易于脱除的H2 S[3]。同时，由于焦化粗苯中含有吡啶、喹啉等含氮化合物，为减轻其对后续加氢精制催化剂的毒化作用，有必要对脱硫后的焦化粗苯进行预脱氮处理。采用酸洗法脱除粗苯中的碱性氮化物，先用稀硫酸洗涤，再用碱液中和，可使粗苯中的氮含量从2 500 mg/L降至80 mg/L以下。预处理后的焦化粗苯组成显著改善，可直接进入下一步的加氢精制环节。

　　2.2加氢反应环节

　　预处理后的焦化粗苯进入加氢反应器，在高温高压条件下与氢气充分接触，发生加氢反应。反应器采用内对称轴向进料方式，自下而上依次装填1.2～1.5 mm的Co-Mo/Al2O3和Ni-W/Al2O3双功能催化剂，有效催化苯环加氢和脱杂反应。为抑制催化剂积碳失活，反应温度控制在360～400℃,压力维持在4.5～5.5 MPa，氢油体积比15～20，体积空速1.0～1.2 h-1。在此条件下，粗苯中苯环饱和度可达99.5%以上，硫含量降至0.5 mg/kg以下，烯烃完全加氢为相应烷烃，且反应过程中基本无焦炭生成[4]。考虑到焦化粗苯组成波动较大，反应器还设置分布式在线色谱分析系统，实时监测加氢尾气中烃类组成变化，通过调节进料量、氢油比等参数实现反应过程的动态优化控制，确保焦化粗苯加氢产物的组成稳定。此外，反应产物通过换热器降温至60℃以下，经高压分离罐闪蒸脱气，再经缓冲罐除雾、喷淋洗涤后进入后处理单元。

　　2.3后处理环节

　　加氢反应产物进入后处理单元，经过一系列分离纯化操作，得到高纯度的精制苯产品。首先，加氢产物通入预馏塔，在塔底温度110～130℃、塔顶温度70～80℃、操作压力0.15～0.20 MPa条件下进行预分馏，轻组分从塔顶排出，重组分从塔底排至中间罐。预馏塔采用50～60塔板，塔板效率可达0.7以上[4]。轻组分进入水洗塔，用去离子水在5～10的水油体积比下进行清洗，去除残余H2 S和NH3。中间罐的重组分用泵增压至8.0 MPa，经换热器加热至140～160℃后进入精馏塔。塔釜温度控制在190～210℃,回流比维持在5～8，理论塔板数为80～100，在线气相色谱仪实时监测塔釜产品纯度[5]。当苯纯度达到99.9%以上时，从塔釜抽出合格产品。塔顶馏出物主要为环己烷等非芳烃，进入后续环己烷加氢脱氢工段进一步加工。塔板效率η可按式(1)计算：

　　3焦化粗苯萃取蒸馏工艺

　　3.1萃取

　　焦化粗苯的萃取精制以环烃砜为萃取剂，通过多级逆流萃取实现粗苯中芳烃与非芳烃的高效分离。粗苯与环烃砜在萃取塔中呈逆流接触，塔内设置有50～60个矩形填料层以增大两相接触面积。粗苯从塔底进料，萃取剂从塔顶进料，两者在填料层表面形成连续的薄膜，发生充分的物质传递。萃取温度控制在80～90℃,萃取压力维持在0.3～0.4 MPa，粗苯进料量50～60 m3/h，粗苯与环烃砜体积比为1.0∶(1.5～2.0)。在此条件下，粗苯中90%以上的非芳烃溶解于环烃砜相中，与粗苯相分离，从塔顶萃取相排出；粗苯相从塔底排出，得到富含芳烃的萃取相，进入下一步萃取剂回收工序。

　　为了增强萃取分离效果，提高芳烃回收率，萃取塔采用两段逆流萃取流程：塔上部为预萃取段，粗苯在此与回收的萃取剂混合，除去大部分非芳烃杂质；预萃取出料进入下部精萃段，与新鲜萃取剂在此进一步萃取，确保粗苯中非芳烃去除率达99%以上。两段逆流萃取流程可有效降低萃取剂用量和能耗，且产品得率和纯度显著提升。此外，塔釜设置再沸器，利用塔釜高温料液加热塔顶来料，减少新鲜萃取剂用量，进一步优化了萃取过程的能耗和成本。

　　3.2萃取剂回收

　　萃取相进入萃取剂回收单元，采用闪蒸+精馏工艺实现NMP的高效回收和循环利用。富含芳烃的萃取相先进入闪蒸罐，在真空度为-0.090～-0.085 MPa、温度为180～200℃条件下进行瞬时闪蒸，使萃取相中的NMP与芳烃混合物迅速分离。闪蒸罐顶部装有旋风分离器和丝网除沫器，可有效分离夹带的NMP液滴。闪蒸出料进入精馏塔进一步分离，塔径1 800 mm，装填2～3 mm陶瓷阶梯环填料，填料层高度18～20 m。塔釜温度控制在240～250℃,操作压力1.8～2.0 kPa，回流比维持在0.6～0.8。在此工况下，NMP从塔釜排出，杂质含量低于0.5%，可直接返回萃取工序循环使用；塔顶馏出物主要为苯、甲苯等芳烃组分，冷凝后进入成品罐，纯度可达99.5%以上。精馏塔采用全塔式布液器和高效填料，传质效率是常规填料塔的1.5～2.0倍，且具有压降小、处理量大等特点。此外，塔釜和塔顶设置有独立的真空系统，有助于降低NMP的沸点，减小其热稳定性风险。为进一步提高NMP的回收率，塔顶不凝气还可引入吸收塔用NMP洗涤吸收，使NMP回收率接近100%。萃取剂高效回收利用是萃取法生产洁净芳烃组分的前提，直接关系到整个萃取蒸馏工艺的技术经济性。

　　3.3蒸馏

　　萃取后得到的富芳烃组分经过脱水、脱氢等预处理后，进入精馏工序进一步分离纯化。精馏采用两塔三段式流程，即预馏塔、主馏程塔和脱苯塔串联运行。预馏塔为填料塔，内装齐平环填料，塔釜温度维持在140～150℃,回流比控制在2.5～3.0，塔顶馏出物主要为C6～C7轻芳烃，进入后续吸附分离工序提纯。预馏塔底重馏分进入主馏程塔，采用四段理论塔板50～60块，在1.2～1.5 kPa操作压力、回流比4～5条件下，塔釜温度控制在180～190℃,塔顶馏出物即为合格甲苯产品，纯度可达99.9%以上[2]。主馏塔釜重芳烃进入脱苯塔进一步回收苯组分，塔内装填高效浮阀型塔板，理论塔板数为28～32块。在80～85℃塔釜温度、0.02～0.03 MPa真空度、6～8回流比条件下运行，塔顶99.95%高纯苯经冷凝、冷却后外送。苯塔釜残余焦油状物质送焦化装置进一步加工利用。精馏过程的回流比R如式(2)所示：

　　式(2)中：L为回流液流量(m3/h)；D为馏出物流量(m3/h)。

　　通过优化精馏过程操作参数，采用高效塔内件和先进控制策略，可显著提升塔釜加热效率和传质传热强度，实现精馏过程节能增效和产品质量提升。此外，合理设置塔釜温度和真空度，并适当增加回流比，可有效抑制苯、甲苯等有价组分的损失，进一步提高芳烃收率。

　　4综合工艺流程整合与经济效益分析

　　4.1整合实验方案

　　本研究在前述焦化粗苯加氢精制和萃取蒸馏工艺的基础上，进行了综合工艺流程的整合优化实验。实验选取某焦化厂的工业焦化粗苯作为原料，苯含量72.5%，甲苯和二甲苯含量分别为5.2%和10.1%，环己烷类化合物含量8.7%，硫醇、硫醚等含硫化合物质量分数0.3%。首先对粗苯进行预处理，采用电脱盐装置在800 V电压下脱除水分和无机盐，再经预加氢脱硫(催化剂用量1.2 kg/t粗苯，压力3.8 MPa，温度330℃,氢油比800)脱除硫醇、硫醚等含硫化合物至0.05%以下，最后经酸洗塔用6%稀硫酸洗涤脱除碱性氮化物至50 mg/L以下。预处理后的粗苯在加氢反应器中与氢气在380℃、5.0 MPa下发生加氢反应，催化剂采用1.5 mm的Co-Mo/Al2O3和Ni-W/Al2O3双功能催化剂(体积比1∶1，装填量3.5 kg/t粗苯)，氢油体积比18，空速1.1 h-1。加氢产物再经预馏塔(塔底温度120℃,塔顶温度75℃,操作压力0.18 MPa，60块304不锈钢浮阀塔板)、水洗塔和精馏塔(塔釜温度200℃,回流比6.5，90块不锈钢筛板，塔釜苯纯度99.95%)等后处理工序，最终得到符合化工级标准的苯产品。加氢尾气、塔顶非芳烃等可作为原料进一步综合利用。整合后的工艺流程实现了高效分离和过程强化，大幅提升了焦化粗苯的转化效率和资源利用水平。

　　4.2实验结果

　　综合工艺流程整合实验的主要结果如表1和表2所示。表1为不同温度和压力下加氢反应的产物组成。可以看出，在5.0 MPa、380℃反应条件下，粗苯转化率高达99.7%，苯选择性达95.6%，基本实现了完全加氢脱除杂质的目的。温度和压力对苯环加氢反应影响很大，温度过低或压力不足都会导致转化率下降和选择性降低，使下游分离难度加大。而过高的温度则可能引起过度加氢，苯选择性下降，烷基化等副反应增多。

　　表2给出了在优化条件下整合工艺的物料平衡和收率指标。每吨焦化粗苯经整合工艺加工可得到720.5 kg化工级苯(纯度99.95%)，综合收率达到98.5%。同时副产46.2 kg甲苯、75.8 kg二甲苯、38.9 kg环己烷，可作为化工原料进一步利用。与单一加氢或萃取工艺相比，整合工艺流程具有能耗低、转化效率高、“三废”排放少等优势，苯收率提高5个百分点以上。

　　此外，经济效益评价表明，每吨粗苯的加工成本为2 100元，苯产品售价8 500元/吨，副产品按市场价值800元/吨，每吨粗苯的加工毛利可达4 800元。项目投资2.5亿元，年加工10万吨焦化粗苯，年净利润可达4 000万元，投资回收期4年，具有良好的经济效益。

　　5结语

　　本文针对焦化粗苯加氢精制和萃取蒸馏工艺进行了系统研究，并通过实验验证了综合工艺流程的可行性和高效性。研究结果表明，该工艺能够有效脱除焦化粗苯中的杂质，实现苯、甲苯、二甲苯等芳烃的高纯度分离，产品质量达到化工级标准，具有显著的经济效益。

参考文献：

　　[1]霍素斌，宋传阳，杨浩，等.浅谈焦化粗苯加氢精制中的萃取蒸馏工艺[J].燃料与化工，2023，54(5)：1-5.

　　[2]葛龙龙.焦化粗苯加氢精制工艺及催化剂研究进展[J].中国科技期刊数据库工业A,2022(7)：3.

　　[3]张志敏.焦化粗苯加氢精制工艺及催化剂分析[J].福建化工，2022(4)：37-38.

　　[4]贺小平，邓秀琴，高辉.焦化粗苯与焦化轻油混合加氢精制的可行性分析[J].化学工程师，2014，28(1)：68-71.

　　[5]张翠金，施志国.预加氢处理对焦化汽油加氢精制影响的研究[J].天然气化工，2018，43(4)：113-114，125.