催化精馏技术在石油化工中的应用

催化精馏技术在石油化工中的应用
发表时间：2019-08-13T16:33:30.757Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：蔡永超1 曹慧斌2
[导读] 结合实践，证明了精馏工艺改进节能的可行性。

此外精馏系统节能空间极大，还需要进一步研究更加可靠可行的节能方案。

1.天津晟宸科技有限公司天津 300384；
2.重庆川维石化工程有限责任公司重庆 401254
摘要：催化精馏即基于催化剂的反应精馏技术，是目前石油化工行业应用较为普遍的科学技术。

科学有效的催化精馏技术可以在催化剂的活性中心上得到反应产物及早移离，进而使得整个反应逐渐向得到目的产物慢慢靠近。

通常将利用合成以及分离耦合等手段提高催化精馏塔性能的技术称为催化精馏技术。

但就实际而言，该技术的实现相对复杂，对于过程中的各个反应环境也有相当高的要求。

除此之外，反应所得到的热为精馏进一步利用，可以大大降低损耗，为企业节省生产成本。

基于该技术的诸多优势，目前国际上已经广泛将催化精馏应用于石油化工行业中。

关键词：催化精馏技术；石油化工；应用
1催化精馏系统的基本原理
国内催化精馏技术的发展是随着MTBE生产技术的需要而发展起来的。

1988年齐鲁石化公司从美国引进一套MTBE催化精馏装置后，齐鲁石化研究院开发了散装塔催化精馏技术应用于MTBE生产。

丹东化工三厂（丹东明珠特种树脂公司前身），于20世纪90年代末开发了捆扎包式催化蒸馏组件并申请专利，缩小了国内催化精馏技术与国际先进水平的差距，丹东明珠特种树脂有限公司引进天津大学专利《一种具有交替流动结构的催化精馏填料》和天津大学和中建安装工程有限公司申请的专利《圆形排布的催化精馏填料》开发的CDM系列新型开窗导流式催化精馏模块使催化精馏填料的效率得到大幅度提高。

精馏工序的目的在于有效分离化工产品的相关物料组分。

具体而言，所谓精馏就是采取一定的物理方法，结合物料液相组分的挥发差异性，通过一系列的物理作用，实现对物料组分的有效分离。

一般来说，精馏作业都由专门的精馏塔来进行实现。

典型的精馏工艺流程如下：首先对精馏塔进行加热处理，在高温环境下，精馏塔中的物料会首先产生汽化，物料汽化上升过程中的气相和塔顶上面下降的液相物料再次产生汽化或者冷凝，具体位置可以为任意一个塔板或者是填料中，然而随着传质过程的持续进行，汽化和冷凝能够促使气相和液相组分出现一定的变化，反复多次反应后，混合液就能够被分离成为相对较纯的一个组分。

精馏系统在作业中，连续的进料、回流和采出，使得精馏塔能够连续作业，最终实现对相关物料的有效分离。

但是，若物料存在较为相似的挥发比时，对其分离的难度显著增加，且能耗也显著提升。

现阶段，高效导向筛板以及金属丝网规整填料等的有效开发，能够进一步提升分离效率。

同时采取一定的措施来对精馏工艺予以改进，还能够在高效分离物料组分的同时，实现能耗的有效降低。

2催化精馏技术在石油化工中的应用
2.1酯化反应
催化精馏技术在得到乙酸乙酯的过程中，可以利用过量的乙酸从而确保醇得到彻底反应，得到的产物（水以及酯）则以气相混合物的方式全部由塔顶端慢慢放出，随后经过初步的冷凝操作得到水、一些液相则由特定的位置进行回流，而有机相则将其作为粗酯物，位于釜底的乙酸则可以进一步循环利用。

据不完全统计，利用催化精馏技术所得到的乙酸正丁酯，通过科学有效地控制实际乙酸的转化率可以达到97%以上，乙酸的利用率达到8%左右，正丁醇的利用率为5%，乙酸正丁酯的实际回收率也得到明显提高，但整个过程对于能耗的需求则降低至原来的25%，设备成本投入以及操作复杂度等均明显降低。

除此之外，该技术还可实现连串的酯化反应，极大降低了对生态环境的污染。

2.2异构化反应
目前烷基异构化是应用较为普遍且技术相对成熟的技术之一，基于科学有效的催化精馏工艺介入可以提高异构烷烃的回收情况。

完全异构化技术（TIP）是目前较为典型的技术形式，该技术主要分为分子筛吸附分离以及异构化两个部分。

整个技术所需要的原料包括直馏C5/C6馏分、裂解气又加氢拔头油等。

基于特殊环境下，通过异构化后可以将研究法辛烷值（RON）从68逐步提升至79左右，随后使用分子筛吸附，从而将正构烷烃进行分离并进行往复异构化处理，此时RON可以得到进一步的提高，并稳定维持在88～89。

目前UOP公司的该项技术相对比较成熟，目前已经推出了多个成熟技术方案，在投资成本控制方面、企业效益方面得到了较大提高。

2.3水解/水合反应
基于催化精馏从乙酸甲酯中得到甲醇以及乙酸。

在得到聚乙烯醇的过程中往往会附带得到乙酸甲酯。

一般每生产1t左右的聚乙烯醇大约可以同时得到1.68t左右的乙酸甲酯。

固定床阳离子交换树脂催化水解技术在得到乙酸以及甲醇方面具有较好的效果，但整个实现过程相对复杂、设备投入较大且对于能源需求较高，因此迫切需要更高的技术来克服该问题。

经过国内高校与企业的多年合作研究，我国福建纺织化纤集团提出了一种新型催化精馏水解新型技术，并于2000年成功地对10kt的乙酸甲酯工业附加产物进行有效处理。

基于该技术催化精馏塔设计直径达200mm，塔上端填充有凝胶型阳离子交换树脂催化反应物。

下端则装板波纹填料。

整个塔的顶部基于全回流，水与乙酸甲酯就塔的顶部填充，得到的产物即水解液从塔的底部蒸馏釜中慢慢分离。

整个水解的环境温度在55℃左右，水与乙酸甲酯的摩尔比控制为（1～6）∶1等。

相较于传统技术，该新型技术水解率得提高了约60%，能耗需求降低了约30%。

为了进一步提升该技术的生产效率，福建纺织化纤集团与福州大学建立了深度合作，对乙酸甲酯水解与工艺流程进行进一步的研究优化，利用萃取精馏和催化精馏耦合的方式进行测试。

如若测试成功则可以进一步提升对乙酸甲酯的水解效率，甚至可以达到95%以上，并减少大量中间环节，有效提升整个生产效率。

3化工精馏高效节能技术的应用
在对化工精馏高效节能技术进行开发时，通过多次实践，最终使能源节约得以实现。

在一定程度上使化工产品的质量提升了，又使生产成本降低。

然而，在现实应用时，为了最大限度地节约能源，还必须对一些特殊问题进行关注。

在引进化工精馏节能开发技术时，企业需要熟悉节能技术，切记盲目地进行工作。

并且首先要系统培训员工，从而对工人实操时间进行适当的增加，工人对其能够熟练掌握以后，方可考虑到正式地进入到日常的化工蒸馏工作中去，这样能够最大程度地避免操作失误，降低物料损毁几率；对于化工企业而言，加热器、冷却器和换热器均是构成换热网络的基本单元，也是生产过程中用于热量传递的终于部件。

为切实降低精馏作业能耗，在实际工作
中，需要对精馏系统所需要的最佳换热温差予以明确，不断优化换热网络。

可以运用夹点分析法和人工智能专家系统等办法来对换热网络进行优化处理。

同时冷凝器和再沸器是精馏塔中的供热和取热设备，还需要对二者进行合理匹配，以此来降低能耗消耗。

除节能技术外，各化工企业还需要建设相应的节能技术模型，并且由技术人员进一步优化模型，如果工作中出现问题，则可以利用自己对新技术的探索，使用建设成功的模型装置进行实验，将问题解决，这样不但能够突破技术，还有可能创新出其他新的节能技术。

在示范装置中如果可以实现顺利的应用，则在日常工作中就有可能应用。

很多厂商在应用节能技术过程中，均会出现技术短缺的问题，因技术开发能力不足，一旦装置有问题出现，亦或是和工作不相适应时，自己将无从有效解决。

所以，企业有关开发部要对这个问题加以重视，在向工厂售出技术时，还要为其提供相对完善的技术支撑，最好是派专业的科研人员指导工厂的技术人员，这样就能够以最快的速度将新开发的新技术向客户进行及时传输。

总之，节能环保是当前时代的主题，各行各业都应该不断探索节能技术，实现对能耗的有效降低。

对于精馏系统来说，其本身能耗较大，合理运用节能技术更是必然趋势。

文章提出了运用塔系集热技术、分级换热节能、优化换热网络以及改进精馏系统等，全面降低精馏系统能耗。

同时，结合实践，证明了精馏工艺改进节能的可行性。

此外精馏系统节能空间极大，还需要进一步研究更加可靠可行的节能方案。

参考文献：
[1]王明旺，冯彩平.甲醇精馏系统节能改造小结[J].中氮肥，2018（03）：51~53.。