芳烃抽提工艺
芳烃抽提工艺
第一节 芳烃抽提有关概念
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1、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
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。
一般说来，温度的升高将增大溶解度，使两区变小。当温度升高到某些临界温度，两相区可以消失，成为完全互溶，此时，抽提
分离就无法进行，所以温度升高对抽提过程显然是不利的。同时，温度升高还会使两相区的浓度接近，重度差变小，容易产生液泛。温度降低两相区增大，对抽提有利，但降得太低，对有些系统可能产生第二或第三部分互溶的情况，通常碰到的是溶剂与溶质之间不再完全互溶，所以，过低的操作温度对抽提也是不利的。 3.2压力的影响
压力对相图的影响很小，可以忽略。一般总希望采取常压操作，但为了保证系统在液态操作，系统的操作压力必须大于物系的饱
和蒸汽压，而且，抽提塔操作压力与界面控制有密切关系。抽提塔应在恒压下操作，塔内的压力主要保证抽提过程各种烃类在操作温度下处于液相状态，即高于抽提温度下非芳烃的泡点压力，否则塔内产生汽化现象，会降低抽提效率。压力本身并不影响芳烃在溶剂中的溶解度，在操作上应防止抽提塔压力突然波动。
3.3溶剂比的影响
溶剂量与进料量之比称为溶剂比，即为处理单位进料的溶剂用量。对一定进料量，溶剂比大就意味着设备中循环的溶剂量增大，溶剂回收装置的费用增大，但溶剂比对于每个抽提级的分离效能有重要影响，溶剂比大，每级分离效能增大，对于一定要求的分离程度级数就可减少，或对一定抽提设备分离程度可提高，溶质回收率也提高。但溶剂比过大，也会增大原溶液在溶剂中的溶解度而影响溶质的纯度，所以在抽提过程中选择一适当的溶剂比是
分离就无法进行，所以温度升高对抽提过程显然是不利的。同时，温度升高还会使两相区的浓度接近，重度差变小，容易产生液泛。温度降低两相区增大，对抽提有利，但降得太低，对有些系统可能产生第二或第三部分互溶的情况，通常碰到的是溶剂与溶质之间不再完全互溶，所以，过低的操作温度对抽提也是不利的。 3.2压力的影响
压力对相图的影响很小，可以忽略。一般总希望采取常压操作，但为了保证系统在液态操作，系统的操作压力必须大于物系的饱
和蒸汽压，而且，抽提塔操作压力与界面控制有密切关系。抽提塔应在恒压下操作，塔内的压力主要保证抽提过程各种烃类在操作温度下处于液相状态，即高于抽提温度下非芳烃的泡点压力，否则塔内产生汽化现象，会降低抽提效率。压力本身并不影响芳烃在溶剂中的溶解度，在操作上应防止抽提塔压力突然波动。
3.3溶剂比的影响
溶剂量与进料量之比称为溶剂比，即为处理单位进料的溶剂用量。对一定进料量，溶剂比大就意味着设备中循环的溶剂量增大，溶剂回收装置的费用增大，但溶剂比对于每个抽提级的分离效能有重要影响，溶剂比大，每级分离效能增大，对于一定要求的分离程度级数就可减少，或对一定抽提设备分离程度可提高，溶质回收率也提高。但溶剂比过大，也会增大原溶液在溶剂中的溶解度而影响溶质的纯度，所以在抽提过程中选择一适当的溶剂比是
重要的，抽提装置的适宜溶剂比一般在4~5之间。
3.4返洗比的影响
回流抽提物量与抽提产品量之比称为返洗比，它与精馏操作的回流比相似。返洗比增大，达到要求的分离程度所需之级数可减少，溶剂回收费用增大，返洗比减小，情况正好相反。
在生产中常常采用改变抽提塔两端温度的方法，这时由于溶剂对溶质溶解度的改变，使原先溶解于溶液中的部分溶质释放出来，起到相当于返洗的作用，可降低返洗比，提高产品纯度。
第二节 抽提工艺调节
抽提工艺调节必须满足下列二个主要目的：
得到高纯度的产品和高的回收率。
低的公用工程消耗。
本节讨论的内容就是如何保证上述二个目的得以实现：
1、溶剂比
我们知道溶剂比是保证芳烃回收率的一个重要手段，但较高的溶剂比对芳烃回收有一定效果，而芳烃的纯度则下降，因此，在尽可能多的回收芳烃的同时，还应考虑对芳烃纯度的影响，本装置适宜的溶剂比应是4~5之间。
如果仅仅采用一个主溶剂的话势必造成很大的浪费，因为主溶剂需要充分的冷却，才能进入抽提塔顶，同时必定要加大抽提塔的尺寸，一
般是根据最小需要范围来设计。
进入汽提塔进料的补加溶剂能起到保证回收塔中芳烃纯度的作用，所以，一般是设计得比较高的，而且还能减轻返洗段的'任务，把溶剂加到汽提塔比加到返洗部分的费用要小，新装置一般不考虑用第二溶剂。
当抽提进料中芳烃含量为50%时，在返洗段会出现溶剂不足而造成烃负荷偏高，此时应适当提高一些主溶剂量，避免第三溶剂进入的复杂化。当富溶剂中烃含量超过25~35%时，考虑采用第二溶剂，当进料中芳烃含量大于80%时，采用第一、二、三溶剂分别进入的方法是适当的。
2、抽提塔温度
选择抽提塔温度时，要考虑使之具有更好的选择性和溶解性，抽提塔温度升高，提高了溶剂中烃的溶解度，但降低了芳烃与非芳烃之间的选择性。为了保持稳定的操作，抽提塔温度应保持基本恒定，但当进料的沸程有明显的变化时，提高抽提塔操作温度，能改善原料低溶解度的情形，抽提塔温度应控制在70~80℃之间。
3、抽提塔压力
抽提塔压力应定在使塔内物料保持在液相状态下，同时塔底物料能自压去汽提塔，抽提塔内如发生汽化现象，会降低抽提的效果及限制塔内的流速，但压力本身不会对抽提塔内溶剂的溶解性和选择性造成影
响，为防止压力波动应避免进出抽提塔的流速突然变化，塔压应控制在0.50MPa左右。
4、抽提塔返洗
为了得到符合要求的抽提产品纯度，需调节返洗液流量，此返洗液量是通过汽提塔顶蒸出物数量来控制，返洗液的量不能太多，否则会使返洗段里溶剂负荷增大而溶剂的选择性下降，增加返洗量应同时考虑增加溶剂比，以弥补因增加返洗量而可能引起溶剂选择性下降的因素。
5、汽提塔的操作
在汽提塔中需完成从富溶剂中除去非芳烃，该塔必须有足够高的塔顶蒸汽速率来操作，以保证把烷烃和环烷烃完全除去，当汽提塔进料中烃含量增加时，选择性下降，此时需补加第二溶剂量以降低进料中烃的浓度。
在汽提塔中易发生液泛现象，在塔顶夹带大量的溶剂波及水汽提塔，起泡原因：大致是由于进料中带有不溶解的烃类，烃浓度过高和设备自压而引起，为防止起泡，可以使用一种消泡剂进入到富溶剂中去，加入消泡剂的浓度为汽提塔进料量的1~2ppm。
6、回收塔的操作
回收塔是用于从溶剂中分离出抽提物。为了全部除去溶剂中的烃类，
回收塔的塔底温度与汽提速率应足够高，但塔底温度不能太高，以避免溶剂混入抽出物而污染产品纯度并增加溶剂损失。塔顶设定足够高的回流速率以获得好的分离效果保证抽提物纯度。回流液/抽出液之比越高，溶剂损失越低，但公用工程消耗也越大，适宜的回流比在0.3~0.5之间。为防止溶剂的热分解，该塔采用减压操作，塔底温度不能超过溶剂分解温度200℃。
同时该塔必须保证有足够的汽提水，汽提水是用来把所有的烃从溶剂中完全汽提出来，汽提水太大造成回收塔热损失，汽提水太小，烃类将残留在流入抽提塔的贫溶剂之中，导致芳烃携带损失。汽提水量应在稍高于以下二个需求量中的较高的一个，即：此量必须能够满足从抽余油中回收溶剂，或者必须能在回收塔里从溶剂中汽提芳烃，一般满足了汽提水量亦即满足了洗涤水量。汽提水比（对贫溶剂重量比）控制在0.022左右。
贫溶剂的含水量和含烃量都由该塔操作决定。贫溶剂的含水量取决于回收塔的塔底温度和压力，水降低了烃类在溶剂中的溶解度，在贫溶剂中的水一般为0.4～0.8Wt%之间。贫溶剂中的芳烃含量取决于回收塔的温度，但主要取决于汽提蒸汽/贫溶剂比，大部分装置为了提高回收率采用了大的汽提汽，同时，降低回收塔的压力对减少在贫溶剂中的芳烃含量也极为有利。
7、抽余油水洗
离开抽提塔塔顶的抽余油一般来说含有1%（WT）的环丁砜，它只需
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