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

杨炯堂

身份证号：441900198811185650

摘要：催化蒸馏技术广泛应用于酯化、水解/水合、异构化、烷基化、酯化/醚化和缩合工艺。由于目标产物不断分离，反应区浓度低，二次反应受到抑制，可以提高反应物转化率，降低循环材料的运行成本，同时提高目标产物的单位时间吞吐量和选择性。当反应物、原料形成双或多共沸物时，可以通过催化反应有效抑制共沸产物，因此不需要额外的分离设备。

关键词：催化精馏技术；石油化工；应用

引言

一般来说，高温切割时，收入中游分深度氢脱硫可以减少一定程度上减少辛烷值损失的负荷，但由于收入轻馏分中硫和烯烃含量相对较高，轻馏分需要更多氢脱硫，所以总体上仍然造成较大的辛烷值损失。切割到较低温度可以得到轻质低硫馏分，但如果重质馏分中硫和烯烃含量相对增加，深度脱硫时重质馏分的加氢脱硫刚度将不可避免地增加，从而饱和更多的烯烃，辛烷值损失也会增加。

1.催化精馏技术分析

催化精馏技术之所以能够在石油化工行业中受到广泛关注与推广应用，主要原因在于催化精馏技术是传统的精馏分离技术与催化技术相结合的产物，能够有效凸显出两种技术的优势作用。催化精馏技术是一种反应精馏技术，能够将精馏分离过程与催化反应过程有效融合，同时将两种技术的设备相结合，从而大幅度提高化学反应的催化效率。从催化精馏技术的特征分析，催化精馏技术具有能耗低、技术成本低、性能高以及选择性优良等特征。能耗低特点主要体现在催化精馏技术节能减排、提高能源可持续利用率以及节约生产成本。技术成本低主要是指催化精馏技术在石油化工中能够有效缩减化工生产时间以及资金和设备费用，同时能够有效提高化工效率，从而节约了石油化工生产成本。性能高主要是指催化精馏技术能够加强难分离物质的转化效率。选择性优良是指催化精馏技术，能够将反应过程中生成的化工产物快速清离，从而加强后续化工反应效率与质量。

2.石油化工中催化精馏技术的具体应用

2.1水解与水合反应

利用催化精馏技术能够从乙酸甲酯中生成乙酸与甲醇成分，在生成聚乙烯醇时通常会附加生成一定数量的乙酸甲酯，正常情况下，生产1t聚乙烯醇能够同时生产出约1.7t的乙酸甲酯。而固定床阳离子交换树脂催化水解技术在生成甲醇与乙酸方面具有良好的应用效果，但是整个操作过程相对比较复杂，且技术使用成本相对较大，拥有较高标准的能源需求，因此，需要利用更加高水平的技术以解决此类问题。而基于催化精馏技术的水解技术能够有效解决这一问题。该技术使用的催化精馏塔半径为100mm，精馏塔顶端填充阳离子交换树脂催化剂，精馏塔底端装板波纹填料。精馏塔顶端设置全回流结构，同时填充乙酸甲酯与水，生成的水解液能从精馏塔底部的蒸馏釜中分离。水解过程需要确保环境温度达到55℃，同时乙酸甲酯与水的摩尔比例控制在1∶(1～6)。与传统技术相比，新型水解技术能够大幅度提高水解效率。为进一步加强该技术的实际应用效率，可以对乙酸甲酯水解技术与工艺环节进行优化测试，使用催化精馏耦合与萃取精馏等方法进行试验测试，若试验测试能够成功，则会进一步提高乙酸甲酯水解效率，最高可达95%，同时能够有效优化中间生产过程，提升整个生产流程的生产效率与质量。除此之外，还可以利用杂多酸铵盐作为催化剂对乙酸甲酯悬浮催化精馏技术进行研究分析，当水解过程的环境温度在100℃左右，同时乙酸甲酯与水的摩尔比例为1∶2，此时水解转化效率能够达到50%，与平衡转化效率相接近。

2.2ＣＤＭ－１４１催化精馏模块

CDM-141用于叔丁醇脱水，生产高纯度异丁烯装置。叔丁醇脱水制取高纯异丁烯的工艺[5]优于传统MTBE酯化热解工艺。恩泽雷科雷精细化工北京市重点实验室和北京恩泽雷科雷科技公司联合开发了利用丹东明珠有限公司生产的CDM-141催化精馏模块生产高纯异丁烯的专利技术(能源-燃料技术)。工艺中的催化蒸馏设备——同时收集气体和液体，可以降低液相中异丁烯的含量，有效避免异丁烯的二次和三次反应。叔丁醇单程转化率大于90%，产品异丁烯选择性大于99%，产品异丁烯纯度大于99.99%。与传统叔丁醇脱水工艺相比，有显着的创新。该技术已成功应用于浙江新华新材料合成有限公司120 kt/g高纯丁烯装置，并于2016年5月6日成功管理一次。叔丁醇总转化率大于99%，碳收率大于99%，产品纯度大于99.99%，表明CDM-141催化剂具有良好的催化活性和选择性。与传统的MTBE分解生产技术相比，琥珀醇脱水技术在能耗方面具有优势。MTBE热分解生产工艺在生产1T异丁烯时消耗约2.2T的低压蒸汽。叔丁醇脱水工艺生产异丁烯，消耗约1.8T吨低压蒸汽。例如，对于120，0 00吨/年的异丁烯装置，采用CDM-141催化蒸馏模块每年可节约蒸汽48，000吨，减少碳排放12，000吨。

2.3催化精馏技术在醚化反应中的应用分析

在针对醚化反应进行实地操作的过程中，合理的使用催化剂能够有效提升反应的效果，也能进一步提升化工生产效率。目前，在历经醚化反应的过程中应用最广的催化剂为酸性阳离子交换树脂。可以在催化精馏技术实际的实施过程中将甲醇、碳四等物质进行充分混合，这样就可以有效的制作出甲基叔丁基醚。而在整个反应过程中，最近阳离子交换树脂作为催化剂能够有效提升甲基叔丁基醚的合成速率，以此来达到实际化工生产的实际需求，而且该催化剂能够进一步提升实际产品的纯度，同时还能够对反应过程中的副产物形成有效的控制。

2.4异构化反应

人们每天使用的柴油、汽油、润滑油、航空用煤油都需要异构烷烃。目前烷基化是比较普遍和比较成熟的技术之一，科学有效地介入催化蒸馏过程可以提高异构烷烃的回收率。整体异构化(TIP)技术是目前比较典型的技术形式，主要分为分子筛吸附分离和异构化两部分。整个过程所需的原料有C5/C6直流粉、分解器、氢气发油等。根据特殊环境的不同，异构化后研究方法中的辛烷值(RON)可以从68逐渐上升到79，然后使用分子筛吸附，进行正构甲烷的分离和往复异构化，RON可以进一步提高，并在88保持稳定。目前UOP的这项技术比较成熟，目前推出了几个成熟的技术方案。

2.5链烃的烷基化

催化汽油在我国石油工业中占主导地位，但催化汽油中含有大量烯烃，实际应用有限。针对这样的问题，可以通过催化蒸馏技术完成链烃的烷基化。精馏塔纯化气化反应过程中，塔内含有固体酸催化剂，反应过程中烯烃可直接进入催化层。如果在反应体系中适当加入一定量的水，反应过程中塔顶会发生回流，但大部分是从塔中出来，进入下一阶段的脱丙烷塔和脱丁烷塔进行后续反应。

结束语

催化精馏技术是石油化工行业应用最广泛的技术之一，多见于各种平衡反应中。我国这方面的研究比国外进行得晚，但近年来我国正在积极学习，正在赶上一些技术发达的国家。国内来说，要进一步提高这项技术，首先要从基础层面进行深入分析，从反应过程、催化工程、分离等多个角度开展研究，其次要选择影响力大的课题进行深入研究，在完善的基础上，通过各方的合作和努力，有效实现我国石化工业的突破，进一步发展技术创新和工业化，促进我国经济的健康发展。

参考文献

[1]刘丽帅.催化精馏技术在石油化工企业中的应用[J].中国高新区,2017(09):11.

[2]张绪满.催化精馏技术在石油化工中的应用探讨[J].化工管理,2016(21):94.

[3]胡启明.催化精馏技术在石油化工中的应用[J].石化技术,2015,22(10):33.

[4]龚启迪,金士威.石油化工领域催化精馏技术的应用[J].化工管理,2015(24):83-84.

[5]方志平.催化精馏技术在石油化工中的应用[J].石油化工,2004(02):170-176.