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。

/ E# g, T0 ]1 T. t8

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：

序号 1 项目 苯收率，％数值 99.9 0 J9 G# w9 T! t3 T 2 甲苯收率，％ 苯产品质量 99.5 3 甲苯产品质量 GB3405-89优级品 4 GB3406-90优级品

芳烃抽提单元主要进出物料：

序号 1 2 3 进料 重整C5～C7自二甲苯单元来 异构化轻烃 吸附分离来甲苯* 出料 混芳（苯、甲苯） 非芳烃 C5馏分 *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。

0 Q; Q9 J4 k3 M6 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。

3 |:q*^9n. ; s( {. w5 u& s- S3 M; \\

4 Q* j+ j/ y- C- ^$ c! @8 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

* B# m* b& N$ P- Q7

1.1溶剂的分配系数kc

% W3 {2 V) ~0 l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

# G2 o- l! E! L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。

0 i, A( R2 m7 l- N5 N ?, 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。

$ N& V: @2 m.

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。

: R! Y* ^0 Y( K( t+ 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

7 ^& V# [3 D* \\3 l 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。

: b% l1 a4 J; @2 单位体积的液体具有的内聚能叫做内聚能密度，则

. F- T' d- x: M* r;

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（

! h/ ^' A0 s8 j+ {3 . X7 K) c; y, I- s% d B4 g4 R8 o' F5 X5 C, J2 x0 L4 ?2 N) ^

M——克分子量（g）

D——密度（g/ml）

\ j( J. e\o; a J _4 @; Q9

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。

; W$ \\, B6 i2 H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。

. n6 p$ K+ m7 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。

8 P6 R9 I+ x, 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。

[\% ?7 ^9 H0 G$

2 p O\?3 m3 }5 U% Q+BW

烃负荷：HCL=2ZHC=

* I' q6 [( y& O\S+Q+BW

$ C/ P$ R/ [0 M7 g$ F1 J0 f4 z3 i/ \\! J& @8 K% R\ Y$ {) ]' p

; i4 d% c5 ?( b6 _2 S\

\M\E% M8 v/ q式中：BW——反洗剂量

Q——抽提物料

( X) m( w H% U7 I* T$ \\ a! L

/ j6 B1 a( j& Z2 N W/ S

S——溶剂量

) {1 B% f: N7 a, V! I

1.3 溶剂的选择性

' j7 n& T! Y& 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：式中：

4 f# @8 p. T; m% S\I1 C5 }% {' k Q$ ^# ~* S

β=（YAE/YBE）/XAR /XBR =KA /KB

YAE /YBE ——萃取相（E）中溶质（A）和原溶剂（B）的浓度之比；KA ——溶质（A）的分配系数；

+ Y6 G0 C; q- M1 u; % h3 T8 @\?9 @0 x! [

XAR /XBR ——萃余相（R）中溶质（A）和原溶剂（B）的溶度之比；

4 w+ e- J0 ?7 W7 FKB ——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：

4 Q1 i3 S$ D* X# S( a6 H$

族选择性：β（A/P）=rp/`rA

& R3 y+ K- ?/ ]2 ~( h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。

& R) ? H/ b6 l, x$ c8 L