粗苯加氢精制工艺质量分析

皇甫瑞娟

(宁夏工商职业技术学院，宁夏 银川 750021)

苯是石油化工行业重要的基础原料，被广泛地应用于合成橡胶、合成树脂、合成纤维等行业，同时还可用于生产医药、农药、火药和染料等多种化工产品，同时也是一种重要的化学溶剂。工业苯的主要来源有两个方面：石油苯和焦化粗苯。石油苯产量较低，但其杂质含量少，品质比较纯净，是目前纯苯生产的主要来源，占全球纯苯生产的95%。焦化粗苯是煤焦化工业的副产品之一。粗苯原料经过物理、化学方法除去其中的硫化物、氮化物、水和其他烷烃及不饱和化合物等杂质，得到可以做为原料的高纯度的苯、甲苯、二甲苯产品。由于石油苯成本高，与焦化苯差价在1000元/吨以上，因此焦化苯市场需求空间很大[1]。我国焦化产业发展迅速，产能在世界排名位于前列。但是我国焦化产业布局不合理，总体产能大但不集中，小规模企业较多，且焦炭行业整体装备水平较低。虽然粗苯精制产品的市场前景很大，经济效益好[2]。但是粗苯中杂质脱除的好坏直接影响精制产品的质量，特别是含硫、含氮、含氧等杂质的脱除。粗苯也因其供应量受制于焦炭的生产，存在粗苯的回收率低、来源不稳定、品质不一等诸多问题。目前，国外用于粗苯精制法有日本的Litoi高温、高压气相加氢技术，德国的Uhde低温气相加氢技术(KK法)和美国的Axens低温气液两相加氢法。国内粗苯精制厂一直比较分散，其规模始终处于中小型之列。所采用的工艺有传统的酸洗工艺、加氢工艺和萃取精制工艺。

1 企业生产现状分析

在对宁夏某企业苯加氢项目的调研发现，该企业苯加氢装置工艺较为先进，技术成熟，投资少，污染小，生产原料粗苯和氢气主要来源于企业内部，充分体现了其能源节约、循环利用的原则。目前苯加氢装置已经运行一年多，生产工艺控制条件已经稳定，其加氢单元所用催化剂性能良好，硫等杂质原子脱除较好，从质量环保部检测数据来看，其生产的纯苯、甲苯、二甲苯成品质量合格。存在的问题是，由于生产原料来源不一，同时焦化厂回收的粗苯中总硫含量太高，制氢单元能耗不够，从而限制了装置的产能。同时产品的收率也不稳定，总液收率大多达不到96%(企业目标)。因此，我将对企业粗苯原料及三苯产品相关检测数据进行采集，依据数据的特点和离散型，进行统计分析，利用软件得到其统计学规律，从而找出装置在生产中存在的问题。并通过优化可控的生产条件，找出其生产工艺的质量要求和控制方法，以达到稳定生产，确保产品收率，减少能耗的目的。为企业增加收益，成为一条可持续生产、环保科学的循环经济道路。

2 产品质量数据采集分析

2.1 质量环保部检测

苯加氢厂的检测项目主要包括外购(进厂)粗苯各组分检测、进装置粗苯各组分检测、轻苯组分检测、加氢油检测、苯产品质量检测、甲苯产品质量检测、二甲苯产品质量检测、重苯组分检测、非芳烃组分检测、SPA制氢单元氢气检测等。主要检测内容包括苯、甲苯、二甲苯、重苯、非芳烃等各组分定性定量分析测定、总硫、总氮、氧、水分等杂质含量的测定。

2.1.1 粗苯检测

原料粗苯的检测不仅有进入苯加氢装置的粗苯检测，还有外购粗苯的检测。样品中总硫含量的测定采用紫外荧光法测定。原料粗苯中各组分含量测定时，使用GC-589气相色谱仪，主要测定粗苯中苯、甲苯、二甲苯等组分，依据各个组分的沸点不同及在色谱柱上的吸附-解析的时间不同，依次进行分离。仪器使用氢火焰离子化检测器(FID)、毛细管色谱柱、手动分流/不分流进样口，以氮气为载气，进样口温度250℃、柱箱使用程序升温设置、检测器温度350℃。在气相色谱仪符合检测组分含量条件且基线平稳的状态下，进已知名称的样品进行各个组分的时间定性，保存方法。再对样品进行进样测定。样品结束后，在再处理中查找谱图并查看结果，记录检测数据，并保存图谱资料。采用峰面积归一化法开展定性定量分析，求出各组分的百分含量。同一化验室，手动进样允许误差范围5%～10%。

对苯加氢进装置的粗苯检测结果来看，其总硫含量变化较大，从6000ppm到25000ppm左右不等。也就是说进装置粗苯原料品质有所不同。

2.1.2 产品的检测

三苯产品组分含量分析分别均使用GC-589气相色谱仪(FID检测器)进行分析。

苯产品的检测参照GB/T2283-2008标准，该标准规定了焦化苯的技术要求、试验方法、检验规则、标志、运输、贮存和安全注意事项。

甲苯产品的检测参照GB/T2284-2009标准，该标准规定了焦化甲苯的技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存、质量证明书和安全注意事项。

二甲苯产品的检测参照GB/T2285-1993标准，该标准规定了焦化二甲苯的技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输与贮存。

根据质量环保部的检测数据表明，其苯、甲苯、二甲苯产品的各项检测发现其产品的质量基本均为合格。

2.2 检测数据分析

在该企业质量环保部采集其苯加氢厂进装置粗苯原料数据，包括：原料总硫含量、原料中苯含量、原料中甲苯含量、原料中二甲苯含量。

在该企业苯加氢厂生产技术部门，分别采集当日纯苯产品、甲苯产品、二甲苯产品的产率并汇总。

本文数据分析均采用SPSS19.0软件进行分析。首先通过绘制总硫含量与总液收率、苯产品收率、甲苯产品收率、二甲苯产品收率的散点图(图2-3、2-4、2-5、2-6)，通过散点图可以直观地显示出它们的相关形式。

总硫含量-总液收率散点图

总硫含量-苯产品收率散点图

总硫含量-甲苯产品收率散点图

总硫含量-二甲苯产品收率散点图

从以上四个散点图可以直观的看出，原料中的总硫含量与甲苯产品的收率无明显关系，但与总液收率、苯产品的收率、二甲苯产品的收率有一定的关系。

2.3 相关分析

为更进一步判断原料中总硫含量与总液收率、苯产品的收率甲苯产品的收率、二甲苯产品的收率间的相关关系，测定其相关的密切程度本文采用SPSS软件进行相关分析得到相关系数矩阵，如表所示。从表1中可以看出，原料中的总硫含量与产品总液收率、苯产品收率达到了极显著负相关，相关系数分别为-0.914**和-0.676**；与二甲苯产品收率达到了极显著正相关，相关系数为0.836**；与甲苯产品收率相关系数为-0.181，无相关关系。

表1 总硫含量与总液收率及三苯产品收率相关分析矩阵

**.Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed)；*.Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).；a.Listwise N=47

2.4分析结论

根据以上相关分析的结果可知，原料中总硫含量与产品收率的关系密切：

(1)原料中的总硫含量与产品的收率有着高度的负相关性，尤其是总硫含量与总液收率有着高度的负相关，说明原料中总硫含量越高，总液收率越低。

(2)原料中的总硫含量与苯产品的收率相关系数的绝对值虽然没有总液收率大，但是根据相关系数的定义，其负相关性也是显著的，说明原料中的总硫含量越高，苯产品的收率也是降低的。

(3)原料中的总硫含量与二甲苯产品的收率为显著的正相关，说明随着原料中总硫含量的增加，二甲苯产品的收率有所提高。

3 结论

宁夏某企业苯加氢装置生产工艺先进，产工艺控制条件稳定，能源节约、循环利用且污染小，三苯产品质量合格。但是，生产原料来源不稳定且总硫含量太高，产能不够，产品的收率也不稳定。利用SPSS19.0软件在对企业原料及产品相关检测数据进行相关分析得出原料总硫含量与总液收率、三苯产品收率的相关关系。

依据分析结果得出结论：在企业苯加氢工艺稳定的情况下，对粗苯原料进行优化控制，可以稳定生产。降低粗苯原料中的总硫含量可以提高产品总液收率和苯产品的收率，虽然二甲苯产品的收率会有所下降，但因其含量少，只有3%～4%(苯产品为70%左右)，且市场价格较苯产品每吨低1000元左右。近年来，原料粗苯中硫含量呈现逐年增高的趋势，这对后续的粗苯精制的稳定性优化操作都造成了一定的影响。因此，降低原料中的总硫含量可以使企业确保产品收率，减少能耗，增加收益，是一条可持续生产、环保科学的循环经济道路。