李宏洋

（大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司，黑龙江大庆 163000）

在石油化工生产中，有大量的副产物轻烃，这些轻烃以C3~C8烃类物质为主，早期只把这些轻烃类物质作为轻烃燃料使用，由于没有进行深加工，轻烃的附加值没有被发挥出来。随着油气资源深加工技术工艺不断成熟，加之石油资源紧缺，轻烃物质深加工日益成熟。在轻烃物质中，碳五是一种重要的化工产品，其附加值较高，对碳五深加工可以生产出较多的高附加值的产品。碳五以正戊烷和环戊烷为主，由于二者沸点接近，对碳五进行深加工，生产高纯度的戊烷产品对生产工艺及能耗要求较高。因此，加强对戊烷产品生产工艺技术优化，降低生产成本，提高产品纯度，对于提升企业经济效益具有重要意义。

1 戊烷产品的用途

戊烷产品具有无毒无害、温室效应低、安全环保等特点，在制冷行业得到广泛应用，可以作为聚苯乙烯或聚氨酯泡沫发泡剂使用。在聚苯乙烯发泡剂应用方面，戊烷具有生气量大、发泡效率高等优点，并且形成的发泡塑料软硬合适，成型效果好，作为包装材料效果好。环戊烷与异戊烷混合制造聚氨酯泡沫塑料不仅生产成本较低，而且生产的泡沫密度较小，应用较为普遍。

戊烷产品可以作为化工原料进行深加工，如异戊烷可以生产异戊二烯、异戊烯等，正戊烷制造正戊醇等；正戊烷和异戊烷混合，经过多种生产工序，可以得到戊醇；环戊烷作为化工原料，可以进行深加工得到氯代环戊烷等，具有广泛的应用。

可以利用戊烷裂解得到乙烯，利用正戊烷裂解得到乙烯不仅收率较高，且生产效率较高。异戊烷裂解也可以得到乙烯，但相较于正戊烷，异戊烷裂解的收率明显降低，但其他副产品收率高于正戊烷。环戊烷由于开环难度较大，用其生产乙烯收率相对较低，但生产芳烃的效率较高。

戊烷还可以作为燃料，其作为燃料不会产生环境污染，且燃烧值高，价格相对较低，可以在一定程度上替代常规燃料。相较于天然气和液化天然气，依赖集气管网或灌装，投资较大，且使用不方便的情况，使用戊烷燃气投资较少，建站方便，在一定条件下是较为理想的选择。

戊烷还可以通过异构化来生产高辛烷值的轻汽油。在轻石脑油中，通过将正戊烷进行异构化得到异戊烷，可以提高其调和辛烷值，使得轻石脑油整体的调和辛烷值得到提升。由于轻汽油用途有限，对其进行异构化，提升其调和辛烷值，用作汽油油品，是一个较好的提升其市场前景的措施。

2 戊烷生产方法

戊烷生产最常见的方式有加氢工艺和精馏工艺。加氢工艺主要是使用裂解抽余碳五进行加氢来生产戊烷，在生产过程中，需要加入加氢催化剂，加氢能够将碳五中烯烃变成烷烃，使碳五中的烷烃含量极大提高，可以达到98%，加氢处理后，得到高纯度烷烃，然后再进行精细分馏，将碳五中正戊烷、异戊烷分离出来，得到高纯度的戊烷产品。

戊烷精馏使用的原料多为轻烃，这种轻烃原料中硫和烯烃含量低，易于分馏。在戊烷分馏方面，正戊烷与异戊烷物理性质存在差别，首先是二者沸点存在差别，沸点存在8.2℃的差别，采用分馏可以将二者分离。在分馏工艺方面，无需化学工艺，使用物理工艺即可分离，安全环保，没有副作用。这种生产工艺不需要进行脱硫等流程，所以操作相对简单，生产成本较低，优势较大。这种生产方式的关键是选择合适的轻烃原料，能够生产出纯度较高的戊烷产品。

以上两种生产工艺对原料要求较高，当原料中含有硫等物质时，需要通过加氢或者分馏前，对原料进行脱硫等操作，去除掉原料中的硫，提高原料的纯度，达到进行分馏的要求。

3 戊烷生产原料及工艺

石油化工企业根据生产需求，选择合适的原料生产戊烷，如表1所示，选择的轻烃原料中硫的含量较低，同时烯烃含量较低，原料中的异戊烷和正戊烷具有较高含量，其主要组成有正戊烷、异戊烷，碳四以下成分、碳六以上成分、二甲基二丁烯、二甲基一丁烯等。

表1 戊烷生产原料组分

以上轻烃原料中基本不含硫，烯烃成分含量也较低，可以对戊烷直接进行普通精馏。利用正戊烷与异戊烷沸点之间的差别（两种成分沸点差别8.2℃），直接采用物理方法，工艺流程简单，可以分馏得到纯度超过95%的戊烷，生产过程为全物理过程，无毒副作用，也不需要对原料进行脱烯烃或者脱硫操作，生产成本较低。分离流程如图1所示，原料依次经过三个塔，abcd对应的成分为碳四、异戊烷、正戊烷、碳六组分。原料首先经过脱重塔，从塔底分离出原料中碳六成分，然后通过脱轻塔，从塔顶分离出碳四成分，最后原料进入产品塔，分别分离出正戊烷和异戊烷，得到的戊烷纯度较高，可以达到95%以上。

图1 戊烷分离流程图

以上原料中不含烯烃及硫化物，组分主要为烃类物质，且不同烃类物质存在一定物理性质差异，方便进行分馏分离。整个生产流程操作无需高压，采用理想状态下进行模拟，分析生产流程中各分离塔分离效率，如表2所示，由于操作压力不高，分馏塔塔顶使用冷却水降温，分馏塔底使用蒸汽进行加热，对蒸汽要求不高，整个生产流程都是在低压条件下进行，操作成本较低，通过模拟分析，各塔分离效率较高，且在产品塔能够得到纯度较高的正戊烷、异戊烷，经济效益较好。

表2 各塔分离效率分析

4 戊烷精馏工艺优化及节能

针对戊烷生产流程，可以进行优化，以降低操作温度、提高戊烷分馏效率，达到节能的目的。

1）不改变工艺流程的节能优化技术

在节能方面，可以充分利用反应釜的余热，提高能量利用率，还可以改进进料塔，用规整填料塔替换板式塔，提高进料效率。此外，还可以应用先进的控制技术来提高精馏效率。可以通过以下几种方式来提高精馏效率：①加强物料平衡的控制。这种控制技术对于对产品纯度要求不高的生产流程具有明显优势，同时这种控制技术要求生产过程中挥发度较低，可通过调节流量来提高产品的纯度。②前馈控制，这种方式成本较低，特别是对于原料组分稳定，以及进料稳定的流程具有较大优势。③采用集散控制系统，这种控制系统较为稳定，且能够精确控制各个流程，在一定程度上能够降低回流比裕量，节能效果明显。

2）改变工艺流程的节能优化技术

可以对分离塔塔序进行优化。分离塔顺序直接影响分离效率，影响能耗。在具体设置中，通常在生产流程的末端设置最难分离的组分，难分离的组分对蒸汽需求量大，回流比大，如果设置在生产流程的前端，会浪费较多能量。如果对产品纯度要求较高，应该设置在流程的末端，前面的流程中分离出较多的其他组分，剩余组分较少，末端分离难度降低，得到的产品成分纯度更高，同时能耗也降低。

可以通过增加塔侧线来节能。对于一些特殊情况，可以通过增加塔侧线来优化工艺流程。如生产流程要生产3种或更多的产品，并且对产品的纯度和收率要求不高，这种情况可以通过增加塔侧线来提高生产效率。此外，对于原料中含有较多杂质，且杂质成分相差较大，也可以通过增加塔侧线来提高效率。

采用多股进料来降低能耗。对于生产流程中需要两种或多种原料，可以进行多股进料，来减小损失，降低回流比，提高节能效果。可以采取共沸精馏或者萃取精馏，这种分馏方式对于挥发度较低的产品，能够起到较好的分离效果。

通过提高生产过程中的热能利用效率，达到节能效果。可以采取中间换热的方式，不改变生产流程的热负荷，合理分配能量，通常将能量分配到流程中间的分馏塔。要达到这种效果，需要使用中间再沸塔，可以把前面分馏塔塔底的能量利用到中部分馏塔，还可以使用中间冷凝器，将分馏塔顶部冷凝的负荷进行转移，通过能量的转移利用，可以减少能量损失，达到节能效果；可以使用热耦精馏，达到节能效果。热耦精馏需要使用特殊的精馏塔，这种精馏塔节能效果好，其组较为复杂，由主分馏塔和副分馏塔组成，结构较常规分馏塔复杂得多。热耦精馏塔能量利用率较高，节能效果好，虽然分馏塔价格相对较高，但整体使用成本较低，总体经济效益较好。另外有部分热耦精馏塔，这种精馏塔生产流程分为主塔和侧线塔，达到节能效果。差压热耦合精馏。差压热耦精馏塔由两部分组成，这两部分存在压差，在高压部分，塔顶的蒸汽可以再利用，作为低压部分塔底的热能使用，通过充分利用热能，达到提高能量利用的目的；最后，可以采用多效精馏达到节能效果。这种分馏方式适用于原料中有多种混合物，在分离过程中，通过优化分馏流程，将高压塔设置在流程前端，通过压力递减，将高压塔冷凝过程中产生的热量用于低压塔加热能量，达到高效利用能量的目的，实现节能效果。

5 结束语

戊烷产品具有温室效应小、安全环保等优势，在制冷行业得到广泛应用，其附加值高，生产高纯度戊烷产品能够提高市场竞争力。石油化工行业会产生大量轻烃类副产品，利用轻烃生产戊烷，具有较好的经济效益。对于轻烃原料生产戊烷过程中存在能耗高、成本高等问题，需要不断优化生产工艺，采用改进工艺设备及调控方式，提高戊烷产品收率、降低能耗，提高产品竞争力和经济效益。