夏康哲 陈 举 任春泉 唐宗成

(东营威联化学有限公司，山东 东营 257537)

苯和甲苯是都是重要的有机化工原料，传统工艺上，通常采用两个串联精馏塔在混合组分中提取出苯和甲苯。但传统分离工艺能耗大、热效率低、设备占地面积大、投资高。间壁式精馏塔集成精馏过程的能量与设备，提高了热力学效率，降低了能耗，还节省设备投资和维修费用，同时减少了装置的占地面积。[1]这种技术在国内外精馏系统中已经得到了部分应用，但在传统芳烃分离技术中的应用还寥寥无几。本文以采用间壁式精馏塔的苯-甲苯分离装置为例，在能耗、收率、工艺流程、操作技术等方面，对间壁式精馏塔在苯-甲苯分馏工艺上的实际应用情况进行了分析，对该工艺下的工艺技术方案、操作中的要点及改进方向进行了阐述。

1 间壁式精馏塔

间壁式精馏塔(Divided-wall column，DWC)又称隔板塔、隔壁塔(如图1c)，是指设有垂直隔板的分馏塔，即在普通的精馏塔内部设置一竖直隔板，其效果相当于将Petlyuk塔(如图1b)的主塔和副塔放在一个塔内，可用于分离三组分或者四组分混合物，且能有效避免中间组分的返混，较常规两塔流程可节省30%以上能耗[2]。图1表述了从预分馏塔(如图1a)到隔板塔的演变过程。

(a)传统预分馏塔

根据精馏原理，在预分馏塔中，第一台塔将组分A和组分C完全分开，所有组分A和部分组分B从预分馏塔顶脱除，而所有组分C和部分组分B从塔底脱除。然后在第二台塔上段将组分A和组分B分离，下段将组分C和组分B脱离。使用隔板塔工艺后，第二台塔(主塔)可以为第一台塔(预分馏塔)提供塔顶液体回流和塔底热源，该系统仅需要设置1台冷凝器和1台重沸器，与传统的两塔布置相比，减少了设备数量，设备投资节省30%[3]。

2 苯-甲苯分离工艺

芳香烃又称芳烃，是一种重要的有机化工原料，通常从催化重整装置的重整生成油和乙烯裂解装置的裂解汽油中获得。近年来，我国对于轻芳烃(苯B、甲苯T、二甲苯X)的需求量逐渐增加，提高芳烃生产能力对经济发展有着重大的作用。工业上，通常依据苯和甲苯沸点的不同(常压下苯沸点80.1 ℃、甲苯沸点110.8 ℃)将两者进行分离[4，5]。

传统的苯-甲苯分离工艺技术纯熟，且已在工业上获得了大范围的应用。图2描述了传统的苯-甲苯分离工艺流程，工艺采用双塔串联流程，由于苯塔塔顶组分会夹带少量水和轻质非芳烃，因此通常在苯塔塔顶侧线采出苯产品，以确保苯产品质量。苯塔塔底组分为甲苯和重芳烃，送入甲苯塔。在甲苯塔中，甲苯在塔顶采出，塔底得到重芳烃。为降低装置能耗，目前大多数芳烃分离装置均设计热联合流程，即甲苯塔采用加压操作，塔顶组分为苯塔提供热源，进行余热回收之后，在作为甲苯产品送出装置。

图2 传统分离工艺

图3描述了采用间壁式精馏塔进行芳烃分离的流程。间壁式精馏塔将传统的苯塔和甲苯塔合二为一，使苯和甲苯都从侧线采出。在甲苯抽出层上下数块塔盘上增加一道隔板，将塔分割为预分馏侧和分馏侧。在塔内隔板的上沿设置集液槽，以便储存一定的液位，用于给塔的预分馏侧和分流侧提供足够的内回流流量，以确保甲苯产品的纯度。与传统工艺的苯和甲苯产品质量控制方法相似，苯产品侧线采出量与隔板塔上部温差形成串级控制，通过苯产品采用流量调节上部温差。监控苯产品凝点是一种快速、简单的监控苯产品质量的方法，通常来说，苯的凝点为5.531 ℃，无论苯中夹带非芳烃还是甲苯，只要苯纯度每降低1%，其凝点将下降0.654 ℃。同样，甲苯产品侧线采出量与隔板塔下部的灵敏板温度串级，用甲苯侧线采出流量控制隔板塔下部灵敏板温度。总的来说，无论是苯还是甲苯，都是通过调节采出流量从而调整整个隔板塔内组分的物料平衡。

图3 间壁式精馏塔分离工艺

3 间壁式精馏塔应用分析

3.1 应用概况

现将采用间壁式精馏塔的苯-甲苯分离装置工艺方案，与传统工艺对比列于表1，并对该工艺关键点进行阐述。两种工艺方案生产出的苯和甲苯产品质量均满足国标要求，装置收率相差无几，表明在技术上，隔板塔工艺可以取代传统工艺，应用在苯-甲苯分馏的工业生产中。

表1 工艺技术方案对比

在能耗方面(见表2)，传统甲苯塔塔底采用加热炉提供热量，使用燃料气能耗相对较大，采用间壁式精馏塔工艺在单位能耗上比传统工艺节能23%。因此，可以得出结论，在苯-甲苯分馏工艺上，采用间壁式精馏塔会有效的降低装置能耗，此类装置设计符合现今化工装置环保节能的设计理念。

表2 能耗对比

3.2 技术要点

这种工艺的隔板塔可以看作由三个部分组成，即塔顶、进料侧及分馏侧。塔顶作用是控制苯纯度，上部温差增大表明苯产品中重组分含量上升，需要降低苯产品侧线采出流量。进料侧即预分馏侧，作用是将混合芳烃中苯与C8芳烃分离，使全部的苯组份进入塔顶，而全部的C8组分落入塔底。分馏侧的作用是将甲苯和C8组分实现分离，使全部的C8芳烃落入塔底，甲苯从侧线采出。

间壁式精馏塔工艺在苯-甲苯塔中段设置了两个内回流，分别返回至间壁塔两侧，在精馏塔中，一定量的内回流流量会使塔内各部分气液相负荷趋于均匀，减少各部分负荷。控制好隔板塔两侧的内回流比例以及组分，是保证苯和甲苯产品质量的关键。正常运行情况下，内回流比例是固定的，无需更改，这个比例是基于进料组分确定的，比例通常设定为0.4～0.5。内回流的组分也是相对恒定的，通常组分中苯和甲苯的比例相近，这样有助于使苯和甲苯产品质量连续稳定。一旦苯和甲苯分离效果下降，那么首先将体现到内回流的组分变化，内回流中苯含量增加表明苯未在塔的上部被提取干净，同理，甲苯组分增加表明甲苯组分上移，苯产品有夹带甲苯的风险。

3.3 优化方向

监控内回流组分可以有效的监测塔内苯和甲苯两相的变化趋势，但由于内回流位于间壁塔的上部，位置较高，操作不便，从人机工程学角度考虑，可以在内回流管线上增加在线分析设备，实时监控内回流组分的变化，从而实现提前判断苯和甲苯产品质量是否正常的目的。

4 结束语

本文通过对间壁式精馏塔在苯-甲苯分离工艺上的应用分析，阐述了该工艺在保证产品质量和收率的前提下，可以有效的降低装置能耗，提出了工艺改进方向。基于人机工程及节能降耗的角度，这种工艺的大范围应用势必将成为大势所趋。文中提出的间壁式精馏塔技术不仅可以用于苯-甲苯分离工艺，对于其他相似精馏装置，也具有一定的参考价值。