催化精餾技術在石油化工中的應用

劉奇波，耿偉(寧波金海晨光化學股份有限公司，浙江 寧波 315207)

0 引言

催化精餾技術主要是指以催化劑為基礎的化工精餾技術，誕生于20世紀80年代，在石油化工行業(yè)中是一項應用范圍相對較廣的精餾技術。催化精餾技術與其他技術相比具有十分明顯的技術優(yōu)勢，在實際應用中具有性能良好、操作便捷、反應速度快、技術成本低廉等特點，因此受到石油化工行業(yè)的重點關注。催化精餾技術在實際應用中發(fā)生的催化、分離等化學反應過程都是在特定的反應塔內進行的，能夠有效提高化工產品的生產質量與效率，具有十分可觀的實際應用價值。

1 催化精餾技術分析

從形成原理角度分析，催化精餾技術主要是指在化工生產過程中利用分離耦合、合成等方法提高催化精餾塔工作性能的一種技術。催化精餾技術的發(fā)生過程相對比較復雜，同時對技術使用要求具有十分嚴格的標準，通過對固體催化物采取方法進行分析能夠發(fā)現(xiàn)，催化精餾技術的應用原理具有一定的高效性和新穎性。催化精餾技術在實際應用過程中需要利用專業(yè)科學的手段將催化物放置在精餾塔內發(fā)生反應，以確保整個催化過程更加安全高效，同時還需要注重催化物化學反應和精餾分離結合工序同步協(xié)調操作。

催化精餾技術之所以能夠在石油化工行業(yè)中受到廣泛關注與推廣應用，主要原因在于催化精餾技術是傳統(tǒng)的精餾分離技術與催化技術相結合的產物，能夠有效凸顯出兩種技術的優(yōu)勢作用。催化精餾技術是一種反應精餾技術，能夠將精餾分離過程與催化反應過程有效融合，同時將兩種技術的設備相結合，從而大幅度提高化學反應的催化效率。從催化精餾技術的特征分析，催化精餾技術具有能耗低、技術成本低、性能高以及選擇性優(yōu)良等特征。能耗低特點主要體現(xiàn)在催化精餾技術節(jié)能減排、提高能源可持續(xù)利用率以及節(jié)約生產成本。技術成本低主要是指催化精餾技術在石油化工中能夠有效縮減化工生產時間以及資金和設備費用，同時能夠有效提高化工效率，從而節(jié)約了石油化工生產成本[1]。性能高主要是指催化精餾技術能夠加強難分離物質的轉化效率。選擇性優(yōu)良是指催化精餾技術，能夠將反應過程中生成的化工產物快速清離，從而加強后續(xù)化工反應效率與質量。

2 石油化工中催化精餾技術的具體應用

催化精餾技術在石油化工生產中具有十分寬泛的應用范圍，其中醚化反應、異構化反應、醚化反應、烷基化反應以及水解水合反應等都具有十分良好的應用效果，文章主要針對其中幾項相對常見的反應進行探討。

2.1 酯化反應

石油化工中合成乙酸甲酯主要利用甲醇與乙酸材料，利用特定的酸催化劑進行持續(xù)不斷的精餾萃取，與傳統(tǒng)的酯化反應相比，催化精餾技術中的酯化反應能夠有效提高化工生產效率，同時具有更低的能源需求，確保產品質量能夠符合行業(yè)標準規(guī)定。催化精餾技術在生成乙酸乙酯的過程中能夠使用充足量的乙酸，從而保障醇能夠充分反應，生成的水、酯等產物會以氣相混合物的形式從精餾塔頂緩慢排出，隨后在冷凝作用下將混合物冷卻，從而得到液態(tài)水以及一些液相物質，并從特定位置回流，其中的有機相能夠作為粗酯物利用，釜底的乙酸成分能夠進一步利用。依據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，催化精餾技術生產出的乙酸正丁酯成分，利用科學合理的控制管理能夠實現(xiàn)乙酸轉化率達到97%以上，乙酸的實際利用能夠達到8%，正丁醇的實際利用率能夠達到5%。同時，乙酸正丁酯的回收利用效率能夠得到顯著提升，整個生產過程對于能源的消耗情況會變?yōu)樵瓉淼?/4左右，生產成本投入以及相關操作的復雜程度都會得到有效改善。除此之外，催化精餾技術還能實現(xiàn)連串的醚化反應，從而大幅度降低化工生產對于自然生態(tài)的污染破壞。

2.2 異構化反應

人們在日常生活中使用的汽油、航空煤油、柴油、潤滑油等都需要異構烷烴?，F(xiàn)階段使用的烷基異構化屬于一種系統(tǒng)相對成熟且應用較為普遍的技術之一，在烷基異構化過程中合理利用催化精餾技術能夠有效加強異構烷烴的實際回收率，其中完全異構化技術是現(xiàn)階段具有代表性的技術形式，能夠分為異構化與分子篩吸附分離兩部分。完全異構化技術所需材料包括裂解氣又加氫拔頭油以及直餾C5/C6餾分等，在特殊環(huán)境下，利用異構化技術能夠將RON從68 提高至79左右，隨后利用分子篩進行吸附，進而將正構烷烴有效分離并多次進行異構化工序流程。此時RON能夠得到有效提高，將數(shù)值穩(wěn)定在89左右?，F(xiàn)階段的異構化技術已經(jīng)具有多套成熟的應用方案，能夠有效幫助化工企業(yè)降低生產成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

2.3 水解與水合反應

利用催化精餾技術能夠從乙酸甲酯中生成乙酸與甲醇成分，在生成聚乙烯醇時通常會附加生成一定數(shù)量的乙酸甲酯，正常情況下，生產1 t聚乙烯醇能夠同時生產出約1.7 t的乙酸甲酯。而固定床陽離子交換樹脂催化水解技術在生成甲醇與乙酸方面具有良好的應用效果，但是整個操作過程相對比較復雜，且技術使用成本相對較大，擁有較高標準的能源需求，因此，需要利用更加高水平的技術以解決此類問題。而基于催化精餾技術的水解技術能夠有效解決這一問題。該技術使用的催化精餾塔半徑為100 mm，精餾塔頂端填充陽離子交換樹脂催化劑，精餾塔底端裝板波紋填料[2]。精餾塔頂端設置全回流結構，同時填充乙酸甲酯與水，生成的水解液能從精餾塔底部的蒸餾釜中分離。水解過程需要確保環(huán)境溫度達到55 ℃，同時乙酸甲酯與水的摩爾比例控制在1∶(1～6)。與傳統(tǒng)技術相比，新型水解技術能夠大幅度提高水解效率。為進一步加強該技術的實際應用效率，可以對乙酸甲酯水解技術與工藝環(huán)節(jié)進行優(yōu)化測試，使用催化精餾耦合與萃取精餾等方法進行試驗測試，若試驗測試能夠成功，則會進一步提高乙酸甲酯水解效率，最高可達95%，同時能夠有效優(yōu)化中間生產過程，提升整個生產流程的生產效率與質量。除此之外，還可以利用雜多酸銨鹽作為催化劑對乙酸甲酯懸浮催化精餾技術進行研究分析，當水解過程的環(huán)境溫度在100 ℃左右，同時乙酸甲酯與水的摩爾比例為1∶2，此時水解轉化效率能夠達到50%，與平衡轉化效率相接近。

2.4 醚化反應

在醚化反應過程中，科學利用催化精餾技術能夠有效提高能夠有效加強反應效果，同時能夠進一步加強石油化工生產效率。現(xiàn)階段，酸性陽離子交換樹脂是醚化反應中應用最為廣泛的催化劑。在利用催化精餾技術時可以將碳四與甲醇等物質進行有效混合，以此能夠生成甲基叔丁基醚成分物質。在整個醚化反應中，陽離子交換樹脂作為反應催化劑可以有效提高甲基叔丁基醚的實際合成速率，以此確保石油化工企業(yè)的實際生產需求。與此同時，該催化劑能夠明顯加提高化工產品的整體純度，同時有效控制反應過程中生成副產物的問題。

在石油化工生產領域中，乙二醇醚能夠利用丙二醇醚進行有效替代。正常情況下會選用間歇服飾反應進行生產合成，但是在實際生產過程中，該反應十分容易發(fā)生一系列的反應副產物，且氧丙烷的實際轉化效率并不高，反應生成的化工產物的組分分布寬度相對較低。而催化精餾技術能夠有效解決以上問題，在利用催化精餾技術進行二醇醚反應時，反應過程中生成的羥丙基甲醚成分能夠快速分離出來，以此確保能夠對二次反應進行有效控制，進而提高了化工反應的實際生成效果，同時提高了化學反應實際產物的選擇針對性[3]。

2.5 烷基化反應

2.5.1 利用催化精餾技術生產異丙烷

將丙烯與苯分別加入到烷基化反應器中上位置，同時，將催化劑加入到反應器上端的反應罐中，這種布局方法能夠確保丙烯與苯成分能夠與催化劑之間進行充分接觸，以此確保丙烯與苯的摩爾比值達到1∶10，從而對反應過程中生成的異丙苯進行有效抑制。這種做法能夠有效保障整個反應過程中苯含量始終大于丙烯含量，進而有效加強了反應過程中的實際轉化效率[4]。

2.5.2 利用煉化廠干氣生產乙苯

利用煉化廠生產出的催化裂化干氣與苯進行烷基化反應能夠有效生成乙苯，在反應過程中，催化裂化干氣作為基礎反應材料的同時，能夠有效加強乙烯的實際轉化效率，最高可達98%左右。但是，這一轉化過程主要是指單個反應進程的具體情況，在整體反應中對產物的選擇性能高最高可達97%，與此同時，還能夠將反應生成的二甲苯含量控制在0.005%左右。

2.5.3 合成直鏈烷基苯

在現(xiàn)階段的石油化工生產過程中，使用氫氟酸作為反應催化劑會導致生產過程對周圍自然生態(tài)造成十分嚴重的污染與破壞。而如果使用固態(tài)酸作為反應催化劑，又會導致單純反應周期相對較短的問題，同時需要在反應過程中進行十分頻繁的切換操作，導致整個生產工序變得十分復雜。而使用懸浮床催化蒸餾工藝能夠有效解決上述問題，在實際生產過程中，在催化蒸餾環(huán)節(jié)優(yōu)化改良篩選塔，以此確保長鏈烯烴烷基能夠有效懸浮在反應塔中[5]。同時，可以在反應塔蒸餾段與反應之間添加催化劑分離裝置，從而能夠有效利用分離裝置的分離作用，還能夠有效防止催化劑表面堆積大量的碳。

2.5.4 鏈烴的烷基化

催化裂化汽油是我國石油化工行業(yè)中十分重要的產品種類，但是，由于催化裂化氣又中存在大量的烯烴，導致其在實際生活中受到一定限制約束，進而導致無法進一步推廣應用。而催化精餾技術能夠有效緩解這一問題，利用催化精餾技術能夠對烷烴進行烷基化[6]。在實際應用中利用催化精餾技術開展烷基化反應時，精餾塔內部會放置一定數(shù)量的固態(tài)酸催化劑，反應過程中烯烴能夠直接進入催化劑床層，如果此次添加一部分水，雖然會出現(xiàn)精餾塔頂回流現(xiàn)象，但是大部分會被排出塔外，進而進入脫丙烷塔與脫丁烷塔中開展后續(xù)反應。

3 石油化工行業(yè)應用催化精餾技術的綜合分析

從石油化工行業(yè)的整體發(fā)展角度分析，在實際生產加工過程中，催化精餾技術是十分常見的重要生產工藝。由于人們對化工產品的質量要求越來越嚴格，更加注重化工生產過程的安全性、高效性、穩(wěn)定性等，因此，對催化精餾技術進行研究分析十分重要。從石油化工行業(yè)生產過程分析，催化精餾技術需要確保一定的環(huán)境溫度條件，從本質角度來講，催化精餾技術使用的精餾塔就是一種熱傳導系統(tǒng)，能夠利用催化精餾技術與相關設備實現(xiàn)熱傳導過程。因此，在石油化工成產過程中應當積極融入先進科學的現(xiàn)代化工藝，對熱傳導系統(tǒng)進行改革優(yōu)化，以此加強實際運行效率。

對現(xiàn)階段的石油化工行業(yè)發(fā)展情況分析，催化精餾技術對石油化工行業(yè)的整體發(fā)展情況具有相對關鍵的作用，如果能夠科學合理利用催化精餾技術，提高反應過程的實際效率，能夠進一步促進企業(yè)發(fā)展規(guī)模，從而使得石油化工行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在石油化工企業(yè)應用催化精餾技術的過程中，應當注重相關設備的檢查與維修養(yǎng)護工作，組織專業(yè)人員定期開展全面的設備維修檢查工作，以確保各類設備能夠保持良好狀態(tài)，針對生產環(huán)節(jié)應用各種類先進工藝，以此加強企業(yè)生產經(jīng)濟效益。同時，還需要從源頭杜絕也有毒有害物質的傳播擴散，防止其對企業(yè)生產造成危害的同時，降低化工生產對周圍自然生態(tài)造成的污染破壞程度，促進石油化工企業(yè)實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。

4 結語

在石油化工行業(yè)中應用催化精餾技術能夠有效提高化工生產效率與質量，為整個化工生產行業(yè)提供了新的動能，同時能夠在一定程度上降低企業(yè)生產成本，提高能源資源的實際利用效率。因此，石油化工企業(yè)必須重視催化精餾技術的深入研究與科學應用，以此加強企業(yè)生產效率，進而促進石油化工行業(yè)的整體發(fā)展。