催化精馏技术在石油化工中的应用

刘奇波，耿伟(宁波金海晨光化学股份有限公司，浙江 宁波 315207)

0 引言

催化精馏技术主要是指以催化剂为基础的化工精馏技术，诞生于20世纪80年代，在石油化工行业中是一项应用范围相对较广的精馏技术。催化精馏技术与其他技术相比具有十分明显的技术优势，在实际应用中具有性能良好、操作便捷、反应速度快、技术成本低廉等特点，因此受到石油化工行业的重点关注。催化精馏技术在实际应用中发生的催化、分离等化学反应过程都是在特定的反应塔内进行的，能够有效提高化工产品的生产质量与效率，具有十分可观的实际应用价值。

1 催化精馏技术分析

从形成原理角度分析，催化精馏技术主要是指在化工生产过程中利用分离耦合、合成等方法提高催化精馏塔工作性能的一种技术。催化精馏技术的发生过程相对比较复杂，同时对技术使用要求具有十分严格的标准，通过对固体催化物采取方法进行分析能够发现，催化精馏技术的应用原理具有一定的高效性和新颖性。催化精馏技术在实际应用过程中需要利用专业科学的手段将催化物放置在精馏塔内发生反应，以确保整个催化过程更加安全高效，同时还需要注重催化物化学反应和精馏分离结合工序同步协调操作。

催化精馏技术之所以能够在石油化工行业中受到广泛关注与推广应用，主要原因在于催化精馏技术是传统的精馏分离技术与催化技术相结合的产物，能够有效凸显出两种技术的优势作用。催化精馏技术是一种反应精馏技术，能够将精馏分离过程与催化反应过程有效融合，同时将两种技术的设备相结合，从而大幅度提高化学反应的催化效率。从催化精馏技术的特征分析，催化精馏技术具有能耗低、技术成本低、性能高以及选择性优良等特征。能耗低特点主要体现在催化精馏技术节能减排、提高能源可持续利用率以及节约生产成本。技术成本低主要是指催化精馏技术在石油化工中能够有效缩减化工生产时间以及资金和设备费用，同时能够有效提高化工效率，从而节约了石油化工生产成本[1]。性能高主要是指催化精馏技术能够加强难分离物质的转化效率。选择性优良是指催化精馏技术，能够将反应过程中生成的化工产物快速清离，从而加强后续化工反应效率与质量。

2 石油化工中催化精馏技术的具体应用

催化精馏技术在石油化工生产中具有十分宽泛的应用范围，其中醚化反应、异构化反应、醚化反应、烷基化反应以及水解水合反应等都具有十分良好的应用效果，文章主要针对其中几项相对常见的反应进行探讨。

2.1 酯化反应

石油化工中合成乙酸甲酯主要利用甲醇与乙酸材料，利用特定的酸催化剂进行持续不断的精馏萃取，与传统的酯化反应相比，催化精馏技术中的酯化反应能够有效提高化工生产效率，同时具有更低的能源需求，确保产品质量能够符合行业标准规定。催化精馏技术在生成乙酸乙酯的过程中能够使用充足量的乙酸，从而保障醇能够充分反应，生成的水、酯等产物会以气相混合物的形式从精馏塔顶缓慢排出，随后在冷凝作用下将混合物冷却，从而得到液态水以及一些液相物质，并从特定位置回流，其中的有机相能够作为粗酯物利用，釜底的乙酸成分能够进一步利用。依据相关数据表明，催化精馏技术生产出的乙酸正丁酯成分，利用科学合理的控制管理能够实现乙酸转化率达到97%以上，乙酸的实际利用能够达到8%，正丁醇的实际利用率能够达到5%。同时，乙酸正丁酯的回收利用效率能够得到显著提升，整个生产过程对于能源的消耗情况会变为原来的1/4左右，生产成本投入以及相关操作的复杂程度都会得到有效改善。除此之外，催化精馏技术还能实现连串的醚化反应，从而大幅度降低化工生产对于自然生态的污染破坏。

2.2 异构化反应

人们在日常生活中使用的汽油、航空煤油、柴油、润滑油等都需要异构烷烃。现阶段使用的烷基异构化属于一种系统相对成熟且应用较为普遍的技术之一，在烷基异构化过程中合理利用催化精馏技术能够有效加强异构烷烃的实际回收率，其中完全异构化技术是现阶段具有代表性的技术形式，能够分为异构化与分子筛吸附分离两部分。完全异构化技术所需材料包括裂解气又加氢拔头油以及直馏C5/C6馏分等，在特殊环境下，利用异构化技术能够将RON从68 提高至79左右，随后利用分子筛进行吸附，进而将正构烷烃有效分离并多次进行异构化工序流程。此时RON能够得到有效提高，将数值稳定在89左右。现阶段的异构化技术已经具有多套成熟的应用方案，能够有效帮助化工企业降低生产成本，提高企业经济效益。

2.3 水解与水合反应

利用催化精馏技术能够从乙酸甲酯中生成乙酸与甲醇成分，在生成聚乙烯醇时通常会附加生成一定数量的乙酸甲酯，正常情况下，生产1 t聚乙烯醇能够同时生产出约1.7 t的乙酸甲酯。而固定床阳离子交换树脂催化水解技术在生成甲醇与乙酸方面具有良好的应用效果，但是整个操作过程相对比较复杂，且技术使用成本相对较大，拥有较高标准的能源需求，因此，需要利用更加高水平的技术以解决此类问题。而基于催化精馏技术的水解技术能够有效解决这一问题。该技术使用的催化精馏塔半径为100 mm，精馏塔顶端填充阳离子交换树脂催化剂，精馏塔底端装板波纹填料[2]。精馏塔顶端设置全回流结构，同时填充乙酸甲酯与水，生成的水解液能从精馏塔底部的蒸馏釜中分离。水解过程需要确保环境温度达到55 ℃，同时乙酸甲酯与水的摩尔比例控制在1∶(1～6)。与传统技术相比，新型水解技术能够大幅度提高水解效率。为进一步加强该技术的实际应用效率，可以对乙酸甲酯水解技术与工艺环节进行优化测试，使用催化精馏耦合与萃取精馏等方法进行试验测试，若试验测试能够成功，则会进一步提高乙酸甲酯水解效率，最高可达95%，同时能够有效优化中间生产过程，提升整个生产流程的生产效率与质量。除此之外，还可以利用杂多酸铵盐作为催化剂对乙酸甲酯悬浮催化精馏技术进行研究分析，当水解过程的环境温度在100 ℃左右，同时乙酸甲酯与水的摩尔比例为1∶2，此时水解转化效率能够达到50%，与平衡转化效率相接近。

2.4 醚化反应

在醚化反应过程中，科学利用催化精馏技术能够有效提高能够有效加强反应效果，同时能够进一步加强石油化工生产效率。现阶段，酸性阳离子交换树脂是醚化反应中应用最为广泛的催化剂。在利用催化精馏技术时可以将碳四与甲醇等物质进行有效混合，以此能够生成甲基叔丁基醚成分物质。在整个醚化反应中，阳离子交换树脂作为反应催化剂可以有效提高甲基叔丁基醚的实际合成速率，以此确保石油化工企业的实际生产需求。与此同时，该催化剂能够明显加提高化工产品的整体纯度，同时有效控制反应过程中生成副产物的问题。

在石油化工生产领域中，乙二醇醚能够利用丙二醇醚进行有效替代。正常情况下会选用间歇服饰反应进行生产合成，但是在实际生产过程中，该反应十分容易发生一系列的反应副产物，且氧丙烷的实际转化效率并不高，反应生成的化工产物的组分分布宽度相对较低。而催化精馏技术能够有效解决以上问题，在利用催化精馏技术进行二醇醚反应时，反应过程中生成的羟丙基甲醚成分能够快速分离出来，以此确保能够对二次反应进行有效控制，进而提高了化工反应的实际生成效果，同时提高了化学反应实际产物的选择针对性[3]。

2.5 烷基化反应

2.5.1 利用催化精馏技术生产异丙烷

将丙烯与苯分别加入到烷基化反应器中上位置，同时，将催化剂加入到反应器上端的反应罐中，这种布局方法能够确保丙烯与苯成分能够与催化剂之间进行充分接触，以此确保丙烯与苯的摩尔比值达到1∶10，从而对反应过程中生成的异丙苯进行有效抑制。这种做法能够有效保障整个反应过程中苯含量始终大于丙烯含量，进而有效加强了反应过程中的实际转化效率[4]。

2.5.2 利用炼化厂干气生产乙苯

利用炼化厂生产出的催化裂化干气与苯进行烷基化反应能够有效生成乙苯，在反应过程中，催化裂化干气作为基础反应材料的同时，能够有效加强乙烯的实际转化效率，最高可达98%左右。但是，这一转化过程主要是指单个反应进程的具体情况，在整体反应中对产物的选择性能高最高可达97%，与此同时，还能够将反应生成的二甲苯含量控制在0.005%左右。

2.5.3 合成直链烷基苯

在现阶段的石油化工生产过程中，使用氢氟酸作为反应催化剂会导致生产过程对周围自然生态造成十分严重的污染与破坏。而如果使用固态酸作为反应催化剂，又会导致单纯反应周期相对较短的问题，同时需要在反应过程中进行十分频繁的切换操作，导致整个生产工序变得十分复杂。而使用悬浮床催化蒸馏工艺能够有效解决上述问题，在实际生产过程中，在催化蒸馏环节优化改良筛选塔，以此确保长链烯烃烷基能够有效悬浮在反应塔中[5]。同时，可以在反应塔蒸馏段与反应之间添加催化剂分离装置，从而能够有效利用分离装置的分离作用，还能够有效防止催化剂表面堆积大量的碳。

2.5.4 链烃的烷基化

催化裂化汽油是我国石油化工行业中十分重要的产品种类，但是，由于催化裂化气又中存在大量的烯烃，导致其在实际生活中受到一定限制约束，进而导致无法进一步推广应用。而催化精馏技术能够有效缓解这一问题，利用催化精馏技术能够对烷烃进行烷基化[6]。在实际应用中利用催化精馏技术开展烷基化反应时，精馏塔内部会放置一定数量的固态酸催化剂，反应过程中烯烃能够直接进入催化剂床层，如果此次添加一部分水，虽然会出现精馏塔顶回流现象，但是大部分会被排出塔外，进而进入脱丙烷塔与脱丁烷塔中开展后续反应。

3 石油化工行业应用催化精馏技术的综合分析

从石油化工行业的整体发展角度分析，在实际生产加工过程中，催化精馏技术是十分常见的重要生产工艺。由于人们对化工产品的质量要求越来越严格，更加注重化工生产过程的安全性、高效性、稳定性等，因此，对催化精馏技术进行研究分析十分重要。从石油化工行业生产过程分析，催化精馏技术需要确保一定的环境温度条件，从本质角度来讲，催化精馏技术使用的精馏塔就是一种热传导系统，能够利用催化精馏技术与相关设备实现热传导过程。因此，在石油化工成产过程中应当积极融入先进科学的现代化工艺，对热传导系统进行改革优化，以此加强实际运行效率。

对现阶段的石油化工行业发展情况分析，催化精馏技术对石油化工行业的整体发展情况具有相对关键的作用，如果能够科学合理利用催化精馏技术，提高反应过程的实际效率，能够进一步促进企业发展规模，从而使得石油化工行业实现可持续发展。在石油化工企业应用催化精馏技术的过程中，应当注重相关设备的检查与维修养护工作，组织专业人员定期开展全面的设备维修检查工作，以确保各类设备能够保持良好状态，针对生产环节应用各种类先进工艺，以此加强企业生产经济效益。同时，还需要从源头杜绝也有毒有害物质的传播扩散，防止其对企业生产造成危害的同时，降低化工生产对周围自然生态造成的污染破坏程度，促进石油化工企业实现持续发展。

4 结语

在石油化工行业中应用催化精馏技术能够有效提高化工生产效率与质量，为整个化工生产行业提供了新的动能，同时能够在一定程度上降低企业生产成本，提高能源资源的实际利用效率。因此，石油化工企业必须重视催化精馏技术的深入研究与科学应用，以此加强企业生产效率，进而促进石油化工行业的整体发展。