分离工程工业应用实例： 吸附法分离混合二甲苯
1. 工业上二甲苯的来源
工业 上 混 合二甲苯的来源主要有四种，即：催化重整油、蒸气裂解油、甲苯歧化和煤焦油。前三种来源于石油化工，而后一种则来源于煤化工。二甲苯有四种异构体；邻、间、对二甲苯和乙苯。由于它们都含8个碳原子，故又称C8芳烃。
表1 不同来源混合二甲苯异构体的组成
2. 混合二甲苯的用途及性质
混合C8芳烃中各同分异构体都是重要的工业原料，可广泛应用于合成各种有重要用途的医药产品、农药产品及特殊材料。
间二甲苯(MX)是C8芳烃中含量最多的组分，约占45%-50%，主要用途是通过异构化反应增产对二甲苯（PX)、邻二甲苯(OX)，作为聚酷和苯配的原料。70年代以后，间二甲苯的直接化工利用得到了发展，如间二甲苯经氨氧化制间苯二睛(MPDN)等。
对二甲苯在C8组分中含量约占15%-20%，是合成聚酷树脂的主要原料。随着聚酷工业的发展，对二甲苯的生产将迅速增长，预计年增长率在5.6%左右。
邻二甲苯在C8组分中含量也大约占15%-20%，是生产苯配的主要原料。 乙苯在C8组分中含量很低，其用途大多作为溶剂。
表2 C8芳烃各组分物理性质
从表2可知，就沸点而言，邻二甲苯沸点最高，且与其它组分差距比较大(5.3-8.2 oC )，故采用精馏方法即可将其分离，乙苯与对、间二甲苯沸点也相差2 oC以上，故用精密精馏方法也可将其分离。唯有对、间二甲苯沸点相差很小，用精馏法甚至精密精馏法均需很高的塔板数，在能量消耗和设备费用上均为不利因素。从相对碱度来看，间/对=100，相差很大，这样可考虑利用它们碱度上的差别来分离此两种异构体。 3. 吸附分离
吸附分离法是近三十年才发展起来的一项技术，但己被各国普遍采用。此法最先用于分离对二甲苯，代表性工艺为UOP(美国环球油品公司)的Parex工艺和日本Toray公司的Aromax工艺。因为混合二甲苯中对二甲苯的特殊对称性结构，使得其分子动力学直径相比其它异构体要小一些，这样就可被很多吸附剂选择吸附，从而达到分离的目的。经过吸附、洗脱、精馏洗脱液等工序可分离提纯对二甲苯且有很好的收率和纯度。但现在UOP公司己开发出吸附分离间二甲苯的Sorbex工艺。美国环球油品公司UOP，于20世纪60年代推出了Parex工艺。该工艺由高选择性的吸附剂、脱附剂和模拟移动床分离技术组成/吸附剂采用八面沸石型分子筛。利用分子筛内1nm左右的微孔通道对C8各异构体进行吸附，而微孔对于对二甲苯的吸附能力最强。脱附剂一般采用对二乙苯或甲苯，它们不仅与原料中各个组份互溶，而且与C8芳烃中各组份的沸点相差较大，易于回收利用。模拟移动床技术是Parex工艺的核心，吸附塔进出物料的周期性分配全部通过UOP的专利技术即24通旋转分配阀实现。
Aromax吸附分离法由日本东丽Toray公司开发，与Parex法极为相似，唯一不同的是吸附器为卧式，由许多分割的小室组成，每个小室都设计有进出口阀门，操作过程中物料与吸附剂在各个小室陆续接触，从而实现了连续的吸附分离。 此外，日本的旭化成公司利用置换色谱原理，用改进的沸石固体吸附剂和特殊的脱附剂开发出能同时分离对二甲苯和乙苯的Asahi法，并已经应用于中试装置。我国从20世纪70年代开始从C8馏分中吸附分离对二甲苯的研究。石油化工科学研究院采用多柱串联流程进行气相吸附分离，已完成中试。据统计，到1992年为止，世界上已有56套Parex工艺装置投入运转，占全世界对二甲苯生产总能力的60%左右，而采用Aromax吸附分离工艺的对二甲苯装置的生产能力也在2×105 t/a 以 上。
吸附分离法要求脱附剂与吸附剂及原料中各组分相匹配且脱附剂的引入不能干扰吸附剂对原料中各组分的选择吸附，在适当的流速下，既能迅速地将吸附剂吸附的各组分置换出来，同时脱附剂又不被强烈地吸附。脱附剂应易从每一体系的流出液混合物中分离出来，沸点与原料中各组分的沸点差应≥8.30 oC符合此条件的常见脱附剂有甲苯、混合二乙苯、对二乙苯+正构烷烃、纯对二乙苯等。操作原理根据操作方式有两种:固定床多柱串联及模拟移动床。
图1 多柱串联吸附分离流程图
被分离原料A+B进人吸附区第一柱8，由最后一柱10流出吸余物B+D，提纯油(主要含组分A)由柱5进人，使吸附相浓度提高，提纯区流出物继续流人吸附区，脱附剂D进人柱1，由柱4流出吸出物A+D，在柱10、柱1之间，柱4、柱5之间连通阀关闭.当柱10流出的吸余物中出现组分A且含量达到规定浓度时即切换进出口位置，此时柱1已基本脱附完全，柱5亦已充分提纯，原料改由柱9进人，吸余物由柱1流出，其它进出)口也相应向后推移一个吸附柱，至柱1流出的吸余物中组分A又达到规定浓度时，再如上切换，连续循环操作。
模拟移动床吸附分离原理与多柱串联一样，只是操作方式有所不同，模拟移动床吸附分离流程见图2。
图2 模拟移动床吸附分离流程图
模拟移动床工艺技术主要有三个部分构成:原料精制、吸附分离、精馏提纯。模拟移动床的吸附共分4个区：1区为吸附区，2区为模拟精馏区，3区为解析区，4区为缓冲区，各区所拥有的塔节数视所分离的物系及分离要求而定，一般C8芳烃分离所采用的塔节数分别为9,9 ,4 ,2。
吸附根据吸附质的状态可分为气相吸附和液相吸附两种.如Parex、Aromax工艺均为液相吸附，而Sorbex工艺则在低压气相条件下，通过多柱串联吸附后再从吸余液中分离出高纯度的间二甲苯。
吸附分离法的优点是可获得高收率(90%)、高纯度(99.5%以上)的对二甲苯或间二甲苯，且处理量较大，吸附剂可循环使循环泵用，适用于大规模生产。
case_12吸附法分离混合二甲苯
