石油與天然氣化工CHEMICAL ENGINEERING OF OIL & GAS2006NAAN GAS TREATMENT AND PRXZSSA丙烷一丙烯萃取精餾過程的模擬研究楊德明(江蘇工業(yè)學院化工系)摘要借助 ASPEN PLUS軟件,對丙烷一丙烯體系萃取精餾過程所用的溶劑進行了篩選,得到一種最佳的萃取劑。在此基礎上,對該體系的萃取精餾過程進行了模擬計算,確定了萃取精餾過程的最佳工藝操作條件,設計計算了萃取精餾板式塔的工藝參數(shù),為丙烷一丙烯萃取精餾分離工藝工業(yè)化提供理論依據(jù)和設計參考。主題詞 ASPEN PLUS軟件萃取精餾溶劑模擬上世紀70年代以來,由于對丙稀衍生物需要量的取劑進入丙烯塔,塔頂分餾出丙烯產品,塔底萃取劑循劇增,現(xiàn)代乙烯工廠對丙稀的生產極為重視,因而裂解環(huán)使用。裝置中增加裂解氣中丙烯與乙烯的比例已變得越來越重要了。特別是近年來乙烯裝置的不斷改擴建,使得丙烯的回收處理具有極其重要的意義。裂解產物中丙丙烷補充萃取劑烯和丙烷以混合物的形式出現(xiàn),因此研究的重點是丙循環(huán)萃取劑烷與丙烯的分離。丙烷和丙烯的沸點只相差5℃左C3原料右,用常規(guī)的精餾方法很難分離。工業(yè)上通常采用低壓精餾和高壓精餾兩種操作方式121。采用低壓法,丙烯丙烷相對揮發(fā)度高,從而減少塔板數(shù)和回流比,但塔頂需采用比冷卻水低的冷劑冷凝,需要增設一套制圖1丙烷-丙烯萃取精餾流程冷機,從而增加了投資。而高壓法由于頂溫高于冷卻水溫度,可以用循環(huán)冷卻水冷凝產生回流,塔釜則可用低壓蒸汽或熱水加熱,設備簡單,缺點是回流比太大1.2萃取精鎦計算塔板數(shù)較多。近年來丙烯塔大多采用高壓及塔頂水冷目前C4混合氣中烷烴和烯烴的萃取分離所采用系統(tǒng)但高壓法存在相對揮發(fā)度低、回流比大、塔板數(shù)的萃取劑一般為二甲基甲酰胺N-甲酰嗎啉及乙晴多等諸多缺點。等3-6。由于烷烴和烯烴在這些溶劑中蒸汽壓的差國內對C混合氣中烷烴和烯烴萃取分離的研究別,從而增大了烷烴和烯烴的相對揮發(fā)度而得以分離。比較多,有些已工業(yè)化。而對于C混合氣中烷烴和烯本文參考C混合氣中烷烴和烯烴的萃取分離研究結烴的萃取分離研究則比較少,更無工業(yè)化的例子。果,提出如下一些萃取劑:環(huán)丁砜糠醛、甲乙酮、三本文研究擬采用萃取精餾分離C3混合氣中烷烴和烯甲基甲酰胺(DMF)、N-甲酰嗎啉(NFM)、N-甲基吡烴首先針對該分離體系篩選出.種比較有效的萃取咯烷酮(NMP)、四氫呋喃(THF)、乙晴(ACN)、丁晴劑,然后確定該萃取精餾的最佳工藝操作條件,設計計等,用于C3混合氣中丙烷和丙烯的萃取分離模擬研算該萃取精餾分離塔設備的結構參數(shù),為工業(yè)裝置的。設計提供理論依據(jù)和參考。以某廠提供的混合氣數(shù)據(jù)為模擬條件:進料量1500kg/h,組成(均為質量分數(shù),下同)為:C1+C21萃取劑的篩選(0.2%)、C2(0.2%)、C?(32.1%)、C3(67.5%)。11萃取精餾模擬流程利用A中國煤化工餾模塊(Ra如圖1所示,混合氣C3進入塔的中部,萃取劑由和設CNMHG用由 Fredenslund等萃取塔頂?shù)牡诹鶋K板加入,塔的頂部設有五塊板作為人提出的 UNIFAC基團貢獻法活度系數(shù)計算模型1溶劑回收段。萃取塔頂分餾出丙烷,丙烯在塔底隨萃模擬C混合氣在所提出的萃取劑體系中的分離效果。第35卷第1期丙烷一丙焐萃取精餾過程的模擬研究模擬計算時規(guī)定:萃取塔理論板數(shù)為60塊,塔頂留有5塊溶劑回收段,回流比為3.5,塔壓1.8MPa,塔頂餾出液流量為490kg/h;丙烯塔理論板數(shù)為35塊,回流208%比為3.0,塔壓1.6MPa,塔頂餾出液流量為1010kg/h92。模擬過程中通過改變溶劑比(溶劑/進料量),考察9088了不同萃取劑的分離效果。表1列出了所有萃取劑在86溶劑比為5.0條件下的模擬結果?？梢钥闯?C3ACN、C3-丁晴體系的萃取分離效果比較好,而C3420ACN體系的萃取分離效果最好。文獻[1]和文獻[9]乙晴含水量,C,%也報道了C3-ACN體系的萃取研究,認為在C3圖2乙晴含水量對萃取精餾的影響ACN體系加入一定的水其分離效果會更好。2.1.2溶劑比的影響表1溶劑比為5.0條件下各萃取劑的分離效果因為原料中各碳三組分在不同恒定濃度的溶劑中溶劑丙烷塔塔頂組成,,%丙烯塔塔頂組成,a,%的分配系數(shù)不同,因而溶劑比對丙烯的收率、產物中丙環(huán)丁砜0.570.5745.6351.17/0.0225.6374.35烯的含量也會有很大的影響。仍以前面的模擬條件為糠醛0.600.3123.7573.35例,取不同的溶劑比(含水13%的乙晴與進料的比值甲乙酮0.610.4545.1652.540.0825.8674.06進行模擬計算,計算結果見表2。DMF0.620.280.1638.8061.04NFM0.600,2267,4431.760.1915.2184.60表2溶劑比對萃取精餾的影響NMP0.590.2766.5532.550.1715.6484.19溶劑比產物中丙烯的兩塔底總的THF0.600.2964.3634.740.1616.6983.15含量,a,%熱負荷,kWACN0.620.1690.169.04/0.224.3695.421198丁晴0.610.2180.9218.260.208.7791.03050591.295.332乙晴萃取精餾的模擬97.675.099.52根據(jù)以上萃取劑的篩選結果,以上面某廠提供的1511混合氣數(shù)據(jù)為模擬條件,以乙晴的萃取精餾為研究對象,通過工藝模擬計算來定量分析工藝參數(shù)對工藝過99.8l16381702程的影響,并根據(jù)模擬結果確定比較合適的操作工藝參數(shù),在此基礎上,進行分離塔工藝設計。從表2可以看出:當溶劑比為5.0時,丙烯產品已2.1萃取工藝操作參數(shù)的確定經(jīng)達到一級指標(≥99.2%);當溶劑比為5.5時,丙2.1.1乙晴含水量的影響烯產品已經(jīng)達到優(yōu)級指標(≥99.6%)。為了滿足工由于各碳三組分在乙腈溶劑中的活度系數(shù)與乙腈藝要求,同時節(jié)約塔的操作費用,采用5.0~5.5的溶溶劑的含水量有關,所以乙腈溶劑的含水量會對丙烯劑比是較為合適的,大于6.0的溶劑比對工藝過程及的收率和產物中丙烯的含量有很大的影響。利用產品指標意義不大。ASPEN PLUS軟件中的萃取精餾模塊( Radfrac),在規(guī)2.1.3回流比的影響定丙烯產量不變的情況下,通過改變乙晴中的含水量,回流比(對萃取塔而言)除對萃取精餾的產品質模擬計算了乙晴含水量對萃取精餾的影響,結果見圖量有較大的影響外,還對塔的操作費用有直接的影響。仍以前面的模擬條件為例,在溶劑比為50的條件下從圖2可以看出:乙晴含水量對萃取精餾有很大取不同回流比情況下進行模擬計算,計算結果見表3。影響,當含水量為13%(u)時,產物中丙烯的含量最從表3可以看出:當回流比為35時,丙烯產品已高,并且可以達到99.52%。計算中發(fā)現(xiàn),當含水量超經(jīng)過30%時,在計算萃取塔時軟件運行出現(xiàn)錯誤,因為到優(yōu)中國煤化工時,內烯產品已經(jīng)達十工藝過程已無明顯改水含量超過一定比例后,塔板上存在兩個液相,水的計善CNMH約10.0%-20.0%。算就按自由水處理,就不能按一般的萃取精餾計算,因以上模擬結果表明:增大溶劑比或回流比均有利而軟件計算終止。于提高產物中丙烯的含量,若欲得到一級品,比較合適石油與天然氣化工CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS2006的條件是溶劑比50和回流比35;若欲得到優(yōu)級品,取精餾過程得到一種最佳的萃取劑:含水量為13%比較合適的條件是溶劑比5.5和回流比3.5。由表2(ω)乙晴-水體系,確定了該萃取精餾過程的最佳工和表3可以看出,雖然在溶劑比50、回流比4.0的條藝操作條件為:溶劑比50-55,回流比3.5。在此基件下也能得到優(yōu)級品,但能耗要高出約5%。礎上,設計計算了該分離體系的萃取精餾篩孔塔塔板表3回流比對苯取精餾的影響結構參數(shù)。以上工藝條件可以分離得到優(yōu)級品的丙烯產品。流比產物中丙烯的兩塔底總的含量,c,%熱負荷,kW參考文獻87.651廖波,雷志剛等含水乙晴萃取精餾分離丙烷/丙烯的新工藝清華89.66大學學報(自然科學版),2002,40(10):51-532上海高橋化工廠,華東石油學院.丙烯塔的改進,石油化工[】1976,5(2):145-1519712503蔡文石.改進操作條件提高丙烯收率,石油化工[打],1982,11(6):3.599.52429-4304US.US41284575US.US44015155.06CN1011307B7CN1091413A2.1.4板式塔工藝設計8 Fredenslund A et al. Group-Contribution Estimation of Activity Coeffi-據(jù)研究報道-12),在高壓下分離低沸點的烴類cients in Nonideal Liquid Mixers. AIChE. [J], 1975, 21(6): 1086(C1~C)體系,如果采用填料塔特別是規(guī)整填料塔,9志剛,王拱有等CAN萃取糖餾分離C的分子設計計算機與應常常表現(xiàn)為效率非常低或出現(xiàn)"效率駝峰"現(xiàn)象,導致用化學[刀,2000,17(4):331-334傳質效率明顯降低或不穩(wěn)定。因此本文選用板式塔進0 Hagelden gg, Saleh a,3 d World Congress of Chem,Eng[打],行塔板設計,板式塔的塔板型式有泡罩塔板、斜孔塔板、浮閥塔板、篩孔塔板等。由于篩孔塔板結構簡單、11 Brierley R J P. Chem. Eng. Prog. [J], 1994, 90(7): 68-7712唐忠利、規(guī)整填料高壓下氣液返混研究[D].天津:天津大學再加上目前對該型式的塔板研究也比較成熟,所以本文選用篩孔塔板進行設計。利用 ASPEN PLUS軟件中的 Tray Sizing模塊,對萃取精餾板式塔的結構參數(shù)進行了工藝設計計算,結果見表4。作者簡介楊德明,男,生于1966年。副教授,工學士在讀博士生。一直表4萃取精餾篩板塔工藝計算結果從事化學工程與計算機模擬方面的研究工作。完成科研項目5項,發(fā)項目數(shù)值項目數(shù)值表科研論文16篇,教學研究論文4篇。塔徑,mm1200孔心距,板間距,mm開孔率,%收稿日期:2005-09-19塔板型式單溢流弓形收修改稿;2005-10-09降液管單板壓降,Pa277.31編輯:楊蘭堰長,mm的停冒時間,9.2堰高,mm降澈管內清液層的高度,m115.8降液管底隙高度,mm泛點率,%80.0篩孔數(shù)目,個7850操作彈性2.6孔速,m/s18.5穩(wěn)定系數(shù)3.3中國煤化工3結論CNMH利用 ASPEN PLUS軟件中的 UNIFAC基團貢獻法活度系數(shù)計算模型,研究了丙烷一丙烯分離體系的萃