第25卷第2期石化技術(shù)與應(yīng)用Vol 25 No. 22007年3月Petrochemical Technology ApplicationMar.2007工業(yè)技術(shù)(147~151)丙烯精餾塔過程模擬孫衛(wèi)國',李憑力2,邸士標3,蘭其盈(1.中國石油蘭州石化分公司石油化工研究院,甘肅蘭州730060;2.天津大學(xué),天津300072;3.中國石油蘭州石化分公司石油化工廠,甘肅蘭州730060)摘要:利用 Aspen Plus軟件對丙烯精餾塔進行了模擬計算,選取其中的SK- SOAVE模型模擬丙烯精餾塔。模擬計算結(jié)果及對操作靈敏度的分析表明:塔頂產(chǎn)出量對丙烯精餾塔分離精度的影響最明顯其次是塔板效率和回流比;原設(shè)計加工量偏高,實際生產(chǎn)應(yīng)保持16000kg/h的加工量;穩(wěn)定塔頂產(chǎn)出操作可有效提高分離精度,并可使塔頂產(chǎn)出量提高近75%。關(guān)鍵詞:丙烯;精餾塔;分離; Aspen Plus軟件;過程模擬;塔板效率;回流比中圖分類號:TQ221.212文獻標識碼:B文章編號:1009-0045(2007)02-0147-05中國石油蘭州石化分公司乙烯裝置原生產(chǎn)的文獻中,還未曾見到對丙烯精餾塔塔板效率進能力為16萬υ/a,與其配套的丙烯精餾塔(代號行精確核算和對塔操作靈敏度進行深入分析的為406塔)共有153塊塔板,采用浙江工業(yè)大學(xué)相關(guān)報道。開發(fā)的D-3型噴射篩板,塔徑3.0m,塔頂產(chǎn)出物中丙烯摩爾分數(shù)不低于996%,但塔釜產(chǎn)出物1丙烯精餾塔操作參數(shù)中C輕組分(不包括丙烷,下同)摩爾分數(shù)約為丙烯精餾塔(406及406A塔)共有239塊塔%,尚不能滿足分離精度(該值小于10%)的板〔視塔頂冷卻器為第1塊塔板,塔釜再沸器為要求。第239塊塔板),原料丙烯自丙烯精餾塔第164為了提高加工能力及分離精度,對該乙烯裝塊塔板進入塔內(nèi)進行精餾分離,高濃度丙烯自塔置進行了24萬凵a擴能改造。改造時為了節(jié)約頂產(chǎn)出,其余物料自塔釜產(chǎn)出。丙烯精餾塔主要投資,保留了原406塔。但由于在塔徑不變的情操作條件的設(shè)計值及實際值列于表1。況下,無法提高全塔的流通能力,而要提高加工能力及分離精度,就須在原有基礎(chǔ)上進一步增加褒1丙烯精餾塔操作參數(shù)塔板數(shù)和降低回流比。為此新建了1臺丙烯精項目設(shè)計值實際值餾塔(代號為406A塔),并將其與406塔串聯(lián)操進料量(k:b”)1730052.054.7作。406A塔共有84塊塔板,采用浙江工業(yè)大學(xué)塔頂壓力/kPa17641730開發(fā)的DJ-5型噴射篩板,塔徑3.4m。2塔串聯(lián)塔釜壓力/№Pa1884操作相當于406A塔在上、406塔在下的單塔操塔頂溫度A41.056作。但改造后的新裝置投產(chǎn)后操作一直不穩(wěn)定,回流溫度℃37.637,6加工能力也達不到設(shè)計要求?；亓鞅?2.2913.80筆者利用 Aspen Plus軟件對改造后的丙烯精塔頂產(chǎn)出量/(kg·h")餾塔操作進行了模擬計算,得出了較準確的塔板塔釜產(chǎn)出量/(kg·h1)塔頂產(chǎn)出物中丙烯摩爾分數(shù)/%≥99,6≥99,6效率并分析出裝置不穩(wěn)定及加工能力達不到設(shè)塔釜產(chǎn)出物中的C輕組分摩爾分數(shù)%≤10計要求的原因,為裝置操作優(yōu)化提供了技術(shù)指導(dǎo)。國內(nèi)曾有專家使用不同的模擬軟件對類似中國煤化工的丙烯精餾塔進行模擬分析實現(xiàn)了操作優(yōu)化,口三NMHG①,在的明取得了較好的經(jīng)濟效益-”。但目前在已公開從事化學(xué)工程研究工作。148石化技術(shù)與應(yīng)用第25卷2工業(yè)過程模擬閥塔板及篩板塔板相當。塔內(nèi)上下塔板平行旋2.1計算模型的選取轉(zhuǎn)90°垂直安裝[見圖1(b),(c)]。一方面由于Aspen Plus軟件提供的SK-S0AVE,塔板上無常規(guī)的伸人下層塔板的降液管,另一方PENG-ROB,SR- POLAR3種模型比較適用于面由于氣相通過小孔可從不同方向噴射出來,因C2及C3的分離模擬計算。試算結(jié)果表明,此其處理能力較大SK- SOAVE模型比PENG-ROB模型更適合于在 Aspen Plus模擬軟件中沒有提供D-5高壓條件下C1分離的操作模擬,與生產(chǎn)實際可和DJ-3類型的塔板形式(,筆者在對丙烯精餾更好地擬合。另外,SR- POLAR模型參數(shù)由高壓塔進行工業(yè)過程模擬之前,首先根據(jù)D-5和氣液平衡實驗數(shù)據(jù)回歸得到,由于它考慮了極性分D-3型塔板的降液管面積率將其折算為子的氣液平衡,因此更適合模擬含有CO,CO2,H2, Aspen Plus軟件所認可的塔板形式。DJ-5和2等極性物質(zhì)的裂解過程和裂解氣的精制及壓DJ-3型塔板的板徑分別為3.4,3.0m,降液管縮操作。由于丙烯精餾塔物料中不含以上極性物面積率分別為15.12%,15.21%,計算后可得質(zhì),因此選用SK- SOAVE模型進行模擬計算。DJ-5型塔板的降液管寬度為0.437m(雙降液2.2塔板模擬管A板)和0.414m(單降液管B板),DJ-3型丙烯精餾塔所使用的DJ-5和DJ-3型塔塔板的降液管寬度為0.385m(雙降液管A板)板結(jié)構(gòu)[見圖1(a)]相似,其塔板效率與一般浮和0.366m(單降液管B板),如圖1(d)所示。雙降液管寬度單降液管寬度第n塊板引第n+l塊板(a)塔板結(jié)構(gòu)(b)塔板安裝側(cè)視(c)塔板安裝俯視(d)塔板模擬圖1塔板結(jié)構(gòu)、安裝及模擬示意2.3塔板效率的選取流率變化情況如圖2所示。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗,一般認為丙烯精餾塔的塔板效率在60%~70%,但此值是否準確,國內(nèi)5750文獻卻鮮見報道。國內(nèi)相關(guān)文獻25在進行丙烯精餾塔模擬計算時塔板效率多數(shù)采用100%,5600但其模擬結(jié)果與實際操作并不完全吻合。筆者埋525500首先采用非理論板計算的 Rate frac模塊對丙烯精餾塔的塔板效率進行了模擬核算。 Rate Frac模塊利用在塔板上生成氣泡大小、氣泡數(shù)量等傳塔板數(shù)塊遞性質(zhì)的因素直接計算相間傳質(zhì)、傳熱等,并得到圖2丙烯精餾塔塔板氣液相流率變化曲線組分的分離結(jié)果,其優(yōu)點在于可以計算出氣液界面的傳質(zhì)、傳熱系數(shù)和傳質(zhì)質(zhì)量及氣液相組成,同時由圖2可見,全塔氣相與液相流率大約為可估算出塔板效率和液泛情況。 Rate frac模塊核5000~5700kmoh,且變化較大。其中第26塊算出的塔板效率在全塔中為80%-85%,依此進塔板上的液相與氣相流率均達到最高值分別為行模擬計算,所得計算結(jié)果與實際操作比較吻合。5中國煤化工接近原設(shè)計液相2.4原工藝設(shè)計校核流率CNMHG(6070.4 kmol/模擬計算得到的丙烯精餾塔各塔板氣液相h)。但第232塊塔板上的液泛系數(shù)已經(jīng)達到第2期孫衛(wèi)國等.丙烯精餾塔過程模擬0.98。模擬計算結(jié)果表明,在原設(shè)計條件下操作由表2可見,塔頂產(chǎn)出物的丙烯摩爾分數(shù)為已經(jīng)接近滿負荷,幾乎沒有操作彈性,這也是實99.7%,塔釜產(chǎn)出物中的C輕組分摩爾分數(shù)小際操作中加工量一直達不到設(shè)計加工量、塔釜產(chǎn)于10%,均達到了設(shè)計及實際生產(chǎn)對丙烯純度和出不合格及實際操作回流比大于設(shè)計回流比(數(shù)丙烯損失的要求,同時塔頂產(chǎn)出量達到了據(jù)見表1)的主要原因。15050kg/h?？梢娫诂F(xiàn)有的生產(chǎn)條件下,如能進丙烯精餾塔中丙烯、丙二烯、丙烷等3個關(guān)一步穩(wěn)定操作,塔頂產(chǎn)出量比實際產(chǎn)出量可提高鍵組分物質(zhì)的量分布情況如圖3所示。約7.5%。4操作參數(shù)靈敏度分析為了優(yōu)化生產(chǎn),需要了解工藝操作條件的最優(yōu)選擇;為了滿足裝置今后改造的需要,應(yīng)該了解裝置設(shè)計中的瓶頸,因此,有必要對丙烯精餾塔的相關(guān)操作參數(shù)進行靈敏度分析。以下是基110150190230于丙烯精餾塔進料量為16000kg/h時的操作靈敏度分析。O一丙烷;·一丙烯;△一丙二烯4.1進料位置對分離精度的影響圖3丙烯精餾塔中丙烯、丙二烯、丙烷鏖爾分數(shù)變化曲線圖4反映了進料位置變化對分離精度的影由圖3可見丙烯與丙烷的分離主要集中在響。在進料位置從第150塊塔板至第180塊塔板提餾段丙二烯的分離主要在提餾段的第210塊變化的過程中,當進料位置低于第170塊塔板塔板之后,全塔靈敏板在20-230塊塔板間。建時,塔釜產(chǎn)出達不到分離要求。議在該處加裝溫度自控點,通過此點溫度控制塔釜再沸器加熱蒸汽的量。3實際操作過程模擬丙烯精餾塔進料量為16000kg/h、回流比為13.8、在第164塊塔板進料時的模擬結(jié)果見表2150155160165170175180饔2丙烯精餾塔實際操作條件下的模擬計算結(jié)果進料板數(shù)塊項目進料塔至頂溫度/℃田4進料位置對分離精度的影響壓力/Pa1764質(zhì)量流率/(kg·h1)4.2回流比對分離精度的影響C3H.60,7160,711.22E-07回流比變化對分離精度的影響如圖5所示。13.115002.84C,Hs8.043.12E-3544.049.92E-3516000.00950.0015050.0組分摩爾分數(shù)0.00400.07148.5400E-120.94200.01480.997011.512012.513.013.514.014.5ChE0.8424凵中國煤化工0.00200.03571.5000E-350.00200.03574.7700E-35CNMHG響熱負荷/(GJ·h1)由圖5可見,在回流比從11.5變至14.5時,石化技術(shù)與應(yīng)用第25卷塔頂產(chǎn)出物中丙烯濃度呈增大趨勢,而塔釜產(chǎn)出5水力學(xué)計算物中C輕組分濃度呈減小趨勢,當回流比大于在C2,C3的分離操作中發(fā)泡現(xiàn)象比較輕微,13.2時,才能保證丙烯精餾塔的分離要求。這也丙烯精餾塔實際發(fā)泡系數(shù)應(yīng)為0.9~1.0。以再次解釋了實際操作回流比(13.80)大于設(shè)計回A型塔板為例,在發(fā)泡系數(shù)分別為1.0,0.9的流比(12.29)的原因。圖5表明回流比對丙烯精種情況下,對丙烯精餾塔的第2~85塊塔板進行餾塔分離精度的影響比較明顯模擬計算,得到塔構(gòu)件的平均參數(shù)如下:液泛系4.3塔頂產(chǎn)出量對分離精度的影響數(shù)相應(yīng)為0.79,0.88;降液管流速均為0.08m/s;圖6反映了塔頂產(chǎn)出量變化對分離精度的降液管持液高度均為0.19m;平均持液高度與板影響。在塔頂產(chǎn)出量從14980kg/h至15100kg/間距之比均為0.43;壓力降均為0.45kPa。這表h的變化過程中,對分離精度的影響較明顯,塔頂明保持16000kg/h的加工量是比較合適的產(chǎn)出量的操作范圍為(15050±30)kg/h時,分離精度才能達到精餾要求,這表明丙烯精餾塔塔頂6結(jié)論產(chǎn)出量的控制必須有很高的穩(wěn)定性。因此,建議a.在用 Aspen Plus工藝模擬軟件對丙烯精用精度為0.1‰%的質(zhì)量流量計嚴格控制塔頂產(chǎn)出餾塔進行模擬計算時,選擇合適的模型及對塔板量,盡量減少波動,并配合以塔釜液面的平穩(wěn)控效率的準確估算是得到與實際操作結(jié)果相一致制,從而提高全塔的分離精度及操作穩(wěn)定性。b.靈敏度分析結(jié)果表明,塔頂產(chǎn)出量對丙烯6420精餾塔分離精度的影響最明顯,其次是塔板效率和回流比。c.丙烯精餾塔原設(shè)計加工量偏高,實際生產(chǎn)難以達到設(shè)計值,應(yīng)保持目前16000kg/h的加工量。14980150201515100d.穩(wěn)定塔頂產(chǎn)出操作可有效提高分離精度塔頂產(chǎn)出量(kgh2)并可使塔頂產(chǎn)出量提高近7.5%。圖6塔頂產(chǎn)出量對分離精度的影響參考文獻:4.4塔板效率對分離精度的影響[1]張春良,王盺,王文婷,等錦西石化分公司氣體分餾裝置的圖7反映了塔板效率變化對分離精度的影擴能改造[刀]石油煉制與化工,2003,34(3):29-32.響。在塔板效率從0.65至0.85的變化過程中,[2]夏和青利用 Aspen Plus模擬軟件挖潛丙烯精餾塔[]煉油塔頂產(chǎn)出物中丙烯濃度呈增大趨勢,而塔釜產(chǎn)出技術(shù)與工程,2003,33(7):4446.物中C。輕組分濃度呈減小趨勢,塔板效率變化[3]景立新,吳大可氣體分餾裝置丙烯精餾塔操作條件的優(yōu)化[刀]貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,34(1):64-67對塔釜產(chǎn)出物中丙烯濃度的影響較大,只有當塔4]陳麗,高維平楊瑩等乙烯裝置中丙烯精餾塔節(jié)能改造研板效率大于0.78時,才能保證分離精度的要求。究[冂]吉林化工學(xué)院學(xué)報,2002,19(4):1-4.因此在以后的裝置改造中,應(yīng)當考慮使用高效塔5]楊青云張勵張曉光等氣體分餾裝置丙烯精餾塔三種軟盤或填料。件包的計算對比[冂]煉油設(shè)計,200,30(8):35-38.[6] Aspen Technology. Aprsys 111 physical property methods andmodels[M].200112[7] Aspen Technology. Aspen Plus getting started building andning a process model[ M ].2001相關(guān)文獻鏈接:可V中國煤化工擬研究(]石油與天塔板效率[2]CNMHG過程中的多穩(wěn)態(tài)分析圖7塔板效率對分離精度的影響[刀].中國化學(xué)工程學(xué)報(英文版),2006,14(3):301-308第2期孫衛(wèi)國等,丙烯精餾塔過程模擬151·[3]孫巍,李琳陳曉春. Aspen Plus在工業(yè)精餾塔故障診斷與參例[門]內(nèi)蒙古石油化工,200127(4):53-56數(shù)尋優(yōu)中的應(yīng)用[J]化工進展,2005,24(8):935-937[6】謝揚,沈慶揚. Aspen Plus化工模擬系統(tǒng)在精餾過程中的應(yīng)4]劉雨虹, Aspen Plus化工模擬系統(tǒng)在精餾過程中的應(yīng)用[]用[門]化工生產(chǎn)與技術(shù),1999,6(3):17-22.石油化工腐蝕與防護,2003,20(4):56-59[7] Venka S,梁治國計算機軟件包 Aspen Plus在反應(yīng)精餾中的5]楊緒壯,屈一新.反應(yīng)精餾過程模擬— Aspen Plu;應(yīng)用范應(yīng)用[門].世界石油科學(xué),1994,(4):86-92Process simulation on propylene fractionating rectifying towerSun Weiguo, Li Pingli, Di Shibiao, Lan Qiying(1. Petrochemical Research Institute of Lanzhou Petrochemical Company, Petro Chnia, Lanzhou 730060, China2. Tianjing University, Tianjing 300072, China;3. Petrochemical Plant of Lanzhou Petrochemical Company, Petro China, Lanzhou 730060, China)Abstract: The process of propylene fractionating design value of process capacity was high and therectifying tower was simulated by adopting Aspen actual value of it should be 16 000 kg/h SeparationPlus software and selecting SK- SOAVE model as accuracy was increased effectively by stabilizing thesimulation tower. The results of simulation calcula- top output operation, and the top product output wastion and the analysis of operation sensitivity showed increased about 7. 5%toohat theKey words: propylene; fractionating rectifyingthe next was the plate efficiency and reflux ratio. The lation; plate efficiency rellur aare; process simu-curacy of the tower were the top product output, and tower; separation; Aspen Plus softwa簡訊·我國成為全球最大的廢舊塑料再生利用國由于塑料原料短缺,目前我國已成為全球最目前,塑料原料在我國屬短缺型產(chǎn)品,大量大的廢舊塑料市場和再生利用國,同時也是全球依賴進口的狀況一直沒有得到根本性改變。據(jù)廢舊塑料進口量最大的國家。在我國廢舊塑料中國工程塑料協(xié)會提供的數(shù)據(jù),2005年,中國合年產(chǎn)生量約1000萬t,加上每年進口近500萬t,成樹脂表觀消費量達到3835萬t,而國內(nèi)產(chǎn)量只社會擁有量每年約1500萬t。有2142萬t,進口量為1879萬t,自給率僅據(jù)中國塑料加工工業(yè)協(xié)會副秘書長、中國塑56%。再生塑料便成為解決原料緊缺的捷徑,而協(xié)塑料再生利用專委會秘書長馬占峰日前說,依且來源豐富、成本低廉。據(jù)中塑協(xié)提供的數(shù)據(jù),據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析,可推算出2005年中國塑料制品在每年利用國內(nèi)再生塑料600萬t的基礎(chǔ)上,中實量為2658.9萬t,廢棄塑料產(chǎn)生量約為960.8國每年約消化進口廢舊塑料500萬t。2006年1萬t,排放比率約為36%。另據(jù)測算,2005年中國月至9月,中國內(nèi)地進口廢舊塑料421.4萬t,比廢舊塑料回收量約為600萬t(按塑料制品實際去年消費量計算,回收率為22.6%),處理進口廢舊塑中國煤化工日報》,2007料495.6萬t,廢舊塑料消費量達1000多萬to01-2YHECNMHG