第26卷第2期石化技術(shù)與應(yīng)用2008年3月Petrochemical Technology& Application工業(yè)技術(shù)(153~157)丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬孫衛(wèi)國(guó),伏妍,李潔,高陽光,蘭其盈(中國(guó)石油蘭州化工研究中心,甘肅蘭州730060)摘要:利用 Aspen Dynamics軟件對(duì)丙烯精餾塔的操作進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬。結(jié)果表明,無論是進(jìn)料量進(jìn)料組成還是回流量擾動(dòng)均對(duì)操作產(chǎn)生較大影響,主要體現(xiàn)在塔釜溫度、冷卻器負(fù)荷、再沸器負(fù)荷、塔頂及塔釜丙烯摩爾分?jǐn)?shù)和產(chǎn)出量的波動(dòng)上,尤其是塔頂及塔釜產(chǎn)出量不僅波動(dòng)大,而且響應(yīng)迅速,塔頂及塔釜丙烯摩爾分?jǐn)?shù)的響應(yīng)速度緩慢,波動(dòng)持續(xù)時(shí)間超過8h;儀表調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)動(dòng)態(tài)特性具有重要的影響。關(guān)鍵詞:丙烯精餾塔; Aspen Dynamics軟件;動(dòng)態(tài)模擬;進(jìn)料量;塔釜溫度;回流量;積分調(diào)節(jié)中圖分類號(hào):TQ221.212;TQ01.81文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):00-0045(2006)02-0153-05中國(guó)石油蘭州石化分公司烯烴裝置所用裂擬的基礎(chǔ)上直接轉(zhuǎn)換,不需要專門為動(dòng)態(tài)流程模解原料有十幾種之多,不同原料間切換頻繁,造擬進(jìn)行大量的設(shè)置。動(dòng)態(tài)模擬以原料進(jìn)料量為成丙烯裝置進(jìn)料組成波動(dòng)較大,另外裂解爐的15000kg/h,其所含丙烷摩爾分?jǐn)?shù)為3.4456%清焦處理也造成丙烯進(jìn)料量的波動(dòng),這些波動(dòng)時(shí)的丙烯精餾塔穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,均增大了丙烯精餾裝置的操作難度。為保證丙建立動(dòng)態(tài)模擬流程。動(dòng)態(tài)模擬中儀表的調(diào)節(jié)均烯精餾塔塔頂產(chǎn)品質(zhì)量合格,塔釜丙烯經(jīng)常出采用比例調(diào)節(jié),比例度設(shè)為100%。丙烯精餾塔現(xiàn)損失過大的情況。另外,丙烯精餾塔循環(huán)水回流罐及再沸器尺寸見表l?！阌昧空枷N裝置循環(huán)水總用量的60%(質(zhì)量分豪1回流及再沸番尺寸參數(shù)數(shù)),能耗較高。筆者利用 Aspen Dynamics模擬項(xiàng)目回流罐再沸器1再沸器2再沸器3軟件對(duì)丙烯精餾塔進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬,研究了該直徑/m2.0001.836L.800塔進(jìn)料量、進(jìn)料組成、回流量等操作因素?cái)_動(dòng)下長(zhǎng)度/m4.90010.1597.5007.240的動(dòng)態(tài)特性,用于指導(dǎo)裝置的運(yùn)行,節(jié)約了能源,并為裝置今后的改造和實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2動(dòng)態(tài)模擬初始化目前,國(guó)內(nèi)對(duì)于精餾過程動(dòng)態(tài)模擬的應(yīng)用報(bào)在 Aspen Plus穩(wěn)態(tài)模擬中,對(duì)物料特性、塔道"較少,有專家曾利用HSYS模擬軟件對(duì)的氣液平衡,換熱器管程及殼程溫度分布均采用丙烯分離過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬研究,取得了較好嚴(yán)格模型計(jì)算。但在 Aspen Dynamics動(dòng)態(tài)模擬中若使用嚴(yán)格模型計(jì)算,則模擬計(jì)算量過大,難的效果,但尚未見到利用 Aspen Dynamics模擬軟以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬要求。因此,動(dòng)態(tài)模擬中在求取件對(duì)丙烯精餾塔進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬研究的相關(guān)報(bào)道。上述重要參數(shù)時(shí),均要對(duì)穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果進(jìn)行分段線性化處理,并使用線性化處理后的參數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)1動(dòng)態(tài)模擬流程丙烯精餾塔流程見文獻(xiàn)[9]。筆者曾利用結(jié)果進(jìn)行初始化,從而得到動(dòng)態(tài)模擬的初值,故Aspen Plus軟件對(duì)丙烯精餾塔進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬,所而動(dòng)態(tài)模擬的初值與穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果有細(xì)微的得結(jié)果與實(shí)際操作數(shù)據(jù)吻合較好,解決了部分操中國(guó)煤化工作參數(shù)的優(yōu)化問題。利用 Aspen Dynamics軟CNMHG-09-20上國(guó)(y/-),男,百氏勳人,工程碩士,工程件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過程模擬比較方便,可在穩(wěn)態(tài)流程模。從事化學(xué)工程研究工作。已發(fā)表論文5篇。154石化技術(shù)與應(yīng)用第26卷差別。產(chǎn)出量、塔釜丙烯摩爾分?jǐn)?shù)等操作參數(shù)均有較明丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬初始化過程中,冷卻器顯的波動(dòng)(見圖1),在運(yùn)行8h后趨于平穩(wěn),此時(shí)負(fù)荷、塔釜溫度、再沸器負(fù)荷、塔頂產(chǎn)出量、塔釜的模擬結(jié)果及其與穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果的對(duì)比見表2008010.99700.0758000090570062.6時(shí)間/h時(shí)間h一塔頂產(chǎn)出量;△一塔釜產(chǎn)出量一塔釜溫度;Δ一再沸器負(fù)荷;口一冷卻器負(fù)荷口-x(塔釜丙烯);◇一x(塔頂丙烯)圖1動(dòng)態(tài)模擬初始化操作參數(shù)波動(dòng)曲線褒2丙烯精餾塔穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)模擬操作參數(shù)對(duì)比定義/單位穩(wěn)態(tài)模擬操作參數(shù)動(dòng)態(tài)模擬操作參數(shù)塔頂產(chǎn)出塔釜產(chǎn)出塔頂產(chǎn)出塔釜產(chǎn)出摩爾流率/(kmol·h1)355.498013.7381質(zhì)量流率/(kg·h1)15000.0014385.00615.05619.915溫度℃55.170044.900162.89144.899962.8326壓力/kPa2290.001900.002128,67900.002128.71x(C1)C1摩爾分率900E-069.36E-062.04E-449.36E-063.89E-37x(C2)C2摩爾分率7.30E-047.59E-041.21E-417.59E-044.70E-26C3摩爾分率9.95E-010.9992320.8939639.99E-018.95E-01C4摩爾分率0.1060377.34E-260.105092塔頂溫度/℃45.8618冷卻器負(fù)荷/(CJ·h1)60.6289F( Reflux)質(zhì)量回流量/(kg·h1)194198再沸器溫度/℃62.891462.8326eReb再沸器負(fù)荷/(J·h57.07057.1208由表2可見,丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)初始化模擬結(jié)精餾塔的操作參數(shù)不能頻繁變動(dòng),一般在進(jìn)料果與其穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果接近,因此該結(jié)果可作為動(dòng)量變化不大時(shí)不宜進(jìn)行大幅調(diào)整,否則會(huì)造成態(tài)模擬的初值進(jìn)行下一步模擬,擾動(dòng)因素在初始生產(chǎn)波動(dòng)?；M8h后介入。3·操作參數(shù)擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)模擬3.1進(jìn)料量進(jìn)料量由1500kgb階躍為16000gh時(shí)各操作參數(shù)的波動(dòng)情況見圖2及圖3。進(jìn)料量的擾動(dòng)對(duì)圖中所示操作參數(shù)均產(chǎn)生了不同程7062.80度的影響,其中塔頂與塔釜產(chǎn)出量的波動(dòng)幅度中國(guó)煤化工較大,塔頂與塔釜丙烯摩爾分?jǐn)?shù)響應(yīng)速度緩慢,CNMHG卻器負(fù)荷波動(dòng)超過8h才能趨于新的平衡。這說明丙烯圖2進(jìn)料量擾動(dòng)下操作參數(shù)的波動(dòng)曲線第2期孫衛(wèi)國(guó)等.丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬155時(shí)各操作參數(shù)的波動(dòng)情況見圖5。007510.9976502318455遇60餐」2一塔頂產(chǎn)出量;△一塔釜產(chǎn)出量口一x(塔釜丙烯);◇一x(塔頂丙烯一塔釜溫度;△一再沸器負(fù)荷;圖3進(jìn)料量擾動(dòng)下塔產(chǎn)出量及丙烯章爾分?jǐn)?shù)的波動(dòng)曲線口一冷卻器負(fù)荷;◇一塔頂溫度32進(jìn)料組成0.998進(jìn)料組成中丙烷摩爾分?jǐn)?shù)由3.4456%階躍為5.0000%時(shí)各操作參數(shù)的波動(dòng)情況見圖4。s1189101l1231415一塔頂產(chǎn)出量;△一塔釜產(chǎn)出量;口-x(塔釜丙烯);◇一x(塔頂丙烯)(b)圖5回流量擾動(dòng)下操作參數(shù)的波動(dòng)曲線ot2314516由圖5可見,回流量擾動(dòng)后,冷卻器負(fù)荷、再Q(mào)一塔釜溫度;△一再沸器負(fù)荷;口一冷卻器負(fù)荷沸器負(fù)荷、塔釜溫度、塔頂及塔釜產(chǎn)出量和丙烯摩爾分?jǐn)?shù)波動(dòng)幅度較大,且塔頂及塔釜產(chǎn)出量波動(dòng)響應(yīng)迅速動(dòng)態(tài)模擬表明,進(jìn)料量、進(jìn)料組成及回流量零099的擾動(dòng),均對(duì)操作產(chǎn)生了較大影響,主要體現(xiàn)在塔釜溫度、冷卻器負(fù)荷、再沸器負(fù)荷、塔頂及塔釜產(chǎn)出量和丙烯摩爾分?jǐn)?shù)的波動(dòng)上,尤其是塔頂及78910l112i3i41516塔釜產(chǎn)出量不僅波動(dòng)大,而且響應(yīng)迅速,由于塔頂回流罐及塔釜再沸器的緩沖作用,塔頂及塔釜O一塔頂產(chǎn)出量;△一塔釜產(chǎn)出量丙烯摩爾分?jǐn)?shù)的波動(dòng)響應(yīng)速度較慢,波動(dòng)持續(xù)時(shí)口-x(塔釜丙烯);一x(塔頂丙烯間均超過8h。在實(shí)際操作中,當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)不合格或接圖4進(jìn)料組成擾動(dòng)下操作參數(shù)的波動(dòng)曲線近不合格時(shí),為了使產(chǎn)品質(zhì)量盡快恢復(fù)正常,操由圖4可見,進(jìn)料組成擾動(dòng)后,冷卻器負(fù)荷、作人員往往對(duì)操作采取較大幅度的調(diào)整,這樣雖塔釜溫度、再沸器負(fù)荷、塔頂及塔釜產(chǎn)出量、塔釜然可使產(chǎn)品質(zhì)量在短時(shí)間內(nèi)有所好轉(zhuǎn),但大幅度丙烯摩爾分?jǐn)?shù)波動(dòng)幅度較大,塔頂丙烯摩爾分?jǐn)?shù)調(diào)整往往帶來更大范圍和更長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)波動(dòng)響應(yīng)速度緩慢,波動(dòng)持續(xù)時(shí)間超過8h。從而中國(guó)煤化工繁發(fā)生。丙烯3.3回流量精餾CNMH須采取比較回流量由194198kg/h階躍為208583kg/h平穩(wěn)且循序剛進(jìn)的力式進(jìn)仃操作調(diào)整。156石化技術(shù)與應(yīng)用第26卷4儀表調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響具有重要的影響,因此工藝技術(shù)與電儀技術(shù)的默動(dòng)態(tài)模擬中調(diào)節(jié)儀表的調(diào)節(jié)規(guī)律均為比例契配合是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制的前提。調(diào)節(jié)。為了了解儀表調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)特性的影響,以塔頂回流罐液面控制儀表為參考文獻(xiàn):例,將比例調(diào)節(jié)改為比例積分調(diào)節(jié)(比例度保持[1陸恩錫,張篡娟,尹清華化工過程模擬及相關(guān)高新技100%不變,積分時(shí)間為1min),對(duì)進(jìn)料量從術(shù)(1)化工過程穩(wěn)態(tài)模擬[J]化工進(jìn)展,1999,18(4):6315000kg/h階躍為16000kg/h后的操作過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,相關(guān)參數(shù)波動(dòng)情況見圖6。[2]陸恩錫,張慧娟化工過程模擬及相關(guān)高新技術(shù)(Ⅱ)化工過程動(dòng)態(tài)模擬[門].化工進(jìn)展,2000,19(1):76-78075[3]顏景方,吳啟龍丙烯精餾系統(tǒng)過程模擬分析[].石化技術(shù)2003,10(4):38-42[4]祝鈴鈺,劉保柱,呂永軍,等.乙烯精餾塔的瓶頸分析及擴(kuò)能070洞10996改造[冂]石油化工,2003,32(8):700-703[5]蔡國(guó)光顧兆林王梓人,等無水酒精恒沸精餾塔的動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算[刀釀酒科技,2004,22(2):58-60[6]王健,王二強(qiáng)陳標(biāo)華,等苯與十二烯烷基化懸浮床催化精時(shí)間壓餾塔的模擬[門].化工學(xué)報(bào),2005,56(9):1654-1659一塔頂產(chǎn)出量;△一塔釜產(chǎn)出量[T]王亮,呂文祥,黃德先動(dòng)態(tài)流程模擬及其在精餾塔操作分析口一x(塔釜丙烯);◇一x(塔頂丙烯)計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2006,23圖“比例積分調(diào)節(jié)時(shí)進(jìn)料量擾動(dòng)下操作參數(shù)的波動(dòng)曲線8]吳凱何小榮邱形脫丙烷塔的操作優(yōu)化[J]計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2003,20(3):233-235.比較圖6與比例調(diào)節(jié)時(shí)的圖3可以看出,相(9孫衛(wèi)國(guó),伏妍,丁冠政,等,丙烯精塔的操作優(yōu)化[],石化應(yīng)參數(shù)的波動(dòng)趨勢(shì)、持續(xù)時(shí)間基本一致,由于儀技術(shù)與應(yīng)用,2008,26(1):61-65表調(diào)節(jié)比例度不變,因此各參數(shù)的響應(yīng)速度沒有明顯區(qū)別;由于積分調(diào)節(jié)因素的影響,使塔頂產(chǎn)相關(guān)文獻(xiàn)鏈接:出量的波動(dòng)幅度明顯不同,但由于產(chǎn)出波動(dòng)很快[1孫衛(wèi)國(guó)李憑力邸士標(biāo)等丙烯精餾塔過程糗擬[J,石化趨于平穩(wěn),加上回流罐本身對(duì)塔頂產(chǎn)出物濃度的技術(shù)與應(yīng)用,2007,25(2):147-151.緩沖作用以及其他儀表的調(diào)節(jié)規(guī)律未作調(diào)整,因[2]張振華趙俊峰,張明建丙烯精餾塔的優(yōu)化操作[乙烯工業(yè),2007,19(2):9-13.此雖然2種情況下塔頂產(chǎn)出量的波動(dòng)幅度不同,[3]楊德明丙烷-丙烯萃取精餾過程的模擬研究[】]石油與天但并未造成其他動(dòng)態(tài)特性的明顯變化。儀表調(diào)然氣化工,2006,35(1):26-28節(jié)規(guī)律對(duì)丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)特性的影響較為明顯,[4]楊伯倫,吳江,趙國(guó)勝,等.反應(yīng)精餾過程中的多穩(wěn)態(tài)分波動(dòng)幅度和響應(yīng)速度與儀表本身的調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)析[刀中國(guó)化學(xué)工程學(xué)報(bào):英文版2006,14(3):301-308定直接相關(guān),因此動(dòng)態(tài)特性研究必須充分考慮儀5】孫魏,李琳陳曉春, Aspen Plus在工業(yè)精餾塔故障診斷與參表因素。數(shù)尋優(yōu)中的應(yīng)用[]化工進(jìn)展2005,24(8):935-937[6]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(bào):自然科學(xué)版,205,34(1):645結(jié)束語丙烯精餾塔的動(dòng)態(tài)模擬表明,進(jìn)料量、進(jìn)料[η方衛(wèi)東,馮輝鱖丙烯精餾塔的在線優(yōu)化[冂.蘭州理工大學(xué)組成及回流量的擾動(dòng),均對(duì)操作產(chǎn)生了較大影學(xué)報(bào),2004,30(2):72-14.響,主要體現(xiàn)在塔釜溫度、冷卻器負(fù)荷、再沸器負(fù)8劉雨虹,A甲PmPu化工模擬系統(tǒng)在精餾過程中的應(yīng)用J]荷、塔頂及塔釜產(chǎn)出量和丙烯濃度的波動(dòng)上,尤石油化工腐蝕與防護(hù),2003,20(4):56-59其是塔頂及塔釜產(chǎn)出量不僅波動(dòng)幅度大而且響9)櫪緒壯屈-新反應(yīng)精餾過程模擬一 Aspen Plus應(yīng)用范例[打].內(nèi)蒙古石油化工,2001,27(4):53-56應(yīng)迅速,塔頂及塔釜丙烯摩爾分?jǐn)?shù)的波動(dòng)響應(yīng)速[10]體分餾裝丙烯精餾塔三種軟件包的計(jì)算度較慢,波動(dòng)持續(xù)時(shí)間均超過8h。該動(dòng)態(tài)特性中國(guó)煤化工8要求操作人員必須采取比較平穩(wěn)且循序漸進(jìn)的[CNMHG在精餾過程中的應(yīng)方式進(jìn)行操作調(diào)整。儀表調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)動(dòng)態(tài)特性夜不,9,0(3):1-2第2期孫衛(wèi)國(guó)等.丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬157Dynamical simulation of propylene rectifying towerSun Weiguo, Fu Yan, Li Jie, Gao Yangguang, Lan QiyingLanzhou Petrochemical Research Center, Petro China, Lanzhou 730060, China)Abstract: The operations of propylene rectifying tower responded rapidly, but the mole fraction of pro-tower were simulated using Aspen Dynamics software pylene in tower responded slowly, and the fluctuatingThe results showed that the operations were influenced period exceeded 8 hours. The dynamical propertievidently by fluctuation of the amount and composition were influenced greatly by adjusting rules of metersof feed and quantity of reflux. The temperature of tower Key words: propylene rectifying tower; Aspen dypot, the load of condenser and reboiler, the mole frac- namics software; dynamical simulation; inlet amount;tion and the yield ofof propylene in tower were fluctu- tower pot temperature; quantity of reflux; integral adated greatly, at the same time, the yield of propylene in justment上接第152頁)Checking analysis and countermeasure of operation conditions for a FCCUXing Yingchun, Lu ChunxiState Key Laboratory of Heavy Oil, China Uninersity of Petroleum, Beying 102249, China)Abstract: According to the operating record and larged. The calculating results of pressure balance ofcalibration report, the main operation parameters and the reactor regenerator system demonstrated thatpressure balance of the reactor-regenerator system the static pressure drop of the riser reactor tended towere checked and analyzed in view of the abnormal a high value, but the pressure drop of the regenera-fluidization problem existed in a 2 Mt/a FCCU, and tion slide valve lain in a lower design limit, and anthe operation technology revamping of the FCCU was exhaust pipe should be attached to the regenerationproposed. The checking results of the operation pa- inclined pipe to replace the exhaust tank in the re-rameter showed that the fluidization air should bgeneration vertical pipedistributed correctly between the first and second reKey words: catalytic cracking; reactor-regenera-generator, aof the air riser section of tor system; operation parameters; pressure balance;the semi-regeneration catalyst pipe should be en- riser reactor; apparent linear velocity簡(jiǎn)訊日本能源公司的鹿島煉油廠芳烴聯(lián)合裝置投運(yùn)日本能源公司于2007年11月中旬宜布,其公司于2006年9月開始建設(shè)該芳烴聯(lián)合裝置,在日本東部新建的具有1050萬ta加工能力的于2007年9月建成,將于2008年1月商業(yè)化投鹿島煉油廠芳烴聯(lián)合裝置投入試運(yùn)。該芳烴聯(lián)運(yùn)。日木能源公司日本礦業(yè)掉股公司的煉油合裝置包括86萬∽/a催化重整、258萬t/a凝析業(yè)務(wù)中國(guó)煤化工能力為2076油分離、85萬m3/a輕石腦油生產(chǎn)裝置、41萬a萬vCNMH嚦萬va,鹿島煉對(duì)二甲苯裝置和17萬t/a純苯裝置。日本能源油廠為1050萬凵/a。(上海錢伯章供稿)