計(jì)算機(jī)·自動(dòng)化石化技術(shù),2008,15(3):45PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOGY利用流程模擬技術(shù)對(duì)乙二醇反應(yīng)水合比的研究馬淑娟1劉照輝2楊昌南3(1.中國石油吉林石化分公司,吉林,132022;2.中國石油天然氣股份有限公司煉油與化工分公司,北京,10001;3.中國石油工程公司東北分公司,吉林,132000摘要:針對(duì)乙二醇裝置環(huán)氧乙烷水合生成乙二醇反應(yīng)過程中,不同的水與環(huán)氧乙烷摩爾比值(水合比)對(duì)產(chǎn)品分布及蒸汽用量有明顯的變化,直接影響著裝置經(jīng)濟(jì)效益的T藝特點(diǎn),采用 ASPEN PLUS軟件,對(duì)乙二醇裝置T藝進(jìn)行流程模擬計(jì)算建立基礎(chǔ)模型。以乙:醇反應(yīng)器進(jìn)料為研究對(duì)象,選取乙二醇反應(yīng)器及多效蒸發(fā)器進(jìn)行分析研究,確定不同水合比進(jìn)料時(shí),乙二醇反應(yīng)蒸發(fā)單元消耗高壓蒸汽的流率、乙二醇及二乙二醇的產(chǎn)率;給出水合比與蒸汽消耗欹、產(chǎn)品流率的關(guān)系趨勢(shì)圖,并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析用于指導(dǎo)裝置的節(jié)能降耗操作關(guān)鵪詞:流程模擬乙二醇水合比乙二醇是一種重要的石油化工基本有機(jī)原模擬輸入的依據(jù)與模擬結(jié)果驗(yàn)證的基準(zhǔn)料,主要用于生產(chǎn)聚酯纖維、不飽和聚酯樹脂、防22模型所采用的物性計(jì)算方法凍劑等。目前,國內(nèi)乙二醇的工業(yè)生產(chǎn)方法是環(huán)氧模型所采用的物性計(jì)算方法主要根據(jù)該體系乙烷直接水合法。由于在環(huán)氧乙烷反應(yīng)單元操作的熱力學(xué)特點(diǎn)有針對(duì)的進(jìn)行選擇。對(duì)于極性體系負(fù)荷不變的情況下,不同的水與環(huán)氧乙烷摩爾比要選擇活度系數(shù)方法,對(duì)于非極性體系要選擇狀值(水合比)進(jìn)料對(duì)產(chǎn)品乙二醇、二乙二醇和三乙態(tài)方程方法。常見的活度系數(shù)方法有NRTL、醇分布和蒸汽用量有著明顯的影響,本工作采 WILSON、 UNIQUAC、 UNIFAC等以及基于這些方用 ASPEN PLUS軟件開發(fā)出乙二醇裝置流程模法而衍生出來的方法M2;狀態(tài)方程方法有PENG-型,選取乙二醇反應(yīng)器及多效蒸發(fā)器進(jìn)行分析,研ROB、 RK-Soave以及基于這兩種方法而衍生出來究不同的水合比對(duì)蒸汽消耗量、產(chǎn)品流率的影響,的方法。并提出優(yōu)化解決方案,實(shí)現(xiàn)裝置的節(jié)能降耗。乙二醇生產(chǎn)裝置涉及到環(huán)氧乙烷反應(yīng)及乙二醇反應(yīng)2個(gè)反應(yīng)過程,同時(shí)涉及到二氧化碳的脫1裝置簡介除;環(huán)氧乙烷的洗滌汽提及再吸收;乙二醇的濃乙二醇生產(chǎn)工藝主要分兩大部分:第一步為縮與精制等單元。針對(duì)環(huán)氧乙烷汽提與冉吸收、乙乙烯在銀催化劑上用純氧氧化生成環(huán)氧乙烷;第二醇反應(yīng)與蒸發(fā)單元(簡稱500單元)以及乙二步為環(huán)氧乙烷水溶液在一定壓力和溫度下水解醇精制單元(簡稱600單元)熱力學(xué)特點(diǎn),采取熱生成乙二醇。在這兩大部分的基礎(chǔ)上把整個(gè)裝置學(xué)方法為NRTL-RK方程,對(duì)多乙二醇分離單分成若干工序。中國石油吉林石化分公司乙二醇元(簡稱700單元)模擬采取的熱力學(xué)方法為裝置設(shè)計(jì)年產(chǎn)乙二醇150kt,同時(shí)聯(lián)產(chǎn)二乙二醇14355kua以及三乙二醇660ta,并副產(chǎn)多乙收稿日期:200802-2醇18937ta。年開工時(shí)間7560h修改稿收到日期:2008-04-18作者簡介:馬淑姻,女,工程師,1996年畢業(yè)于吉林工學(xué)院高分子化工專業(yè),現(xiàn)在中國石油吉林石化分公司乙二2模型的建立醇廠從事乙二醇裝置的T藝管理、技術(shù)開發(fā)及能源管理21模型的數(shù)據(jù)依據(jù)的工作。E-mil;h_mass@petrochina.com.cn;聯(lián)系電話:根據(jù)裝置物料平衡圖提供的數(shù)據(jù),作為模型0432-3988199轉(zhuǎn)306。石化技術(shù)2008年第15卷第3期UNIFAC方程。對(duì)個(gè)別的塔設(shè)備,根據(jù)該塔的特點(diǎn),成、密度、焓值等采用了更為恰當(dāng)?shù)哪Ｐ头椒ā?3450°、600和70礦換熱器模塊的定義2.3模型模塊定義乙二醇反應(yīng)器進(jìn)料預(yù)熱器(E-520)、一級(jí)反應(yīng)確定模型模塊包括乙二醇反應(yīng)工藝系統(tǒng)、乙器進(jìn)料加熱器(E-522)、二級(jí)反應(yīng)器進(jìn)料加熱器二醇脫水工藝系統(tǒng)、500單元、600單元以及700(E-523)及五效再沸器(E-531、E-532、E-533、元共5個(gè)。利用 ASPEN PLUS對(duì)這些系統(tǒng)分別E-534E-535);脫水塔側(cè)線再沸器(E-612進(jìn)行模擬,其中有的精餾設(shè)備涵蓋了冷凝器和再乙二醇產(chǎn)品冷卻器(E-622);二乙二醇產(chǎn)品冷卻沸器模塊。器(E-712)和三乙二醇產(chǎn)品冷卻器(E-72)。23.1500°、600"及700°各塔的模塊的定義物流輸入?yún)?shù):壓力、組成、流量;500、600°包括乙二醇反應(yīng)進(jìn)料汽提塔(T510)、脫醛塔進(jìn)口物流的溫度,70的冷熱進(jìn)料物流的溫度(T560)、零至五效蒸發(fā)器(T530、T531、T532設(shè)備輸入?yún)?shù):出口壓力、500"、600的出口T533、T534、T535);脫水塔(T610)、一乙二醇塔溫度;700°的冷側(cè)、熱側(cè)壓力或壓降、冷側(cè)物流出(T620)及一乙二醇回收塔(T630)、二乙二醇塔口氣相分率、總傳熱系數(shù)。(T710)、三乙二醇塔(T720A/B)。ASPEN PLUS模塊類型: HEATER(500單元、物流輸入?yún)?shù):進(jìn)料物流的溫度、壓力、組成、600單元); HEATX(700單元)。流量。輸出結(jié)果:換熱負(fù)荷;出口物流溫度(冷、熱側(cè)設(shè)備輸入數(shù)據(jù):理論板數(shù)、進(jìn)塔物流的進(jìn)料位出口物流溫度)、壓力、流量、氣相分率組成、焓、熵置、塔壓、冷凝器和再沸器類型、塔頂塔底出料物等結(jié)果數(shù)據(jù)。流的相態(tài)側(cè)線出料的位置和相態(tài)。23.5冷凝器的模塊的定義ASPEN PLUS模塊類型: RADFRAC包括脫水塔冷凝器(E-61|A/B、E62A/B)和輸出結(jié)果:塔頂、塔底產(chǎn)品的溫度、壓力流乙二醇回收塔冷凝器(E-631)量、組成;各塔板的溫度、壓力、氣液相組分組成物流輸入?yún)?shù):冷、熱進(jìn)料物流的溫度、壓力分布;回流量,回流比;冷凝器和再沸器熱負(fù)荷組成、流量。23.2500°600"和70°各泵的模塊的定義換熱器輸入數(shù)據(jù):冷側(cè)、熱側(cè)壓力或壓降包括乙二醇反應(yīng)進(jìn)料泵(C-510);脫水塔釜側(cè)或熱側(cè)出口溫度;總傳熱系數(shù)。液泵(G-610A/B)、脫水塔問流泵(G-61|A/B)、一ASPEN PLUS模塊類型: HEATX乙二醇塔釜液泵(G-620A/B)、一乙二醇產(chǎn)品泵輸出結(jié)果:換熱負(fù)荷;需要換熱面積;冷、熱側(cè)(G-623A/B);二乙二醇塔釜液泵(G-710)、二乙出口物流溫度、壓力、流量、氣相分率組成焓、熵二醇產(chǎn)品輸送泵(G-730)、三乙二醇產(chǎn)品輸送泵等結(jié)果數(shù)據(jù)。(G-740)和三乙二醇塔回流泵(C-721)。24模型計(jì)算收斂容差定義物流輸人參數(shù):進(jìn)料物流的溫度、壓力、組成、閃蒸、蒸餾塔和循環(huán)流的選代計(jì)算相對(duì)允許流量。誤差為1.0×104設(shè)備輸人參數(shù):泵出口壓力ASPEN PLUS模塊類型:PUMP3模擬計(jì)算結(jié)果及分析輸出結(jié)果:泵功率;出口物流溫度、壓力、流3,1計(jì)算條件量、組成等。實(shí)際生產(chǎn)中,各效蒸發(fā)器的操作壓力較設(shè)計(jì)233各回流罐的模塊的定義數(shù)據(jù)偏低,從零效蒸發(fā)器到五效蒸發(fā)器操作壓力包括三效、四效、五效再沸器凝液罐(D533、分別為0.920,0.770,0.570,0.410,0.270,0.117D534、D535)和一乙二醇塔問流罐(D621)。MPa;高壓蒸汽是2060MPa的飽和蒸汽;從零效物流輸入?yún)?shù):進(jìn)料物流的溫度、壓力組成、蒸發(fā)器到五效蒸發(fā)器各自的回流量分別為401,流量420,4.30,4.50,480,4.80h;反應(yīng)器進(jìn)料溫度為設(shè)備輸人數(shù)據(jù):出口壓力;熱負(fù)荷150℃。ASPEN PLUS模塊類型: FLASH32計(jì)算結(jié)果與分析輸出結(jié)果:出口物流的溫度、壓力、流量、組按照實(shí)際工況的各個(gè)操作參數(shù),利用 ASPEN馬淑娟等,利用流程模擬技木對(duì)乙二醇反應(yīng)水合比的研究PLUS對(duì)各單元流程進(jìn)行模擬。取環(huán)氧乙烷的流率消耗的蒸汽量等參數(shù)模擬計(jì)算結(jié)果見表1將表為基準(zhǔn),水流量為變量,實(shí)際操作條件下進(jìn)行工況中不同的水合比分別對(duì)蒸汽消耗量、乙二醇流速研究。不同水合比時(shí)反應(yīng)器出口溫度產(chǎn)品流率、二乙二醇流率和反應(yīng)器出口溫度作圖,見圖1~4。衰1汽消耗、產(chǎn)品流率、反應(yīng)溫度隨水合比變化情況水合比乙二醇/(kgh)二乙二醇(kgh)三乙二醇/(kgh2)反應(yīng)器出口溫度r高壓蒸汽(th)中壓蒸汽(th19338682041886113.76014.59194555159742345671884.58995286%9173495219637441813.7498732518.71108719723.28193.2520071686.2352144162897722.82149319945.321575.6656226781888024.2016.292000887152600658.032187511764202224262830水合比水合比圖1水合比與對(duì)應(yīng)的高壓蒸汽消耗量關(guān)系圖2乙二醇產(chǎn)量隨水合比變化趨勢(shì)口丑理時(shí)水合比水合比醇產(chǎn)量隨水合比變化趨勢(shì)圖4反應(yīng)器出口溫度隨水合比變化趨勢(shì)從表1和圖1-4可以看出:二醇產(chǎn)量減少幅度逐漸變緩1)在乙二醇裝置中,水合比變化對(duì)生產(chǎn)影響4)水合比與反應(yīng)器出口溫度存在著一定的對(duì)很大。隨著水合比的增加高壓蒸汽的消耗也相應(yīng)應(yīng)關(guān)系,可根據(jù)反應(yīng)器出口溫度反推算出水合比增加,并且變化趨勢(shì)呈線性關(guān)系,導(dǎo)致多效蒸發(fā)系的大小。統(tǒng)的負(fù)荷加大,裝置消耗增加。33裝置水合比優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)效益分析2)環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化成乙二醇的選擇性隨水合比根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果及分析,對(duì)裝置水合比工的增加而增加,可得到更多的乙二醇產(chǎn)品。但水合藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。比到一定程度,乙二醇產(chǎn)量增加的幅度變緩。優(yōu)化前,為了保證安全運(yùn)行,裝置采取了較大3)副產(chǎn)物二乙二醇和三乙二醇產(chǎn)量隨著水合的水合比(水合比為26),在反應(yīng)器進(jìn)料溫度150比的增加逐漸減少,水合比增加到一定程度,二乙℃下,反應(yīng)器出口溫度控制在190℃左右。操作中石化技術(shù)2008年第15卷第3期根據(jù)五效蒸發(fā)器T535塔底溫度調(diào)節(jié)進(jìn)入多效蒸合比的增加,可提高環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化成乙二醇的選發(fā)系統(tǒng)的蒸汽流量,使得實(shí)際高壓蒸汽消耗量比擇性,增加乙二醇產(chǎn)量,降低副產(chǎn)物二乙二醇、三設(shè)計(jì)負(fù)荷多10h左右。乙二醇產(chǎn)量,但高壓蒸汽的消耗也相應(yīng)增加裝置水合比工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后,反應(yīng)2)水合比的調(diào)整需要根據(jù)產(chǎn)品的市場價(jià)格來器出口溫度控制在194.6℃左右(水合比為23),確定。當(dāng)提高乙二醇產(chǎn)量所帶來的效益比增加蒸這樣,T320塔的循環(huán)水流率由150h降低到134汽消耗付出的成本要小時(shí),應(yīng)采取較小的水合比th左右,每小時(shí)減少了26t,相應(yīng)的高壓蒸汽消而當(dāng)提高乙二醇產(chǎn)量所帶來的效益比增加蒸汽消耗量由278hh下降到236th,減少了42h。高耗付出的成本要大時(shí),應(yīng)采取較大的水合比。因壓蒸汽消耗量減小的相對(duì)數(shù)值也與模擬計(jì)算結(jié)果此,要權(quán)衡產(chǎn)品收益與能耗這兩者之間的利益,以中水合比從26減小到23的相對(duì)數(shù)值吻合。及乙二醇和二乙二醇市場價(jià)格變化合理調(diào)節(jié)水合以乙二醇的市場價(jià)格8200-8300元∧、二乙比,達(dá)到節(jié)能增效的目的二醇價(jià)格11000元∧、高壓蒸汽的價(jià)格為134元/t計(jì),取年運(yùn)行時(shí)間為7560h,取熱損失為005,對(duì)參考文獻(xiàn)水合比為23和水合比為26的兩種工況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)[ RENON H, PRAUSNITZ J M. Local compositions in therm效益計(jì)算。若不考慮其他分離因素影響,經(jīng)過計(jì)dynamic excess functions for liquid mixtures[] AIChE J, 1968算,水合比為23時(shí)比26時(shí)每年可以增加收益I4(1):135-144.450萬元左右。[2]HANSEN H K, RASMUSSEN P, FREDENSLUND A, et al.Vapo-liquid equilibria by UNIFAC group contribution. 54結(jié)論Revision and Extension [L Ind Eng Chem Res, 1991(30):1)水合比與反應(yīng)器出口溫度存在對(duì)應(yīng)的關(guān)系,2352-2355.可根據(jù)反應(yīng)器出口溫度反推出水合比的大小;水(蝙:谷彥麗)Research on Hydration Ratio in Ethylene Glycol Preparedwith Process Simulation TechnologyMa Shujuan, Liu Zhaohui' and Yang Changnan(1. Jilin Petrochemical Company, Petro China, Jilin, 132022;2. Refining Chemical Company, CNPC, Beijing, 1000113. Northeast Branch of China Petroleum Engineering Company, Jilin, 132000)AbstractThe process of ethylene glycol (EG )plant was simulated, and the basis model built with ASPEN PLUSbased on the different hydration ratio, which was depended on product distribution, steam consumption andeconomic benefit, in reaction of ethylene oxide hydrated with water to ethylene glycol. The feeding of EGreactor as research object, EG reactor and multiple effect evaporation system were investigated, the relationbetween the ratio and high pressure steam flow rate in the evaporation system, and the productive rate of EGor diethylene glycol revealed, the figure between the ratio and steam consumption, productivity indicated. Inorder to realize operating in energy saving the economic benefit was analyzedKey words: process simulation, ethylene glycol, hydration ratio