丙烯精馏塔过程模拟

第25卷第2期石化技术与应用Vol 25 No. 22007年3月Petrochemical Technology ApplicationMar.2007工业技术(147~151)丙烯精馏塔过程模拟孙卫国',李凭力2,邸士标3,兰其盈(1.中国石油兰州石化分公司石油化工研究院,甘肃兰州730060;2.天津大学,天津300072;3.中国石油兰州石化分公司石油化工厂,甘肃兰州730060)摘要:利用 Aspen Plus软件对丙烯精馏塔进行了模拟计算,选取其中的SK- SOAVE模型模拟丙烯精馏塔。模拟计算结果及对操作灵敏度的分析表明:塔顶产出量对丙烯精馏塔分离精度的影响最明显其次是塔板效率和回流比;原设计加工量偏高,实际生产应保持16000kg/h的加工量;稳定塔顶产出操作可有效提高分离精度,并可使塔顶产出量提高近75%。关键词:丙烯;精馏塔;分离; Aspen Plus软件;过程模拟;塔板效率;回流比中图分类号:TQ221.212文献标识码:B文章编号:1009-0045(2007)02-0147-05中国石油兰州石化分公司乙烯装置原生产的文献中,还未曾见到对丙烯精馏塔塔板效率进能力为16万υ/a,与其配套的丙烯精馏塔(代号行精确核算和对塔操作灵敏度进行深入分析的为406塔)共有153块塔板,采用浙江工业大学相关报道。开发的D-3型喷射筛板,塔径3.0m,塔顶产出物中丙烯摩尔分数不低于996%,但塔釜产出物1丙烯精馏塔操作参数中C轻组分(不包括丙烷,下同)摩尔分数约为丙烯精馏塔(406及406A塔)共有239块塔%,尚不能满足分离精度(该值小于10%)的板〔视塔顶冷却器为第1块塔板,塔釜再沸器为要求。第239块塔板),原料丙烯自丙烯精馏塔第164为了提高加工能力及分离精度,对该乙烯装块塔板进入塔内进行精馏分离,高浓度丙烯自塔置进行了24万凵a扩能改造。改造时为了节约顶产出,其余物料自塔釜产出。丙烯精馏塔主要投资,保留了原406塔。但由于在塔径不变的情操作条件的设计值及实际值列于表1。况下,无法提高全塔的流通能力,而要提高加工能力及分离精度,就须在原有基础上进一步增加褒1丙烯精馏塔操作参数塔板数和降低回流比。为此新建了1台丙烯精项目设计值实际值馏塔(代号为406A塔),并将其与406塔串联操进料量(k:b”)1730052.054.7作。406A塔共有84块塔板,采用浙江工业大学塔顶压力/kPa17641730开发的DJ-5型喷射筛板,塔径3.4m。2塔串联塔釜压力/№Pa1884操作相当于406A塔在上、406塔在下的单塔操塔顶温度A41.056作。但改造后的新装置投产后操作一直不稳定,回流温度℃37.637,6加工能力也达不到设计要求。回流比12.2913.80笔者利用 Aspen Plus软件对改造后的丙烯精塔顶产出量/(kg·h")馏塔操作进行了模拟计算,得出了较准确的塔板塔釜产出量/(kg·h1)塔顶产出物中丙烯摩尔分数/%≥99,6≥99,6效率并分析出装置不稳定及加工能力达不到设塔釜产出物中的C轻组分摩尔分数%≤10计要求的原因,为装置操作优化提供了技术指导。国内曾有专家使用不同的模拟软件对类似中国煤化工的丙烯精馏塔进行模拟分析实现了操作优化,口三NMHG①,在的明取得了较好的经济效益-”。但目前在已公开从事化学工程研究工作。148石化技术与应用第25卷2工业过程模拟阀塔板及筛板塔板相当。塔内上下塔板平行旋2.1计算模型的选取转90°垂直安装[见图1(b),(c)]。一方面由于Aspen Plus软件提供的SK-S0AVE,塔板上无常规的伸人下层塔板的降液管,另一方PENG-ROB,SR- POLAR3种模型比较适用于面由于气相通过小孔可从不同方向喷射出来,因C2及C3的分离模拟计算。试算结果表明,此其处理能力较大SK- SOAVE模型比PENG-ROB模型更适合于在 Aspen Plus模拟软件中没有提供D-5高压条件下C1分离的操作模拟,与生产实际可和DJ-3类型的塔板形式(,笔者在对丙烯精馏更好地拟合。另外,SR- POLAR模型参数由高压塔进行工业过程模拟之前,首先根据D-5和气液平衡实验数据回归得到,由于它考虑了极性分D-3型塔板的降液管面积率将其折算为子的气液平衡,因此更适合模拟含有CO,CO2,H2, Aspen Plus软件所认可的塔板形式。DJ-5和2等极性物质的裂解过程和裂解气的精制及压DJ-3型塔板的板径分别为3.4,3.0m,降液管缩操作。由于丙烯精馏塔物料中不含以上极性物面积率分别为15.12%,15.21%,计算后可得质,因此选用SK- SOAVE模型进行模拟计算。DJ-5型塔板的降液管宽度为0.437m(双降液2.2塔板模拟管A板)和0.414m(单降液管B板),DJ-3型丙烯精馏塔所使用的DJ-5和DJ-3型塔塔板的降液管宽度为0.385m(双降液管A板)板结构[见图1(a)]相似,其塔板效率与一般浮和0.366m(单降液管B板),如图1(d)所示。双降液管宽度单降液管宽度第n块板引第n+l块板(a)塔板结构(b)塔板安装侧视(c)塔板安装俯视(d)塔板模拟图1塔板结构、安装及模拟示意2.3塔板效率的选取流率变化情况如图2所示。根据实际生产经验,一般认为丙烯精馏塔的塔板效率在60%~70%,但此值是否准确,国内5750文献却鲜见报道。国内相关文献25在进行丙烯精馏塔模拟计算时塔板效率多数采用100%,5600但其模拟结果与实际操作并不完全吻合。笔者埋525500首先采用非理论板计算的 Rate frac模块对丙烯精馏塔的塔板效率进行了模拟核算。 Rate Frac模块利用在塔板上生成气泡大小、气泡数量等传塔板数块递性质的因素直接计算相间传质、传热等,并得到图2丙烯精馏塔塔板气液相流率变化曲线组分的分离结果,其优点在于可以计算出气液界面的传质、传热系数和传质质量及气液相组成,同时由图2可见,全塔气相与液相流率大约为可估算出塔板效率和液泛情况。 Rate frac模块核5000~5700kmoh,且变化较大。其中第26块算出的塔板效率在全塔中为80%-85%,依此进塔板上的液相与气相流率均达到最高值分别为行模拟计算,所得计算结果与实际操作比较吻合。5中国煤化工接近原设计液相2.4原工艺设计校核流率CNMHG(6070.4 kmol/模拟计算得到的丙烯精馏塔各塔板气液相h)。但第232块塔板上的液泛系数已经达到第2期孙卫国等.丙烯精馏塔过程模拟0.98。模拟计算结果表明,在原设计条件下操作由表2可见,塔顶产出物的丙烯摩尔分数为已经接近满负荷,几乎没有操作弹性,这也是实99.7%,塔釜产出物中的C轻组分摩尔分数小际操作中加工量一直达不到设计加工量、塔釜产于10%,均达到了设计及实际生产对丙烯纯度和出不合格及实际操作回流比大于设计回流比(数丙烯损失的要求,同时塔顶产出量达到了据见表1)的主要原因。15050kg/h。可见在现有的生产条件下,如能进丙烯精馏塔中丙烯、丙二烯、丙烷等3个关一步稳定操作,塔顶产出量比实际产出量可提高键组分物质的量分布情况如图3所示。约7.5%。4操作参数灵敏度分析为了优化生产,需要了解工艺操作条件的最优选择;为了满足装置今后改造的需要,应该了解装置设计中的瓶颈,因此,有必要对丙烯精馏塔的相关操作参数进行灵敏度分析。以下是基110150190230于丙烯精馏塔进料量为16000kg/h时的操作灵敏度分析。O一丙烷;·一丙烯;△一丙二烯4.1进料位置对分离精度的影响图3丙烯精馏塔中丙烯、丙二烯、丙烷鏖尔分数变化曲线图4反映了进料位置变化对分离精度的影由图3可见丙烯与丙烷的分离主要集中在响。在进料位置从第150块塔板至第180块塔板提馏段丙二烯的分离主要在提馏段的第210块变化的过程中,当进料位置低于第170块塔板塔板之后,全塔灵敏板在20-230块塔板间。建时,塔釜产出达不到分离要求。议在该处加装温度自控点,通过此点温度控制塔釜再沸器加热蒸汽的量。3实际操作过程模拟丙烯精馏塔进料量为16000kg/h、回流比为13.8、在第164块塔板进料时的模拟结果见表2150155160165170175180饔2丙烯精馏塔实际操作条件下的模拟计算结果进料板数块项目进料塔至顶温度/℃田4进料位置对分离精度的影响压力/Pa1764质量流率/(kg·h1)4.2回流比对分离精度的影响C3H.60,7160,711.22E-07回流比变化对分离精度的影响如图5所示。13.115002.84C,Hs8.043.12E-3544.049.92E-3516000.00950.0015050.0组分摩尔分数0.00400.07148.5400E-120.94200.01480.997011.512012.513.013.514.014.5ChE0.8424凵中国煤化工0.00200.03571.5000E-350.00200.03574.7700E-35CNMHG响热负荷/(GJ·h1)由图5可见,在回流比从11.5变至14.5时,石化技术与应用第25卷塔顶产出物中丙烯浓度呈增大趋势,而塔釜产出5水力学计算物中C轻组分浓度呈减小趋势,当回流比大于在C2,C3的分离操作中发泡现象比较轻微,13.2时,才能保证丙烯精馏塔的分离要求。这也丙烯精馏塔实际发泡系数应为0.9~1.0。以再次解释了实际操作回流比(13.80)大于设计回A型塔板为例,在发泡系数分别为1.0,0.9的流比(12.29)的原因。图5表明回流比对丙烯精种情况下,对丙烯精馏塔的第2~85块塔板进行馏塔分离精度的影响比较明显模拟计算,得到塔构件的平均参数如下:液泛系4.3塔顶产出量对分离精度的影响数相应为0.79,0.88;降液管流速均为0.08m/s;图6反映了塔顶产出量变化对分离精度的降液管持液高度均为0.19m;平均持液高度与板影响。在塔顶产出量从14980kg/h至15100kg/间距之比均为0.43;压力降均为0.45kPa。这表h的变化过程中,对分离精度的影响较明显,塔顶明保持16000kg/h的加工量是比较合适的产出量的操作范围为(15050±30)kg/h时,分离精度才能达到精馏要求,这表明丙烯精馏塔塔顶6结论产出量的控制必须有很高的稳定性。因此,建议a.在用 Aspen Plus工艺模拟软件对丙烯精用精度为0.1‰%的质量流量计严格控制塔顶产出馏塔进行模拟计算时,选择合适的模型及对塔板量,尽量减少波动,并配合以塔釜液面的平稳控效率的准确估算是得到与实际操作结果相一致制,从而提高全塔的分离精度及操作稳定性。b.灵敏度分析结果表明,塔顶产出量对丙烯6420精馏塔分离精度的影响最明显,其次是塔板效率和回流比。c.丙烯精馏塔原设计加工量偏高,实际生产难以达到设计值,应保持目前16000kg/h的加工量。14980150201515100d.稳定塔顶产出操作可有效提高分离精度塔顶产出量(kgh2)并可使塔顶产出量提高近7.5%。图6塔顶产出量对分离精度的影响参考文献:4.4塔板效率对分离精度的影响[1]张春良,王盺,王文婷,等锦西石化分公司气体分馏装置的图7反映了塔板效率变化对分离精度的影扩能改造[刀]石油炼制与化工,2003,34(3):29-32.响。在塔板效率从0.65至0.85的变化过程中,[2]夏和青利用 Aspen Plus模拟软件挖潜丙烯精馏塔[]炼油塔顶产出物中丙烯浓度呈增大趋势,而塔釜产出技术与工程,2003,33(7):4446.物中C。轻组分浓度呈减小趋势,塔板效率变化[3]景立新,吴大可气体分馏装置丙烯精馏塔操作条件的优化[刀]贵州工业大学学报,2005,34(1):64-67对塔釜产出物中丙烯浓度的影响较大,只有当塔4]陈丽,高维平杨莹等乙烯装置中丙烯精馏塔节能改造研板效率大于0.78时,才能保证分离精度的要求。究[冂]吉林化工学院学报,2002,19(4):1-4.因此在以后的装置改造中,应当考虑使用高效塔5]杨青云张励张晓光等气体分馏装置丙烯精馏塔三种软盘或填料。件包的计算对比[冂]炼油设计,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相关文献链接:可V中国煤化工拟研究(]石油与天塔板效率[2]CNMHG过程中的多稳态分析图7塔板效率对分离精度的影响[刀].中国化学工程学报(英文版),2006,14(3):301-308第2期孙卫国等,丙烯精馏塔过程模拟151·[3]孙巍,李琳陈晓春. Aspen Plus在工业精馏塔故障诊断与参例[门]内蒙古石油化工,200127(4):53-56数寻优中的应用[J]化工进展,2005,24(8):935-937[6】谢扬,沈庆扬. Aspen Plus化工模拟系统在精馏过程中的应4]刘雨虹, Aspen Plus化工模拟系统在精馏过程中的应用[]用[门]化工生产与技术,1999,6(3):17-22.石油化工腐蚀与防护,2003,20(4):56-59[7] Venka S,梁治国计算机软件包 Aspen Plus在反应精馏中的5]杨绪壮,屈一新.反应精馏过程模拟— Aspen Plu;应用范应用[门].世界石油科学,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简讯·我国成为全球最大的废旧塑料再生利用国由于塑料原料短缺,目前我国已成为全球最目前,塑料原料在我国属短缺型产品,大量大的废旧塑料市场和再生利用国,同时也是全球依赖进口的状况一直没有得到根本性改变。据废旧塑料进口量最大的国家。在我国废旧塑料中国工程塑料协会提供的数据,2005年,中国合年产生量约1000万t,加上每年进口近500万t,成树脂表观消费量达到3835万t,而国内产量只社会拥有量每年约1500万t。有2142万t,进口量为1879万t,自给率仅据中国塑料加工工业协会副秘书长、中国塑56%。再生塑料便成为解决原料紧缺的捷径,而协塑料再生利用专委会秘书长马占峰日前说,依且来源丰富、成本低廉。据中塑协提供的数据,据统计数据分析,可推算出2005年中国塑料制品在每年利用国内再生塑料600万t的基础上,中实量为2658.9万t,废弃塑料产生量约为960.8国每年约消化进口废旧塑料500万t。2006年1万t,排放比率约为36%。另据测算,2005年中国月至9月,中国内地进口废旧塑料421.4万t,比废旧塑料回收量约为600万t(按塑料制品实际去年消费量计算,回收率为22.6%),处理进口废旧塑中国煤化工日报》,2007料495.6万t,废旧塑料消费量达1000多万to01-2YHECNMHG