丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬

第26卷第2期石化技術(shù)與應用2008年3月Petrochemical Technology& Application工業(yè)技術(shù)(153~157)丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬孫衛國,伏妍,李潔,高陽(yáng)光,蘭其盈(中國石油蘭州化工研究中心,甘肅蘭州730060)摘要:利用 Aspen Dynamics軟件對丙烯精餾塔的操作進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬。結果表明,無(wú)論是進(jìn)料量進(jìn)料組成還是回流量擾動(dòng)均對操作產(chǎn)生較大影響,主要體現在塔釜溫度、冷卻器負荷、再沸器負荷、塔頂及塔釜丙烯摩爾分數和產(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,而且響應迅速,塔頂及塔釜丙烯摩爾分數的響應速度緩慢,波動(dòng)持續時(shí)間超過(guò)8h;儀表調節規律對動(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;積分調節中圖分類(lèi)號:TQ221.212;TQ01.81文獻標識碼:B文章編號:00-0045(2006)02-0153-05中國石油蘭州石化分公司烯烴裝置所用裂擬的基礎上直接轉換,不需要專(zhuān)門(mén)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,其所含丙烷摩爾分數為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)的丙烯精餾塔穩態(tài)模擬結果為基礎進(jìn)行轉換,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)模擬中儀表的調節均烯精餾塔塔頂產(chǎn)品質(zhì)量合格,塔釜丙烯經(jīng)常出采用比例調節,比例度設為100%。丙烯精餾塔現損失過(guò)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(jiàn)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數),能耗較高。筆者利用 Aspen Dynamics模擬項目回流罐再沸器1再沸器2再沸器3軟件對丙烯精餾塔進(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、回流量等操作因素擾動(dòng)下長(cháng)度/m4.90010.1597.5007.240的動(dòng)態(tài)特性,用于指導裝置的運行,節約了能源,并為裝置今后的改造和實(shí)現先進(jìn)控制提供了基礎數據。2動(dòng)態(tài)模擬初始化目前,國內對于精餾過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬的應用報在 Aspen Plus穩態(tài)模擬中,對物料特性、塔道"較少,有專(zhuān)家曾利用HSYS模擬軟件對的氣液平衡,換熱器管程及殼程溫度分布均采用丙烯分離過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬研究,取得了較好嚴格模型計算。但在 Aspen Dynamics動(dòng)態(tài)模擬中若使用嚴格模型計算,則模擬計算量過(guò)大,難的效果,但尚未見(jiàn)到利用 Aspen Dynamics模擬軟以實(shí)現動(dòng)態(tài)模擬要求。因此,動(dòng)態(tài)模擬中在求取件對丙烯精餾塔進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬研究的相關(guān)報道。上述重要參數時(shí),均要對穩態(tài)模擬結果進(jìn)行分段線(xiàn)性化處理,并使用線(xiàn)性化處理后的參數對穩態(tài)1動(dòng)態(tài)模擬流程丙烯精餾塔流程見(jiàn)文獻[9]。筆者曾利用結果進(jìn)行初始化,從而得到動(dòng)態(tài)模擬的初值,故Aspen Plus軟件對丙烯精餾塔進(jìn)行穩態(tài)模擬,所而動(dòng)態(tài)模擬的初值與穩態(tài)模擬結果有細微的得結果與實(shí)際操作數據吻合較好,解決了部分操中國煤化工作參數的優(yōu)化問(wèn)題。利用 Aspen Dynamics軟CNMHG-09-20上國(y/-),男,百氏勳人,工程碩士,工程件實(shí)現動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬比較方便,可在穩態(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)與應用第26卷差別。產(chǎn)出量、塔釜丙烯摩爾分數等操作參數均有較明丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬初始化過(guò)程中,冷卻器顯的波動(dòng)(見(jiàn)圖1),在運行8h后趨于平穩,此時(shí)負荷、塔釜溫度、再沸器負荷、塔頂產(chǎn)出量、塔釜的模擬結果及其與穩態(tài)模擬結果的對比見(jiàn)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一再沸器負荷;口一冷卻器負荷口-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波動(dòng)曲線(xiàn)褒2丙烯精餾塔穩態(tài)及動(dòng)態(tài)模擬操作參數對比定義/單位穩態(tài)模擬操作參數動(dòng)態(tài)模擬操作參數塔頂產(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再沸器負荷/(J·h57.07057.1208由表2可見(jiàn),丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)初始化模擬結精餾塔的操作參數不能頻繁變動(dòng),一般在進(jìn)料果與其穩態(tài)模擬結果接近,因此該結果可作為動(dòng)量變化不大時(shí)不宜進(jìn)行大幅調整,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)各操作參數的波動(dòng)情況見(jiàn)圖2及圖3。進(jìn)料量的擾動(dòng)對圖中所示操作參數均產(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)幅度中國煤化工較大,塔頂與塔釜丙烯摩爾分數響應速度緩慢,CNMHG卻器負荷波動(dòng)超過(guò)8h才能趨于新的平衡。這說(shuō)明丙烯圖2進(jìn)料量擾動(dòng)下操作參數的波動(dòng)曲線(xiàn)第2期孫衛國等.丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬155時(shí)各操作參數的波動(dòng)情況見(jiàn)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;△一再沸器負荷;圖3進(jìn)料量擾動(dòng)下塔產(chǎn)出量及丙烯章?tīng)柗謹档牟▌?dòng)曲線(xiàn)口一冷卻器負荷;◇一塔頂溫度32進(jìn)料組成0.998進(jìn)料組成中丙烷摩爾分數由3.4456%階躍為5.0000%時(shí)各操作參數的波動(dòng)情況見(jiàn)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)下操作參數的波動(dòng)曲線(xiàn)ot2314516由圖5可見(jiàn),回流量擾動(dòng)后,冷卻器負荷、再Q一塔釜溫度;△一再沸器負荷;口一冷卻器負荷沸器負荷、塔釜溫度、塔頂及塔釜產(chǎn)出量和丙烯摩爾分數波動(dòng)幅度較大,且塔頂及塔釜產(chǎn)出量波動(dòng)響應迅速動(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),均對操作產(chǎn)生了較大影響,主要體現在塔釜溫度、冷卻器負荷、再沸器負荷、塔頂及塔釜產(chǎn)出量和丙烯摩爾分數的波動(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)出量丙烯摩爾分數的波動(dòng)響應速度較慢,波動(dòng)持續時(shí)口-x(塔釜丙烯);一x(塔頂丙烯間均超過(guò)8h。在實(shí)際操作中,當產(chǎn)品質(zhì)量出現不合格或接圖4進(jìn)料組成擾動(dòng)下操作參數的波動(dòng)曲線(xiàn)近不合格時(shí),為了使產(chǎn)品質(zhì)量盡快恢復正常,操由圖4可見(jiàn),進(jìn)料組成擾動(dòng)后,冷卻器負荷、作人員往往對操作采取較大幅度的調整,這樣雖塔釜溫度、再沸器負荷、塔頂及塔釜產(chǎn)出量、塔釜然可使產(chǎn)品質(zhì)量在短時(shí)間內有所好轉,但大幅度丙烯摩爾分數波動(dòng)幅度較大,塔頂丙烯摩爾分數調整往往帶來(lái)更大范圍和更長(cháng)時(shí)間的生產(chǎn)波動(dòng)響應速度緩慢,波動(dòng)持續時(shí)間超過(guò)8h。從而中國煤化工繁發(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平穩且循序剛進(jìn)的力式進(jìn)仃操作調整。156石化技術(shù)與應用第26卷4儀表調節規律對動(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)模擬中調節儀表的調節規律均為比例契配合是實(shí)現先進(jìn)控制的前提。調節。為了了解儀表調節規律對丙烯精餾塔動(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:例,將比例調節改為比例積分調節(比例度保持[1陸恩錫,張篡娟,尹清華化工過(guò)程模擬及相關(guān)高新技100%不變,積分時(shí)間為1min),對進(jìn)料量從術(shù)(1)化工過(guò)程穩態(tài)模擬[J]化工進(jìn)展,1999,18(4):6315000kg/h階躍為16000kg/h后的操作過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,相關(guān)參數波動(dòng)情況見(jiàn)圖6。[2]陸恩錫,張慧娟化工過(guò)程模擬及相關(guān)高新技術(shù)(Ⅱ)化工過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬[門(mén)].化工進(jìn)展,2000,19(1):76-78075[3]顏景方,吳啟龍丙烯精餾系統過(guò)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能070洞10996改造[冂]石油化工,2003,32(8):700-703[5]蔡國光顧兆林王梓人,等無(wú)水酒精恒沸精餾塔的動(dòng)態(tài)模擬計算[刀釀酒科技,2004,22(2):58-60[6]王健,王二強陳標華,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(mén)].化工學(xué)報,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)計算機與應用化學(xué),2006,23圖“比例積分調節時(shí)進(jìn)料量擾動(dòng)下操作參數的波動(dòng)曲線(xiàn)8]吳凱何小榮邱形脫丙烷塔的操作優(yōu)化[J]計算機與應用化學(xué),2003,20(3):233-235.比較圖6與比例調節時(shí)的圖3可以看出,相(9孫衛國,伏妍,丁冠政,等,丙烯精塔的操作優(yōu)化[],石化應參數的波動(dòng)趨勢、持續時(shí)間基本一致,由于儀技術(shù)與應用,2008,26(1):61-65表調節比例度不變,因此各參數的響應速度沒(méi)有明顯區別;由于積分調節因素的影響,使塔頂產(chǎn)相關(guān)文獻鏈接:出量的波動(dòng)幅度明顯不同,但由于產(chǎn)出波動(dòng)很快[1孫衛國李憑力邸士標等丙烯精餾塔過(guò)程糗擬[J,石化趨于平穩,加上回流罐本身對塔頂產(chǎn)出物濃度的技術(shù)與應用,2007,25(2):147-151.緩沖作用以及其他儀表的調節規律未作調整,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(guò)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。儀表調然氣化工,2006,35(1):26-28節規律對丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)特性的影響較為明顯,[4]楊伯倫,吳江,趙國勝,等.反應精餾過(guò)程中的多穩態(tài)分波動(dòng)幅度和響應速度與儀表本身的調節參數設析[刀中國化學(xué)工程學(xué)報: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。數尋優(yōu)中的應用[]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:自然科學(xué)版,205,34(1):645結束語(yǔ)丙烯精餾塔的動(dòng)態(tài)模擬表明,進(jìn)料量、進(jìn)料[η方衛東,馮輝鱖丙烯精餾塔的在線(xiàn)優(yōu)化[冂.蘭州理工大學(xué)組成及回流量的擾動(dòng),均對操作產(chǎn)生了較大影學(xué)報,2004,30(2):72-14.響,主要體現在塔釜溫度、冷卻器負荷、再沸器負8劉雨虹,A甲PmPu化工模擬系統在精餾過(guò)程中的應用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,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-新反應精餾過(guò)程模擬一 Aspen Plus應用范例[打].內蒙古石油化工,2001,27(4):53-56應迅速,塔頂及塔釜丙烯摩爾分數的波動(dòng)響應速[10]體分餾裝丙烯精餾塔三種軟件包的計算度較慢,波動(dòng)持續時(shí)間均超過(guò)8h。該動(dòng)態(tài)特性中國煤化工8要求操作人員必須采取比較平穩且循序漸進(jìn)的[CNMHG在精餾過(guò)程中的應方式進(jìn)行操作調整。儀表調節規律對動(dòng)態(tài)特性夜不,9,0(3):1-2第2期孫衛國等.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(yè))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(chǎng)芳烴聯(lián)合裝置投運日本能源公司于2007年11月中旬宜布,其公司于2006年9月開(kāi)始建設該芳烴聯(lián)合裝置,在日本東部新建的具有1050萬(wàn)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(chǎng)芳烴聯(lián)合裝置投入試運。該芳烴聯(lián)運。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(wàn)∽/a催化重整、258萬(wàn)t/a凝析業(yè)務(wù)中國煤化工能力為2076油分離、85萬(wàn)m3/a輕石腦油生產(chǎn)裝置、41萬(wàn)a萬(wàn)vCNMH嚦萬(wàn)va,鹿島煉對二甲苯裝置和17萬(wàn)t/a純苯裝置。日本能源油廠(chǎng)為1050萬(wàn)凵/a。(上海錢(qián)伯章供稿)