煤制乙二醇精餾工段脫醇塔再沸器設計探討

第36卷第5期能源化工Vol 36 No 52015年10月Energy Chemical IndustryOct.,2015煤制乙二醇精餾工段脫醇塔再沸器設計探討鞏志海',賈愛(ài)君2(1.東華工程科技股份有限公司,安徽合肥23024;2.安徽新華學(xué)院安徽合肥230089摘要:對煤制乙二醇生產(chǎn)裝置中乙二醇精餾工段的脫醇塔再沸器設計進(jìn)行了探討。運用 AspenPlus軟件對換熱器進(jìn)行模擬計算,得到乙二醇、1,2-丁二醇、四甘醇等混合醇溶液的物性數據;將數據導入換熱器計算軟件HTRI中,對脫醇塔再沸器進(jìn)行設計。關(guān)鍵詞:乙二醇 Aspen Plus軟件HTR軟件熱虹吸再沸器中圖分類(lèi)號:TQ015.9;TQ051.65文獻標識碼:A文章編號:2095-9834(2015)05-0019-05Discussion on design of dealcoholization tower reboiler indistillation section of coal-based ethylene glycol synthesisGONG Zhihai, JIA Aijun(I. East China Engineering Science and Technology Co., Lid, Hefei 230024, China2. Anhui Xinhua University, Hefei 230088, China)Abstract: The design of dealcoholization tower reboiler in distillation section of coal-based ethylene glycol synthesis device is dis-ssed. Physical data of mixed alcohol solution including ethylene glycol, 1, 2-butyl glycol, tetraglycol ete arelation of heat exchanger with Aspen Plus software. Dealcoholization tower reboiler is designed by importing these data into heat exchanger software of hTRIKey words: ethylene glycol; Aspen Plus software; HTRI software; thermosiphon reboiler乙二醇( ethylene glycol)又名甘醇、1,2-亞乙基大量需求,替代進(jìn)口。二醇,簡(jiǎn)稱(chēng)EG,是最簡(jiǎn)單和最重要的二元醇,主要用煤制乙二醇生產(chǎn)過(guò)程中,產(chǎn)品的質(zhì)量和收率于生產(chǎn)聚酯、防凍液等。經(jīng)估算,每生產(chǎn)1t聚酯產(chǎn)直是眾多技術(shù)中最難攻克的難點(diǎn)之一。其中聚酯品,需消耗0.33t乙二醇。近年來(lái),中國聚酯產(chǎn)量年生產(chǎn)需要優(yōu)等品乙二醇,除了對純度、色度等要求增長(cháng)率8%~10%,乙二醇國內產(chǎn)量遠不能滿(mǎn)足聚酯嚴格外,對于紫外透光率也有很高要求。因此,乙市場(chǎng)需求,自給率一直維持在30%左右。根據興高二醇精餾工段是獲得優(yōu)等品乙二醇的關(guān)鍵工段化學(xué)的預測,2015年中國聚酯行業(yè)對乙二醇需求量之一。約1300萬(wàn)t,總需求量將達到1400萬(wàn)t,進(jìn)口量繼筆者對某7.5萬(wàn)Ua乙二醇裝置精餾工段的脫續維持在800萬(wàn)t左右,供需矛盾短時(shí)間仍難以醇塔再沸器設計進(jìn)行探討,以獲得能高效穩定運行緩解。的再沸器。傳統上,乙二醇的工業(yè)生產(chǎn)是以石油乙烯為原1流程簡(jiǎn)述料。為了擺脫對日益枯竭、價(jià)格高企的石油資源的煤制乙二醇工藝中,除生成乙二醇外還會(huì )產(chǎn)生依賴(lài),由碳一化學(xué)路線(xiàn)合成乙二醇獲得了各研究機1,2-丁二醇、四甘醇、二甘醇、1,3-丙二醇等雜醇;構的高度重視。其中由興高化學(xué)、東華科技及宇部而乙二醇與1,2-丁二醇均為高沸點(diǎn)物質(zhì),且沸點(diǎn)非興產(chǎn)聯(lián)合體開(kāi)發(fā)的合成氣制乙二醇技術(shù)(俗稱(chēng)煤制乙二醇)在新疆天業(yè)兩期項目上均實(shí)現了單系列滿(mǎn)收稿日期:2015-08-21。負荷生產(chǎn),并獲得了良好的經(jīng)濟效益。煤制乙二醇作者簡(jiǎn)介:鞏志海(1982—),男,山東高密人,工程師,現從事化工技術(shù)的推廣應用將緩解國內聚酯行業(yè)對乙二醇的工藝設計和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。E-mail:gongzhihaic@chinaecec.com能源化工2015年第36卷第5期常接近。脫醇塔的主要作用是脫除1,2-丁二醇、四而該精餾塔再沸器的換熱面積較大,且乙二醇易聚甘醇、二甘醇、1,3-丙二醇等醇類(lèi)物質(zhì)。合,故內置式再沸器不宜作為選擇方案常壓下乙二醇的沸點(diǎn)為1973℃,由于乙二醇2)釜式再沸器存在投資大、占地面積大、傳熱活性較高,在高溫下易發(fā)生縮聚反應生成聚乙二醇系數較低物料在加熱段停留時(shí)間較長(cháng)、易結垢、液(PEG)導致收率降低。為防止乙二醇縮聚,提高優(yōu)體產(chǎn)品的緩沖容積小等缺點(diǎn),考慮節約投資、占地等品乙二醇的收率降低脫醇塔再沸器對于蒸汽品及減少物料在加熱段停留時(shí)間等因素,不予考慮。位的要求,因此脫醇塔采用真空精餾。3)臥式熱虹吸再沸器存在占地面積較大、不便脫醇塔是乙二醇精餾工段最為重要、尺寸最大于安裝布置等缺點(diǎn),不予考慮。的塔,其中再沸器的設計十分關(guān)鍵;真空精餾再沸4)強制循環(huán)式再沸器存在投資和操作費用高、器的安裝高度(靜壓頭)和管程進(jìn)出口管徑的取值汽化率低等缺點(diǎn),不予考慮是再沸器能否高效穩定運行的決定因素,在設計中5)降膜再沸器僅用于沸點(diǎn)相差較大的2種介應予以重點(diǎn)關(guān)注。鑒于優(yōu)等品乙二醇對于紫外透質(zhì)的分離,投資和操作費用較高,也不宜作為備選光率有嚴格要求,本工段的所有再沸器換熱管均采方案。用304不銹鋼制造。因此,立式熱虹吸再沸器以占地面積小、連接根據工藝包建議,脫醇塔塔釜操作壓力為22管線(xiàn)短、管程流體不易結垢、再沸器金屬耗量低、出kPa(A),蒸發(fā)乙二醇溶液量64015kg/h;各組分質(zhì)塔產(chǎn)品的緩沖容積較大、流率穩定性較高、可控性量分數如下:乙二醇99.3%,1,2-丁二醇0.06%,四好、加熱段的停留時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn),作為脫醇塔再甘醇0.39%、二甘醇0.03%、1,3-丙二醇0.22%;采沸器的首選方案。用1.5MPa(G)飽和蒸汽加熱。4主要結構參數2模擬軟件換熱器計算軟件HTRI中采用設計模式計算得本再沸器的設計需先用流程模擬軟件 Aspen到的換熱器結構尺寸通常都需要調整,其原因在于Plus進(jìn)行熱量衡算,后用換熱器計算軟件 HTRI HTRI軟件中默認的換熱器標準為美國管式換熱器( Heat Transfer Research Inc.)進(jìn)行結構設計。制造商協(xié)會(huì )標準(TEMA),與國內換熱器的制造標物料的物性數據準確與否是流程模擬成功的準(GB/T151-2014《熱交換器》)的結構尺寸有關(guān)鍵。由于HTRI軟件中組分和物性庫的有限性,定區別。在校核設計時(shí)進(jìn)行的調整,主要包括以下需要通過(guò) Aspen Plus軟件模擬后,將數據導人HTRI幾個(gè)方面軟件實(shí)現。1)換熱管直徑。管徑越小則換熱器越緊湊,造首先使用 Aspen Plus軟件,根據本模擬體系的價(jià)越低;但管徑越小阻力降也越大?？紤]到乙二醇特點(diǎn)采用NRTL-RK方程作為熱力學(xué)計算依據對換等醇類(lèi)在高溫下會(huì )發(fā)生縮聚反應,物料黏度較大熱器冷側物料進(jìn)行模擬,熱側蒸汽物性方法采用為方便清洗,選用外徑為φ25mm的換熱管。對于STEAM-TA方程。需在換熱器 Heat模型的冷側碳素鋼及合金鋼無(wú)縫鋼管,一般選取d25mm×25和熱側分別建立30個(gè)數據點(diǎn)供導出。mm;不銹鋼管道一般選取d25mm×2mm。為防止其次通過(guò) Aspen Plus軟件自帶的Ds程序界面鐵離子影響乙二醇的紫外透光率,選用d25mm×2Aspen Plus Simulation Engine,將數據用 HTXINT命mm的不銹鋼管道作為換熱管。令導入專(zhuān)門(mén)用于換熱器工藝計算的模擬計算軟件2)換熱管長(cháng)度。因本項目再沸器安裝在7mHTRI中。聯(lián)合框架上,考慮到安裝高度及空間,再沸器長(cháng)度3再沸器形式不宜過(guò)長(cháng),經(jīng)計算確定換熱管長(cháng)度為3.5m,殼程內目前,常用的再沸器主要有釜式、內置式、立式徑1800mm。熱虹吸式、臥式熱虹吸式及強制循環(huán)式等形式,設3)換熱管排列方式與管心距。換熱管排列方式計者應根據工藝要求、操作特點(diǎn)進(jìn)行綜合比選。主要有正方形和三角形2種。三角形排列有利于殼1)內置式再沸器存在換熱面積小、液體循環(huán)程流體達到湍流且排管數較多,方形排列則有利于差、不適于黏稠液體以及換熱率低、易結垢等缺點(diǎn),殼程的清洗。因本再沸器殼程為飽和蒸汽冷凝,介質(zhì)鞏志海等煤制乙二醇精餾工段脫醇塔再沸器設計探討21潔凈不會(huì )結垢,故換熱管采用正三角形排列。管心距統,靜壓頭宜小于2/3換熱管長(cháng)度;但靜壓頭降低般為(1.25~1.5)d(d為換熱管外徑),對于外徑汽化率會(huì )增加,在調整靜壓頭時(shí),注意汽化率不能為φ25mm換熱管,管心距常規取32mm。大于50%”這一經(jīng)驗總結。3)折流板。再沸器殼程為蒸汽冷凝,故選用常在HTRI軟件 Reboiler data中分別輸入1000規的單弓形折流板。根據經(jīng)驗,相同的壓力降下,3500mm中的6個(gè)靜壓頭數據,得到6組汽化率、圓缺高度為直徑20%的折流板將獲得最好的傳熱換熱面積富余量、傳熱系數等數據,見(jiàn)表1。效率。另外在不考慮阻力降的情況下,折流板間表1靜壓頭和汽化率對照距應盡量小,以最大可能地提高換熱管外的傳熱系靜壓頭/mm汽化率,換熱面積富實(shí)際傳熱系數數。最小的折流板間距為殼體直徑的1/3-1/2,而余量,%)換熱管最大無(wú)支撐間距為171d,0mm,故折流板間10005L.234.16648.12616.62距應取600~(171×25)/2mm之間的數值。本再沸器折流板間距取600mm。250018.0594.275水力學(xué)參數的選取3000確定再沸器水力學(xué)參數,首先需要畫(huà)一張包含350013.328.43620.4再沸器、精餾塔以及連接管道的簡(jiǎn)圖,并在圖上標注與管線(xiàn)/管口直徑相關(guān)的各種高度、長(cháng)度。還應由表1可見(jiàn):隨著(zhù)靜壓頭的增加,汽化率減小注意連接管線(xiàn)的直徑、長(cháng)度以及彎頭等管件,見(jiàn)換熱面積富余量先減小后增加。靜壓頭10mn時(shí)汽化率為51.2%,超出了汽化率不大于50%的規圖1。定,再沸器管程易出現塊狀流,對再沸器的穩定操作不利,應予以舍棄。根據參考文獻[2]的經(jīng)驗總結,本項目靜壓頭取值小于2/3換熱管長(cháng)度較為穩妥,故取小于H700233m的靜壓頭。同時(shí)由圖1可知,脫醇塔液位低報警值比正常液位低630mm,若選用1500mm靜壓頭則有可能DN200在低液位報警前再沸器運行已經(jīng)不穩定。綜上所述,選用2000mm靜壓頭作為設計基準圖1脫醇塔及再沸器示意根據原化工部化學(xué)工程設計技術(shù)中心站編寫(xiě)的《化工單元操作設計手冊》,對于非真空狀態(tài)操作5.1靜壓頭的選取的精餾塔再沸器,需注意再沸器出口的最大汽化率靜壓頭是塔金正常液位到再沸器下管板的不應大于40%,以防止循環(huán)的不穩定性;同時(shí)汽化垂直距離。再沸器水力學(xué)計算過(guò)程中,靜壓頭取率也不應小于5%,以保證熱虹吸循環(huán)的正常進(jìn)行。值是一個(gè)重要參數,直接影響再沸器內的氣化率5.2再沸器管程進(jìn)出口管徑的選擇以及換熱器面積的設計富余量。根據確定的再沸器靜壓頭2000mm及脫醇塔由于本臺再沸器是在真空狀態(tài)下操作,《換熱與再沸器的初步外形尺寸,確定兩者之間的相對布器設計手冊》中建議在真空運轉情況下,必須采用置關(guān)系;考慮接管彎頭等管件的當量長(cháng)度,在HTRI較低的靜壓頭,以防止過(guò)冷。在真空情況下,靜壓軟件 Piping中輸入相應數值,得到再沸器不同進(jìn)出頭不應大于管長(cháng)的05倍,且應控制出口氣相分率口尺寸的壓降、汽化率、富余面積氣相參數p2(密低于50%1。對于“靜壓頭不應大于管長(cháng)的05度與速率平方的乘積,表示氣相的動(dòng)能)等數據,見(jiàn)倍”的規定,筆者認為偏于保守,對于真空度不是很表2。高的精餾,靜壓頭小于換熱管長(cháng)度即可。對于真空再沸器管程進(jìn)口壓降占比大可以提高顯熱段度高的精餾,可參照文獻[2]中“對于高真空精餾系傳熱系數,并相應減少再沸器下部過(guò)冷顯熱段長(cháng)22能源化工015年第36卷第5期度,達到增加再沸器富余量的目的;此外還可增加根據表2中進(jìn)出口阻力降占比及汽化率、換熱再沸器的運行穩定性。一般控制進(jìn)口壓降占總壓面積余量等因素,確定入口管徑200mm,出口管徑降的20%~35%。根據工程經(jīng)驗,出口管的壓力降1200mm。不宜過(guò)大,不能超過(guò)總壓降的35%。表2再沸器進(jìn)出口管徑計算對照管徑/mm總壓降/kPa進(jìn)口管道出口管道汽化率,面積余氣相pm2進(jìn)口出口壓降/kPa占比,%壓降/kPa占比,%%量,%(kgm-2·s2)19.515.5028.173.6018.4756.6035.913211.6019.437.0336.182.8814.8149.7033.752005.9319.518.2642.332.3411.9945.6032.431316.559.009.9843.6031.7719.388.4842.8031.5l635.0915013009.587.4442.2031.30461.122.5713.2723.4732.383214.41.8629.592008.79100019.424.993.2016.478028.081318.985.8430.112.6913.8929.3027.21901.3l2006.2811.7728.2026.8313006.5833.752.0126.619.456.435.0125.7440.6031.023215.9090019.452.0610.5922.4431.3027.92010.54100014.8719.2026.2026.261320.69l10019.503.5718.323.183.4025.33902.8312003.866913.8622.5025.00637.68130019.394.082.3512.1021.9024.773000.655.2126.7538.9030.473216.6019.475.7829.1027.262011.4730010002.l110.8166明20.6323.7025.491321.6917.73300120019.422.322.19.9023.743001300194825012852.571317191023.29465:676設計結果續表3采用 Aspen Plus軟件中的UNIF-DMD物性方法項目主要參數得到乙二醇、1,2-丁二醇、四甘醇、二甘醇、1,3-內二換熱管外徑/mm醇等多元醇混合液在真空狀態(tài)下的物性數據,并導入換熱管平均壁厚/mm2.0HTHR軟件中進(jìn)行乙二醇精餾工段的脫醇塔再沸器設換熱管長(cháng)度/mm3500計,最終得到換熱器主要參數,見(jiàn)表3和表4。換熱管間距/mm32.0表3換熱器主要參數換熱管型式PLAIN橫向折流板型式SEGMENTAL主要參數換熱器型式BEM橫向折流板切割率,%靜壓頭L/mm2000橫向折流板間距/mm有效換熱面積/m684.89殼程入口pm2/(kgm2s2)殼體內徑/mml800設計溫度/℃殼程:220,管程:200主要材質(zhì)殼程CS,管程304換熱管數量/根2661設計壓力/MPa殼程:2.0,管程:0.3(FV)鞏志海等煤制乙二醇精餾工段脫醇塔再沸器設計探討23表4管口表( NOZZLES)管口符號法蘭標準法蘭規格密封面用途HG/T20615-2009《鋼制管法蘭( Class系列)》WNPN50(bar)DN300蒸汽進(jìn)口N2HG/T206152009《鋼制管法蘭(Cass系列)》WN PNS0( bar)DN150RF蒸汽冷凝液出口IG/T20615-2009《鋼制管法蘭(Clas系列)》wNPN20(bar)DN200RF工藝液進(jìn)口N4HG/T20615-200鋼制管法蘭(Clas系列)》WNPN20bar)DN1200工藝液出口結語(yǔ)Tubeside monitor顯示自換熱管底部向上流體1)考慮到乙二醇的性質(zhì),選用管程為304不銹分別為活塞流和環(huán)狀流,未出現霧狀流,說(shuō)明管程鋼材質(zhì)的立式熱虹吸再沸器。流體蒸發(fā)穩定。運行信息 Runtime Messages也顯示2)靜壓頭減小會(huì )引起再沸器出口汽化率增加,本換熱器的熱虹吸系統穩定。該再沸器自2013年但應控制汽化率不超過(guò)50%,且應考慮精餾塔最低初安裝至今,運行穩定,完全滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。液位和最高液位對再沸器運行的影響,綜合考慮選擇2000mm的靜壓頭。參考文獻:3)再沸器進(jìn)出口管徑對于再沸器的汽化率、換熱面積余量以及穩定運行等方面有重要影響,[1]錢(qián)頌文:換熱器設計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版需根據壓力降占比確定。根據計算結果,確定脫社,2002:57,102醇塔再沸器管程的入口管徑200mm,出口管「2】劉健·立式熱虹吸再沸器HR優(yōu)化設計[J.化工徑1200mm。設計,2008,18(2)…++…"+““+“+“++“+““+“+“高酸性天然氣中有機硫脫硫技術(shù)戰略硏究”通過(guò)中國石化科技部驗收日前,南化集團硏究院承擔的"高酸性天然氣中有機硫脫硫技術(shù)戰略研究"項目通過(guò)了中國石化科技部組織的驗收。該項目在了解現有技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)方向、技術(shù)優(yōu)勢的基礎上,提出中國石化在高酸性天然氣中有機硫脫除技術(shù)研發(fā)方向和專(zhuān)利戰略建議,形成中國石化在該領(lǐng)域的專(zhuān)有技術(shù)。專(zhuān)家一致同意該項目通過(guò)驗收,并建議在專(zhuān)利戰略研究取得成果的基礎上進(jìn)步開(kāi)展針對性研究工作,更新完善專(zhuān)利數據。據統計,全球剩余氣田中有近40%儲量的天然氣為含CO2和H2S的酸性劣質(zhì)天然氣,其中,不少氣田酸氣總含量以體積分數計超過(guò)原料氣組成10%,甚至更高。在我國,四川盆地是我國天然氣的主力氣區,也是近年來(lái)發(fā)現特大型整裝氣田最多、產(chǎn)能建設最大的區域,而該區域尤其是川東北的大氣田基本以高含硫或高酸性并含有機硫氣田為主。因此,國內外天然氣消費量的持續增加,必將推動(dòng)劣質(zhì)酸性天然氣的開(kāi)采,而高含硫或高酸性并含有機硫氣田在劣質(zhì)酸性天然氣開(kāi)采中是最為困難、技術(shù)要求最為苛刻的。與此冋時(shí),國內外對環(huán)境保護日益重視,產(chǎn)品天然氣的控制指標也相應提高。因而,開(kāi)發(fā)和掌握高含硫天然氣凈化技術(shù)對于保障我國高酸性氣田開(kāi)采具有重要作用十中中#“……十“十““““++“+“+“+“+“+““““““““““““““+-國電富通簽約陜北乾元低階煤利用EPC項目近日,北京國電富通公司與陜西陜北乾元能源化工有限公司簽訂50萬(wàn)υa處理低階煤“國富爐”工業(yè)試驗項目EPC總承包合同。該項目位于陜西省榆林市麻黃梁工業(yè)園區,是國電富通GF低階煤綜合利用技術(shù)在長(cháng)焰煤提質(zhì)領(lǐng)域的首次應用,項目建成后將年處理長(cháng)焰煤50萬(wàn)t,年產(chǎn)半焦33.84萬(wàn)t煤氣0.132億m3焦油3.312萬(wàn)t