丙烯精餾塔的操作優(yōu)化

第26卷第1期技術(shù)與應用Vol 26 No. 12008年1月Petrochemical Technology Application」an.2008工業(yè)技術(shù)(61~65丙烯精餾塔的操作優(yōu)化孫衛國,伏妍,丁冠政2,李潔,蘭其盈(1,中國石油蘭州化工研究中心,甘肅蘭州730060;2.中國石油蘭州石化分公司工程公司,甘肅蘭州730060)摘要:利用 Aspen Plus軟件,通過(guò)普通浮閥塔板代替DJ型塔板對丙烯精餾塔操作進(jìn)行了穩態(tài)模擬,對液泛系數進(jìn)行了76%的修正,得出了不同進(jìn)料量和不同進(jìn)料組成下的優(yōu)化操作條件。結果表明,在相同進(jìn)料組成下,最優(yōu)回流比及進(jìn)料位置相同;丙烯精餾塔操作優(yōu)化后,x(塔頂丙烯)在9.6%以上x(chóng)(塔釜丙烯)在10%以下,分離精度達到了指標要求;406塔與406A塔位置調換,可增大裝置操作彈性。關(guān)鍵詞:丙烯精餾塔; Aspen Plus軟件;穩態(tài)模擬;操作優(yōu)化中圖分類(lèi)號:TQ053.5;TQ221.21獻標識碼:B文章編號:1009-0045(2008)01-0061-05乙烯分離裝置的能耗占整個(gè)乙烯系統能耗406A塔釜液相經(jīng)泵輸入406塔頂。406A塔頂設的60%。故改善其操作控制品質(zhì),從而有效地提有冷卻器,406塔釜設有再沸器,高含量丙烯自高乙烯分離過(guò)程中產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,是企業(yè)增406A塔頂產(chǎn)出,其余物料自406塔釜產(chǎn)出,要求加經(jīng)濟效益的一個(gè)關(guān)鍵。針對中國石油蘭州石塔頂產(chǎn)出物的丙烯摩爾分數不小于99.6%,塔釜化分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為蘭州石化)24萬(wàn)U/a烯烴產(chǎn)出物中的丙烯摩爾分數不大于10%。裝置因進(jìn)料量及進(jìn)料組成波動(dòng)而造成裝置操作不穩定的問(wèn)題,本工作以普通浮閥塔板代替DJ型塔板,并應用美國 Aspen tech公司的穩態(tài)模擬軟件 Aspen Plus,對丙烯精餾塔操作進(jìn)行了穩態(tài)了的模擬,對其液泛系數進(jìn)行了合理修正,得出了不同進(jìn)料量和不同進(jìn)料組成下的優(yōu)化操作條件。目前國內有數篇文獻報導了使用不同模擬軟件對類(lèi)似丙烯精餾塔進(jìn)行的模擬分析,但在模擬過(guò)程中,塔板效率多數按100%進(jìn)行核算,同時(shí)1一丙烯原料;2-406A塔塔頂采出的精丙烯;在對新型或特殊塔板進(jìn)行模擬時(shí),對塔板特點(diǎn)考3-406A塔塔底采出;4—進(jìn)406塔塔頂慮不多,對模擬軟件的應用不夠靈活,模擬結果5從406塔塔頂采出的汽相;6-406塔塔釜采出的丙烷與實(shí)際操作并不十分吻合-31。圖1丙烯精餾雙塔工藝流程示意2DJ-3和DJ-5型塔板特點(diǎn)1丙烯精餾塔工藝流程DJ-3和DJ-5型塔板均系浙江工業(yè)大學(xué)研2005年8月蘭州石化烯烴裝置進(jìn)行了擴容究開(kāi)發(fā)的新型高效大通量DJ系列塔板,均采用改造,保留了原丙烯精餾塔(406塔),新建了了矩形降液管,呈懸掛式布置在塔板中間。即降406A塔,并將406A塔作為精餾段與406塔串聯(lián)液管底部并不浸在下層塔板的液體中,而是懸掛操作。406塔共設153塊DJ-3型塔板,塔徑3000mm,板間距450mm;406A塔共設84塊DJ5型塔板,塔徑3400mm,板間距450mm。改造EH中國煤化工開(kāi)孔鼓泡,使塔板CNMHG后的雙塔流程如圖1所示,丙烯原料從406塔第收稿日期:2007-07-26;修回日期:2007-11-28作者簡(jiǎn)介:孫衛國(1973—),男,甘肅民勤人,工程碩土,工程90板進(jìn)入,406塔塔頂氣相進(jìn)人406A塔釜師,從事化學(xué)工程研究工作。已發(fā)表論文4篇62石化技術(shù)與應用第26卷有效面積增大,壓降降低,操作彈性增大,液體流了實(shí)現 Aspen Plus軟件對丙烯精餾塔操作的模通能力可比一般塔板的高30%~50%。擬,本工作用普通浮閥塔板代替了DJ型塔板。DJ-3型塔板設有2根降液管,相鄰兩板的降但是普通浮閥塔板的流通能力與DJ型塔板的相液管互成垂直排列其塔板是復合型的即在塔板差較大,因此必須對塔板代替后的模擬數據進(jìn)行下復合了一薄層規整填料(結構如圖2所示),填合理修正,先期校算表明,設計操作條件下的最料層處于氣相空間,當負荷高時(shí),起到了抑制霧沫大液泛系數為模擬結果的76%,故在以下的討論夾帶作用,使塔板效率可提高10%~15%,氣相通中液泛系數值均按模擬結果的76%進(jìn)行了修正。量可提高15%~20%。因此,DJ-3型塔板除具有大通量、高彈性的特點(diǎn)外,還具有高效率的優(yōu)良特3雙塔操作優(yōu)化性,其板效率與浮閥塔板的相當6m。目前,裝置進(jìn)料量在13000~15000kg/h間波動(dòng),進(jìn)料組成主要是丙烷含量在5%~10%(摩爾分數,下同)波動(dòng)。為此,對不同進(jìn)料量和不同進(jìn)料組成兩種情況下的操作進(jìn)行了模擬優(yōu)化。3.1不同進(jìn)料量下的操作優(yōu)化以進(jìn)料丙烷含量為3.4456%、進(jìn)料量為塔壁;2—降液管;3-一復合填料;4-塔板;5一導流板13000kg/h下的操作為例,來(lái)尋求其最佳進(jìn)料位圖2DJ-3型塔板結構示意置,見(jiàn)圖4?？梢钥闯?當進(jìn)料位置在第53板時(shí),塔頂丙烯含量達到最高,同時(shí)塔釜丙烯含量達到DJ-5型塔板采用了新型固定閥作為鼓泡元最低,表明最佳進(jìn)料位置為406塔第53板件(結構見(jiàn)圖3),較好地綜合了篩孔塔板和浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)。針對傳統固定閥的缺點(diǎn),新型固定閥閥面側邊具有向下彎曲的折邊,改變了從固定閥側孔中吹出的氣體的方向,使氣體從固定閥側孔中斜向下吹到塔板板面上,因此減少了霧沫夾帶量和漏液量,提高了塔板的處理能力和操作彈性,同時(shí)強化了塔板上氣液接觸傳質(zhì),提高了塔9958090100板傳質(zhì)效率。在受液區設置新型固定閥還可以進(jìn)料位置板數減少DJ-5型塔板的沖擊漏液量,其塔板效率和圖4不同進(jìn)料位置的分離效果操作彈性與浮閥塔板的相當213)。其他條件不變,將進(jìn)料位置調整為第53板,來(lái)尋求其最合適的質(zhì)量回流比,見(jiàn)圖5?？梢钥闯?質(zhì)量回流比在13之上時(shí),即可使分離精度達到要求,考慮實(shí)際生產(chǎn)中的操作波動(dòng)情況,為保證產(chǎn)品質(zhì)量,應當將質(zhì)量回流比調整在13.2-13.8圖3DJ-5型塔板新型固定閥結構示意15100.0根據國內多年來(lái)的經(jīng)驗,丙烯精餾塔的塔板效率一般在0.6~0.7,但是否準確,國內文獻報道較少,已發(fā)表的在進(jìn)行模擬計算時(shí),塔板效率多數采用1,其模擬結果與實(shí)際操作并不完全吻中國煤化工合。本工作在模擬核算中,D-3與D-5塔板CNMHG994效率按0.77124(廠(chǎng)家提供)設定。Aspen Plus軟件不能直接模擬DJ型塔板,為圖5不同質(zhì)量回流比的分離效果第1期孫衛國等.丙烯精餾塔的操作優(yōu)化63其他條件不變,將質(zhì)量回流比調整為13.5,烯含量都能合格。這表明塔釜產(chǎn)岀量對塔頂、塔來(lái)判定最合適的塔釜產(chǎn)出量,見(jiàn)圖6?？梢钥闯?釜丙烯含量影響較大,并且可調整空間只有當塔釜產(chǎn)出量在510-550kg/h時(shí),塔頂、塔釜丙40kg/h,因此生產(chǎn)中應嚴格控制塔釜產(chǎn)出量,以避免生產(chǎn)波動(dòng)引起的產(chǎn)品質(zhì)量不合格以相同的方法對進(jìn)料量為14000kg/h和維區姿99.515000kg/h時(shí)的操作進(jìn)行模擬優(yōu)化,結果見(jiàn)表1與表2?？梢钥闯?不同進(jìn)料量下的最佳進(jìn)料位置均為406塔第53板,合適的質(zhì)量回流比均為13.5,這說(shuō)明在固定進(jìn)料組成下,進(jìn)料量的變化1418塔釜產(chǎn)出量/(kg·h2)對最佳進(jìn)料位置及回流比的選擇影響不大;塔釜圖6不同塔釜產(chǎn)出量下的分離效果產(chǎn)出量的可調整范圍較小。表1不同進(jìn)料量下的優(yōu)化操作條件進(jìn)料量/進(jìn)料位置質(zhì)量回塔釜產(chǎn)出量/(kg·h)塔釜溫冷卻器負再沸器負荷/度/℃荷/(GJ·h1)(CJ·h-1)第53板13.5510-55053062.35652.475753.5123614000第53板13.5550~59057062.37556.513657.633第53板590-64060.534861.734表2不同進(jìn)料量下的優(yōu)化分離結果10%(摩爾分數)時(shí)的操作進(jìn)行模擬優(yōu)化,結果見(jiàn)進(jìn)料量x(塔頂x(塔釜最大液表3、表4?？梢钥闯?不同進(jìn)料組成下的最佳進(jìn)(kg·h-1)丙烯)/%丙烯)/%泛系數0.579料位置不同,且隨著(zhù)丙烷含量的增加,最優(yōu)進(jìn)料1400099.640.623位置板數越來(lái)越大,最優(yōu)質(zhì)量回流比、塔釜產(chǎn)出15000量隨之增大,塔釜溫度呈逐步下降趨勢,而塔頂冷卻器負荷逐步上升,但它們的變化幅度都不3.2不同進(jìn)料組成下的操作優(yōu)化大,再沸器負荷變化不明顯;操作優(yōu)化后,x(塔頂以相同的方法對進(jìn)料量15000kg/h,進(jìn)料中丙烯)在99.6%以上,x(塔釜丙烯)在10%以下,丙烷含量組成分別為5%,6%,7%,8%,9%,分離精度達到了指標要求。表3不同進(jìn)料組成下的優(yōu)化操作條件x(進(jìn)料丙進(jìn)料位置質(zhì)量塔釜產(chǎn)出量/(kg·h-)塔釜溫冷卻器負荷/再沸器負荷/烷)/%(406塔)回流比(GJ.h)GJ.h)第60板14.587061.0863.5664.10010~108060.4864.39第71板l170-12501330-1420第78板16.01500~1600155066.3665.17第80板16.21660-177064.57表4不同進(jìn)料組成下的優(yōu)化分離結果進(jìn)料組成中丙烷含量的波動(dòng)使調整優(yōu)化操(進(jìn)料x(chóng)(塔頂x(塔釜最大液作的難度明顯增大,為保持裝置的平穩運行,應丙烷)/%丙烯)/%丙烯)/%泛系數0.694盡5.93中國煤化工乍,以避免雙塔進(jìn)料0.698組在進(jìn)料丙烷含量99.63CNMH時(shí)叫盛范圍較小,需要有99.644599.64較高的調整精度,對裝置操作的平穩程度要求很0.701高,建議用精度較高的流量計在線(xiàn)監測產(chǎn)出量64石化技術(shù)與應用第26卷以便精確及時(shí)地調整操作。在相同進(jìn)料量下,隨著(zhù)進(jìn)料組成中丙烷含量的增從以上優(yōu)化規律可以很容易地推斷出不同進(jìn)加,進(jìn)料位置板數增大,回流比、塔釜產(chǎn)出量、冷料量和不同進(jìn)料組成下的進(jìn)料位置及回流比的優(yōu)卻器負荷、再沸器負荷增大,塔釜溫度稍有降低,化結果,只對產(chǎn)出量進(jìn)行模擬計算即可得出所有其液泛系數增大他優(yōu)化結果,從而大大減少模擬工作量,提高模擬c,在進(jìn)料丙烷含量較低時(shí),產(chǎn)出量的可調整工作效率,實(shí)現對現場(chǎng)實(shí)際操作的及時(shí)指導。范圍較小,建議用精度較高的流量計在線(xiàn)監測產(chǎn)出量,以便精確及時(shí)地調整操作。雙塔位置對換對操作的影響d.丙烯精餾塔操作優(yōu)化后,x(塔頂丙烯)在模擬表明,406塔的氣、液相平均流率及液泛99.6%以上,x(塔釜丙烯)在10%以下,分離精度系數均高于406A塔的,而406塔塔徑又小于406A達到了指標要求。塔的,這不利于大進(jìn)料量下的操作。以進(jìn)料量e.406塔與406A塔位置調換,有利于消除15000kg/h、進(jìn)料丙烷含量3.456%為例,把兩塔瓶頸因素,增大裝置的操作彈性。位置對換,進(jìn)行模擬對比。質(zhì)量回流比和塔釜產(chǎn)出量分別設為13.5,615kg/h,雙塔位置調換前的進(jìn)參考文獻料位置為406塔第53板,調換后的進(jìn)料位置為40611培德李端陽(yáng),汪靜,等,化工過(guò)程模擬技術(shù)及HYsM模擬塔第138板(由計算得知),模擬結果對比見(jiàn)表5。系統在化工生產(chǎn)中的應用[J].湖北化工,2002(6):4-62]賀來(lái)賓楊霞,岳金彩,等基于SQP法的ECSs-化工之星優(yōu)化可以看出,雙塔位置調換后406塔最大液泛系數由功能的實(shí)現[J,計算機與應用化學(xué),2004,21(5):753-7570.667下降為0.624,406A塔最大液泛系數由[3]唐勇.丙烯酸精制單元的計算機模擬與優(yōu)化[]丙烯酸化工0.466上升為0.520,并且406A塔最大液泛系數仍與應用,2003,16(3):20-24然低于406塔的,其他模擬結果十分接近,因此若[41夏和青,利用 Aspen Plus模擬軟件挖潛丙烯精餾塔[.煉油裝置要進(jìn)一步改造,建議考慮將兩塔位置對換,這技術(shù)與工程,2003,33(7):44-46樣可以充分發(fā)揮406A塔塔徑較大流通能力較強55方,日肉紙精系統過(guò)程概最分析1,石化技術(shù)的優(yōu)勢,有利于較大加工量下的操作。6]姚克儉,章淵昶,王良華,等新型高效大通量DJ系列塔板的研究與工業(yè)應用[].化工進(jìn)展,2003,22(3):228-231表5雙塔位置調換前后的模擬結果[7]朱菊香,俞蹺梅,章淵昶,消除氣體凈化裝置瓶頸的DJ塔板調整前調整后[.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2005,26(6):37-39進(jìn)料位置板數(406塔)[8]林廣田,廖勇DJ-3新型塔盤(pán)在催化重整脫水塔中的應用再沸器負荷/(CJ·h-1)61.73[].山東化工,2002,31(4):22冷卻器負荷/(GJ·h1塔頂溫度/℃45.91045.919[9]劉崇明,王為,姚克儉,等DJ型高效塔盤(pán)在乙烯裝置中的應塔釜溫度/℃62.493用(J]乙烯工業(yè),2002,14(4):28-32x(塔頂丙烯)/%99.610]祝鈴鈺,劉保柱,呂水軍,等,乙烯精餾塔的瓶頸分析及擴x(塔釜丙烯)/能改造[J].石油化工,2003,32(8):700-703406塔最大液泛系數0.6670.624[11]朱菊香,俞曉梅矩形懸掛降液管塔盤(pán)的結構特點(diǎn)與工業(yè)應406A塔最大液泛系數0.4660.520用[J]計算機與應用化學(xué),2005,33(6):623-62412]章淵昶,王良華,朱菊香,等新型固定閥懸掛降液管塔板的開(kāi)發(fā)及工業(yè)應用J].石油化工,2003,32(10):896-8995結論[13]張頌紅,任立新,周愛(ài)文,等DJ-5型塔板在丁二烯精餾塔a.與普通浮閥塔板相比,DJ型塔板具有效改造中的應用[].石油煉制與化工,2004,35(11):53-率高、流通量大的優(yōu)點(diǎn)。在用普通浮閥塔板代替D型塔板進(jìn)行模擬時(shí),須對液泛系數進(jìn)行76%相關(guān)文獻鏈接:的修正。[I]張振華,趙俊峰,張明建,丙烯精餾塔的優(yōu)化操作[].乙烯b.丙烯精餾塔的優(yōu)化調整規律為:在相同進(jìn)中國煤化工料組成下,隨著(zhù)進(jìn)料量的增加,回流比及進(jìn)料位CNMHG餾塔操作條件的優(yōu)化張:日于服,2005,34(1):64-67置不變,塔釜產(chǎn)出量、塔頂冷卻器負荷、塔釜再沸「3〕方衛東,馮輝霞.丙烯精餾塔的在線(xiàn)優(yōu)化[J.蘭州理工大器負荷增大,塔釜溫度基本不變,液泛系數增大學(xué)學(xué)報,2004,30(2):72-74第1期孫衛國等.丙烯精餾塔的操作優(yōu)化Operation optimization of propylene rectification towerSun Weiguo, Fu Yan, Ding Guanzheng, Li Jie, Lan Qiying(1. Lanzhou Petrochemical Research Center, Petro China, Lanzhou 730060, China;2. Engneering Department of Lanzhou Petrochemical Company, Petro China, Lanzhou 730060, ChinaAbstract: The operation of propylene rectification After the operation optimization of propylene rectificatower was simulated in the stable state by applying tion tower, the molar fractions of propylene at the topAspen Plus software and using ordinary floating valve and the bottom of the tower were above 99.6%, belowtray instead of DJ type tray. Then, the value of flood- 10% respectively: If the positions of tower 406 anding coefficient was corrected by 76% and the optimized 406 A exchanged, it could increase the operating flexioperating paramerers with different feed amount and bility of the unitsdifferent feedstock compostion were obtained. The re-Key words: propylene rectification tower; Aspenults showed that the best reflux ratio and feeding posi- Plus software; simulation in the stable state; opera讀者·作者·編者·下期要目·混合C4催化轉化規律研究·某廠(chǎng)催化裂化裝置操作工況核算分析及對策·聚氧化乙烯合成工藝研究·丙烯精餾塔動(dòng)態(tài)模擬●用于生產(chǎn)1,6-己二醇加氫催化劑的制備及評價(jià)·LTB-1型增產(chǎn)丙烯助劑在催化裂化裝置上的直餾柴油餾分烴類(lèi)組成研究應用催化裂化進(jìn)料噴嘴壓降分級結構對其霧化效果·多產(chǎn)丙烯LIP-200催化劑的工業(yè)應用的影響催化劑在環(huán)管聚丙烯裝置上的應用幾種分子笫催化劑在催化裂化汽油改質(zhì)中的性·平衡劑粒度分布對催化裂化產(chǎn)品分布的能對比·酸性氣含氨量對 Claus工藝的影響簡(jiǎn)訊丙烯腈催化劑萬(wàn)噸級工業(yè)應用通過(guò)鑒定據“中國石化新聞網(wǎng),2007-12-6”報道,由2006年10月在中國石化齊魯石化腈綸廠(chǎng)4萬(wàn)t中國石化齊魯分公司腈綸廠(chǎng)和中國石化上海石a丙烯腈裝置上進(jìn)行了工業(yè)應用,連續平穩運行油化工研究院共同承擔的“SAC-2000丙烯腈催1年后,于2007年10月由中國石化組織專(zhuān)家進(jìn)化劑萬(wàn)噸級工業(yè)應用”項目于2007年11月22行了節法里日該伴化劑在這套裝置上日,順利通過(guò)中國石化科技開(kāi)發(fā)部組織的技術(shù)鑒表某化二中國煤烯單耗和對環(huán)境定。SAC-200丙烯腈催化劑小試于2003年5更CNMHG屬?lài)H先進(jìn)水平,月通過(guò)中國石化組織的技術(shù)鑒定,同年7月在中經(jīng)濟效益和社會(huì )效益顯著(zhù)。國石化高橋石化公司進(jìn)行了千噸級工業(yè)應用,(甘肅蘭州武愛(ài)軍供稿)