丙烷丙烯分离塔操作优化研究

第3期邓凯,等:丙烷丙烯分离塔操作优化研究91·丙烷丙烯分离塔操作优化研究邓凯12,杜军驻,仇汝臣(1.青岛科技大学化工学院,山东青岛260422诺安检测服务(青岛)有限公司,山东青岛266012)摘要:介绍了丙烯的生产工艺方法,利用化工软件的模拟计算结合实际生产标定探索丙烷丙烯分离塔的操作优化,并分析了丙烷丙烯分离塔生产波动的原因,提出了操作优化方案关键词:丙烷;丙烯;实际生产标定;模拟计算;操作优化中图分类号:TQ221.21·2文献标识码:B文章编号:1008-021X(2012)03-0091-04Study on Operated optimization of propane- Propylene distillationDENG Kai,, DU Jun-zhu, QIU Ru-chen(1. College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and TechnologyQingdao 266042, China; 2. Sino Analytica( Qingdao Ltd, Qingdao 266012, ChinaAbstract: The methods of productive process were introduced, the operated optimization of propanepropylene distillation was studied by combining with the actual production calibration and simulatecalculation of chemical software, and the reason of productive fluctuation of the propane- propylenerectification tower were analysed. The optimization schemes were proposed to solve the problemsKey words: propane; propylene; actual production calibration; simulate calculation; operated optimization气体分馏装置在化工企业中的地位是非常重要新技术。的,气体分馏装置的操作水平和经济效益直接影响(1)利用歧化反应制备丙烯化工企业的操作水平和经济效益。而丙烷丙烯分离国外的生产工艺主要有IFP公司的Meta-4工塔是气体分馏装置的重要生产单元,并且丙烯是石艺、 ABB Lummus公司的OCT工艺和Saol公司,油烃裂解过程中生成的重要产品之一,是重要的化 Equistar公司BASF公司,以及 Lyondell公司等研发工原料石油烃经裂解、压缩分离、加氢等一系列过的各种生产工艺。国内中国科学院大连化学物理研程后进入丙烯塔,在丙烯塔中分离得到丙烯产品,丙究所采用Wo3或MoO2作为活性组分和上海石油烯塔是丙烯生产装置中一个很重要的设备,它的运化工研究院采用MCM-48分子筛为载体WO2为行状态可以极大地影响整套装置的经济效益。1丙烯生产概述活性组分,催化丁烯和乙烯进行歧化反应进行了一1.1丙烯的生产工艺系列的研究。丙烯作为重要的化工原料,其需求不断增加,丙2)催化裂解生产丙烯烯通常以联产品或副产品得到。目前来看丙烯大约国外的生产工艺主要有Areo和KBR公司的有68%来自蒸气裂解制乙烯的联产,29%来自炼油Superflex工艺、 ATOFINA和UOP公司的OCP工艺、厂催化裂化(FC)的副产,另外还有3%来自丙烷 Exxon mobi公司的MOI工艺、Lug公司的Poyr脱氢和烯烃歧化和甲醇转化。但石脑油为原料的蒸工艺、日本旭化成公司的Omga工艺和Sal公司气裂解制乙烯、丙烯以及炼厂催化裂化副产的丙烯的烯烃催化裂解工艺等,国内主要有中石化的深度的收率相对较低,因此,常规的蒸气裂解和催化裂化裂解DC工艺、中石化的催化热裂解CPP工艺、兰难以在短时间内解决丙烯短缺的问题。目前,国内州石化分公司的烯烃催化裂解工艺以及北京化工研外积极开发了一系列增产丙烯以及扩大丙烯资源的究院的BOC中国煤化工收稿日期:2012-03-01CNMHG作者简介:邓凯(1983-),女,技术员,青岛科技大学在职硕士。山化SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷(3)丙烷脱氢制丙烯确地找出生产波动的原因,可以切实地解决工厂的国外的生产工艺主要有 Catofin工艺、STAR工实际生产难题。化工模拟软件中 ChemCAD高度集艺、 Linde工艺 Oleflex工艺、和 Snamprogetti与成、界面友好、操作简单,并且附带了多个系统和模Yarsintez公司合作开发的丙烷脱氢制丙烯技术等。块,只需稍作修改便可使用,可满足一般用户的需其中 Oleflex和 Catofin工艺工业应用较多。要,可根据需要,新建一个用户自定义模块,按需设4)甲醇制烯烃置好参数便可使用2。文献3也较为详细地介绍国外的生产工艺主要有 Exxon mobil公司的了 ChemCAD的在精馏方面的应用。本文作者应用MTO工艺、UOP和 Hydro公司的MO工艺和 Lurgi ChemCAD进行与实际生产标定相结合的模拟计算。公司的MTP工艺,其中有突破性进展的是UOP公2丙烷丙烯分离塔的操作优化司以SAPO-34为催化剂的MTO工艺。丙烷丙烯分离塔是气体分馏装置的重要生产单1.2丙烷丙烯分离塔的优化分析元,丙烷丙烯分离塔的稳定性直接影响丙烯产品的丙烯塔的进料为丙烷-丙烯二元混合物,由于产量和质量。在生产实际中分馏单元丙烯塔的产量二者的相对挥发度接近1,较难分离,因此,为了达和产品的质量产生较大的生产波动的原因主要有:到工艺要求的分离效果,丙烯塔所需的塔板数较多,(1)塔底液位不能正常控制,液位较低,产生波动回流比较大,能量消耗也较高。既使在此情况下,丙(2)塔底产品中丙烯含量高,使大量丙烯都损失掉,烯塔塔釜流出物中的丙烯含量仍有可能达到很髙的影响了丙烯的产品质量和产量。比例。由于丙烯是最终产品,具有很高的经济价值,为了解决上述生产中存在的问题,找出丙烷丙而丙烷的利用价值却较低,对于大多数装置来说,丙烯分离塔生产波动的原因,作者对丙烯塔及其附属烷都是作为原料回到裂解炉进行回炼,因此,如果塔系统进行多次生产标定,并从中选出两套生产数据釜中含有过高含量的丙烯,将意味着会有很大一部作为模拟计算的依据。通过流程模拟软件对这两套分丙烯产品在回炼过程中损失掉。因此,降低丙烯标定数据进行严格的工艺计算,从中选出工艺标定塔釜流出物中的丙烯含量,对提高企业的整体经济计算结果与标定数据差别大的生产数据,并将这套效益具有很重要的意义。标定数据作为生产波动的原因探索及改造方案计算1.3用于分离优化的化工模拟软件的原始数据,从而找到丙烷丙烯分离塔生产波动的目前应用广泛的化工流程模拟软件有 ASPEN原因,并在此基础上提出丙烷丙烯分离塔的操作优技术公司的 Aspen Plus和 Hysys、 SimSci公司的化方案。PRO/Ⅱ和 CHEMSTATIONS公司的 Chem CAD等。对筛选出的两套标定数据用流程模拟软件进行但在实际生产中,丙烯塔的生产波动比较大,因此,工艺计算,简要结果汇总见表1表2。通过实际生产标定和化工软件的模拟计算结合,准表1第一套工艺标定数据计算结果Tablel The first set of calculating technical demarcated data塔顶产品塔底产品序号计算值标定值相对误差计算值标定值相对误差流量/(kg/h)1003722974.35E-06温度/℃0.010189292210.00487甲烷( Methane)9.34627E-1145E-110.1060671.27728E-201.52E-200.15968乙烷( Ethane)0.1608070.0720472.90790E-163.05E-160.04659乙烯( Ethylene)0.312230.2489392.13204E-201.86E-200.组成丙烷( Propane)3.05531E-42.85E-40.0720390.76653810.850.098190.5176536frac)0.203610.23343870.556258异丁烷(1- Butane)2.98388E-163.25E-16-0.081882E-53.42E-050.33733正丁烷(N- Butane)5.12673E-204.55E-200.126754中国煤化工0.112271合计CNMHG0.162384第3期邓凯,等:丙烷丙烯分离塔操作优化研究93表2第二套工艺标定数据计算结果Table2 The second set of calculating technical demarcated data塔顶产品塔底产品序号项目计算值标定值相对误差计算值标定值相对误差流量/(kgh)2467.01324680.0004677.9846770.001454温度/℃0.00851261.979630.00033乙烷( Ethane2.97572E-32.36E-31.01873E-171.86E-17丙烷( Propane)5.61561E-34.83E-30.16260.94609230.0346丙烯( Propylene)0.0013220.5118786异丁烷(I- Butane)9.55467E-216.85E-210.3948422.29438E-32.56E-030.10376组成正丁烷(N- Butane)1.56739E-212.25E-210.303382.16843E-51.28E-050.6940883 (molefa)1-丁烯(1-Bun)2.1434E-222.58E-22-0.16253.7861E-42.3E-040.496802反丁烯( Trans-2- Butene)1.02597E-21.62E-221.69009E-52.28E-05顺丁烯(Cis-2- Butene)5,67574E-224.25E-220.3354688.78923E-66.57E-060.337782正戊烷(N- Pentane)3.72210E-223.16E-220.177881.19578E-102.75E-100.56517平均相对误差0.2413750.351332由表1和表2可知,第一套工艺标定计算结果变的情况下,固定塔底再沸器的热负荷,改变塔顶冷与标定数据相符合,因此,选用第二套的标定数据作凝器热负荷计算了10套结果,然后固定塔顶冷凝为原始数据。器,改变塔底再沸器计算了10套结果,简要计算结以第二套标定数据为原始数据,在进料条件不果见表3、表4。表3冷凝器热负荷的变化对产品产量和质量的影响Table3 Condenser thermal load changes in the product yield and quality冷凝器热负荷序号塔顶产品产量/(kg/h)塔底产品产量/(kg/h)塔顶产品中丙烯含量/(kg/h)/(k/h)变化率/%-8.071E7-0.696412294.465646107338.0712E7-0.6939412282.88985461.068-8.075E70.647212268.297265.8310546l.06118.080E-0.585712055,90867278.21956460.95868.088911620.78655713.1026956460.72718.1022E70.312511088.70571245422476460.3945-8.1276E76131.0878-8.132E70.05419864.266872469.860895959.3240-8.1425E70.18339558.800412775.32735655.085-8.1506E70.2830中国煤化工448.2016E70.91057280.9756HCNMHG6453注序号6为正常操作时的数据,再沸器热负荷为8544213E7k/h94SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷表4再沸器热负荷的变化对产品产量和质量的影响Table4 reboiler heat load changes in the product yield and quality再沸器热负荷序号塔顶产品产量/(kg/h)塔底产品产量/(kg/h)塔顶产品中丙烯含量/(kg/h)/(kI/h)变化率/%3755E+078387.6747.24768.3905E+071.8004401.98887932.11667502.73868.4410E+071.2095951.570051.92248.5180E+00.30799242.9773091.12868.5313E+070.15239955.8926050.4128.5443E+072297.0646130.948.5880E+070.511310376.4351957.676449.1238.6200E+070.885910414.0941920.0126457,598.6850E+071701.91626460.0023108.7050E+07l.88110642.1851691.9216460.02注:序号6为正常操作时的数据,冷凝器的热负荷为:-8.5443E7kJ/h由表3和表4可以看出再沸器热负荷较冷凝器的方法,保证模拟计算数据与生产实际的紧密联系的热负荷波动范围大,经分析可知丙烷丙烯分离塔实时准确地反映生产的实际状况,提出解决问题的塔底液位控制不住的主要原因是塔底再沸器供热热方案,为实际生产提供依据。源的波动相对较大造成的。根据计算可以知道,丙参考文献烯塔塔底再沸器的热负荷的波动范围应在±0.5%[1]陈滨乙烯工学[M]北京化学工业出版社,199:373以内,才能保证生产的稳定性和塔底液位的可控制-378.性,因此,要解决此类问题,可以考虑改进再沸器的[2]李孟君蔡邦宏一款化工设计和流程模拟软件自控系统,采用先进的自动控制系统,以满足比较苛ChemCAD[J].广东化工,2005(8):47-48刻的工艺生产条件;改进流程,以适应稳定性的生产[3]贾蓉罗金生,应用 ChemCAD软件模拟反应精馏过程要求;选择比较稳定的供热热源,要求热源的波动在[J].化工生产与技术,2003,10(5)±1%以内;再沸器与热源之间加一种缓冲型的换热[4]李安林,张换平,杜慧 ChemCAD软件中的简捷精馏模设备和换热剂,并配套相应的控制仪表设施使热源型的原理与应用[J].化工设计通讯,2006,32(1):32的波动对再沸器的供热负荷影响降低等方案。3总结(本文文献格式:邓凯,杜军驻,仇汝臣.丙烷丙烯分离塔操作优化研究[J].山东化工,2012,41(3):立足于生产实际,抛开脱离实际的纯理论探讨,通过生产标定和模拟计算准确地找出生产波动的原91-94.)因。在模拟计算的过程中釆取实时跟踪和动态计算滨化集团化工分公司整体搬迁暨综合环经济一体化模式。滨化“十二五”发展规划提出了技术改造项目开工仪式隆重举行“调整原料结构、产品结构,实施产业提升,大力发2012年2月17日,滨化集团化工分公司整体展精细化工和化工新材料”的总体发展方向,并启搬迁及综合技术改造项目开工仪式的隆重举行,标动了化工分公司整体搬迁及综合技术改造工作,总志着以开发国际最先进的绿色环保制冷剂、节能新投资约35个亿。“以开发国际最先进的新型绿色材料新型工程材料的原材料为目标,建设8万ta环保化学品、节能新材料为核心的、上下游产业一体四氯乙烯装置和8万ta聚醚装置配套36万吨/化、原料减量田和咨湎化”为基本思路年离子膜烧碱装置6万a氯丙烯装置、12万va的化工产业中国煤化工发展模式,全环氧丙烷装置4万ta精细化学品装置、10万∽a面推进产CNMHG片碱装置、十条新型建筑材料生产线,形成良好的循(鲁化宣)