丙烯精馏塔动态模拟

第26卷第2期石化技术与应用2008年3月Petrochemical Technology& Application工业技术(153~157)丙烯精馏塔动态模拟孙卫国,伏妍,李洁,高阳光,兰其盈(中国石油兰州化工研究中心,甘肃兰州730060)摘要:利用 Aspen Dynamics软件对丙烯精馏塔的操作进行了动态模拟。结果表明,无论是进料量进料组成还是回流量扰动均对操作产生较大影响,主要体现在塔釜温度、冷却器负荷、再沸器负荷、塔顶及塔釜丙烯摩尔分数和产出量的波动上,尤其是塔顶及塔釜产出量不仅波动大,而且响应迅速,塔顶及塔釜丙烯摩尔分数的响应速度缓慢,波动持续时间超过8h;仪表调节规律对动态特性具有重要的影响。关键词:丙烯精馏塔; Aspen Dynamics软件;动态模拟;进料量;塔釜温度;回流量;积分调节中图分类号:TQ221.212;TQ01.81文献标识码:B文章编号:00-0045(2006)02-0153-05中国石油兰州石化分公司烯烃装置所用裂拟的基础上直接转换,不需要专门为动态流程模解原料有十几种之多,不同原料间切换频繁,造拟进行大量的设置。动态模拟以原料进料量为成丙烯装置进料组成波动较大,另外裂解炉的15000kg/h,其所含丙烷摩尔分数为3.4456%清焦处理也造成丙烯进料量的波动,这些波动时的丙烯精馏塔稳态模拟结果为基础进行转换,均增大了丙烯精馏装置的操作难度。为保证丙建立动态模拟流程。动态模拟中仪表的调节均烯精馏塔塔顶产品质量合格,塔釜丙烯经常出采用比例调节,比例度设为100%。丙烯精馏塔现损失过大的情况。另外,丙烯精馏塔循环水回流罐及再沸器尺寸见表l。°用量占烯烃装置循环水总用量的60%(质量分豪1回流及再沸番尺寸参数数),能耗较高。笔者利用 Aspen Dynamics模拟项目回流罐再沸器1再沸器2再沸器3软件对丙烯精馏塔进行了动态模拟,研究了该直径/m2.0001.836L.800塔进料量、进料组成、回流量等操作因素扰动下长度/m4.90010.1597.5007.240的动态特性,用于指导装置的运行,节约了能源,并为装置今后的改造和实现先进控制提供了基础数据。2动态模拟初始化目前,国内对于精馏过程动态模拟的应用报在 Aspen Plus稳态模拟中,对物料特性、塔道"较少,有专家曾利用HSYS模拟软件对的气液平衡,换热器管程及壳程温度分布均采用丙烯分离过程进行了动态模拟研究,取得了较好严格模型计算。但在 Aspen Dynamics动态模拟中若使用严格模型计算,则模拟计算量过大,难的效果,但尚未见到利用 Aspen Dynamics模拟软以实现动态模拟要求。因此,动态模拟中在求取件对丙烯精馏塔进行动态模拟研究的相关报道。上述重要参数时,均要对稳态模拟结果进行分段线性化处理,并使用线性化处理后的参数对稳态1动态模拟流程丙烯精馏塔流程见文献[9]。笔者曾利用结果进行初始化,从而得到动态模拟的初值,故Aspen Plus软件对丙烯精馏塔进行稳态模拟,所而动态模拟的初值与稳态模拟结果有细微的得结果与实际操作数据吻合较好,解决了部分操中国煤化工作参数的优化问题。利用 Aspen Dynamics软CNMHG-09-20上国(y/-),男,百氏勳人,工程硕士,工程件实现动态过程模拟比较方便,可在稳态流程模。从事化学工程研究工作。已发表论文5篇。154石化技术与应用第26卷差别。产出量、塔釜丙烯摩尔分数等操作参数均有较明丙烯精馏塔动态模拟初始化过程中,冷却器显的波动(见图1),在运行8h后趋于平稳,此时负荷、塔釜温度、再沸器负荷、塔顶产出量、塔釜的模拟结果及其与稳态模拟结果的对比见表2008010.99700.0758000090570062.6时间/h时间h一塔顶产出量;△一塔釜产出量一塔釜温度;Δ一再沸器负荷;口一冷却器负荷口-x(塔釜丙烯);◇一x(塔顶丙烯)图1动态模拟初始化操作参数波动曲线褒2丙烯精馏塔稳态及动态模拟操作参数对比定义/单位稳态模拟操作参数动态模拟操作参数塔顶产出塔釜产出塔顶产出塔釜产出摩尔流率/(kmol·h1)355.498013.7381质量流率/(kg·h1)15000.0014385.00615.05619.915温度℃55.170044.900162.89144.899962.8326压力/kPa2290.001900.002128,67900.002128.71x(C1)C1摩尔分率900E-069.36E-062.04E-449.36E-063.89E-37x(C2)C2摩尔分率7.30E-047.59E-041.21E-417.59E-044.70E-26C3摩尔分率9.95E-010.9992320.8939639.99E-018.95E-01C4摩尔分率0.1060377.34E-260.105092塔顶温度/℃45.8618冷却器负荷/(CJ·h1)60.6289F( Reflux)质量回流量/(kg·h1)194198再沸器温度/℃62.891462.8326eReb再沸器负荷/(J·h57.07057.1208由表2可见,丙烯精馏塔动态初始化模拟结精馏塔的操作参数不能频繁变动,一般在进料果与其稳态模拟结果接近,因此该结果可作为动量变化不大时不宜进行大幅调整,否则会造成态模拟的初值进行下一步模拟,扰动因素在初始生产波动。化模拟8h后介入。3·操作参数扰动下的动态模拟3.1进料量进料量由1500kgb阶跃为16000gh时各操作参数的波动情况见图2及图3。进料量的扰动对图中所示操作参数均产生了不同程7062.80度的影响,其中塔顶与塔釜产出量的波动幅度中国煤化工较大,塔顶与塔釜丙烯摩尔分数响应速度缓慢,CNMHG却器负荷波动超过8h才能趋于新的平衡。这说明丙烯图2进料量扰动下操作参数的波动曲线第2期孙卫国等.丙烯精馏塔动态模拟155时各操作参数的波动情况见图5。007510.9976502318455遇60餐」2一塔顶产出量;△一塔釜产出量口一x(塔釜丙烯);◇一x(塔顶丙烯一塔釜温度;△一再沸器负荷;图3进料量扰动下塔产出量及丙烯章尔分数的波动曲线口一冷却器负荷;◇一塔顶温度32进料组成0.998进料组成中丙烷摩尔分数由3.4456%阶跃为5.0000%时各操作参数的波动情况见图4。s1189101l1231415一塔顶产出量;△一塔釜产出量;口-x(塔釜丙烯);◇一x(塔顶丙烯)(b)图5回流量扰动下操作参数的波动曲线ot2314516由图5可见,回流量扰动后,冷却器负荷、再Q一塔釜温度;△一再沸器负荷;口一冷却器负荷沸器负荷、塔釜温度、塔顶及塔釜产出量和丙烯摩尔分数波动幅度较大,且塔顶及塔釜产出量波动响应迅速动态模拟表明,进料量、进料组成及回流量零099的扰动,均对操作产生了较大影响,主要体现在塔釜温度、冷却器负荷、再沸器负荷、塔顶及塔釜产出量和丙烯摩尔分数的波动上,尤其是塔顶及78910l112i3i41516塔釜产出量不仅波动大,而且响应迅速,由于塔顶回流罐及塔釜再沸器的缓冲作用,塔顶及塔釜O一塔顶产出量;△一塔釜产出量丙烯摩尔分数的波动响应速度较慢,波动持续时口-x(塔釜丙烯);一x(塔顶丙烯间均超过8h。在实际操作中,当产品质量出现不合格或接图4进料组成扰动下操作参数的波动曲线近不合格时,为了使产品质量尽快恢复正常,操由图4可见,进料组成扰动后,冷却器负荷、作人员往往对操作采取较大幅度的调整,这样虽塔釜温度、再沸器负荷、塔顶及塔釜产出量、塔釜然可使产品质量在短时间内有所好转,但大幅度丙烯摩尔分数波动幅度较大,塔顶丙烯摩尔分数调整往往带来更大范围和更长时间的生产波动响应速度缓慢,波动持续时间超过8h。从而中国煤化工繁发生。丙烯3.3回流量精馏CNMH须采取比较回流量由194198kg/h阶跃为208583kg/h平稳且循序刚进的力式进仃操作调整。156石化技术与应用第26卷4仪表调节规律对动态特性的影响具有重要的影响,因此工艺技术与电仪技术的默动态模拟中调节仪表的调节规律均为比例契配合是实现先进控制的前提。调节。为了了解仪表调节规律对丙烯精馏塔动态特性的影响,以塔顶回流罐液面控制仪表为參考文献:例,将比例调节改为比例积分调节(比例度保持[1陆恩锡,张篡娟,尹清华化工过程模拟及相关高新技100%不变,积分时间为1min),对进料量从术(1)化工过程稳态模拟[J]化工进展,1999,18(4):6315000kg/h阶跃为16000kg/h后的操作过程进行动态模拟,相关参数波动情况见图6。[2]陆恩锡,张慧娟化工过程模拟及相关高新技术(Ⅱ)化工过程动态模拟[门].化工进展,2000,19(1):76-78075[3]颜景方,吴启龙丙烯精馏系统过程模拟分析[].石化技术2003,10(4):38-42[4]祝铃钰,刘保柱,吕永军,等.乙烯精馏塔的瓶颈分析及扩能070洞10996改造[冂]石油化工,2003,32(8):700-703[5]蔡国光顾兆林王梓人,等无水酒精恒沸精馏塔的动态模拟计算[刀酿酒科技,2004,22(2):58-60[6]王健,王二强陈标华,等苯与十二烯烷基化悬浮床催化精时间压馏塔的模拟[门].化工学报,2005,56(9):1654-1659一塔顶产出量;△一塔釜产出量[T]王亮,吕文祥,黄德先动态流程模拟及其在精馏塔操作分析口一x(塔釜丙烯);◇一x(塔顶丙烯)计算机与应用化学,2006,23图“比例积分调节时进料量扰动下操作参数的波动曲线8]吴凯何小荣邱形脱丙烷塔的操作优化[J]计算机与应用化学,2003,20(3):233-235.比较图6与比例调节时的图3可以看出,相(9孙卫国,伏妍,丁冠政,等,丙烯精塔的操作优化[],石化应参数的波动趋势、持续时间基本一致,由于仪技术与应用,2008,26(1):61-65表调节比例度不变,因此各参数的响应速度没有明显区别;由于积分调节因素的影响,使塔顶产相关文献链接:出量的波动幅度明显不同,但由于产出波动很快[1孙卫国李凭力邸士标等丙烯精馏塔过程糗拟[J,石化趋于平稳,加上回流罐本身对塔顶产出物浓度的技术与应用,2007,25(2):147-151.缓冲作用以及其他仪表的调节规律未作调整,因[2]张振华赵俊峰,张明建丙烯精馏塔的优化操作[乙烯工业,2007,19(2):9-13.此虽然2种情况下塔顶产出量的波动幅度不同,[3]杨德明丙烷-丙烯萃取精馏过程的模拟研究[】]石油与天但并未造成其他动态特性的明显变化。仪表调然气化工,2006,35(1):26-28节规律对丙烯精馏塔动态特性的影响较为明显,[4]杨伯伦,吴江,赵国胜,等.反应精馏过程中的多稳态分波动幅度和响应速度与仪表本身的调节参数设析[刀中国化学工程学报:英文版2006,14(3):301-308定直接相关,因此动态特性研究必须充分考虑仪5】孙魏,李琳陈晓春, Aspen Plus在工业精馏塔故障诊断与参表因素。数寻优中的应用[]化工进展2005,24(8):935-937[6]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:自然科学版,205,34(1):645结束语丙烯精馏塔的动态模拟表明,进料量、进料[η方卫东,冯辉鱖丙烯精馏塔的在线优化[冂.兰州理工大学组成及回流量的扰动,均对操作产生了较大影学报,2004,30(2):72-14.响,主要体现在塔釜温度、冷却器负荷、再沸器负8刘雨虹,A甲PmPu化工模拟系统在精馏过程中的应用J]荷、塔顶及塔釜产出量和丙烯浓度的波动上,尤石油化工腐蚀与防护,2003,20(4):56-59其是塔顶及塔釜产出量不仅波动幅度大而且响9)枥绪壮屈-新反应精馏过程模拟一 Aspen Plus应用范例[打].内蒙古石油化工,2001,27(4):53-56应迅速,塔顶及塔釜丙烯摩尔分数的波动响应速[10]体分馏装丙烯精馏塔三种软件包的计算度较慢,波动持续时间均超过8h。该动态特性中国煤化工8要求操作人员必须采取比较平稳且循序渐进的[CNMHG在精馏过程中的应方式进行操作调整。仪表调节规律对动态特性夜不,9,0(3):1-2第2期孙卫国等.丙烯精馏塔动态模拟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页)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简讯日本能源公司的鹿岛炼油厂芳烃联合装置投运日本能源公司于2007年11月中旬宜布,其公司于2006年9月开始建设该芳烃联合装置,在日本东部新建的具有1050万ta加工能力的于2007年9月建成,将于2008年1月商业化投鹿岛炼油厂芳烃联合装置投入试运。该芳烃联运。日木能源公司日本矿业掉股公司的炼油合装置包括86万∽/a催化重整、258万t/a凝析业务中国煤化工能力为2076油分离、85万m3/a轻石脑油生产装置、41万a万vCNMH呖万va,鹿岛炼对二甲苯装置和17万t/a纯苯装置。日本能源油厂为1050万凵/a。(上海钱伯章供稿)