丙烯精馏系统模拟与优化

工业拉术乙烯工业2012,24(3)26ETHYLENE INDUSTRY丙烯精馏系统模拟与优化钟英,李兵,李怀玉(中国石油兰州石化分公司,甘肃兰州730060)摘要:基于丙烯精馏系统的实际运行教据,利用 Aspenplus模拟软件建立了能够良姸描述装置实际运行工况的模型,实现了对丙烯精馏过程的流程模拟。利用所建模型,研究了进料负荷、进料组威的变牝对丙烯产品产量、丙烷中丙烯浓度控制指标的影响以及对塔顶丙烯产品纯度和丙炕中丙烯浓度指标所引起的冷凝器和再沸器负荷的变化做灵敏度分析,分别从控制回流比、严格控制产品质量纯度和改变丙烷中丙烯的浓度指标方面提出了优化建议。关键词:丙烯丙烷模拟优化丙烯精馏塔是乙烯装置中较为特殊的一个1号丙烯精馏塔塔,因为丙烯和丙烷的相对挥发度非常小,分离要精馏塔不凝气去脱「最进料来自丙烷塔求较高,丙烯精馏塔在整个分离过程中塔板数最多、回流比最大,其能量消耗也较高。在实际生产中,进料负荷或进料组成的变化以及外界干扰给丙烯精馏塔的稳定操作和优化带来了极大不便。本文利用 Aspenplus模拟软件建立丙烯精馏系统实际工况模型硏究丙烯精馏塔的进料负荷、进料去裂解炉聚合级丙烯产品组分的变化对丙烯产品产量和循环丙烷带走的丙烯损失的影响,对塔顶丙烯产品纯度和循环丙烷烯精馏系统流程示意中丙烯含量所引起的冷凝器和再沸器负荷的变化1.2实际运行情况做灵敏度分析,对丙烯精馏系统工艺变量进行寻随着节能降耗工作的开展,装置逐渐优化裂解原料的投油结构,改善原料品质,提高了裂解炉优轻质原料投用比例。目前轻质原料比例最高可达48.72%,且气相原料通道由开车初期的3组,增1丙烯精馏系统简介1流程简介加至目前的7组。原料变轻,裂解气轻组分增多,中国石油兰州石化分公司(以下简称兰化公特别是在满负荷下投用IPG原料增加时,裂解气司)460kta乙烯装置丙烯精馏塔为双塔系统,包中的丙烷含量较高。受外界干扰,进料量一般在括2号丙烯精馏塔(605E1)和Ⅰ号丙烯精馏塔29~40th间变化,进料中的丙烯含量为82%~93%,丙烷含量在6%~17%间变化,影响丙烯精(605E2),605E1有129块塔板,605E2有137块塔馏塔的稳定操作。板。来自MAPD反应器(601D)的进料(99.9%为碳三组分),从605E1的第38块塔板进入。605E2第11板侧线抽出纯度为99.6%丙烯产品,塔釜丙中国煤化工作者石油大学化学工程与烷返回裂解炉作为裂解原料,丙烷中丙烯含量要YHCNMHG理工作,现为乙烯厂乙求控制在3%以下。流程见图1。烯车间工艺技术员,工程师第24卷钟英等.丙烯精馏系统模拟与优化272丙烯精馏系统流程模拟据,从而将设计工况模型转换成实际工况模型。应用 Aspenplus.Ⅰ流程模拟软件对丙烯精模型进料组成见表1,模型输入数据见表2,模拟馏系统进行模拟,采用SRK物性法,精馏塔选用结果与现场实际数据对比见表3。Petrofrac模块。为准确模拟乙烯装置丙烯精馏系表1进料组成输入数据统,采用两步走的方法,即先采用根据专利商提供数值数值的物流、热量平衡数据建立装置设计数据模型,保氢气0.055丙二烯0.016甲烷0.00890.411证建立的模型与设计工况吻合。在此基础上,根据实际数据对模型进行修正,利用 Aspenplus v70.027碳四0.00263×10-6中 caculator的 Input变量读取实际生产的工业数表2模型输入数据变量输人数据变量输人数据进料量/(th-1)36.16丙烷产品采出605E1塔塔釜进料温度℃605E2塔顶压力/MPa进料压力/MP2.7605E2塔压差/MPa0.084605El塔顶压力/MPa605E2不凝气流量/(t·h-1)605EI塔压差/MPa丙烯中内烷的质量分数,%进料板位置605E1塔第38板丙烷中丙烯的质量分数,%丙烯产品采出605E2塔第11板表3模型计算结果项目计算值实际值计算值值605E1塔顶温度/℃43.0605F2塔釜温度/℃605E塔釜温度/℃丙烯产品流量/(t·h-1)31.30循环丙烷采出量/(th)3.74塔顶不凝气流量/(t·h-1)605E1回流量/(t·h-)605E2回流量/(t·h-)435.74605E2塔塔顶温度/℃605E2回流量温度/℃34.9模型模拟结果和现场数据吻合良好,模型能3对丙烯精馏塔的实际操作参数进行模拟分析够用于预测实际生产过程、研究相关操作变量对3.1进料流量对塔顶丙烯产量和塔釜丙烷中丙产品质量指标和能耗的影响,指导装置参数优化烯含量的影响表4为进料量变化的计算结果。表4进料量变化的计算结果进料负荷/塔釜丙烷中丙塔顶丙烯再沸器丙烯产量/回流量(t·h-1)烯含量(w),%纯度,%负荷/MW负荷/MW(th-1)回流比0.6799.6538.6625.76421.66.3726.670.9738.621.8399.6538.2.329999999999425.6528.47427.7615.0343231.15434.613.9599.6538.5932.9439.6413.3633.74442.32从表4可看出,在进料组成一定,塔釜加越大;丙烯产品V中国煤化工良好的热负荷受限,并且维持塔顶丙烯产品纯度一定线性变化关系CNMHG料量的时,随着进料负荷的增加,循环丙烷中丙烯浓增加,所需的回流比呈下降趋势,冷凝器负荷度增加,且进料负荷越高,丙烯损失增加幅度略有降低。乙烯工业第24卷若在进料量增加时,维持丙烯产品纯度及丙塔顶丙烯产量烷中丙烯的浓度不变,计算结果见表5从表5可看出,要同时满足丙烯产品纯度及丙烷中丙烯的浓度要求,随着进料量的增加,需加答22塔釜丙烷中丙烯损失器10大再沸器和冷凝器的负荷,同时提高回流量,回流0232342362382402比的变化不如塔釜加热负荷一定时变化显著,但进料负荷h2)随着进料量的增加,呈上升趋势。图2进料负荷对丙烯产量及塔釜丙烷中将表4和表5结合分析可知,当低负荷进料时,丙烯含量的影响可适当提高回流比,降低塔釜丙烷中丙烯含量表5进料量变化的计算结果进料负荷/塔釜丙烷中丙塔顶丙烯再沸器冷凝器丙烯产量回流量(1·h1)烯含量(),%纯度,%负荷/MW负荷/MW(t·h-1)回流比301.599.6534.4934.1525.73372.4614.481.5386.711.536.7836.4214.571.599.6537.9228.44415.7514.62430.525671.540.191.599.6541.32890231.13460.7414.8076.5532.1.599.65-44.3733.89508.7515.01当进料量达到38th时,要同时满足丙烯产烯的含量会升高。品纯度及丙烷中丙烯的浓度要求,所需的回流量3.2进料组分对丙烯产品产量和塔釜丙烷中丙需达到492t/h,已超过塔设计的要求。在计算过烯含量的影响程中发现,要同时满足丙烯产品纯度及丙烷中丙丙烯精馏塔进料组成随裂解原料的变化而变烯的浓度要求,因受塔自身限制,丙烯精馏塔进料化,丙烷含量(w)通常在6%~17%的范围内变流量有一最大值。当进料流量超过最大值时,要化。丙烷含量的变化势必会导致塔内部分离效果保持丙烯产品纯度,此时就要降低丙烯收率,使得的变化。塔釜再沸器负荷为39MW,且在保证丙较多的丙烯随丙烷采出,从而引起丙烷中的丙烯烯产品纯度为9965%条件下,在模型中通过灵敏含量增加。计算结果与生产实际相吻合,在实际度分析寻找进料组分的变化对丙烯产量以及塔釜生产中当进料负荷超过38th时,塔釜丙烷中丙损失的影响,计算结果见表6表6进料组分发生变化的计算结果进料中丙烯进料中丙烷塔釜丙烷采塔釜丙烷中丙烯产量回流比凝器含量(w),%含量(),%出量/(t·h1)丙烯含量(u),%(th1)负荷MW91.41813.44538.81690.413.52331.9838.8123.91231.59113.77338.8083.3114.I1985.4114.493.47514.483-38.7923.53029.25114.86638.78417.493.584」中国煤化工—-8从表6可看出,进料中丙烷的含量对塔釜丙Uh时CNMH维持丙烯产品纯烷中丙烯浓度的影响很大。进料中丙烷含量越度为99.65%及丙烷中丙烯的浓度为1.5%的情高,塔釜丙烯损失越大。表7为当进料负荷为37况下的计算结果。第24卷钟英等.丙烯精馏系统模拟与优化表7进料组分发生变化的计算结果井料中丙烯进料中丙烷塔釜丙烷釆丙烯产量再沸器凝器含量(v),%含量(v),%出量/(t·h)(t·h-1)回流比负荷/MW负荷/MW91.4l32.39614.51242,11641.93342.21910.493.84942.30342.1124.60630.88215.32642.414-42.21630.12584.415.74342.46142.25183.416.12229,37016.12242.44942.2346.50016.32142.424注:进料负荷37th从表7可知,进料组分发生变化时,进料中表8丙烯和丙烷产品纯度对再沸器、冷凝器负荷的影响丙烷含量越高,丙烯产量越低,回流比增大,冷塔顶丙烯丙烷中丙烯冷凝器纯度,%含量(u),%负荷/MW负荷/MW凝器负荷减小。但无论组分如何变化,再沸器99.600.52.22负荷和冷凝器负荷变化均较小,此时满足塔顶-45.75丙烯产品质量要求主要是通过加大塔釜丙烷的99.60122341,6042.02采出量41.003.3丙烯和丙烷产品纯度的改变引起的再沸器、99,6039.67冷凝器负荷的变化53.83(1)在负荷一定的条件下丙烯和丙烷产品纯99.65-47,08度对再沸器、冷凝器负荷的影响。对丙烯和丙烷产品纯度的改变引起的再沸99.6541.6942.11器、冷凝器负荷的变化做灵敏性分析研究的主要40.71目的是尝试找到产品纯度(塔顶和塔底)与冷凝器3.599.6539.80及再沸器负荷之间的关系。丙烯精馏塔是耗能大48.7249.14户,此灵敏性分析研究可为产品纯度和能耗之间99.7099.70平衡的优化提供指导。以进料负荷39Uh为例分99.7043.0343.46析研究结果见表8从表8可看出,塔顶丙烯纯度以及塔釜丙烷41.5699.7041.0341.46中丙烯的浓度是影响能耗的关键参数。通过模拟计算在进料流量为36t/h时,如果表9进料量为36th时模拟计算结果将丙烯产品纯度控制为965%,塔釜丙烯损失沸器负器采出量烯含量(x),含量从1%改为2%来计算(结果见表9),再沸器、冷(kg·h-1)39,9039.50340368.06凝器负荷分别可节省3.95MW,而塔釜丙烯损失3.85由33.64kg/h增加到68.06kg/h。经过能量换(2)在不同进料负荷条件下丙烯和丙烷产品算1.48th的低压蒸汽可提供1MW的负荷,因纯度对再沸器、冷凝器负荷的影响。此3.95MW的再沸器负荷等于节省了5.85t/h图3为不同进料负荷下塔釜丙烷中丙烯含量的低压蒸汽。低压蒸汽价格为119.8元/t,丙烯对冷凝器负荷的影响,图4为不同进料负荷下塔市场价格为1100,可算出调整后产生的经釜丙烷中丙烯含中国煤化工济效益为333元/h。从以上计算结果看,适当放从图3、图YHCNMHG,要降低宽塔釜丙烷中丙烯的浓度可降低能耗,增加经济再沸器和冷凝器负荷,在保持塔顶丙烯纯度不变效益。的条件下,需进一步放宽塔釜丙烷中丙烯的含量。30乙烯工业第24卷减少塔釜采出量,逐渐减小丙烯产品采出量,适当51进料负荷为39th进料负荷为36W降低冷凝器及再沸器的负荷,维持丙烯产品中丙烷浓度不变,尽可能将循环丙烷中丙烯浓度控制在较低值,充分回收丙烯产品。在高负荷的情况下(大于37th),负荷受塔自身的限制,此时可维3io-1s2025303540°45持回流比不变,为保持丙烯产品的纯度,可放宽塔塔釜丙烷中丙烯含量(w),%釜丙烷中丙烯含量(w)至3%-4%,同时可节约图3不同进料负荷下塔釜丙烷中低压蒸汽的用量丙烯含量对冷凝器负荷的影响(2)在实际操作中,操作人员通常以丙烯进料负荷为39th精馏塔塔顶丙烷的含量和塔釜丙烯的含量作为进料负荷为36th调整工艺参数的依据。为保证产品质量,一般将丙烯产品的纯度控制在99.65%~99.70%,以避免因进料流量、进料组成的波动而影响丙385-1015202530354045烯产品的质量。若要避免生产超纯丙烯产品,塔釜丙烷中内烯含量(w).%降低操作费用,就要根据601D出口在线分析图4不同进料负荷下塔釜丙烷中仪中丙烯含量的变化来推测丙烷含量的变化及丙烯含量对再沸器负荷的影响时调整工艺操作参数。在进料流量稳定的情况下,进料中丙烷含量上升,减小丙烯的产出量,结论适当提高回流量,提高回流比,可保持塔釜加热1)当进料负荷在34~37Uh之间变化时,可不变,通过加大塔釜丙烷的采出量,控制丙烯产确保回流比控制在14~15,相应提高回流量和采品质量。出量,调整冷凝器和再沸器负荷,尽量将丙烯产品纯度控制在99.60%~99.65%,将塔釜丙烷中丙参考文献烯含量(w)控制在约2%。若进料负荷低(小于1]李克明,叶贞成丙烯精馏过程模型及模拟优化J33t/h),可增大回流比,将回流比控制在15-16,化工进展,2010,29(4):3-5ooooooooeoeoooeoeoooooooooooooooeOeoOcOooCoOoOoOOoooOoooooooeoOoOeoOOoOCooOCOOODOoooo乙在全球最大两乙烯裂解装置制造商或将合并据国外媒体5月28日报道,法国工程公司德希尼布( Technip)目前正在以3亿美元的价格收购美国绍尔集团的能源和化学品业务部斯通韦伯斯特(Sone& Webster)过程技术公司。此项收购案将把全球最大的两个乙烯裂解装置制造商合并。收购完成后,行业垄断将进一步加剧。据了解,目前全球260套裂解装置中的120套都是由斯通韦伯斯特公司设计或制造的。此外,许多聚合物生产厂包括聚乙烯厂也是由该公司设计或制造的。这笔3亿美元的交易还包括绍尔集团在其与埃克森美乎的合资企业贝格许可( Badger licensing)公司中所故许可八司主要为用户提供包中国煤化工括苯乙烯和双酚A等在内的芳烃产品生产技术。此外,德希能源和精炼业务相CNMHG关的技术,如气液转化及催化裂解技术等。摘自《中国化工报》2012-06-05