煤制乙二醇精馏工段脱醇塔再沸器设计探讨

第36卷第5期能源化工Vol 36 No 52015年10月Energy Chemical IndustryOct.,2015煤制乙二醇精馏工段脱醇塔再沸器设计探讨巩志海',贾爱君2(1.东华工程科技股份有限公司,安徽合肥23024;2.安徽新华学院安徽合肥230089摘要:对煤制乙二醇生产装置中乙二醇精馏工段的脱醇塔再沸器设计进行了探讨。运用 AspenPlus软件对换热器进行模拟计算,得到乙二醇、1,2-丁二醇、四甘醇等混合醇溶液的物性数据;将数据导入换热器计算软件HTRI中,对脱醇塔再沸器进行设计。关键词:乙二醇 Aspen Plus软件HTR软件热虹吸再沸器中图分类号:TQ015.9;TQ051.65文献标识码:A文章编号: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-亚乙基大量需求,替代进口。二醇,简称EG,是最简单和最重要的二元醇,主要用煤制乙二醇生产过程中,产品的质量和收率于生产聚酯、防冻液等。经估算,每生产1t聚酯产直是众多技术中最难攻克的难点之一。其中聚酯品,需消耗0.33t乙二醇。近年来,中国聚酯产量年生产需要优等品乙二醇,除了对纯度、色度等要求增长率8%~10%,乙二醇国内产量远不能满足聚酯严格外,对于紫外透光率也有很高要求。因此,乙市场需求,自给率一直维持在30%左右。根据兴高二醇精馏工段是获得优等品乙二醇的关键工段化学的预测,2015年中国聚酯行业对乙二醇需求量之一。约1300万t,总需求量将达到1400万t,进口量继笔者对某7.5万Ua乙二醇装置精馏工段的脱续维持在800万t左右,供需矛盾短时间仍难以醇塔再沸器设计进行探讨,以获得能高效稳定运行缓解。的再沸器。传统上,乙二醇的工业生产是以石油乙烯为原1流程简述料。为了摆脱对日益枯竭、价格高企的石油资源的煤制乙二醇工艺中,除生成乙二醇外还会产生依赖,由碳一化学路线合成乙二醇获得了各研究机1,2-丁二醇、四甘醇、二甘醇、1,3-丙二醇等杂醇;构的高度重视。其中由兴高化学、东华科技及宇部而乙二醇与1,2-丁二醇均为高沸点物质,且沸点非兴产联合体开发的合成气制乙二醇技术(俗称煤制乙二醇)在新疆天业两期项目上均实现了单系列满收稿日期:2015-08-21。负荷生产,并获得了良好的经济效益。煤制乙二醇作者简介:巩志海(1982—),男,山东高密人,工程师,现从事化工技术的推广应用将缓解国内聚酯行业对乙二醇的工艺设计和技术开发工作。E-mail:gongzhihaic@chinaecec.com能源化工2015年第36卷第5期常接近。脱醇塔的主要作用是脱除1,2-丁二醇、四而该精馏塔再沸器的换热面积较大,且乙二醇易聚甘醇、二甘醇、1,3-丙二醇等醇类物质。合,故内置式再沸器不宜作为选择方案常压下乙二醇的沸点为1973℃,由于乙二醇2)釜式再沸器存在投资大、占地面积大、传热活性较高,在高温下易发生缩聚反应生成聚乙二醇系数较低物料在加热段停留时间较长、易结垢、液(PEG)导致收率降低。为防止乙二醇缩聚,提高优体产品的缓冲容积小等缺点,考虑节约投资、占地等品乙二醇的收率降低脱醇塔再沸器对于蒸汽品及减少物料在加热段停留时间等因素,不予考虑。位的要求,因此脱醇塔采用真空精馏。3)卧式热虹吸再沸器存在占地面积较大、不便脱醇塔是乙二醇精馏工段最为重要、尺寸最大于安装布置等缺点,不予考虑。的塔,其中再沸器的设计十分关键;真空精馏再沸4)强制循环式再沸器存在投资和操作费用高、器的安装高度(静压头)和管程进出口管径的取值汽化率低等缺点,不予考虑是再沸器能否高效稳定运行的决定因素,在设计中5)降膜再沸器仅用于沸点相差较大的2种介应予以重点关注。鉴于优等品乙二醇对于紫外透质的分离,投资和操作费用较高,也不宜作为备选光率有严格要求,本工段的所有再沸器换热管均采方案。用304不锈钢制造。因此,立式热虹吸再沸器以占地面积小、连接根据工艺包建议,脱醇塔塔釜操作压力为22管线短、管程流体不易结垢、再沸器金属耗量低、出kPa(A),蒸发乙二醇溶液量64015kg/h;各组分质塔产品的缓冲容积较大、流率稳定性较高、可控性量分数如下:乙二醇99.3%,1,2-丁二醇0.06%,四好、加热段的停留时间较短等优点,作为脱醇塔再甘醇0.39%、二甘醇0.03%、1,3-丙二醇0.22%;采沸器的首选方案。用1.5MPa(G)饱和蒸汽加热。4主要结构参数2模拟软件换热器计算软件HTRI中采用设计模式计算得本再沸器的设计需先用流程模拟软件 Aspen到的换热器结构尺寸通常都需要调整,其原因在于Plus进行热量衡算,后用换热器计算软件 HTRI HTRI软件中默认的换热器标准为美国管式换热器( Heat Transfer Research Inc.)进行结构设计。制造商协会标准(TEMA),与国内换热器的制造标物料的物性数据准确与否是流程模拟成功的准(GB/T151-2014《热交换器》)的结构尺寸有关键。由于HTRI软件中组分和物性库的有限性,定区别。在校核设计时进行的调整,主要包括以下需要通过 Aspen Plus软件模拟后,将数据导人HTRI几个方面软件实现。1)换热管直径。管径越小则换热器越紧凑,造首先使用 Aspen Plus软件,根据本模拟体系的价越低;但管径越小阻力降也越大。考虑到乙二醇特点采用NRTL-RK方程作为热力学计算依据对换等醇类在高温下会发生缩聚反应,物料黏度较大热器冷侧物料进行模拟,热侧蒸汽物性方法采用为方便清洗,选用外径为φ25mm的换热管。对于STEAM-TA方程。需在换热器 Heat模型的冷侧碳素钢及合金钢无缝钢管,一般选取d25mm×25和热侧分别建立30个数据点供导出。mm;不锈钢管道一般选取d25mm×2mm。为防止其次通过 Aspen Plus软件自带的Ds程序界面铁离子影响乙二醇的紫外透光率,选用d25mm×2Aspen Plus Simulation Engine,将数据用 HTXINT命mm的不锈钢管道作为换热管。令导入专门用于换热器工艺计算的模拟计算软件2)换热管长度。因本项目再沸器安装在7mHTRI中。联合框架上,考虑到安装高度及空间,再沸器长度3再沸器形式不宜过长,经计算确定换热管长度为3.5m,壳程内目前,常用的再沸器主要有釜式、内置式、立式径1800mm。热虹吸式、卧式热虹吸式及强制循环式等形式,设3)换热管排列方式与管心距。换热管排列方式计者应根据工艺要求、操作特点进行综合比选。主要有正方形和三角形2种。三角形排列有利于壳1)内置式再沸器存在换热面积小、液体循环程流体达到湍流且排管数较多,方形排列则有利于差、不适于黏稠液体以及换热率低、易结垢等缺点,壳程的清洗。因本再沸器壳程为饱和蒸汽冷凝,介质巩志海等煤制乙二醇精馏工段脱醇塔再沸器设计探讨21洁净不会结垢,故换热管采用正三角形排列。管心距统,静压头宜小于2/3换热管长度;但静压头降低般为(1.25~1.5)d(d为换热管外径),对于外径汽化率会增加,在调整静压头时,注意汽化率不能为φ25mm换热管,管心距常规取32mm。大于50%”这一经验总结。3)折流板。再沸器壳程为蒸汽冷凝,故选用常在HTRI软件 Reboiler data中分别输入1000规的单弓形折流板。根据经验,相同的压力降下,3500mm中的6个静压头数据,得到6组汽化率、圆缺高度为直径20%的折流板将获得最好的传热换热面积富余量、传热系数等数据,见表1。效率。另外在不考虑阻力降的情况下,折流板间表1静压头和汽化率对照距应尽量小,以最大可能地提高换热管外的传热系静压头/mm汽化率,换热面积富实际传热系数数。最小的折流板间距为壳体直径的1/3-1/2,而余量,%)换热管最大无支撑间距为171d,0mm,故折流板间10005L.234.16648.12616.62距应取600~(171×25)/2mm之间的数值。本再沸器折流板间距取600mm。250018.0594.275水力学参数的选取3000确定再沸器水力学参数,首先需要画一张包含350013.328.43620.4再沸器、精馏塔以及连接管道的简图,并在图上标注与管线/管口直径相关的各种高度、长度。还应由表1可见:随着静压头的增加,汽化率减小注意连接管线的直径、长度以及弯头等管件,见换热面积富余量先减小后增加。静压头10mn时汽化率为51.2%,超出了汽化率不大于50%的规图1。定,再沸器管程易出现块状流,对再沸器的稳定操作不利,应予以舍弃。根据参考文献[2]的经验总结,本项目静压头取值小于2/3换热管长度较为稳妥,故取小于H700233m的静压头。同时由图1可知,脱醇塔液位低报警值比正常液位低630mm,若选用1500mm静压头则有可能DN200在低液位报警前再沸器运行已经不稳定。综上所述,选用2000mm静压头作为设计基准图1脱醇塔及再沸器示意根据原化工部化学工程设计技术中心站编写的《化工单元操作设计手册》,对于非真空状态操作5.1静压头的选取的精馏塔再沸器,需注意再沸器出口的最大汽化率静压头是塔金正常液位到再沸器下管板的不应大于40%,以防止循环的不稳定性;同时汽化垂直距离。再沸器水力学计算过程中,静压头取率也不应小于5%,以保证热虹吸循环的正常进行。值是一个重要参数,直接影响再沸器内的气化率5.2再沸器管程进出口管径的选择以及换热器面积的设计富余量。根据确定的再沸器静压头2000mm及脱醇塔由于本台再沸器是在真空状态下操作,《换热与再沸器的初步外形尺寸,确定两者之间的相对布器设计手册》中建议在真空运转情况下,必须采用置关系;考虑接管弯头等管件的当量长度,在HTRI较低的静压头,以防止过冷。在真空情况下,静压软件 Piping中输入相应数值,得到再沸器不同进出头不应大于管长的05倍,且应控制出口气相分率口尺寸的压降、汽化率、富余面积气相参数p2(密低于50%1。对于“静压头不应大于管长的05度与速率平方的乘积,表示气相的动能)等数据,见倍”的规定,笔者认为偏于保守,对于真空度不是很表2。高的精馏,静压头小于换热管长度即可。对于真空再沸器管程进口压降占比大可以提高显热段度高的精馏,可参照文献[2]中“对于高真空精馏系传热系数,并相应减少再沸器下部过冷显热段长22能源化工015年第36卷第5期度,达到增加再沸器富余量的目的;此外还可增加根据表2中进出口阻力降占比及汽化率、换热再沸器的运行稳定性。一般控制进口压降占总压面积余量等因素,确定入口管径200mm,出口管径降的20%~35%。根据工程经验,出口管的压力降1200mm。不宜过大,不能超过总压降的35%。表2再沸器进出口管径计算对照管径/mm总压降/kPa进口管道出口管道汽化率,面积余气相pm2进口出口压降/kPa占比,%压降/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设计结果续表3采用 Aspen Plus软件中的UNIF-DMD物性方法项目主要参数得到乙二醇、1,2-丁二醇、四甘醇、二甘醇、1,3-内二换热管外径/mm醇等多元醇混合液在真空状态下的物性数据,并导入换热管平均壁厚/mm2.0HTHR软件中进行乙二醇精馏工段的脱醇塔再沸器设换热管长度/mm3500计,最终得到换热器主要参数,见表3和表4。换热管间距/mm32.0表3换热器主要参数换热管型式PLAIN横向折流板型式SEGMENTAL主要参数换热器型式BEM横向折流板切割率,%静压头L/mm2000横向折流板间距/mm有效换热面积/m684.89壳程入口pm2/(kgm2s2)壳体内径/mml800设计温度/℃壳程:220,管程:200主要材质壳程CS,管程304换热管数量/根2661设计压力/MPa壳程:2.0,管程:0.3(FV)巩志海等煤制乙二醇精馏工段脱醇塔再沸器设计探讨23表4管口表( NOZZLES)管口符号法兰标准法兰规格密封面用途HG/T20615-2009《钢制管法兰( Class系列)》WNPN50(bar)DN300蒸汽进口N2HG/T206152009《钢制管法兰(Cass系列)》WN PNS0( bar)DN150RF蒸汽冷凝液出口IG/T20615-2009《钢制管法兰(Clas系列)》wNPN20(bar)DN200RF工艺液进口N4HG/T20615-200钢制管法兰(Clas系列)》WNPN20bar)DN1200工艺液出口结语Tubeside monitor显示自换热管底部向上流体1)考虑到乙二醇的性质,选用管程为304不锈分别为活塞流和环状流,未出现雾状流,说明管程钢材质的立式热虹吸再沸器。流体蒸发稳定。运行信息 Runtime Messages也显示2)静压头减小会引起再沸器出口汽化率增加,本换热器的热虹吸系统稳定。该再沸器自2013年但应控制汽化率不超过50%,且应考虑精馏塔最低初安装至今,运行稳定,完全满足生产要求。液位和最高液位对再沸器运行的影响,综合考虑选择2000mm的静压头。参考文献:3)再沸器进出口管径对于再沸器的汽化率、换热面积余量以及稳定运行等方面有重要影响,[1]钱颂文:换热器设计手册[M].北京:化学工业出版需根据压力降占比确定。根据计算结果,确定脱社,2002:57,102醇塔再沸器管程的入口管径200mm,出口管「2】刘健·立式热虹吸再沸器HR优化设计[J.化工径1200mm。设计,2008,18(2)…++…"+““+“+“++“+““+“+“高酸性天然气中有机硫脱硫技术战略硏究”通过中国石化科技部验收日前,南化集团硏究院承担的"高酸性天然气中有机硫脱硫技术战略研究"项目通过了中国石化科技部组织的验收。该项目在了解现有技术领域的研发方向、技术优势的基础上,提出中国石化在高酸性天然气中有机硫脱除技术研发方向和专利战略建议,形成中国石化在该领域的专有技术。专家一致同意该项目通过验收,并建议在专利战略研究取得成果的基础上进步开展针对性研究工作,更新完善专利数据。据统计,全球剩余气田中有近40%储量的天然气为含CO2和H2S的酸性劣质天然气,其中,不少气田酸气总含量以体积分数计超过原料气组成10%,甚至更高。在我国,四川盆地是我国天然气的主力气区,也是近年来发现特大型整装气田最多、产能建设最大的区域,而该区域尤其是川东北的大气田基本以高含硫或高酸性并含有机硫气田为主。因此,国内外天然气消费量的持续增加,必将推动劣质酸性天然气的开采,而高含硫或高酸性并含有机硫气田在劣质酸性天然气开采中是最为困难、技术要求最为苛刻的。与此冋时,国内外对环境保护日益重视,产品天然气的控制指标也相应提高。因而,开发和掌握高含硫天然气净化技术对于保障我国高酸性气田开采具有重要作用十中中#“……十“十““““++“+“+“+“+“+““““““““““““““+-国电富通签约陕北乾元低阶煤利用EPC项目近日,北京国电富通公司与陕西陕北乾元能源化工有限公司签订50万υa处理低阶煤“国富炉”工业试验项目EPC总承包合同。该项目位于陕西省榆林市麻黄梁工业园区,是国电富通GF低阶煤综合利用技术在长焰煤提质领域的首次应用,项目建成后将年处理长焰煤50万t,年产半焦33.84万t煤气0.132亿m3焦油3.312万t