丙烯精馏塔的操作优化

第26卷第1期技术与应用Vol 26 No. 12008年1月Petrochemical Technology Application」an.2008工业技术(61~65丙烯精馏塔的操作优化孙卫国,伏妍,丁冠政2,李洁,兰其盈(1,中国石油兰州化工研究中心,甘肃兰州730060;2.中国石油兰州石化分公司工程公司,甘肃兰州730060)摘要:利用 Aspen Plus软件,通过普通浮阀塔板代替DJ型塔板对丙烯精馏塔操作进行了稳态模拟,对液泛系数进行了76%的修正,得出了不同进料量和不同进料组成下的优化操作条件。结果表明,在相同进料组成下,最优回流比及进料位置相同;丙烯精馏塔操作优化后,x(塔顶丙烯)在9.6%以上x(塔釜丙烯)在10%以下,分离精度达到了指标要求;406塔与406A塔位置调换,可增大装置操作弹性。关键词:丙烯精馏塔; Aspen Plus软件;稳态模拟;操作优化中图分类号:TQ053.5;TQ221.21献标识码:B文章编号:1009-0045(2008)01-0061-05乙烯分离装置的能耗占整个乙烯系统能耗406A塔釜液相经泵输入406塔顶。406A塔顶设的60%。故改善其操作控制品质,从而有效地提有冷却器,406塔釜设有再沸器,高含量丙烯自高乙烯分离过程中产品的质量和产量,是企业增406A塔顶产出,其余物料自406塔釜产出,要求加经济效益的一个关键。针对中国石油兰州石塔顶产出物的丙烯摩尔分数不小于99.6%,塔釜化分公司(以下简称为兰州石化)24万U/a烯烃产出物中的丙烯摩尔分数不大于10%。装置因进料量及进料组成波动而造成装置操作不稳定的问题,本工作以普通浮阀塔板代替DJ型塔板,并应用美国 Aspen tech公司的稳态模拟软件 Aspen Plus,对丙烯精馏塔操作进行了稳态了的模拟,对其液泛系数进行了合理修正,得出了不同进料量和不同进料组成下的优化操作条件。目前国内有数篇文献报导了使用不同模拟软件对类似丙烯精馏塔进行的模拟分析,但在模拟过程中,塔板效率多数按100%进行核算,同时1一丙烯原料;2-406A塔塔顶采出的精丙烯;在对新型或特殊塔板进行模拟时,对塔板特点考3-406A塔塔底采出;4—进406塔塔顶虑不多,对模拟软件的应用不够灵活,模拟结果5从406塔塔顶采出的汽相;6-406塔塔釜采出的丙烷与实际操作并不十分吻合-31。图1丙烯精馏双塔工艺流程示意2DJ-3和DJ-5型塔板特点1丙烯精馏塔工艺流程DJ-3和DJ-5型塔板均系浙江工业大学研2005年8月兰州石化烯烃装置进行了扩容究开发的新型高效大通量DJ系列塔板,均采用改造,保留了原丙烯精馏塔(406塔),新建了了矩形降液管,呈悬挂式布置在塔板中间。即降406A塔,并将406A塔作为精馏段与406塔串联液管底部并不浸在下层塔板的液体中,而是悬挂操作。406塔共设153块DJ-3型塔板,塔径3000mm,板间距450mm;406A塔共设84块DJ5型塔板,塔径3400mm,板间距450mm。改造EH中国煤化工开孔鼓泡,使塔板CNMHG后的双塔流程如图1所示,丙烯原料从406塔第收稿日期:2007-07-26;修回日期:2007-11-28作者简介:孙卫国(1973—),男,甘肃民勤人,工程硕土,工程90板进入,406塔塔顶气相进人406A塔釜师,从事化学工程研究工作。已发表论文4篇62石化技术与应用第26卷有效面积增大,压降降低,操作弹性增大,液体流了实现 Aspen Plus软件对丙烯精馏塔操作的模通能力可比一般塔板的高30%~50%。拟,本工作用普通浮阀塔板代替了DJ型塔板。DJ-3型塔板设有2根降液管,相邻两板的降但是普通浮阀塔板的流通能力与DJ型塔板的相液管互成垂直排列其塔板是复合型的即在塔板差较大,因此必须对塔板代替后的模拟数据进行下复合了一薄层规整填料(结构如图2所示),填合理修正,先期校算表明,设计操作条件下的最料层处于气相空间,当负荷高时,起到了抑制雾沫大液泛系数为模拟结果的76%,故在以下的讨论夹带作用,使塔板效率可提高10%~15%,气相通中液泛系数值均按模拟结果的76%进行了修正。量可提高15%~20%。因此,DJ-3型塔板除具有大通量、高弹性的特点外,还具有高效率的优良特3双塔操作优化性,其板效率与浮阀塔板的相当6m。目前,装置进料量在13000~15000kg/h间波动,进料组成主要是丙烷含量在5%~10%(摩尔分数,下同)波动。为此,对不同进料量和不同进料组成两种情况下的操作进行了模拟优化。3.1不同进料量下的操作优化以进料丙烷含量为3.4456%、进料量为塔壁;2—降液管;3-一复合填料;4-塔板;5一导流板13000kg/h下的操作为例,来寻求其最佳进料位图2DJ-3型塔板结构示意置,见图4。可以看出,当进料位置在第53板时,塔顶丙烯含量达到最高,同时塔釜丙烯含量达到DJ-5型塔板采用了新型固定阀作为鼓泡元最低,表明最佳进料位置为406塔第53板件(结构见图3),较好地综合了筛孔塔板和浮阀塔板的优点。针对传统固定阀的缺点,新型固定阀阀面侧边具有向下弯曲的折边,改变了从固定阀侧孔中吹出的气体的方向,使气体从固定阀侧孔中斜向下吹到塔板板面上,因此减少了雾沫夹带量和漏液量,提高了塔板的处理能力和操作弹性,同时强化了塔板上气液接触传质,提高了塔9958090100板传质效率。在受液区设置新型固定阀还可以进料位置板数减少DJ-5型塔板的冲击漏液量,其塔板效率和图4不同进料位置的分离效果操作弹性与浮阀塔板的相当213)。其他条件不变,将进料位置调整为第53板,来寻求其最合适的质量回流比,见图5。可以看出)质量回流比在13之上时,即可使分离精度达到要求,考虑实际生产中的操作波动情况,为保证产品质量,应当将质量回流比调整在13.2-13.8图3DJ-5型塔板新型固定阀结构示意15100.0根据国内多年来的经验,丙烯精馏塔的塔板效率一般在0.6~0.7,但是否准确,国内文献报道较少,已发表的在进行模拟计算时,塔板效率多数采用1,其模拟结果与实际操作并不完全吻中国煤化工合。本工作在模拟核算中,D-3与D-5塔板CNMHG994效率按0.77124(厂家提供)设定。Aspen Plus软件不能直接模拟DJ型塔板,为图5不同质量回流比的分离效果第1期孙卫国等.丙烯精馏塔的操作优化63其他条件不变,将质量回流比调整为13.5,烯含量都能合格。这表明塔釜产岀量对塔顶、塔来判定最合适的塔釜产出量,见图6。可以看出,釜丙烯含量影响较大,并且可调整空间只有当塔釜产出量在510-550kg/h时,塔顶、塔釜丙40kg/h,因此生产中应严格控制塔釜产出量,以避免生产波动引起的产品质量不合格以相同的方法对进料量为14000kg/h和维区姿99.515000kg/h时的操作进行模拟优化,结果见表1与表2。可以看出,不同进料量下的最佳进料位置均为406塔第53板,合适的质量回流比均为13.5,这说明在固定进料组成下,进料量的变化1418塔釜产出量/(kg·h2)对最佳进料位置及回流比的选择影响不大;塔釜图6不同塔釜产出量下的分离效果产出量的可调整范围较小。表1不同进料量下的优化操作条件进料量/进料位置质量回塔釜产出量/(kg·h)塔釜温冷却器负再沸器负荷/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不同进料量下的优化分离结果10%(摩尔分数)时的操作进行模拟优化,结果见进料量x(塔顶x(塔釜最大液表3、表4。可以看出:不同进料组成下的最佳进(kg·h-1)丙烯)/%丙烯)/%泛系数0.579料位置不同,且随着丙烷含量的增加,最优进料1400099.640.623位置板数越来越大,最优质量回流比、塔釜产出15000量随之增大,塔釜温度呈逐步下降趋势,而塔顶冷却器负荷逐步上升,但它们的变化幅度都不3.2不同进料组成下的操作优化大,再沸器负荷变化不明显;操作优化后,x(塔顶以相同的方法对进料量15000kg/h,进料中丙烯)在99.6%以上,x(塔釜丙烯)在10%以下,丙烷含量组成分别为5%,6%,7%,8%,9%,分离精度达到了指标要求。表3不同进料组成下的优化操作条件x(进料丙进料位置质量塔釜产出量/(kg·h-)塔釜温冷却器负荷/再沸器负荷/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不同进料组成下的优化分离结果进料组成中丙烷含量的波动使调整优化操(进料x(塔顶x(塔釜最大液作的难度明显增大,为保持装置的平稳运行,应丙烷)/%丙烯)/%丙烯)/%泛系数0.694尽5.93中国煤化工乍,以避免双塔进料0.698组在进料丙烷含量99.63CNMH时叫盛范围较小,需要有99.644599.64较高的调整精度,对装置操作的平稳程度要求很0.701高,建议用精度较高的流量计在线监测产出量64石化技术与应用第26卷以便精确及时地调整操作。在相同进料量下,随着进料组成中丙烷含量的增从以上优化规律可以很容易地推断出不同进加,进料位置板数增大,回流比、塔釜产出量、冷料量和不同进料组成下的进料位置及回流比的优却器负荷、再沸器负荷增大,塔釜温度稍有降低,化结果,只对产出量进行模拟计算即可得出所有其液泛系数增大他优化结果,从而大大减少模拟工作量,提高模拟c,在进料丙烷含量较低时,产出量的可调整工作效率,实现对现场实际操作的及时指导。范围较小,建议用精度较高的流量计在线监测产出量,以便精确及时地调整操作。双塔位置对换对操作的影响d.丙烯精馏塔操作优化后,x(塔顶丙烯)在模拟表明,406塔的气、液相平均流率及液泛99.6%以上,x(塔釜丙烯)在10%以下,分离精度系数均高于406A塔的,而406塔塔径又小于406A达到了指标要求。塔的,这不利于大进料量下的操作。以进料量e.406塔与406A塔位置调换,有利于消除15000kg/h、进料丙烷含量3.456%为例,把两塔瓶颈因素,增大装置的操作弹性。位置对换,进行模拟对比。质量回流比和塔釜产出量分别设为13.5,615kg/h,双塔位置调换前的进参考文献料位置为406塔第53板,调换后的进料位置为40611培德李端阳,汪静,等,化工过程模拟技术及HYsM模拟塔第138板(由计算得知),模拟结果对比见表5。系统在化工生产中的应用[J].湖北化工,2002(6):4-62]贺来宾杨霞,岳金彩,等基于SQP法的ECSs-化工之星优化可以看出,双塔位置调换后406塔最大液泛系数由功能的实现[J,计算机与应用化学,2004,21(5):753-7570.667下降为0.624,406A塔最大液泛系数由[3]唐勇.丙烯酸精制单元的计算机模拟与优化[]丙烯酸化工0.466上升为0.520,并且406A塔最大液泛系数仍与应用,2003,16(3):20-24然低于406塔的,其他模拟结果十分接近,因此若[41夏和青,利用 Aspen Plus模拟软件挖潜丙烯精馏塔[.炼油装置要进一步改造,建议考虑将两塔位置对换,这技术与工程,2003,33(7):44-46样可以充分发挥406A塔塔径较大流通能力较强55方,日肉纸精系统过程概最分析1,石化技术的优势,有利于较大加工量下的操作。6]姚克俭,章渊昶,王良华,等新型高效大通量DJ系列塔板的研究与工业应用[].化工进展,2003,22(3):228-231表5双塔位置调换前后的模拟结果[7]朱菊香,俞跷梅,章渊昶,消除气体净化装置瓶颈的DJ塔板调整前调整后[.化学工业与工程技术,2005,26(6):37-39进料位置板数(406塔)[8]林广田,廖勇DJ-3新型塔盘在催化重整脱水塔中的应用再沸器负荷/(CJ·h-1)61.73[].山东化工,2002,31(4):22冷却器负荷/(GJ·h1塔顶温度/℃45.91045.919[9]刘崇明,王为,姚克俭,等DJ型高效塔盘在乙烯装置中的应塔釜温度/℃62.493用(J]乙烯工业,2002,14(4):28-32x(塔顶丙烯)/%99.610]祝铃钰,刘保柱,吕水军,等,乙烯精馏塔的瓶颈分析及扩x(塔釜丙烯)/能改造[J].石油化工,2003,32(8):700-703406塔最大液泛系数0.6670.624[11]朱菊香,俞晓梅矩形悬挂降液管塔盘的结构特点与工业应406A塔最大液泛系数0.4660.520用[J]计算机与应用化学,2005,33(6):623-62412]章渊昶,王良华,朱菊香,等新型固定阀悬挂降液管塔板的开发及工业应用J].石油化工,2003,32(10):896-8995结论[13]张颂红,任立新,周爱文,等DJ-5型塔板在丁二烯精馏塔a.与普通浮阀塔板相比,DJ型塔板具有效改造中的应用[].石油炼制与化工,2004,35(11):53-率高、流通量大的优点。在用普通浮阀塔板代替D型塔板进行模拟时,须对液泛系数进行76%相关文献链接:的修正。[I]张振华,赵俊峰,张明建,丙烯精馏塔的优化操作[].乙烯b.丙烯精馏塔的优化调整规律为:在相同进中国煤化工料组成下,随着进料量的增加,回流比及进料位CNMHG馏塔操作条件的优化张:日于服,2005,34(1):64-67置不变,塔釜产出量、塔顶冷却器负荷、塔釜再沸「3〕方卫东,冯辉霞.丙烯精馏塔的在线优化[J.兰州理工大器负荷增大,塔釜温度基本不变,液泛系数增大学学报,2004,30(2):72-74第1期孙卫国等.丙烯精馏塔的操作优化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读者·作者·编者·下期要目·混合C4催化转化规律研究·某厂催化裂化装置操作工况核算分析及对策·聚氧化乙烯合成工艺研究·丙烯精馏塔动态模拟●用于生产1,6-己二醇加氢催化剂的制备及评价·LTB-1型增产丙烯助剂在催化裂化装置上的直馏柴油馏分烃类组成研究应用催化裂化进料喷嘴压降分级结构对其雾化效果·多产丙烯LIP-200催化剂的工业应用的影响催化剂在环管聚丙烯装置上的应用几种分子笫催化剂在催化裂化汽油改质中的性·平衡剂粒度分布对催化裂化产品分布的能对比·酸性气含氨量对 Claus工艺的影响简讯丙烯腈催化剂万吨级工业应用通过鉴定据“中国石化新闻网,2007-12-6”报道,由2006年10月在中国石化齐鲁石化腈纶厂4万t中国石化齐鲁分公司腈纶厂和中国石化上海石a丙烯腈装置上进行了工业应用,连续平稳运行油化工研究院共同承担的“SAC-2000丙烯腈催1年后,于2007年10月由中国石化组织专家进化剂万吨级工业应用”项目于2007年11月22行了节法里日该伴化剂在这套装置上日,顺利通过中国石化科技开发部组织的技术鉴表某化二中国煤烯单耗和对环境定。SAC-200丙烯腈催化剂小试于2003年5更CNMHG属国际先进水平,月通过中国石化组织的技术鉴定,同年7月在中经济效益和社会效益显著。国石化高桥石化公司进行了千吨级工业应用,(甘肃兰州武爱军供稿)