第26卷第1期技術與應用Vol 26 No. 12008年1月Petrochemical Technology Application」an.2008工業(yè)技術(61~65丙烯精餾塔的操作優(yōu)化孫衛(wèi)國,伏妍,丁冠政2,李潔,蘭其盈(1,中國石油蘭州化工研究中心,甘肅蘭州730060;2.中國石油蘭州石化分公司工程公司,甘肅蘭州730060)摘要:利用 Aspen Plus軟件,通過普通浮閥塔板代替DJ型塔板對丙烯精餾塔操作進行了穩(wěn)態(tài)模擬,對液泛系數進行了76%的修正,得出了不同進料量和不同進料組成下的優(yōu)化操作條件。結果表明,在相同進料組成下,最優(yōu)回流比及進料位置相同;丙烯精餾塔操作優(yōu)化后,x(塔頂丙烯)在9.6%以上x(塔釜丙烯)在10%以下,分離精度達到了指標要求;406塔與406A塔位置調換,可增大裝置操作彈性。關鍵詞:丙烯精餾塔; Aspen Plus軟件;穩(wěn)態(tài)模擬;操作優(yōu)化中圖分類號:TQ053.5;TQ221.21獻標識碼:B文章編號:1009-0045(2008)01-0061-05乙烯分離裝置的能耗占整個乙烯系統(tǒng)能耗406A塔釜液相經泵輸入406塔頂。406A塔頂設的60%。故改善其操作控制品質,從而有效地提有冷卻器,406塔釜設有再沸器,高含量丙烯自高乙烯分離過程中產品的質量和產量,是企業(yè)增406A塔頂產出,其余物料自406塔釜產出,要求加經濟效益的一個關鍵。針對中國石油蘭州石塔頂產出物的丙烯摩爾分數不小于99.6%,塔釜化分公司(以下簡稱為蘭州石化)24萬U/a烯烴產出物中的丙烯摩爾分數不大于10%。裝置因進料量及進料組成波動而造成裝置操作不穩(wěn)定的問題,本工作以普通浮閥塔板代替DJ型塔板,并應用美國 Aspen tech公司的穩(wěn)態(tài)模擬軟件 Aspen Plus,對丙烯精餾塔操作進行了穩(wěn)態(tài)了的模擬,對其液泛系數進行了合理修正,得出了不同進料量和不同進料組成下的優(yōu)化操作條件。目前國內有數篇文獻報導了使用不同模擬軟件對類似丙烯精餾塔進行的模擬分析,但在模擬過程中,塔板效率多數按100%進行核算,同時1一丙烯原料;2-406A塔塔頂采出的精丙烯;在對新型或特殊塔板進行模擬時,對塔板特點考3-406A塔塔底采出;4—進406塔塔頂慮不多,對模擬軟件的應用不夠靈活,模擬結果5從406塔塔頂采出的汽相;6-406塔塔釜采出的丙烷與實際操作并不十分吻合-31。圖1丙烯精餾雙塔工藝流程示意2DJ-3和DJ-5型塔板特點1丙烯精餾塔工藝流程DJ-3和DJ-5型塔板均系浙江工業(yè)大學研2005年8月蘭州石化烯烴裝置進行了擴容究開發(fā)的新型高效大通量DJ系列塔板,均采用改造,保留了原丙烯精餾塔(406塔),新建了了矩形降液管,呈懸掛式布置在塔板中間。即降406A塔,并將406A塔作為精餾段與406塔串聯液管底部并不浸在下層塔板的液體中,而是懸掛操作。406塔共設153塊DJ-3型塔板,塔徑3000mm,板間距450mm;406A塔共設84塊DJ5型塔板,塔徑3400mm,板間距450mm。改造EH中國煤化工開孔鼓泡,使塔板CNMHG后的雙塔流程如圖1所示,丙烯原料從406塔第收稿日期:2007-07-26;修回日期:2007-11-28作者簡介:孫衛(wèi)國(1973—),男,甘肅民勤人,工程碩土,工程90板進入,406塔塔頂氣相進人406A塔釜師,從事化學工程研究工作。已發(fā)表論文4篇62石化技術與應用第26卷有效面積增大,壓降降低,操作彈性增大,液體流了實現 Aspen Plus軟件對丙烯精餾塔操作的模通能力可比一般塔板的高30%~50%。擬,本工作用普通浮閥塔板代替了DJ型塔板。DJ-3型塔板設有2根降液管,相鄰兩板的降但是普通浮閥塔板的流通能力與DJ型塔板的相液管互成垂直排列其塔板是復合型的即在塔板差較大,因此必須對塔板代替后的模擬數據進行下復合了一薄層規(guī)整填料(結構如圖2所示),填合理修正,先期校算表明,設計操作條件下的最料層處于氣相空間,當負荷高時,起到了抑制霧沫大液泛系數為模擬結果的76%,故在以下的討論夾帶作用,使塔板效率可提高10%~15%,氣相通中液泛系數值均按模擬結果的76%進行了修正。量可提高15%~20%。因此,DJ-3型塔板除具有大通量、高彈性的特點外,還具有高效率的優(yōu)良特3雙塔操作優(yōu)化性,其板效率與浮閥塔板的相當6m。目前,裝置進料量在13000~15000kg/h間波動,進料組成主要是丙烷含量在5%~10%(摩爾分數,下同)波動。為此,對不同進料量和不同進料組成兩種情況下的操作進行了模擬優(yōu)化。3.1不同進料量下的操作優(yōu)化以進料丙烷含量為3.4456%、進料量為塔壁;2—降液管;3-一復合填料;4-塔板;5一導流板13000kg/h下的操作為例,來尋求其最佳進料位圖2DJ-3型塔板結構示意置,見圖4?？梢钥闯?當進料位置在第53板時,塔頂丙烯含量達到最高,同時塔釜丙烯含量達到DJ-5型塔板采用了新型固定閥作為鼓泡元最低,表明最佳進料位置為406塔第53板件(結構見圖3),較好地綜合了篩孔塔板和浮閥塔板的優(yōu)點。針對傳統(tǒng)固定閥的缺點,新型固定閥閥面?zhèn)冗吘哂邢蛳聫澢恼圻?改變了從固定閥側孔中吹出的氣體的方向,使氣體從固定閥側孔中斜向下吹到塔板板面上,因此減少了霧沫夾帶量和漏液量,提高了塔板的處理能力和操作彈性,同時強化了塔板上氣液接觸傳質,提高了塔9958090100板傳質效率。在受液區(qū)設置新型固定閥還可以進料位置板數減少DJ-5型塔板的沖擊漏液量,其塔板效率和圖4不同進料位置的分離效果操作彈性與浮閥塔板的相當213)。其他條件不變,將進料位置調整為第53板,來尋求其最合適的質量回流比,見圖5。可以看出)質量回流比在13之上時,即可使分離精度達到要求,考慮實際生產中的操作波動情況,為保證產品質量,應當將質量回流比調整在13.2-13.8圖3DJ-5型塔板新型固定閥結構示意15100.0根據國內多年來的經驗,丙烯精餾塔的塔板效率一般在0.6~0.7,但是否準確,國內文獻報道較少,已發(fā)表的在進行模擬計算時,塔板效率多數采用1,其模擬結果與實際操作并不完全吻中國煤化工合。本工作在模擬核算中,D-3與D-5塔板CNMHG994效率按0.77124(廠家提供)設定。Aspen Plus軟件不能直接模擬DJ型塔板,為圖5不同質量回流比的分離效果第1期孫衛(wèi)國等.丙烯精餾塔的操作優(yōu)化63其他條件不變,將質量回流比調整為13.5,烯含量都能合格。這表明塔釜產岀量對塔頂、塔來判定最合適的塔釜產出量,見圖6。可以看出,釜丙烯含量影響較大,并且可調整空間只有當塔釜產出量在510-550kg/h時,塔頂、塔釜丙40kg/h,因此生產中應嚴格控制塔釜產出量,以避免生產波動引起的產品質量不合格以相同的方法對進料量為14000kg/h和維區(qū)姿99.515000kg/h時的操作進行模擬優(yōu)化,結果見表1與表2?？梢钥闯?不同進料量下的最佳進料位置均為406塔第53板,合適的質量回流比均為13.5,這說明在固定進料組成下,進料量的變化1418塔釜產出量/(kg·h2)對最佳進料位置及回流比的選擇影響不大;塔釜圖6不同塔釜產出量下的分離效果產出量的可調整范圍較小。表1不同進料量下的優(yōu)化操作條件進料量/進料位置質量回塔釜產出量/(kg·h)塔釜溫冷卻器負再沸器負荷/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不同進料量下的優(yōu)化分離結果10%(摩爾分數)時的操作進行模擬優(yōu)化,結果見進料量x(塔頂x(塔釜最大液表3、表4?？梢钥闯?不同進料組成下的最佳進(kg·h-1)丙烯)/%丙烯)/%泛系數0.579料位置不同,且隨著丙烷含量的增加,最優(yōu)進料1400099.640.623位置板數越來越大,最優(yōu)質量回流比、塔釜產出15000量隨之增大,塔釜溫度呈逐步下降趨勢,而塔頂冷卻器負荷逐步上升,但它們的變化幅度都不3.2不同進料組成下的操作優(yōu)化大,再沸器負荷變化不明顯;操作優(yōu)化后,x(塔頂以相同的方法對進料量15000kg/h,進料中丙烯)在99.6%以上,x(塔釜丙烯)在10%以下,丙烷含量組成分別為5%,6%,7%,8%,9%,分離精度達到了指標要求。表3不同進料組成下的優(yōu)化操作條件x(進料丙進料位置質量塔釜產出量/(kg·h-)塔釜溫冷卻器負荷/再沸器負荷/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不同進料組成下的優(yōu)化分離結果進料組成中丙烷含量的波動使調整優(yōu)化操(進料x(塔頂x(塔釜最大液作的難度明顯增大,為保持裝置的平穩(wěn)運行,應丙烷)/%丙烯)/%丙烯)/%泛系數0.694盡5.93中國煤化工乍,以避免雙塔進料0.698組在進料丙烷含量99.63CNMH時叫盛范圍較小,需要有99.644599.64較高的調整精度,對裝置操作的平穩(wěn)程度要求很0.701高,建議用精度較高的流量計在線監(jiān)測產出量64石化技術與應用第26卷以便精確及時地調整操作。在相同進料量下,隨著進料組成中丙烷含量的增從以上優(yōu)化規(guī)律可以很容易地推斷出不同進加,進料位置板數增大,回流比、塔釜產出量、冷料量和不同進料組成下的進料位置及回流比的優(yōu)卻器負荷、再沸器負荷增大,塔釜溫度稍有降低,化結果,只對產出量進行模擬計算即可得出所有其液泛系數增大他優(yōu)化結果,從而大大減少模擬工作量,提高模擬c,在進料丙烷含量較低時,產出量的可調整工作效率,實現對現場實際操作的及時指導。范圍較小,建議用精度較高的流量計在線監(jiān)測產出量,以便精確及時地調整操作。雙塔位置對換對操作的影響d.丙烯精餾塔操作優(yōu)化后,x(塔頂丙烯)在模擬表明,406塔的氣、液相平均流率及液泛99.6%以上,x(塔釜丙烯)在10%以下,分離精度系數均高于406A塔的,而406塔塔徑又小于406A達到了指標要求。塔的,這不利于大進料量下的操作。以進料量e.406塔與406A塔位置調換,有利于消除15000kg/h、進料丙烷含量3.456%為例,把兩塔瓶頸因素,增大裝置的操作彈性。位置對換,進行模擬對比。質量回流比和塔釜產出量分別設為13.5,615kg/h,雙塔位置調換前的進參考文獻料位置為406塔第53板,調換后的進料位置為40611培德李端陽,汪靜,等,化工過程模擬技術及HYsM模擬塔第138板(由計算得知),模擬結果對比見表5。系統(tǒng)在化工生產中的應用[J].湖北化工,2002(6):4-62]賀來賓楊霞,岳金彩,等基于SQP法的ECSs-化工之星優(yōu)化可以看出,雙塔位置調換后406塔最大液泛系數由功能的實現[J,計算機與應用化學,2004,21(5):753-7570.667下降為0.624,406A塔最大液泛系數由[3]唐勇.丙烯酸精制單元的計算機模擬與優(yōu)化[]丙烯酸化工0.466上升為0.520,并且406A塔最大液泛系數仍與應用,2003,16(3):20-24然低于406塔的,其他模擬結果十分接近,因此若[41夏和青,利用 Aspen Plus模擬軟件挖潛丙烯精餾塔[.煉油裝置要進一步改造,建議考慮將兩塔位置對換,這技術與工程,2003,33(7):44-46樣可以充分發(fā)揮406A塔塔徑較大流通能力較強55方,日肉紙精系統(tǒng)過程概最分析1,石化技術的優(yōu)勢,有利于較大加工量下的操作。6]姚克儉,章淵昶,王良華,等新型高效大通量DJ系列塔板的研究與工業(yè)應用[].化工進展,2003,22(3):228-231表5雙塔位置調換前后的模擬結果[7]朱菊香,俞蹺梅,章淵昶,消除氣體凈化裝置瓶頸的DJ塔板調整前調整后[.化學工業(yè)與工程技術,2005,26(6):37-39進料位置板數(406塔)[8]林廣田,廖勇DJ-3新型塔盤在催化重整脫水塔中的應用再沸器負荷/(CJ·h-1)61.73[].山東化工,2002,31(4):22冷卻器負荷/(GJ·h1塔頂溫度/℃45.91045.919[9]劉崇明,王為,姚克儉,等DJ型高效塔盤在乙烯裝置中的應塔釜溫度/℃62.493用(J]乙烯工業(yè),2002,14(4):28-32x(塔頂丙烯)/%99.610]祝鈴鈺,劉保柱,呂水軍,等,乙烯精餾塔的瓶頸分析及擴x(塔釜丙烯)/能改造[J].石油化工,2003,32(8):700-703406塔最大液泛系數0.6670.624[11]朱菊香,俞曉梅矩形懸掛降液管塔盤的結構特點與工業(yè)應406A塔最大液泛系數0.4660.520用[J]計算機與應用化學,2005,33(6):623-62412]章淵昶,王良華,朱菊香,等新型固定閥懸掛降液管塔板的開發(fā)及工業(yè)應用J].石油化工,2003,32(10):896-8995結論[13]張頌紅,任立新,周愛文,等DJ-5型塔板在丁二烯精餾塔a.與普通浮閥塔板相比,DJ型塔板具有效改造中的應用[].石油煉制與化工,2004,35(11):53-率高、流通量大的優(yōu)點。在用普通浮閥塔板代替D型塔板進行模擬時,須對液泛系數進行76%相關文獻鏈接:的修正。[I]張振華,趙俊峰,張明建,丙烯精餾塔的優(yōu)化操作[].乙烯b.丙烯精餾塔的優(yōu)化調整規(guī)律為:在相同進中國煤化工料組成下,隨著進料量的增加,回流比及進料位CNMHG餾塔操作條件的優(yōu)化張:日于服,2005,34(1):64-67置不變,塔釜產出量、塔頂冷卻器負荷、塔釜再沸「3〕方衛(wèi)東,馮輝霞.丙烯精餾塔的在線優(yōu)化[J.蘭州理工大器負荷增大,塔釜溫度基本不變,液泛系數增大學學報,2004,30(2):72-74第1期孫衛(wèi)國等.丙烯精餾塔的操作優(yōu)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讀者·作者·編者·下期要目·混合C4催化轉化規(guī)律研究·某廠催化裂化裝置操作工況核算分析及對策·聚氧化乙烯合成工藝研究·丙烯精餾塔動態(tài)模擬●用于生產1,6-己二醇加氫催化劑的制備及評價·LTB-1型增產丙烯助劑在催化裂化裝置上的直餾柴油餾分烴類組成研究應用催化裂化進料噴嘴壓降分級結構對其霧化效果·多產丙烯LIP-200催化劑的工業(yè)應用的影響催化劑在環(huán)管聚丙烯裝置上的應用幾種分子笫催化劑在催化裂化汽油改質中的性·平衡劑粒度分布對催化裂化產品分布的能對比·酸性氣含氨量對 Claus工藝的影響簡訊丙烯腈催化劑萬噸級工業(yè)應用通過鑒定據“中國石化新聞網,2007-12-6”報道,由2006年10月在中國石化齊魯石化腈綸廠4萬t中國石化齊魯分公司腈綸廠和中國石化上海石a丙烯腈裝置上進行了工業(yè)應用,連續(xù)平穩(wěn)運行油化工研究院共同承擔的“SAC-2000丙烯腈催1年后,于2007年10月由中國石化組織專家進化劑萬噸級工業(yè)應用”項目于2007年11月22行了節(jié)法里日該伴化劑在這套裝置上日,順利通過中國石化科技開發(fā)部組織的技術鑒表某化二中國煤烯單耗和對環(huán)境定。SAC-200丙烯腈催化劑小試于2003年5更CNMHG屬國際先進水平,月通過中國石化組織的技術鑒定,同年7月在中經濟效益和社會效益顯著。國石化高橋石化公司進行了千噸級工業(yè)應用,(甘肅蘭州武愛軍供稿)