芳烴抽提過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬.doc

化：1：進(jìn)展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2007年第26卷增刊芳烴抽提過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬王健1，孫津生12(1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072：2天津大學(xué)精餾技術(shù)國(guó)家工程研究中心，天津300072)摘要：簡(jiǎn)單介紹了我國(guó)芳烴抽提工業(yè)生產(chǎn)和市場(chǎng)發(fā)生的變化，同時(shí)介紹了商用軟件在計(jì)算芳烴抽提過(guò)程中存 在的困難運(yùn)用ASPEN PLUS過(guò)程模擬軟件對(duì)芳烴抽提單元進(jìn)行了單塔及全流程的模擬與優(yōu)化，通過(guò)計(jì)算機(jī) 模擬，模擬計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)值基本吻合，可以用來(lái)分析抽提單元和各塔的操作能力和操作問(wèn)題，指導(dǎo)實(shí)際生 產(chǎn)操作關(guān)鍵詞：芳烴抽提；模擬；模型，芳烴是石油化工工業(yè)的重要基礎(chǔ)原料，在總數(shù)個(gè)工序，其作用是完成芳烴與非芳烴的分離。約800萬(wàn)種的已知有機(jī)化合物中，芳烴化合物占了原料油從抽提塔中部入塔，在塔內(nèi)與溶劑接觸，30，其中BTX芳烴(苯、甲苯、二甲苯)被稱(chēng)塔頂出來(lái)的抽余相經(jīng)冷卻后入抽余油水洗塔，用水 為一級(jí)基本有機(jī)原料【lJ。其產(chǎn)量和規(guī)模僅次于乙烯 逆流洗滌，出去微量溶劑，洗后的抽余油送出裝置。 和丙烯。抽提塔底溶解了人量芳烴和少量非芳烴的第一富溶 BTX芳烴主要來(lái)自石油餾分催化重整生成油和劑進(jìn)入提餾塔頂，進(jìn)行抽提蒸餾提餾操作，除去非 裂解汽油，少部分來(lái)自煤焦油。近年來(lái)通過(guò)輕質(zhì)烴芳烴，塔頂出來(lái)的含非芳烴和芳烴餾出物經(jīng)冷卻后 類(lèi)芳構(gòu)化及重芳烴輕質(zhì)化來(lái)生產(chǎn)BTX芳烴的技術(shù)得入回流芳烴罐，將油水分離，油作為回流打回抽提 到較快發(fā)展。芳烴分離技術(shù)包括溶劑抽提、精餾和 塔底。提餾塔底富含芳烴的第二富溶劑送至回收塔抽提蒸餾、吸附分離、結(jié)晶分離、絡(luò)合分離、膜分 中部入塔，在塔內(nèi)進(jìn)行減壓汽提蒸餾將芳烴與溶劑 離等工藝。由于催化重整油合裂解汽油等所含芳烴 分開(kāi)，塔頂餾出物中一部分油作為回流打回塔頂， 的沸點(diǎn)與響應(yīng)的烷烴等相近并形成共沸物，不易用其余的油就是芳烴產(chǎn)品，分離出來(lái)的水作為水洗水， 分餾方法得到芳烴，因此通常采用溶劑抽提方法取被送往抽余油水洗塔?；厥账壮鰜?lái)的貧溶劑返回 得混和芳烴，然后再用其他分離方法取得單體芳烴。抽提塔中，完成溶劑循環(huán)。抽余油水洗塔底與回流 芳烴抽提目前主要有兩種工藝，即液一液抽提：C藝和芳烴罐分出水合并進(jìn)入水汽提塔，進(jìn)行提餾操作除 萃取蒸餾工藝。液一液抽提工藝多應(yīng)用于同時(shí)收回去水中微量非芳烴。苯、甲苯和二甲苯工況；萃取蒸餾，1二藝則適合于從12模擬流程圖 高芳烴含量的原料生產(chǎn)高純度的單一芳烴或同時(shí)生圖l為手冊(cè)中的流程圖，而圖2為模擬軟件中 產(chǎn)苯與甲苯。與液一液抽提工藝相比，萃取蒸餾工簡(jiǎn)化的流程圖。從兩圖的對(duì)比中可以看出，首先，藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，裝置投資和能耗相對(duì)較低。1芳烴抽提過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬11工藝原理 催化重整生成油或裂解加氫汽油中組分繁多，有多種烷烴、環(huán)烷烴、芳烴和少量烯烴，以及它們的同分異構(gòu)體，而這些化合物之間有的沸 點(diǎn)差很小或形成共沸，如苯與多種烷烴、環(huán)烷烴、 烯烴就可以形成共沸物，因此很難用常規(guī)的方法 進(jìn)行分離。采用環(huán)丁砜作為溶劑進(jìn)行液液萃取來(lái)分離芳 烴12J，整個(gè)工藝包括環(huán)丁砜抽提、非芳烴水洗、汽提脫輕組分、芳烴溶劑分離、水汽提及溶劑再生6圖l手冊(cè)中芳烴抽提流程圖增刊王健等；芳烴抽提過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬圖2模擬中芳烴抽提流程圖最大的簡(jiǎn)化在于溶劑再生塔的簡(jiǎn)化。在模擬中，省 際要求。再次，水汽提塔塔頂出來(lái)主要為水，幾乎 去了再生塔，其中的循環(huán)由外加物料來(lái)替代，這樣不含芳烴等組分，因此在模擬流程圖中直接放出系 簡(jiǎn)化了流程中的循環(huán)，使模擬計(jì)算更容易收斂，但統(tǒng)，而不進(jìn)入循環(huán)。最后，流股之間的換熱問(wèn)題也 同時(shí)又符合實(shí)際要求。其次，在同收塔處，手冊(cè)中做了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。 是由附加回流芳烴罐使油水分離，而在模擬中則通 13操作參數(shù) 過(guò)塔本身自由水的分離來(lái)達(dá)到此目的，同樣符合實(shí)環(huán)丁砜抽提工藝操作數(shù)據(jù)部分列于表l【l】。表1抽提原料物性餾分c6、C，餾分C6Cl餾分 餾分c6、C7鋪分 C6c|餾分 相對(duì)密度(20)O7776 08354 芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)N605 837 餾程 苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 175451初餾點(diǎn) 一 67 呵l苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)423 288 終餾點(diǎn)一167二甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)，O797 溴值顫Br)tOO g(油)】-2510 C，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)N 一 01硫含tragkg一10 1 0表2主要工藝操作數(shù)據(jù)餾分c6，C，餾分c6cs餾分 鋪分c6、c7餾分 c6cI餾分 抽提塔溫度回收塔堆力(絕)MPa00350045 O0350045塔頂7080 80100回收塔底溫度175180175180塔底 5565 6585 芳烴回收率， 288 溶劑比(對(duì)抽提進(jìn)料)m 253，5 3550苯回收率， 約1000 約1000 回流比(對(duì)抽提，進(jìn)料)in 03O5 06O9甲苯回收率N99599 9 993998 貧溶劑含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 10 540 540但由于環(huán)丁砜的加入，使體系具有很強(qiáng)的非理想性，2 單塔模擬因此計(jì)算模型的選取很重要但同時(shí)具有一定的困難。21抽提塔 計(jì)算模型的選取是否合適，采月j兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 在抽提塔中，以環(huán)丁砜為溶劑溶解人部分芳烴。評(píng)判：第一條標(biāo)準(zhǔn)是Aspen Plus軟件在運(yùn)行過(guò)程中化工進(jìn)展2007年第26卷 表3各塔操作參數(shù)及熱力學(xué)模型選At31塔板數(shù) 需要進(jìn)行迭代計(jì)算，當(dāng)相鄰兩次計(jì)算得到的物料流圖4各塔板組分流量分布 量和溫度相對(duì)誤差小于Aspen Plus的規(guī)定值，即物料平衡；第二條標(biāo)準(zhǔn)是將計(jì)算結(jié)果與工藝數(shù)據(jù)包對(duì)通過(guò)表4可以看出，關(guān)鍵組分的模擬值與真實(shí)比，優(yōu)先選擇偏差較小的模型。數(shù)據(jù)的差別很小，完全符合誤差允許的范圍，因此通過(guò)選取Aspen Plus軟件中提供的不同模型 通過(guò)對(duì)熱力學(xué)交互參數(shù)的修改來(lái)模擬抽提過(guò)程是可對(duì)比一進(jìn)行模擬運(yùn)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果與工藝包數(shù)據(jù)對(duì)行的。比，可以確定UNIQUAC模型較為接近，但是不 相符，主要原因是模型本身的內(nèi)部參數(shù)群對(duì)環(huán)丁表4塔底關(guān)鍵組分出料 砜和芳烴體系非理想性描述不準(zhǔn)確。只有多元系物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)鸕矗 的氣液平衡數(shù)據(jù)才能作為計(jì)算依據(jù)，但魯奇和林BENZENETOLUENEOXYLENEMXYLENEPXYLENESULFOLAN 德公司的汽液平衡數(shù)據(jù)屬于專(zhuān)利，沒(méi)有公開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)00476 00409 0021900220 00220 08282 表。參照已有數(shù)據(jù)以及根據(jù)UNFIC官能團(tuán)法及部 模擬數(shù)據(jù)00474 00407 0021 8 00219 00220 08290分文獻(xiàn)【4】，對(duì)汽液平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。根據(jù)溫度 的影響對(duì)二元交互作用參數(shù)進(jìn)行修改sl，修改后22提餾塔 的模型與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)照吻合較好，從而構(gòu)成一種從抽提塔分離出的溶解了大量芳烴和少量非芳 適用于芳烴抽提過(guò)程中的抽提塔工藝過(guò)程計(jì)算烴的第一富溶劑進(jìn)入提餾塔頂，進(jìn)行抽提蒸餾提餾操 的模型。作，富溶劑在提餾塔中進(jìn)一步除掉剩余非芳烴，并將從圖3中可以看出，第8塊板為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，溫二次富溶劑送入到回收塔中，將芳烴與溶劑分開(kāi)。 度急劇降低，而其他塔板溫度趨于不變，因?yàn)榈? 該塔體系與抽提塔很相似，也具有很強(qiáng)的非理想 塊板為進(jìn)料板，而且這個(gè)塔為液液萃取塔，因此性，因?yàn)樵谟?jì)算模型的選取上有一定的困難。通過(guò)對(duì) 溫度如上圖分布；從圖4中可以看出，第一組分各個(gè)模型選取的比較，抽提塔同樣選取了UNIQUAC 為萃取相，第二組分為萃余相，從而得知芳烴和模型，但同時(shí)也存在著與實(shí)際結(jié)果不相符的情況，通 非芳烴在萃取劑環(huán)丁砜的作用下，初步達(dá)到了分過(guò)原因分析，得出與抽提塔一樣的結(jié)論體系的很 離的目的。強(qiáng)非理想性，因此沿用抽提塔熱力學(xué)模型修改的方法進(jìn)行模擬，并最終得到比較理想的結(jié)果。 通過(guò)表5可以看出，芳烴以及環(huán)丁砜組分的模擬值與真實(shí)數(shù)據(jù)的差別很小，完全符合誤差允許的對(duì)H：一范圍。表5塔底關(guān)鍵組分出料物料的質(zhì)鼉分?jǐn)?shù)，BENZENETOLUENEOXYLENEMXYLENEPXYLENESULFOLAN塔板數(shù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)錙00401 00402 00222002210 0221 08495模擬數(shù)據(jù)0 0401 00399 0 0221 002210 02200，8499圖3各塔板溫度分布增刊王健等：芳烴抽提過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬113且滿(mǎn)足丁藝流程的要求?？梢哉J(rèn)為：以修改熱力學(xué)3結(jié)語(yǔ)模型為基礎(chǔ)在Aspen Plus中建立的芳烴工藝流程對(duì)本文利用流程模擬軟件Aspen Plus對(duì)芳烴抽提 于指定的進(jìn)料條件可以作為工藝數(shù)據(jù)包米使用。 工藝進(jìn)行了流程模擬，根據(jù)j【藝包數(shù)據(jù)，進(jìn)行了模參考文獻(xiàn)擬計(jì)算并對(duì)不符合條件的參數(shù)進(jìn)行了回歸和修改。Aspen Plus軟件是一款功能強(qiáng)大的通用工藝模擬軟【i】趙仁殿，金彰禮芳烴工學(xué)MI北京：化學(xué)工業(yè)出版社，18l一182件，但是要正確的模擬已有和設(shè)計(jì)新的工藝，必須【2】袁天聰芳烴抽提工藝評(píng)析【J】石油化工設(shè)備2003，20(4)：58正確選擇Aspen Plus軟件中提供的熱力學(xué)模型、比【3】Eric CCarlsonDont gamble with physical properties for simulations較不同模型的物質(zhì)參數(shù)及混合物數(shù)據(jù)的表征