基于AspenPlus的粗苯回收模擬及優(yōu)化

1、山東化工 收稿日期:20151111項目基金:北京市大學生科學研究與創(chuàng)業(yè)行動計劃項目資助作者簡介:郝澤輝(1994,山西交城人,中國礦業(yè)大學(北京大四本科生,本科專業(yè)是化學工程與工藝。基于Aspen Plus 的粗苯回收模擬及優(yōu)化郝澤輝,石繼祥,亢一星,李志成,汪潔(中國礦業(yè)大學(北京化學與環(huán)境工程學院化學工程與工藝,北京100083摘要:利用穩(wěn)態(tài)流程軟件Aspen Plus 模擬了焦化化產回收系統(tǒng)中的粗苯回收工段的流程,在此基礎上,利用靈敏度分析工具對富油脫苯塔操作參數(shù)(進料板位置,回流比進行優(yōu)化與改進,并最終得出優(yōu)化方案:富油脫苯塔塔板數(shù)為11,進料板位置為6,最佳回流比為58,通過操作參

2、數(shù)的優(yōu)化,提高脫苯效果。關鍵詞:粗苯回收;脫苯塔;Aspen Plus ;優(yōu)化模擬中圖分類號:TQ52文獻標識碼:A文章編號:1008021X (201524012402Simulation and Optimization of Crude Benzol Recovery Based on Aspen PlusHao Zehui ,Shi Jixiang ,Kang Yixing ,Li Zhicheng ,Wang Jie(Chemical engineering and technology ,School of Chemical Environmental Engineering ,C

3、hinaUniversity of Mining Technology ,Beijing 100083,China Abstract :By the using of steady state process simulation software Aspen Plus ,the process of crude benzol recovery section was buildThe operating parameters (such as reflux ratio ,feed plate location of tower for removal of benzene were opti

4、mizedAt last ,optimization scheme as follows :plate number is 11,feedstage is 6,the optimum reflux ratio is 58Through the optimization operation parameters ,the removal effect of benzene was improvedKey words :crude benzol recovery ;operating parameters ;Aspen Plus ;optimization 在煉焦化學工業(yè)中,化學產品特別是苯族烴的

5、回收對合理、綜合、清潔利用煤炭資源有著重要的意義,而焦化粗苯,作為煉焦煤氣凈化的副產品之一,是多種有機化合物組成的混合物,其主要成分有苯、甲苯、二甲苯等,它們都是重要的化工原料1。而在粗苯回收工藝中,循環(huán)洗油的質量對粗苯的回收效果起著決定性作用,脫苯后貧油中粗苯的含量指標就顯得尤為重要,因此,富油脫苯塔在整個流程中占據(jù)重要位置,直接影響整個工段,本文中以達到分離效果和節(jié)約能源為目的,通過Aspen Plus 模擬系統(tǒng)對粗苯回收工段進行了詳細的模擬計算,對富油脫苯塔的操作參數(shù)進行了靈敏度分析,以便為工業(yè)生產中富油脫苯塔的優(yōu)化提供指導。Aspen Plus 化工模擬系統(tǒng)利用嚴格的方法進行單元和全過

6、程計算,提供了準確的單元操作模型,結合其龐大而全面的數(shù)據(jù)庫,該系統(tǒng)通過流程模擬對現(xiàn)代各化工系統(tǒng)進行過程優(yōu)化,是一種低成本、高效率的研究方法2,目前已在世界范圍內廣泛使用參考。1粗苯吸收工藝本文粗苯吸收工藝采用洗油吸收法,工藝流程如圖1,經(jīng)過終冷后溫度降至25左右的粗煤氣,進入洗苯塔T 101回收苯族烴,塔上噴淋洗油,煤氣自下而上流動,煤氣與洗油逆向接觸。洗油吸收粗苯后成為富苯洗油,簡稱富油。富油在富油脫苯塔T 102脫掉吸收的粗苯后,稱為貧油。貧油送洗苯工序循環(huán)使用,貧油在洗苯塔T 101吸收粗苯又成為富油3。焦爐煤氣經(jīng)過粗苯回收工序后,既可以作為凈化煤氣,通過煤氣輸送管道外送及供用戶使用;又

7、可以進一步得到有經(jīng)濟效益的有機合成工業(yè)的基礎原料4。圖1流程本文選取4000(kg /h 質量流率的粗煤氣為研究對象,其進料粗煤氣組成見下表1,洗油成分組成見下表2。·421·SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2015年第44卷第24期表1粗煤氣進料組成5成分組成H 2CO CH 4苯甲苯二甲苯摩爾分率059630298200994000430001100007表2洗油成分成分組成甲基萘苊芴質量分率0900050052Aspen Plus 模擬流程21模型方法采用Aspen Plus 流程模擬軟件模擬計算的關鍵在于熱力學模型的選取,其正確與否直接影響計算的

8、物理性能的準確程度與計算結果的精確度,本工段采用Wilson 模型。22工藝模擬依據(jù)粗苯吸收工藝路線,選用Aspen Plus 軟件中的相關模塊對工藝進行模擬,吸收塔選用RadFrac 模塊,分離標準為:吸收塔T 101后煤氣中粗苯含量要求低于2g /m3,貧油溫度進入應略高于煤氣溫度2 4,以防煤氣中水汽凝出:脫苯塔T 102先選用DSTWU 模塊進行簡單計算,后使用RadFrac 模塊詳細計算。最終流程圖2如下: 圖2流程模擬23脫苯塔T 102操作參數(shù)優(yōu)化使用Aspen Plus 的靈敏度分析和設計規(guī)定等工具考察塔板數(shù)、進料板位置、回流比等主要操作參數(shù)對富油脫苯塔T 102脫苯能力及能耗

9、的影響,來尋求最適宜的操作條件,以達到最大的經(jīng)濟效益。表3脫苯塔T 102進料組成成分組成摩爾分率成分組成摩爾分率H 242106甲苯0005CO 314106甲基萘0880CH 4355106苊0044苯002芴0047二甲苯0003富油脫苯塔T 102氣體進料入口依據(jù)上述Aspen Plus 模擬結果導出,其數(shù)據(jù)如下:壓力120kPa ,溫度170,總體積流量119140m 3/h ,總摩爾流量725614kmol /h ,氣體組成如表3所示。脫苯塔后貧油中粗苯含量對循環(huán)洗油的用量有重要影響,直接影響經(jīng)濟成本,工業(yè)中要求富油脫苯后貧油中粗苯含量低于02%。231進料塔板位置的影響在相同的條

10、件下,進料位置的不同將對塔的分離效果產生影響,不同的精餾效果導致塔頂和塔釜的組成產生改變,對再沸器和冷凝器負荷也會產生影響,因此存在最佳進料位置6。將進料板位置定義為操縱變量,脫苯后貧油中苯含量、再沸器熱負荷、冷凝器負荷分別定義為分析變量,通過靈敏度分析得到結果,如圖3所示。 圖3進料板位置對脫苯塔T 102影響(下轉第128頁·521·郝澤輝,等:基于Aspen Plus 的粗苯回收模擬及優(yōu)化山東化工養(yǎng)要在課題教學的基礎上,增加靈活多變的實驗教學手段,進一步豐富有機化學實驗內容。例如可以在傳統(tǒng)實驗教學的時間之外,開放實驗室。讓學生自主選題選導師,到實驗室進行SRT 的實驗

11、,就是我校近年來開展的一個極有意義的實驗項目。學生在查閱文獻后自主選題,設計實驗方法和路線,在導師的指導下進行實驗。這能激發(fā)學生對實驗的積極性,有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教育是什么?有人說教育就是把學校教給你的知識都忘記,剩下的就是教育。創(chuàng)新能力則屬于剩下的內容!參考文獻1蘭州大學,復旦大學有機化學實驗M 北京:高等教育出版社,2002:1241252何偉力有機化學實驗教學改革的探索J 中國成人教育,2008(12:166167(本文文獻格式:蔡梅超,馬艷,劉玉紅有機化學實驗教學改革與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)J 山東化工,2015,44(24:127128檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

12、檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪(上接第125頁由圖3可知,進料板位置的下移可以降低能耗,但要保證粗苯在貧油中的含量較低,使貧油品質在合格范圍內,因此,兼顧能耗與脫苯效果,適宜的進料板位置取為第6塊。232最佳回流比的影響回流比將直接影響每一層塔板的分離能力和能耗,回流比的選擇必須要考慮兩個條件:回流比的選擇必須在最小回流比和全回流之間;因此對于精餾塔,無論是設計還是操作,回流比都是一個至關重要的參數(shù)7。將回流比定義為操縱變量,脫苯后貧油中苯含量、再沸器熱負荷、冷凝器負荷分別定義為分析變量,通過靈敏度分析得到結果,如圖4所示。 圖4回流比對脫苯塔T 102的影響由圖4可見,隨著回流

13、比的增大,再沸器熱負荷和冷凝器所需要的能量消耗也隨之增大;回流比在6以后變化時,對脫苯效果影響不大,因此,盡量減小回流比可以節(jié)省能耗。但回流比也不宜過小,因為回流比減小則氣液相間傳質推動力減小,會影響貧油質量下降。故適宜的回流比選為58。綜上所述,物料的進料位置、回流比是影響脫苯效果的主要因素,選擇合適的操作條件才能同時滿足技術和經(jīng)濟兩方面的要求,故提出優(yōu)化方案為:富油脫苯塔T 102塔板數(shù)為11,原料進料位置為第6塊板,摩爾回流比為58。3結論(1應用Aspen Plus 化工模擬系統(tǒng)中RadFrac 模塊,選擇Wilson 熱力學模型對粗苯回收工段進行模擬計算,其計算結果與實際運行結果基本

14、吻合,設計的模型可以用來模擬該工藝過程。(2通過Aspen Plus 的靈敏度分析功能,尋找到了富油脫苯塔T 102操作條件中的最靈敏參數(shù):進料板為第6塊,摩爾回流比為58;在優(yōu)化參數(shù)條件下,對實際操作有指導意義。參考文獻1崔文濤粗苯回收及影響因素J 科技創(chuàng)新與應用,2012(19:252鄭安慶,馮杰,葛玲娟,等雙氣頭多聯(lián)產系統(tǒng)的Aspen Plus 實現(xiàn)及工藝過程優(yōu)化(模擬流程的建立及驗證J 化工學報,2010,61(4:9699783王麗霞100萬噸焦化粗苯回收工序設計D 天津:天津大學,20144李馨馨關于焦爐煤氣粗苯回收工藝的探討J 同煤科技,2013(1:3436,395許芳芳,胡仰棟,伍聯(lián)營粗苯回收工藝的模擬C /中國系統(tǒng)工程學會pse 專業(yè)委員會、中國儀器儀表學會mes 專業(yè)委員會2009中國過程系統(tǒng)工程年會暨中國mes 年會論文集出版社不祥,2009:36曹俊雅,吳華帥,解強基于Aspen Plus