石油與天然氣化工CHEMICAL ENGINEERING OF OIL & GAS2006NAAN GAS TREATMENT AND PRXZSSA丙烷一丙烯萃取精餾過(guò)程的模擬研究楊德明(江蘇工業(yè)學(xué)院化工系)摘要借助 ASPEN PLUS軟件,對(duì)丙烷一丙烯體系萃取精餾過(guò)程所用的溶劑進(jìn)行了篩選,得到一種最佳的萃取劑。在此基礎(chǔ)上,對(duì)該體系的萃取精餾過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算,確定了萃取精餾過(guò)程的最佳工藝操作條件,設(shè)計(jì)計(jì)算了萃取精餾板式塔的工藝參數(shù),為丙烷一丙烯萃取精餾分離工藝工業(yè)化提供理論依據(jù)和設(shè)計(jì)參考。主題詞 ASPEN PLUS軟件萃取精餾溶劑模擬上世紀(jì)70年代以來(lái),由于對(duì)丙稀衍生物需要量的取劑進(jìn)入丙烯塔,塔頂分餾出丙烯產(chǎn)品,塔底萃取劑循劇增,現(xiàn)代乙烯工廠對(duì)丙稀的生產(chǎn)極為重視,因而裂解環(huán)使用。裝置中增加裂解氣中丙烯與乙烯的比例已變得越來(lái)越重要了。特別是近年來(lái)乙烯裝置的不斷改擴(kuò)建,使得丙烯的回收處理具有極其重要的意義。裂解產(chǎn)物中丙丙烷補(bǔ)充萃取劑烯和丙烷以混合物的形式出現(xiàn),因此研究的重點(diǎn)是丙循環(huán)萃取劑烷與丙烯的分離。丙烷和丙烯的沸點(diǎn)只相差5℃左C3原料右,用常規(guī)的精餾方法很難分離。工業(yè)上通常采用低壓精餾和高壓精餾兩種操作方式121。采用低壓法,丙烯丙烷相對(duì)揮發(fā)度高,從而減少塔板數(shù)和回流比,但塔頂需采用比冷卻水低的冷劑冷凝,需要增設(shè)一套制圖1丙烷-丙烯萃取精餾流程冷機(jī),從而增加了投資。而高壓法由于頂溫高于冷卻水溫度,可以用循環(huán)冷卻水冷凝產(chǎn)生回流,塔釜?jiǎng)t可用低壓蒸汽或熱水加熱,設(shè)備簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是回流比太大1.2萃取精鎦計(jì)算塔板數(shù)較多。近年來(lái)丙烯塔大多采用高壓及塔頂水冷目前C4混合氣中烷烴和烯烴的萃取分離所采用系統(tǒng)但高壓法存在相對(duì)揮發(fā)度低、回流比大、塔板數(shù)的萃取劑一般為二甲基甲酰胺N-甲酰嗎啉及乙晴多等諸多缺點(diǎn)。等3-6。由于烷烴和烯烴在這些溶劑中蒸汽壓的差國(guó)內(nèi)對(duì)C混合氣中烷烴和烯烴萃取分離的研究別,從而增大了烷烴和烯烴的相對(duì)揮發(fā)度而得以分離。比較多,有些已工業(yè)化。而對(duì)于C混合氣中烷烴和烯本文參考C混合氣中烷烴和烯烴的萃取分離研究結(jié)烴的萃取分離研究則比較少,更無(wú)工業(yè)化的例子。果,提出如下一些萃取劑:環(huán)丁砜糠醛、甲乙酮、三本文研究擬采用萃取精餾分離C3混合氣中烷烴和烯甲基甲酰胺(DMF)、N-甲酰嗎啉(NFM)、N-甲基吡烴首先針對(duì)該分離體系篩選出.種比較有效的萃取咯烷酮(NMP)、四氫呋喃(THF)、乙晴(ACN)、丁晴劑,然后確定該萃取精餾的最佳工藝操作條件,設(shè)計(jì)計(jì)等,用于C3混合氣中丙烷和丙烯的萃取分離模擬研算該萃取精餾分離塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù),為工業(yè)裝置的。設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和參考。以某廠提供的混合氣數(shù)據(jù)為模擬條件:進(jìn)料量1500kg/h,組成(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)為:C1+C21萃取劑的篩選(0.2%)、C2(0.2%)、C?(32.1%)、C3(67.5%)。11萃取精餾模擬流程利用A中國(guó)煤化工餾模塊(Ra如圖1所示,混合氣C3進(jìn)入塔的中部,萃取劑由和設(shè)CNMHG用由 Fredenslund等萃取塔頂?shù)牡诹鶋K板加入,塔的頂部設(shè)有五塊板作為人提出的 UNIFAC基團(tuán)貢獻(xiàn)法活度系數(shù)計(jì)算模型1溶劑回收段。萃取塔頂分餾出丙烷,丙烯在塔底隨萃模擬C混合氣在所提出的萃取劑體系中的分離效果。第35卷第1期丙烷一丙焐萃取精餾過(guò)程的模擬研究模擬計(jì)算時(shí)規(guī)定:萃取塔理論板數(shù)為60塊,塔頂留有5塊溶劑回收段,回流比為3.5,塔壓1.8MPa,塔頂餾出液流量為490kg/h;丙烯塔理論板數(shù)為35塊,回流208%比為3.0,塔壓1.6MPa,塔頂餾出液流量為1010kg/h92。模擬過(guò)程中通過(guò)改變?nèi)軇┍?溶劑/進(jìn)料量),考察9088了不同萃取劑的分離效果。表1列出了所有萃取劑在86溶劑比為5.0條件下的模擬結(jié)果。可以看出,C3ACN、C3-丁晴體系的萃取分離效果比較好,而C3420ACN體系的萃取分離效果最好。文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[9]乙晴含水量,C,%也報(bào)道了C3-ACN體系的萃取研究,認(rèn)為在C3圖2乙晴含水量對(duì)萃取精餾的影響ACN體系加入一定的水其分離效果會(huì)更好。2.1.2溶劑比的影響表1溶劑比為5.0條件下各萃取劑的分離效果因?yàn)樵现懈魈既M分在不同恒定濃度的溶劑中溶劑丙烷塔塔頂組成,,%丙烯塔塔頂組成,a,%的分配系數(shù)不同,因而溶劑比對(duì)丙烯的收率、產(chǎn)物中丙環(huán)丁砜0.570.5745.6351.17/0.0225.6374.35烯的含量也會(huì)有很大的影響。仍以前面的模擬條件為糠醛0.600.3123.7573.35例,取不同的溶劑比(含水13%的乙晴與進(jìn)料的比值甲乙酮0.610.4545.1652.540.0825.8674.06進(jìn)行模擬計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。DMF0.620.280.1638.8061.04NFM0.600,2267,4431.760.1915.2184.60表2溶劑比對(duì)萃取精餾的影響NMP0.590.2766.5532.550.1715.6484.19溶劑比產(chǎn)物中丙烯的兩塔底總的THF0.600.2964.3634.740.1616.6983.15含量,a,%熱負(fù)荷,kWACN0.620.1690.169.04/0.224.3695.421198丁晴0.610.2180.9218.260.208.7791.03050591.295.332乙晴萃取精餾的模擬97.675.099.52根據(jù)以上萃取劑的篩選結(jié)果,以上面某廠提供的1511混合氣數(shù)據(jù)為模擬條件,以乙晴的萃取精餾為研究對(duì)象,通過(guò)工藝模擬計(jì)算來(lái)定量分析工藝參數(shù)對(duì)工藝過(guò)99.8l16381702程的影響,并根據(jù)模擬結(jié)果確定比較合適的操作工藝參數(shù),在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行分離塔工藝設(shè)計(jì)。從表2可以看出:當(dāng)溶劑比為5.0時(shí),丙烯產(chǎn)品已2.1萃取工藝操作參數(shù)的確定經(jīng)達(dá)到一級(jí)指標(biāo)(≥99.2%);當(dāng)溶劑比為5.5時(shí),丙2.1.1乙晴含水量的影響烯產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到優(yōu)級(jí)指標(biāo)(≥99.6%)。為了滿足工由于各碳三組分在乙腈溶劑中的活度系數(shù)與乙腈藝要求,同時(shí)節(jié)約塔的操作費(fèi)用,采用5.0~5.5的溶溶劑的含水量有關(guān),所以乙腈溶劑的含水量會(huì)對(duì)丙烯劑比是較為合適的,大于6.0的溶劑比對(duì)工藝過(guò)程及的收率和產(chǎn)物中丙烯的含量有很大的影響。利用產(chǎn)品指標(biāo)意義不大。ASPEN PLUS軟件中的萃取精餾模塊( Radfrac),在規(guī)2.1.3回流比的影響定丙烯產(chǎn)量不變的情況下,通過(guò)改變乙晴中的含水量,回流比(對(duì)萃取塔而言)除對(duì)萃取精餾的產(chǎn)品質(zhì)模擬計(jì)算了乙晴含水量對(duì)萃取精餾的影響,結(jié)果見(jiàn)圖量有較大的影響外,還對(duì)塔的操作費(fèi)用有直接的影響。仍以前面的模擬條件為例,在溶劑比為50的條件下從圖2可以看出:乙晴含水量對(duì)萃取精餾有很大取不同回流比情況下進(jìn)行模擬計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。影響,當(dāng)含水量為13%(u)時(shí),產(chǎn)物中丙烯的含量最從表3可以看出:當(dāng)回流比為35時(shí),丙烯產(chǎn)品已高,并且可以達(dá)到99.52%。計(jì)算中發(fā)現(xiàn),當(dāng)含水量超經(jīng)過(guò)30%時(shí),在計(jì)算萃取塔時(shí)軟件運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤,因?yàn)榈絻?yōu)中國(guó)煤化工時(shí),內(nèi)烯產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)十工藝過(guò)程已無(wú)明顯改水含量超過(guò)一定比例后,塔板上存在兩個(gè)液相,水的計(jì)善CNMH約10.0%-20.0%。算就按自由水處理,就不能按一般的萃取精餾計(jì)算,因以上模擬結(jié)果表明:增大溶劑比或回流比均有利而軟件計(jì)算終止。于提高產(chǎn)物中丙烯的含量,若欲得到一級(jí)品,比較合適石油與天然氣化工CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS2006的條件是溶劑比50和回流比35;若欲得到優(yōu)級(jí)品,取精餾過(guò)程得到一種最佳的萃取劑:含水量為13%比較合適的條件是溶劑比5.5和回流比3.5。由表2(ω)乙晴-水體系,確定了該萃取精餾過(guò)程的最佳工和表3可以看出,雖然在溶劑比50、回流比4.0的條藝操作條件為:溶劑比50-55,回流比3.5。在此基件下也能得到優(yōu)級(jí)品,但能耗要高出約5%。礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)計(jì)算了該分離體系的萃取精餾篩孔塔塔板表3回流比對(duì)苯取精餾的影響結(jié)構(gòu)參數(shù)。以上工藝條件可以分離得到優(yōu)級(jí)品的丙烯產(chǎn)品。流比產(chǎn)物中丙烯的兩塔底總的含量,c,%熱負(fù)荷,kW參考文獻(xiàn)87.651廖波,雷志剛等含水乙晴萃取精餾分離丙烷/丙烯的新工藝清華89.66大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,40(10):51-532上海高橋化工廠,華東石油學(xué)院.丙烯塔的改進(jìn),石油化工[】1976,5(2):145-1519712503蔡文石.改進(jìn)操作條件提高丙烯收率,石油化工[打],1982,11(6):3.599.52429-4304US.US41284575US.US44015155.06CN1011307B7CN1091413A2.1.4板式塔工藝設(shè)計(jì)8 Fredenslund A et al. Group-Contribution Estimation of Activity Coeffi-據(jù)研究報(bào)道-12),在高壓下分離低沸點(diǎn)的烴類(lèi)cients in Nonideal Liquid Mixers. AIChE. [J], 1975, 21(6): 1086(C1~C)體系,如果采用填料塔特別是規(guī)整填料塔,9志剛,王拱有等CAN萃取糖餾分離C的分子設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與應(yīng)常常表現(xiàn)為效率非常低或出現(xiàn)"效率駝峰"現(xiàn)象,導(dǎo)致用化學(xué)[刀,2000,17(4):331-334傳質(zhì)效率明顯降低或不穩(wěn)定。因此本文選用板式塔進(jìn)0 Hagelden gg, Saleh a,3 d World Congress of Chem,Eng[打],行塔板設(shè)計(jì),板式塔的塔板型式有泡罩塔板、斜孔塔板、浮閥塔板、篩孔塔板等。由于篩孔塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、11 Brierley R J P. Chem. Eng. Prog. [J], 1994, 90(7): 68-7712唐忠利、規(guī)整填料高壓下氣液返混研究[D].天津:天津大學(xué)再加上目前對(duì)該型式的塔板研究也比較成熟,所以本文選用篩孔塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用 ASPEN PLUS軟件中的 Tray Sizing模塊,對(duì)萃取精餾板式塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表4。作者簡(jiǎn)介楊德明,男,生于1966年。副教授,工學(xué)士在讀博士生。一直表4萃取精餾篩板塔工藝計(jì)算結(jié)果從事化學(xué)工程與計(jì)算機(jī)模擬方面的研究工作。完成科研項(xiàng)目5項(xiàng),發(fā)項(xiàng)目數(shù)值項(xiàng)目數(shù)值表科研論文16篇,教學(xué)研究論文4篇。塔徑,mm1200孔心距,板間距,mm開(kāi)孔率,%收稿日期:2005-09-19塔板型式單溢流弓形收修改稿;2005-10-09降液管單板壓降,Pa277.31編輯:楊蘭堰長(zhǎng),mm的停冒時(shí)間,9.2堰高,mm降澈管內(nèi)清液層的高度,m115.8降液管底隙高度,mm泛點(diǎn)率,%80.0篩孔數(shù)目,個(gè)7850操作彈性2.6孔速,m/s18.5穩(wěn)定系數(shù)3.3中國(guó)煤化工3結(jié)論CNMH利用 ASPEN PLUS軟件中的 UNIFAC基團(tuán)貢獻(xiàn)法活度系數(shù)計(jì)算模型,研究了丙烷一丙烯分離體系的萃