芳烴抽提過程的計算機模擬.doc

化：1：進展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2007年第26卷增刊芳烴抽提過程的計算機模擬王健1，孫津生12(1天津大學化工學院，天津300072：2天津大學精餾技術(shù)國家工程研究中心，天津300072)摘要：簡單介紹了我國芳烴抽提工業(yè)生產(chǎn)和市場發(fā)生的變化，同時介紹了商用軟件在計算芳烴抽提過程中存 在的困難運用ASPEN PLUS過程模擬軟件對芳烴抽提單元進行了單塔及全流程的模擬與優(yōu)化，通過計算機 模擬，模擬計算結(jié)果與設(shè)計值基本吻合，可以用來分析抽提單元和各塔的操作能力和操作問題，指導實際生 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)個工序，其作用是完成芳烴與非芳烴的分離。約800萬種的已知有機化合物中，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)被稱塔頂出來的抽余相經(jīng)冷卻后入抽余油水洗塔，用水 為一級基本有機原料【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芳烴主要來自石油餾分催化重整生成油和劑進入提餾塔頂，進行抽提蒸餾提餾操作，除去非 裂解汽油，少部分來自煤焦油。近年來通過輕質(zhì)烴芳烴，塔頂出來的含非芳烴和芳烴餾出物經(jīng)冷卻后 類芳構(gòu)化及重芳烴輕質(zhì)化來生產(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，塔頂餾出物中一部分油作為回流打回塔頂， 的沸點與響應(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壮鰜淼呢毴軇┓祷?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入水汽提塔，進行提餾操作除 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生圖l為手冊中的流程圖，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，萃取蒸餾工簡化的流程圖。從兩圖的對比中可以看出，首先，藝流程相對簡單，裝置投資和能耗相對較低。1芳烴抽提過程的計算機模擬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 進行分離。采用環(huán)丁砜作為溶劑進行液液萃取來分離芳 烴12J，整個工藝包括環(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手冊中芳烴抽提流程圖增刊王健等；芳烴抽提過程的計算機模擬圖2模擬中芳烴抽提流程圖最大的簡化在于溶劑再生塔的簡化。在模擬中，省 際要求。再次，水汽提塔塔頂出來主要為水，幾乎 去了再生塔，其中的循環(huán)由外加物料來替代，這樣不含芳烴等組分，因此在模擬流程圖中直接放出系 簡化了流程中的循環(huán)，使模擬計算更容易收斂，但統(tǒng)，而不進入循環(huán)。最后，流股之間的換熱問題也 同時又符合實際要求。其次，在同收塔處，手冊中做了適當?shù)暮喕?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) 過塔本身自由水的分離來達到此目的，同樣符合實環(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 相對密度(20)O7776 08354 芳烴質(zhì)量分數(shù)N605 837 餾程 苯質(zhì)量分數(shù)， 175451初餾點 一 67 呵l苯質(zhì)量分數(shù)423 288 終餾點一167二甲苯質(zhì)量分數(shù)，O797 溴值顫Br)tOO g(油)】-2510 C，芳烴質(zhì)量分數(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(對抽提進料)m 253，5 3550苯回收率， 約1000 約1000 回流比(對抽提，進料)in 03O5 06O9甲苯回收率N99599 9 993998 貧溶劑含水質(zhì)量分數(shù)， 10 540 540但由于環(huán)丁砜的加入，使體系具有很強的非理想性，2 單塔模擬因此計算模型的選取很重要但同時具有一定的困難。21抽提塔 計算模型的選取是否合適，采月j兩個標準進行 在抽提塔中，以環(huán)丁砜為溶劑溶解人部分芳烴。評判：第一條標準是Aspen Plus軟件在運行過程中化工進展2007年第26卷 表3各塔操作參數(shù)及熱力學模型選At31塔板數(shù) 需要進行迭代計算，當相鄰兩次計算得到的物料流圖4各塔板組分流量分布 量和溫度相對誤差小于Aspen Plus的規(guī)定值，即物料平衡；第二條標準是將計算結(jié)果與工藝數(shù)據(jù)包對通過表4可以看出，關(guān)鍵組分的模擬值與真實比，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，因此通過選取Aspen Plus軟件中提供的不同模型 通過對熱力學交互參數(shù)的修改來模擬抽提過程是可對比一進行模擬運算，并對計算結(jié)果與工藝包數(shù)據(jù)對行的。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確。只有多元系物料的質(zhì)量分數(shù)鸕矗 的氣液平衡數(shù)據(jù)才能作為計算依據(jù)，但魯奇和林BENZENETOLUENEOXYLENEMXYLENEPXYLENESULFOLAN 德公司的汽液平衡數(shù)據(jù)屬于專利，沒有公開發(fā)現(xiàn)場數(shù)據(jù)00476 00409 0021900220 00220 08282 表。參照已有數(shù)據(jù)以及根據(jù)UNFIC官能團法及部 模擬數(shù)據(jù)00474 00407 0021 8 00219 00220 08290分文獻【4】，對汽液平衡數(shù)據(jù)進行估算。根據(jù)溫度 的影響對二元交互作用參數(shù)進行修改sl，修改后22提餾塔 的模型與現(xiàn)場數(shù)據(jù)對照吻合較好，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 適用于芳烴抽提過程中的抽提塔工藝過程計算烴的第一富溶劑進入提餾塔頂，進行抽提蒸餾提餾操 的模型。作，富溶劑在提餾塔中進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，溫二次富溶劑送入到回收塔中，將芳烴與溶劑分開。 度急劇降低，而其他塔板溫度趨于不變，因為第8 該塔體系與抽提塔很相似，也具有很強的非理想 塊板為進料板，而且這個塔為液液萃取塔，因此性，因為在計算模型的選取上有一定的困難。通過對 溫度如上圖分布；從圖4中可以看出，第一組分各個模型選取的比較，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，但同時也存在著與實際結(jié)果不相符的情況，通 非芳烴在萃取劑環(huán)丁砜的作用下，初步達到了分過原因分析，得出與抽提塔一樣的結(jié)論體系的很 離的目的。強非理想性，因此沿用抽提塔熱力學模型修改的方法進行模擬，并最終得到比較理想的結(jié)果。 通過表5可以看出，芳烴以及環(huán)丁砜組分的模擬值與真實數(shù)據(jù)的差別很小，完全符合誤差允許的對H：一范圍。表5塔底關(guān)鍵組分出料物料的質(zhì)鼉分數(shù)，BENZENETOLUENEOXYLENEMXYLENEPXYLENESULFOLAN塔板數(shù)現(xiàn)場數(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：芳烴抽提過程的計算機模擬113且滿足丁藝流程的要求?？梢哉J為：以修改熱力學3結(jié)語模型為基礎(chǔ)在Aspen Plus中建立的芳烴工藝流程對本文利用流程模擬軟件Aspen Plus對芳烴抽提 于指定的進料條件可以作為工藝數(shù)據(jù)包米使用。 工藝進行了流程模擬，根據(jù)j【藝包數(shù)據(jù)，進行了模參考文獻擬計算并對不符合條件的參數(shù)進行了回歸和修改。Aspen Plus軟件是一款功能強大的通用工藝模擬軟【i】趙仁殿，金彰禮芳烴工學MI北京：化學工業(yè)出版社，18l一182件，但是要正確的模擬已有和設(shè)計新的工藝，必須【2】袁天聰芳烴抽提工藝評析【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