1、某煉廠20kt/a氣體分餾裝置工藝設計 摘要針對某石化廠氣體分餾裝置工藝流程進行了模擬計算，分析并提出了降低各塔熱負荷的優化方案，進行了優化計算，并與優化前進行了比較，結果表明，優化方案可行并有效，減少了熱負荷，提高了經濟效益。關鍵詞氣體分餾丙烯優化方案熱負荷 提高效益一.前言 近20多年來， 受兩次能源危機的影響和經濟全球化的制約， 我國煉油企業的節能工作逐漸向廣度和深度發展， 取得了很大的成績， 主要工藝裝置的能耗大大降低， 如常減壓蒸餾、焦化等， 國內先進裝置的能耗基本接近世界先進水平， 但從煉油廠的整體來看， 加工單位原油的能耗還比國外高出不少， 具體表現在全廠的蒸汽動力系統、原料和產

2、品儲運系統及其它系統(包括廠區采暖、空調等等)能耗高， 主要原因是全廠各工藝裝置間及裝置與這些系統間缺乏熱聯合， 缺乏對大系統能源的總體優化利用的考慮。 丙烯是重要的化工原料，近年來隨著聚丙烯工業的發展和車用液化氣的不斷推廣應用，市場對高純度丙烯、丙烷的需求日趨擴大。優化操作并合理回收丙烯，得到高純度丙烯可帶來可觀的經濟效益。 充分利用已有設施，通過方案優化，在不改變主產品丙烯純度的條件下，減少各塔熱負荷用量，從而減少共用工程用量，提高生產過程的經濟效益，具有較大的意義。 本模擬優化設計是應用Aspen Plus化工模擬軟件針對廣州某石化廠實際氣體分餾的工藝裝置而進行的模擬優化工作。二流程描述

3、 本流程是某石化廠氣體分餾裝置工藝流程，1985年設計投入使用，原料是來自催化裂化裝置的液化氣（氣體組成如表2.1所示 ），液化氣由蒸氣加熱器1預熱到87，由泵打入脫丙烷塔2，操作壓力20KG/cm2，溫度48，塔頂產物為乙烷、丙烷和丙烯的混合物（組成見表2.2），塔底產物碳四、碳五組分，組成見表2.3 。2塔頂餾出物進入脫乙烷塔3，在壓力為30Kg/cm2、溫度59下操作，塔頂主產物為乙烷，組成見表2.4，塔底產物主要為丙烷和丙烯，組成見表2.5。3的塔頂產物放空，3的塔底產物進入丙稀塔4，操作壓力15Kg/cm2，溫度30。塔B4的塔頂產物是精丙烯，組成見表2.6，純度為99.6，塔底主產

4、物為丙烷，組成見表2.7。脫丙烷塔的塔底產物泵入脫戊烷塔，操作壓力7Kg/cm2，操作溫度為56，塔頂產品組成見表2.8，塔底主產品為戊烷組成見表2.9。具體流程見圖2.1。 圖2.1 某石化廠氣體分餾裝置工藝流程簡圖B1 加熱器 B2 脫丙烷塔B3 脫乙烷塔 B4 丙烯塔B5 脫戊烷塔 B6 泵B7 泵 B8 泵B9 加熱器 B10 加熱器表2.1原料氣組成組成kmolhMol%C202.910.86C3=113.1833.49C3034.0210.07iC4064.7419.16C4=-120.506.06iC4=30.759.10TC4=-229.868.84nC4015.494.58C

5、-C4=21.836.46nC504.681.38合計337.96100工藝參數(c)4010.3av50.68G17128表2.2脫丙烷塔塔頂餾分組成組成kmolhMol%C202.911.94C3=113.0875.27C3033.8422.52iC400.350.23C4=-10.020.01iC4=0.040.03合計150.24100工藝參數(c)48.920av42.35G6363e0表2.3脫丙烷塔塔底餾分組成組成kmolhMol%C3=0.100.05C300.180.10iC4064.3934.30C4=-120.4810.91iC4=30.7116.36TC4=-229.8

6、615.91nC4015.498.25C-C4=21.8311.63nC504.682.49合計187.72100工藝參數(c)106.720.5av57.35G10765表2.4脫乙烷塔塔頂餾分組成組成kmolhMol%C202.9031.39C3=5.6360.93C300.717.68合計9.24100工藝參數(c)59.130av38.46G356e100表2.5脫乙烷塔塔底餾分組成組成kmolhMol%C200.010.01C3=107.4676.21C3033.1323.49iC400.350.25C4=-10.020.01iC4=0.040.03合計141.01100工藝參數(c

7、)70.130.4av42.6G6007e0表2.6丙烯塔塔頂餾分組成組成kmolhMol%C200.010.01C3=106.6999.51C300.710.48合計107.21100工藝參數(c)34.315av42.09G4512表2.7丙烯塔塔底餾分組成組成kmolhMol%C3=0.772.28C3032.6296.50iC400.351.04C4=-10.020.06iC4=0.040.12合計33.80100工藝參數(c)46.516.2av44.22G1495表2.8脫戊烷塔塔頂餾分組成組成kmolhMol%C3=0.100.06C300.180.10iC4064.3535.6

8、3C4=-121.3611.28iC4=30.5716.94TC4=-229.0116.08nC4015.038.33C-C4=20.8911.57nC500.020.01合計180.45100工藝參數(c)56.27av56.98G10282 表2.9脫戊烷塔塔底餾分組成組成kmolhMol%iC400.101.38C4=-10.121.65iC4=0.152.06TC4=-20.8511.69nC400.466.33C-C4=0.9412.93nC504.6563.96合計7.27100工藝參數(c)87.77.3av66.53G483三工藝流程模擬3.1.用Aspen Plus軟件模擬工

9、藝流程 利用Aspen Plus所建立的模擬流程如下圖（圖3.1）。圖3.1 某石化廠氣體分餾裝置的模擬流程 B1 蒸汽加熱器 B2 脫丙烷塔B3 脫乙烷塔 B4 丙稀塔B5 脫戊烷塔 B6 B7 換熱器3.2模擬結果 對以上流程進行了模擬計算，并與設計數據進行了比較，結果表明模擬數據與設計值非常接近（結果見表3.13.8），較好地反映了本流程，因此可以以此進行后續優化計算。表3.1脫丙烷塔塔頂餾分模擬與設計結果比較組成kmolhMol%設計模擬設計模擬C202.912.9061.941.9C3=113.08113.1475.2775.3C3033.8433.9622.5222.6iC400.

10、350.170.230.01C4=-10.020.020.010iC4=0.040.0430.030合計150.24150.239100100工藝參數設計模擬(c)48.947.72020.3av42.35G63636359.7表3.2脫丙烷塔塔底餾分模擬與設計結果比較組成kmolhMol%設計模擬設計模擬C3=0.100.0390.050C300.180.070.100iC4064.3964.5834.3034.4C4=-120.4820.4610.9110.9iC4=30.7130.7116.3616.4TC4=-229.8629.8715.9115.9nC4015.4915.488.25

11、8.20C-C4=21.8321.8311.6311.6nC504.684.662.492.5合計187.72187.699100100工藝參數設計模擬(c)106.711220.520.5av57.35G1076511073表3.3脫乙烷塔塔頂餾分模擬與設計結果比較組成kmolhMol%設計模擬設計模擬C202.902.90131.3931.3C3=5.635.40860.9358.4C300.710.9517.6810.3合計9.249.26100100工藝參數設計模擬(c)58.153.73030.0av38.46G356356.72 表3.4脫乙烷塔塔底餾分模擬與設計結果比較組成kmo

12、lhMol%設計模擬設計模擬C200.010.0050.010C3=107.46107.7476.2176.4C3033.1333.0123.4923.4iC400.350.170.250.1C4=-10.020.020.010iC4=0.040.040.030合計141.01140.988100100工藝參數設計模擬(c)70.17030.430av42.6G60076003.12 表3.5丙烯塔塔頂餾分模擬與設計結果比較組成kmolhMol%設計模擬設計模擬C200.010.010.010C3=106.69106.7699.5199.6C300.710.430.480.4合計107.211

13、07.2100100工藝參數設計模擬(c)34.3351514.5av42.09G45124507.9 表3.6丙烯塔塔底餾分模擬與設計結果比較組成kmolhMol%設計模擬設計模擬C3=0.770.972.282.9C3032.6232.5896.5096.5iC400.350.171.040.6C4=-10.020.020.060iC4=0.040.040.120合計33.8033.78100100工藝參數設計模擬(c)46.546.216.216.2av44.22G14951491 表3.7脫戊烷塔塔頂餾分模擬與設計結果比較組成kmolhMol%設計模擬設計模擬C3=0.100.0390

14、.060C300.180.0700.100iC4064.3564.5835.6335.8C4=-121.3620.4611.2811.3iC4=30.5730.7116.9417.0TC4=-229.0129.8716.0816.6nC4015.0315.488.338.6C-C4=20.8915.5011.578.6nC500.023.740.012.1合計180.45180.449100100工藝參數設計模擬(c)56.25977av56.98G1028210562 表3.8脫戊烷塔塔底餾分模擬與設計結果比較組成kmolhMol%設計模擬設計模擬iC400.1001.380C4=-10.1

15、201.650iC4=0.1502.060TC4=-20.85011.690nC400.4606.330C-C4=0.946.3412.9387.3nC504.650.9263.9612.7合計7.277.26100100工藝參數設計模擬(c)87.71107.37.07av66.53G483511四對工藝裝置的優化4.1優化目標 在保證產品丙烯99。6%純度的條件下，減少熱負荷用量，降低成本，提高經濟效益。4.2優化方案 影響精餾操作的因素很多，以下著重對改變塔的工作壓力和回流比做了計算分析。 本文主要做了以下工作：在進料條件及溫度、塔板數等確定的條件下， 并在保證產品丙烯純度不變的條件下，

16、改變塔的操作壓力和回流比，確定二者對精餾操作的影響，使工藝過程正常進行。 在操作中改變回流比的大小，以滿足產品的質量要求，是經常遇到的問題。對于已確定的分離流程來說，當減少回流比時，其運轉費 (主要表現在塔釜加熱量和塔頂冷卻量)將減小，但所需塔板數需增多，塔的設備投資費用增大。反之，當增加回流比，對從塔頂得到產品的精餾塔來說，可以提高產品質量(如丙烯塔)，但是增加了能量的消耗。 根據以上分析，提出以下優化方案：1 降低脫丙烷塔壓力 降低脫丙烷塔壓力。降低塔的操作壓力，可以使輕重組分的相對揮發度增大，使之更容易分離。這樣，在滿足分離要求的前提下，可以減少回流比，也就減少塔頂冷凝器、塔底再沸器的熱

17、負荷，減少其共用工程用量。壓力由20降低到15KG/CM2，回流比由原設計值3.33以-0.1的步長變化調優。 最后得到最優回流比為2.3（見表4.1）。2. 提高脫乙烷塔壓力 因為脫乙烷塔塔頂產品放空，在放空的產物中含有丙烯，為了減少放空量，提高主產品產量，因此提高脫乙烷塔壓力，使分離組分的相對揮發度減少，使放空的丙烯量減少。在保證主產品丙烯純度不變的條件下，塔的壓力由原來的30KG/CM2以0.5的步長增大，最后得到最優壓力為35 KG/CM2。（優化結果見表4.2）3降低丙烯塔壓力 同樣道理，降低丙烯塔壓力，可以使輕重組分的相對揮發度增大，使之更容易分離。這樣在滿足分離要求的條件下，可以

18、減少回流比，也就減少塔頂冷凝器、塔底再沸器的熱負荷，減少其共用工程用量。塔的壓力由原來的15 KG/CM2以-0.2的步長變化，最后得到最優壓力12 KG/CM2。（見表4.3）4.3優化結果1.脫丙烷塔的優化結果： 在保證主產品丙烯純度為99.6%不變的情況下，以一定步長變化脫丙烷塔的塔頂壓力，隨之調節相對應的回流比，經比較后得到較優的塔頂壓力和相對應的回流比。表4.1脫丙烷塔優化前后結果比較項目優化前優化后壓力kg/cm2回流比壓力kg/cm2回流比203.33152.3塔頂熱負荷(104kcal/h)186.3159.2塔底熱負荷(104kcal/h)200.6152.2塔頂餾分產量及組

19、成產量kg/h63596363主組成mol%C3=：75.3C30：22.6C3=：75.3C30：22.5塔底餾分產量及組成產量kg/h1107311069主組成mol%iC40：34.4iC40：34.32.脫乙烷塔的優化結果： 在保證主產品丙烯純度為99.6%不變的情況下，以一定步長增大脫丙烷塔的塔頂壓力，隨之調節相對應的回流比，使脫丙烷塔塔頂產品中丙烯的放空量減少，經比較后得到較優的塔頂壓力和相對應的回流比。表4.2脫乙烷塔優化前后結果比較項目優化前優化后壓力kg/cm2回流比壓力kg/cm2回流比3027.93538塔頂熱負荷(104kcal/h)59.9669.53塔底熱負荷(10

20、4kcal/h)73.3793.94塔頂餾分產量及組成產量kg/h356.7356.8主組成mol%C20：31.3C3=：58.4C20：31.3C3=：58.2塔底餾分產量及組成產量kg/h60036006主組成mol%C3=：76.4C30：23.4C3=：58.4C30：23.33.丙烯塔的優化結果： 在保證主產品丙烯純度為99.6%不變的情況下，以一定步長減少脫丙烷塔的塔頂壓力，隨之調節相對應的回流比，經比較后得到較優的塔頂壓力和相對應的回流比。表4.3丙烯塔優化前后結果比較項目優化前優化后壓力kg/cm2回流比壓力kg/cm2回流比15221219塔頂熱負荷(104kcal/h)817.7723.1塔底熱負荷(104kcal/h)801.6698.1塔頂餾分產量及組成產量kg/h45124512主組成mol%C3=：99.6C30：0.4C3=：99.6C30：0.4塔底餾分產量及組成產量kg/h14911494主組成mol%C30：96.4C30：95.74.脫戊烷塔的優化結果：表4.4脫戊烷塔優化前后結果比較項目優化前優化后壓力kg/cm2回流比壓力kg/cm2回流比70.7970.79塔頂熱負荷(104kcal/h)150150塔底熱負荷(104kcal/h)110124塔頂餾分產量及組成產量kg/h1056110558