气体分馏装置的流程模拟与优化
- 格式:docx
- 大小:142.82 KB
- 文档页数:5
气体分馏装置的工艺操作优化气体分馏装置是一种可以将混合气体组分分离的设备,应用广泛,例如在炼油、化工、制药等工业中。
它可以分离出各种物质组分,并且可控性、效率高、分离度高等优点使其成为工业上不可或缺的分离设备。
但是气体分馏装置的操作过程需要科学合理地运用优化策略,才能够更好的发挥其分离能力,保证产品质量的同时减少能源消耗和生产成本。
本文将从气体分馏装置的工艺操作角度出发,对其优化策略进行分析和探讨。
第一章、气体分馏装置基本原理气体分馏装置的基本原理是根据不同的物理或化学性质,将混合气体中的组分分离出来。
它通过一系列设计复杂的设备实现气体的分离,其中最常用的是精细筛板和换热器。
从物理上讲,气体分馏装置可以分为两类:温度摄氏式和压力摄氏式。
在温度摄氏式分馏系统中,混合物被注入高温的系统中,在温度变化下,混合物的组分发生变化,被分离出来。
在压力摄氏式分馏系统中,混合物经过多级分离,每级均为高温高压状态,分离出所需的组分。
无论采用哪种方式,气体分馏装置都具有比较高的分离效率和可控性,是一种分离材料的有效工具。
第二章、气体分馏装置的工艺操作理论与优化策略2.1 温度及气体流量控制气体分馏装置的操作过程中,温度和气体流量的控制是非常关键的。
高温、高压及高流量是气体分馏装置中常见的操作环境。
首先是温度控制,这是非常重要的一个参数。
由于不同的混合物需要不同的温度,实验测定必不可少。
同时,在实际操作中,温度对反应物质分离的影响必须要注意,因为高温可能会导致反应物质分解或形成已分离的物质。
因此,需要对温度进行科学合理的控制和调整,保证所需的物质组分得到完整分离并保持其稳定性。
其次,气体流量也是一个关键性参数。
在慢速流的情况下,可以提高分馏效率,并减少不必要的能源消耗。
因此,气体流量的选择和调节应根据分馏时间和分离效率来确定。
2.2 优化气体分离策略在气体分馏装置操作过程中,优化分离策略同样非常重要。
对于混合气体组分不同、满足不同反应性的混合物,需要设计不同的分离策略。
某炼厂20kt/a气体分馏装置工艺设计摘要针对某石化厂气体分馏装置工艺流程进行了模拟计算, 分析并提出了减少各塔热负荷旳优化方案, 进行了优化计算, 并与优化前进行了比较, 成果表明, 优化方案可行并有效, 减少了热负荷, 提高了经济效益。
关键词气体分馏丙烯优化方案热负荷提高效益一.序言近20数年来, 受两次能源危机旳影响和经济全球化旳制约, 我国炼油企业旳节能工作逐渐向广度和深度发展, 获得了很大旳成绩, 重要工艺装置旳能耗大大减少, 如常减压蒸馏、焦化等, 国内先进装置旳能耗基本靠近世界先进水平, 但从炼油厂旳整体来看, 加工单位原油旳能耗还比国外高出不少, 详细表目前全厂旳蒸汽动力系统、原料和产品储运系统及其他系统(包括厂区采暖、空调等等)能耗高, 重要原因是全厂各工艺装置间及装置与这些系统间缺乏热联合, 缺乏对大系统能源旳总体优化运用旳考虑。
丙烯是重要旳化工原料, 近年来伴随聚丙烯工业旳发展和车用液化气旳不停推广应用, 市场对高纯度丙烯、丙烷旳需求日趋扩大。
优化操作并合理回收丙烯, 得到高纯度丙烯可带来可观旳经济效益。
充足运用已经有设施, 通过方案优化, 在不变化主产品丙烯纯度旳条件下, 减少各塔热负荷用量, 从而减少共用工程用量, 提高生产过程旳经济效益, 具有较大旳意义。
本模拟优化设计是应用Aspen Plus化工模拟软件针对广州某石化厂实际气体分馏旳工艺装置而进行旳模拟优化工作。
二. 流程描述本流程是某石化厂气体分馏装置工艺流程, 1985年设计投入使用, 原料是来自催化裂化妆置旳液化气(气体构成如表2.1所示), 液化气由蒸气加热器B1预热到87℃, 由泵打入脱丙烷塔B2, 操作压力20KG/cm2, 温度48℃, 塔顶产物为乙烷、丙烷和丙烯旳混合物(构成见表2.2), 塔底产物碳四、碳五组分, 构成见表2.3 。
B2塔顶馏出物进入脱乙烷塔B3, 在压力为30Kg/cm2、温度59℃下操作, 塔顶主产物为乙烷, 构成见表2.4, 塔底产物重要为丙烷和丙烯, 构成见表2.5。
气体分馏装置能量利用现状及优化措施摘要:气体分馏装置工作是根据不同种类液体的不同沸点进行分离,在实际工作中由于涉及多组分,因此对精度要求也是各不相同。
所以,实际工作中能量管理仍有很大难度。
例如:催化裂化为实现对非烃气体的分离,实际工作过程中会产生大量的丙烯,造成混合气和原料浪费。
为此,有必要对企业技术创新进行优化,以保证气体分馏装置的高能效。
关键词:气体分馏;能量利用;优化途径前言气体分馏装置对提高能效具有十分重要的意义,针对目前气体分馏技术在国内外的应用情况,对气体分馏装置的基本原理、工艺流程进行分析,并对气体分馏装置的能量利用状况进行分析,进而提出能量利用优化措施。
1、气体分馏装置的基本原理烷烃与烯烃是液化石油气的重要组分,其沸点很低。
由于丙烷沸点为-0℃,所以,一般情况下,液化气为气态,但在一定外界压力下,液化气会转变为液态。
由于液化气中各成分具有不同沸点,因此可以采用蒸馏法将其分离。
由于需要用精馏塔,所以在同样条件下,液体碳氢化合物的沸点是不一样的。
比如:丙烯具有比丙烃更低的沸点。
所以,在对液化气进行精馏时,要尽量选用多个精馏塔。
在此基础上,进一步提高蒸馏试验的精确度,达到精确度要求。
2、气体分馏装置工艺流程的简要概述在进行气体分馏时,要先预备3-4个精馏塔,被分离的气体由 n个单体组成,则至少设置n-1个精馏塔,在实际工作中,可按实际要求作适当调节[1]。
以5种类型的气体为例对工艺流程进行描述:第一,将液化气体用空气泵送入塔中,在高压作用下将其分离出来;第二,经冷凝后的乙烷、丙烷由塔顶排出,多数经低温回流,其余的则由塔顶排出。
在一定的压力条件下,可各组分进行有效分离;第三,将丙烷与丙烯分开后,将剩余的组分送入丙烯塔中,在塔顶对乙烷进行蒸馏,在塔底对丙烷组分进行分离;第四,从脱丙烷塔的塔底放出丁烷、戊烷,而丁烷、戊烷则由塔中除去异丁烷而得到分离。
第五,脱异丁烷的馏分,以戊烷为主,被分离到癸烷塔中。
炼油部气体分馏装置全流程联合优化摘要本文介绍了炼油部三套气体分馏装置的基本情况,并针对三套气体分馏装置的运行情况进行综合分析,从全流程角度,对三套装置进行联合优化,通过流程活用,利用最小的成本,实现了液化气的最优加工方案,达到了停用1套焦化气体分馏装置的目的,不仅降低了装置能耗,同时还降低了生产成本,为后续炼厂气的整体优化创造条件。
关键词气体分馏;能耗;能量利用;联合优化近年来,炼油化工生产装置越来越大型化、集约化,各企业在保证安全环保的基础上,需要越来越精细控制,追求产品品质高、装置能耗低、高附加值产品收率高,这就要求企业要不断优化炼厂气的高效利用,在催化裂化、延迟焦化等二次加工过程中,会产生很多轻烃,此部分占原油处理能力的3%左右[1],轻烃中含有丰富的化工原料,例如丙烯、丙烷、混合C4等化工原料。
根据市场需求,丙烯一直需求大于供应,所以研究如何更好的将炼厂气进行分离,同时降低装置的生产运行成本是非常有必要的[2]。
1 气体分馏装置概况1.1 装置规模炼油部为充分回收催化裂化装置和延迟焦化装置的不饱和液化气,目前共有3套气体分馏装置,分别为1#气体分馏装置、焦化气体分馏装置和2#气体分馏装置。
1#气体分馏装置设计负荷为20万吨/年,加工1#催化裂化装置生产的液化气,实际能够生产丙烯纯度小于95%的粗丙烯,为提高丙烯纯度(≮99.5 mol%),1#气体分馏装置2020年检修期间对脱丙烯塔进行了改造,使用了高效塔盘。
改造后脱丙烯塔处理能力由20万吨/年(年操作时数8000小时),降至 12.6 万吨/年(年操作时数8400小时)。
脱丙烯塔进料为5.01万吨/年,操作弹性60%~110%。
其余部位未进行改造,负荷仍为20万吨/年。
焦化气体分馏装置设计处理两套焦化装置产液化气,设计负荷15万吨/年(年操作时数8400小时),操作弹性60%~110%,按照丙烯纯度≥95%、丙烷纯度≥95%设计。
2#气气体分馏装置设计公称规模为70万吨/年(年操作时数8400小时),设计点为75万吨/年,操作弹性为60%~105%,设计工况进料包括2#催化液化气69.6 万吨/年,焦化气分粗丙烯1.15万吨/年和1#气体分馏装置液化气8.54 万吨/年,调整后设计最大进料量79.29 万吨/年(合94t/h)。
1 气体分馏装置简述气体的分馏操作是指采用精馏的方法将催化裂化处理后的液化石油气分离得到所需要的馏分。
气体分馏装置主要由脱戊烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、压缩机和冷凝器等部件组成,其中精馏装置是气体分馏装置中关键的组成部分,同时精馏操作也是气体分馏操作中耗能较大的操作单元。
因此,对精馏装置进行节能优化是气体分馏装置节能优化的关键课题。
2 国内气体分馏的现状分析2.1 塔的设计及模拟分析气体分馏装置中的塔是气体分馏装置的重要组成部分,对气体分馏装置进行节能优化处理,首先要关注的就是对塔进行分析设计,使塔变得更节能,从而达到气分装置节能的目的。
图1是某厂丙烯精馏塔的回流比-理论板数曲线,为了能够达到节能的目的,对塔进行分析并优化,综合考虑纯度、回流比和塔板数,选择合适的方案使分馏操作的综合效益最高。
如图1所示,这个厂的原有方案是采用塔板数较低的方案,通过分析后发现,增加少部分的塔板可以明显地降低回流比,选择优化点后,减少了能源消耗,其经济效益明显提高。
图1 回流比-理论板数曲线2.2 国内气体分馏装置的用能状况与存在的问题气体分馏装置的用能方式主要有采用蒸汽为气体分馏塔塔底再沸器热源、采用热泵、采用其他工艺装置的低温余热、设置中间再沸器四种方式。
为保证管网压力,气体分馏塔塔底再沸器通常采用1MPa的蒸汽作为热源。
20世纪80年代,电价比较便宜,企业开始采用热泵作为气体分馏装置的热源,热泵的利用有较好的节能效果和显著的经济效果。
但是近年来,电价和热泵的价格都已经上涨,节能效果和经济效果都开始下降,通过耗电来节约热能已经不能满足人们对气体分馏装置的节能要求。
3 气体分馏装置的节能优化方案3.1 低温余热的利用催化裂化装置与分体分馏装置联合使用,同步开始工作和停止,这种改造可以通过对原有的工艺设备进行较小的改动而使得气体分馏装置的能量损耗大大降低。
气体分馏装置可以利用催化裂化分馏塔顶循环回流的低温热作为它的低温热源,减少热源的供应,降低能量损耗。
长庆石化公司20×104吨/年气体分馏装置优化改进摘要:在长庆石化公司20×104吨/年气体分馏装置实际运行过程中,丙烯收率比设计值低。
针对该问题,分析显示是由于气体分馏装置加工负荷增加、装置运行过程中丙烯的损失以及日常生产操作的差异等引起的。
根据这些影响因素,提出相应的对策。
关键词:气体分馏装置提高丙烯收率操作优化前言长庆石化公司的丙烯产品主要是20万吨/年气体分馏装置分离催化裂化装置产生的液化石油气所得,因此,气体分馏装置和催化裂化装置对丙烯的收率都有很大的影响。
随着近年来由于丙烯下游产品的极大发展,丙烯需求量一直保持较快速增长,预计全球年增长率将保持在 4.7%左右,我国经济持续快速增长,丙烯当量需求的年均增长率将达到7.6%,超过丙烯生产能力的增长速度,供需缺口将达到825万吨。
因此,我国丙烯生产技术面临巨大的机遇和挑战。
针对目前我国丙烯市场需求较大以及长庆石化公司丙烯收率低波动大的现状,长庆石化公司适时的在140万吨/年催化裂化装置试用了增产丙烯助剂LTB-1并对气体分馏装置进行了工艺改造以及优化操作,以便能充分发挥催化裂化装置在增产丙烯中的作用,并且提高气体分馏装置丙烯的回收率,使全厂丙烯收率稳定增长,提高全厂的经济效益。
一、气体分馏装置简介及存在的问题1.装置简介长庆石化公司气体分馏装置原设计能力为20万吨/年,采用常规四塔流程。
目前,以140万吨/年催化裂化装置生产的液化石油气为原料,主要是为获得纯度≥99.3%的精丙烯产品,采用三塔常规流程,即脱丙烷塔、脱乙烷塔和丙烯精馏塔,其中丙烯精馏塔为两塔串联。
设计中考虑由于装置原料液化气中碳五含量有时会较高,装置增设一个脱碳五塔。
该装置脱丙烷塔和脱碳五塔塔低重沸器热源采用1.0MPa蒸汽,脱乙烷塔和丙烯精馏塔塔低重沸器热源采用催化裂化装置所产105℃热水。
2.气体分馏装置日常生产存在的问题长庆石化公司20万吨/年气体分馏装置在140万吨/年催化裂化装置开工投产后,加工负荷增加到135%,影响装置平稳运行的瓶颈问题逐渐暴露,通过装置丙烯收率的数据分析(见表1),发现丙烯回收率仅在50%左右,因此对气体分馏装置进行相应的工艺改造和优化操作,对装置平稳运行,提高丙烯收率,减少丙烯损失具有十分重要的意义。
气体分馏装置丙烯精馏塔的模拟与优化发布时间:2022-09-25T07:58:21.741Z 来源:《科学与技术》2022年第10期5月作者:陈培文[导读] 为解决全球气候问题,中国政府提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”战略目标陈培文中国石油化工股份有限公司九江分公司运行四部江西省九江市 332000摘要:为解决全球气候问题,中国政府提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”战略目标。
作为传统高能耗、高碳排放行业,炼化企业面临严峻的碳减排压力,通过优化操作条件实现生产装置节能降碳成为炼化企业生存发展的必由之路。
2019年中国成品油产量已高于表观消费量,而丙烯当量净进口量为942×104t,对外依存度达22.3%。
此背景下,以丙烯为目的产品的炼化一体化装置、丙烷脱氢(PDH)装置成为炼化企业转型发展的关键。
丙烯产品的分离提纯主要通过精馏完成,而丙烯与丙烷间的沸点差导致丙烯精馏塔具有分离能耗高、塔板数量大、质量难控制等问题。
本文主要对气体分馏装置丙烯精馏塔的模拟与优化进行了简单的探讨,以供相关人员参考。
关键词:丙烯;气体分馏装置;流程模拟引言就目前的化工过程稳态模拟主要应用于炼油、石油化工以及化工领域中,例如在日常生产生活中的减压、加氢、催化裂化以及气体分馏、乙烯、天然气、油田气分离等装置中得以普遍的应用。
此外,在我国的医药、农药、造纸以及环保行业等都有着一定的应用与发展。
近年来随着我国社会科学技术的不断更新与发展,对于石油馏分的计算能够达到十分准确的层面,可以直接用于相关工业装置的设计之中。
1、气体分馏装置丙烯精馏工艺简述气体分馏工艺是利用原料中各组分挥发度的差异,在特定的温度和压力下,使用精馏塔等设备通过连续蒸馏对原料进行分离的技术。
如在液化石油气中,丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、异丁烷、异丁烯等组分沸点不同,因此可采用分馏的方法进行分离。
气体分馏工艺最基本的设备是精馏塔,精馏塔一般根据产品的要求,建有冷凝器或再沸器,同时,基于常规的多元精馏原理,精馏过程一般由数个精馏塔组成。
气体分馏装置工艺流程简介第一篇:气体分馏装置工艺流程简介气体分馏装置工艺流程简介炼油厂二次加工装置所产液化气是一种非常宝贵的气体资源,富含丙烯、正丁烯、异丁烯等组分,它既可以作为民用燃料,又可以作为重要的石油化工原料。
随着油气勘探开发的快速发展,天然气资源得到充分利用后,民用液化气的需求量将大幅度减少,同时,丙烯、丁烯的需求量也因为下游消费领域的迅速发展而大幅增加。
因此,充分利用液化气资源以提高其加工深度,最终增产聚合级丙烯、正丁烯、异丁烯等高附加值化工产品的T作日益受到石化行业的重视。
液化气经气体分馏装置通过物理分馏的方法,除可得到高纯度的精丙烯以满足下游装置要求外,C4产品、副产丙烷可作为溶剂,并且是优质的乙烯裂解原料。
它们分别可为聚丙烯装置、MTBE装置、甲乙酮装置、烷基化装置等提供基础原料。
气体分馏主要以炼油厂催化、焦化装置生产的液化气为原料,原料组成(体积分数)一般为:乙烷0.01%~0.5%,丙烯28%-45%,丙烷7%-14%,轻C4 27%-44%,重C415%~25%。
气体分馏工艺就是对液化气即C。
、C4的进一步分离,这些烃类在常温、常压下均为气体,但在一定压力下成为液态,利用其不同混点进行精馏加以分离。
由于彼此之间沸点差别不大,而分馏精度要求又较高,故通常需要用多个塔板数较多的精馏塔。
气体分馏装置的工艺流程是根据分离的产品种类及纯度要求来确定的,其工艺流程主要有二塔、三塔、四塔和五塔流程4种。
五塔常规流程,脱硫后的液化气进入原料缓冲罐用脱丙烷塔进料泵加压,经过脱丙烷塔进料换进入脱丙烷塔。
脱丙烷塔底热量由重沸器提供,塔底C。
以上馏分自压至碳四塔的气相cz和c。
经脱丙烷塔顶冷凝冷却器后进入脱丙烷塔回流罐,流罐冷凝回流泵加压后作为塔顶回流,另一部分送至脱乙烷塔作为该塔的进料。
脱乙烷塔底由重沸器提供热量,塔底物料自压进入丙烯精馏塔进行丙烯与丙烷。
脱乙烷塔塔顶分出的乙烷进入脱乙烷塔顶冷凝器后自流进入脱乙烷塔回流罐,液全部由脱乙烷塔回流泵加压打回塔顶作回流,回流罐顶的不凝气可经压控阀排网或至催化装置的吸收稳定系统以回收其中的丙烯,达到增产丙烯的目的。
石油化工气体分馏装置优化运行技术措施摘要:气体分馏装置是石油化工生产装置中普遍应用的设备,其在实际工作中取得良好的工作效果。
现在部分石油化工企业在生产时,受到各种影响气体分馏装置工作的因素,致使整个生产环节进度受阻,大大降低了石油化工生产装置的工作效率,增加了生产成本。
本文主要对气体分馏装置优化技术进行研究,以有效提高气体分馏装置的生产效益。
关键词:气体分馏;优化运行;改造;技术措施前言气体分馏装置优化运行的原理首先将液化气脱硫、脱硫醇得到石油气,第二步将石油气输入脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯精馏塔、脱异丁烷塔等装置中得到乙烷、轻C4馏分、丙烯、重C4馏分、丙烷,丙烯是气体分馏装置的主要分馏物,分馏生成的丙烯浓度很高,超过99.6%。
一、气体分馏装置优化运行工艺流程和相关参数分析(一)工艺流程简介液化气分馏的步骤是第一步通过加热水来升高液化气温度,第二步再利用冷凝水使液化气温度下降控制在需要范围内,第三步把分馏出来的各种气体装入不同容器。
液化气达到设定温度后排入脱丙烷塔,液化气分成两个步骤,往上排出可以产生乙烯、乙烷、丁烷、丙烯,向下能够生产出C4馏分和C5馏分,向下的气体是进入脱异丁烷塔进行分馏工作的。
向上的气体首先进入脱乙烷塔,在脱乙烷塔也是分成向上和向下两个分馏方向,向上能够产出乙烷,向下能够产出丙烷、丙烯。
向下的气体是进入丙烯精馏塔进行工作的,而在丙烯精馏塔中向下能够产出丙烷,向上能够产出乙烯,乙烯还能够再排入丙烯精馏塔制作出精丙烯分馏物。
最后轻C4馏分产物、重C4馏分产物是在脱异丁烷塔分别向上和向下制作出来的。
(二)运行参数气体分馏装置主要有四个不同的分馏塔,能利用液化气生产不同的气体。
在分馏装置运行时,要对工作运行中的各个分馏塔进行参数测量,主要测量塔顶的压力参数、塔顶和塔底的温度。
二、气体分馏装置优化运行技术措施(一)塔顶空冷改造气体分馏装置中的各个分馏塔要按照需要配备多台空冷器,日常工作中使用空冷器后要定期清洁空冷器的喷头和水泵,保持空冷器喷头和水泵管道的畅通,避免被异物堵塞影响正常工作。
气体分馏装置的工艺操作优化【摘要】本文以延安炼油厂30万吨/年气体分馏装置为研究对象,运用Aspen plus过程模拟软件进行稳态模拟,并结合现场操作及设备富余情况,综合考虑生产成本和产品收率两方面因素的影响,提出了通过调节操作参数来降低气分装置蒸汽用量,并有效提高丙烯及碳四馏分的产品收率,以提高过程的整体经济效益。
得出气体分馏装置最佳操作工艺条件及优化措施。
【关键词】操作参数;Aspen Plus;节能;工艺优化1、气体分馏装置简介气体分馏装置的主要任务是利用精馏原理,将催化裂化装置生产出的液态烃,经过脱水及双脱装置后,再经脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔、脱戊烷分离成不同的馏分。
丙烯精馏塔塔顶分离出来的纯度99.6%以上的聚合级精丙烯,是主要产品;混合碳四作为MTBE的原料。
2、气体分馏装置的优化利用Aspen Plus对气体分馏装置进行稳态模拟,在模拟数据准确的前提下进行系统优化,找出气分装置在运行中存在的问题,并找出最理想的操作条件,使资源得到充分利,优化后丙烯收率得到提高,加工成本得到降低,实现企业经济效益最大化。
2.1减少丙烯的排空量脱乙烷塔的优化在气体分馏的整个工艺中丙烯损失最多的单元就是脱乙烷塔顶回流罐的放空,损失的丙烯约占总损失的90%。
表1为一段时期脱乙烷塔顶组分的数据分析:按年开工时数为8000小时计算:全年脱乙烷塔顶出料:0.9×8000=720吨全年丙烯损失为:720×0.51=367.2吨从上数据可以看出,丙烯损失大是巨大的,造出经济损失也是巨大的,因此,有理由对脱乙烷塔塔顶操作指标进行优化。
脱乙烷塔塔底轻组分含量是影响塔运行成本的一个重要调节指标。
塔底轻组分浓度控制在0.18%时,即塔顶产品量控制在340kg/h,温度控制在48℃,压力控制在3.3MPa是脱乙烷塔的操作最优。
利用Aspen Plus对脱乙烷系统进行稳态模拟,通过生产数据与模拟数据对比,确定该模拟软件适用于本系统的优化,在模拟数据准确的前提下进行系统优化,优化前、后脱乙烷塔的操作条件如下表2所示:3.2减少各塔的热负荷3.2.1降低脱丙烷塔压力综合考虑减少C3损失和降低操作费用这两个影响因素,通过模拟计算发现,若需保证后续产品的质量,脱丙烷塔塔顶的C4组分摩尔浓度须小于0.5%,塔底的C3组分摩尔浓度不得大于0.2%,所以将上述产品纯度的要求作为优化的操作范围。
试析现代化炼油厂气体分馏装置用能的集成和优化摘要节能技术的进步与发展与节能装置的日趋完备,推动了我国节能工作的有效开展。
如何科学、有效、更好地将炼油厂的能量进行回收,提升炼油厂的能量有效利用率成为当下石油化工人员重点关注的问题,这一问题的解决,能够在极大程度上提升能源的利用率,节约耗能,实现开源节流可持续发展。
本文将分析炼油厂气体分馏装置的现状,并进一步探讨气体分馏装置用能的集成和优化。
关键词炼油厂;气体分馏装置;集成和优化前言气体分馏装置在炼油厂中十分常见,能量流也十分密集,对于炼油厂的意义重大。
气体分馏装置是化工行业最大耗能的化工单位,特别是在石油炼制中,部分化工厂几乎要耗尽所有主要物力、财力、人力在精馏中。
由此可见,气体分馏装置用能的集成和优化是当前化工行业和炼油厂重点关注的内容。
气体分馏技术在日益发展中越来越好,在炼油厂中的应用也越来越普遍。
但是当前,必须要尽可能地去减少气体分馏装置的用能,创新和完善气体分馏装置,推动气体分馏装置的集成和优化,降低化工厂的成本,提升工作效率,降低成本,节约耗能。
1 炼油厂气体分馏装置用能现状1.1 运用蒸汽当下我国化工行业运用的气体分馏装置主要有四种:其一将蒸汽当作再沸器的热源,将再沸器放置于气分塔的底部。
一般来说,放置于气分塔塔底的再沸器是采用1MPa的蒸汽当作热源。
然而,因为0.3MPa的管网压力不够稳定,因此该种方式在国内炼油厂的使用并不是十分普遍。
1.2 运用热泵当下,国内供给有四种气体分馏装置运用热泵进行分馏。
例如某家石化公司,早在十几年前便开始运用热泵来分馏。
因为当前,电价相对便宜,运用热泵进行气体分馏产生的经济效益较大。
但是近年来,电价大幅上涨,热泵器械需要投入更多的成本,因此运用热泵完成气体分馏经济效益较低,并且产生的耗能较大[1]。
1.3 运用其他方式和装置炼油厂进行气体分馏时,还要同时完成裂化和催化。
因为催化裂化的分馏塔塔顶部回流过程中产生的低温热当作气体分馏的热量,同时分馏塔塔顶部的回流热量可以通过多种方式使用。
气体分馏装置的流程模拟与优化
摘要:国内某石化公司天然气分馏装置处理能力为65×104t/a,首次采用脱丙烷、脱乙烷、丙烯塔(两塔)、脱异丁烷塔四塔工艺,主要产品为工业精制丙烯和烷基化原料,纯度大于99.2%利用aspenplus软件建立了气体分馏装置的稳态过程模拟,对气体分馏装置的过程模拟和优化进行了分析。
关键词:流程模拟;气体分馏;热负荷;进料位置
随着发展聚丙烯工业和汽车液化气的应用,对高纯丙烯和丙烷的市场需求不断增加,气体分馏装置的处理规模也在不断扩大,目前整个炼油行业都非常重视工艺模拟和工艺流程模拟对常减压蒸馏、催化裂化、重整、加氢、延迟焦化等主要生产装置进行优化,对气体分馏等非主要装置重视不够,大部分装置不能在最佳工况下运行,能耗高,丙烯收率低,附加值高,导致设备运行不稳定。
一、工艺流程简述
气体分馏装置处理能力为65×104t/a,根据产品要求,四塔工艺纯度大于99.2%(体积分数),具体流程如图1所示,来自脱硫装置(或罐区)的LPG进入进料缓冲罐(v501),加热至泡点温度后进入脱丙烷塔(T501),C2和C3馏分从塔顶蒸发,冷凝后一部分作为脱丙烷塔的回流,另一部分加热后作为脱乙烷塔的进料送入脱乙烷塔(t502),塔底用混合C4冷却后排出装置,另一部分直接送入脱异丁烷塔(T504)作为塔料。
部分冷凝后,脱乙烷塔顶部的C2和C3气体进入脱乙烷塔顶部的回流罐(v503)。
不可凝气输送至燃料气管网,冷凝液返回塔顶,脱乙烷塔底部的材料输送至丙烯A(t503a)和丙烯C(t503c)分别作为两塔的原料,丙烯塔A底部的丙烷馏分冷却至40℃后,装置退出,塔顶气体进入丙烯塔B底部,丙烯塔B底部的液体返回丙烯塔A顶部,丙烯塔顶部的气体冷凝后进入丙烯塔回流罐(v504a),部分冷凝液返回丙烯塔B顶部,部分冷却至40℃后离开装置。
丙烯塔D顶部的气体冷凝并进入丙烯塔回流罐(v504b)。
部分冷凝液返回丙烯塔D顶部,部分冷却至40℃后离开装置。
图1气体分馏装置工艺流程图
二、基本工况模拟
采用Aspen Plus工艺模拟软件,对气体蒸馏装置进行了建模,该装置采用
四塔流程,使用RadFrac模型,塔底选择全凝器,热力学性质使用R-K-S(方程计算。
各塔工艺控制参数与材料组成的计算值和模拟实际值的比较结果见表1和表2。
表1各塔控制指标与模拟值比较
表2产品质量指标与模拟值比较
如表1和表2所示,每个塔的模拟和测量值与分析值相对应,以更好地反映
技术设备的实际运行情况,并允许优化分析提供依据。
三、模型优化应用分析
1.优化从脱丙烷塔顶回流。
脱丙烷塔的主要操作参数是塔顶流量、塔底再沸
量和塔顶压力,因为其对应关系,只需考察一个。
回流量和压力对塔顶运行的影
响如下所述。
塔流对塔热负荷、塔顶和底温度以及塔C3体积的影响。
结果表明,
塔底供热负荷与回流成比例,并相应上升。
塔顶含量C3的上升,塔底含量C3的
下降,在45t/h的回流速度下出现拐点,塔顶和底的质量符合要求。
因此,如果
塔顶的回流量设置为60至45t/h,则在催化调节和稳定温度下稳定塔时,塔的负
荷可以减少15.3%。
从而有效降低塔底重沸器的蒸汽压力。
2.优化脱乙烷塔的进料温度。
进料脱乙烷塔温度为变量,研究丙烯和塔热载
荷的影响。
塔底部丙烯和C2的比重随着进料温度的升高缓慢上升,塔的热负荷
降低。
在进料温度约为55℃加速变化,干气压下丙烯含量增加,塔底C2含量增加,重沸器加热负荷正在下降。
为此,其进料温度必须在50~55℃之间,以确保
丙腈进料乙烷含量不低于0.15%(体积分数),塔顶部的丙烯比例不高,丙烯比例
过低,塔底的热源可以减小。
3.优化丙烯塔进料位置。
指定丙烯和丙烷产品的质量时,进料位置的变化会
对整个塔的热负荷和回流产生重大影响。
随着进料位置的下降,塔顶部+塔底部
的热负荷首先降低,然后增加,所需的回流比也遵循同样的趋势。
结果显示,进
料板约130个板,丙烯塔顶部冷却荷载和丙烯塔底部再沸器加热荷载最低,回流
率最低。
目前,丙烯塔进料板位于117层,而设计进料位置仅为107层和117层,这不是最经济、优化的位置。
4.优化丙烯塔顶回的回流量。
以T503AB回收率为变量,研究顶板和底板热
负荷与产品质量之间的关系,以确定最佳回流比。
仿真结果表明,在保证丙烯质
量≥99.2%(容积分数)和丙烷质量≥95%(容积分数)的条件下,回流量控制达到
140t/h可以满足产品质量要求,如果回流量从18降到140t/h,为了保证对
T503CD丙烯塔进行同样的分析,回流比可以通过控制回流比17(质量比)满足产
品质量要求,而塔的实际回流比为23.5(质量比),如果回流比从23.5降低到17,整个塔的热负荷可以降低26.86%。
四、优化方案实施
对于气体分馏装置,增加产品产量主要是为了减少气体分馏丙烯,例如通过
降低脱乙烷塔顶气相的C3比例和塔顶的丙烯比例;降低运营成本主要是为了减
少水、电和气体的消耗,例如通过优化塔底的回收率和再沸量需求。
结合实际硬
件并根据模型计算结果以减少能耗,减少丙烯损耗,提高经济性,应采取以下措施优化装置:①脱丙烷塔顶的回流速度从60吨/小到45吨/小时下调。
②塔顶部的回流速度从25下降到22t/h;③塔顶部的压力为2.1~2.35 MPa;④T503AB丙烯塔流量从180降至140t/h,苯乙烯塔的从23.5降至17回流比,以满足产品质量要求并最大限度地降低设备能耗。
此外,T503AB丙烯塔的进料位置由125级至135级之间的1-2个进料口控制,在实施过程中对降低设备能耗起着重要作用。
实施优化方案后,实际统计表明,装置的平均能耗从每小时8.81吨降至每小时4.46吨,意味着总能耗从50.26千克/吨降至45.28千克/吨。
装置计按算年开工8400小时的节能效益为:效率为4.46×8400×140×10-4=5.245万元/a。
此外,在实施上述优化措施后,产量比工厂预生产(419t/d)和丙烯产量增加5.6t/d。
根据这一计算,丙烯生产可以1960t增产。
按市场价格8300元/t减去4750元/t 气体成本加工费用77.85元/t,丙烯回收的经济性提高了约680.5万元/a,经济效益节能增效1205万元/a。
Aspen Plus工艺模拟软件的应用对化气体分馏进行建模,并利用面向模型的设备优化生产,从而降低设备的能耗,减少丙烯的消费量,增加设备数量,将能耗降低9.91%,减少1960t/a丙烯损耗的比例,提高1205万元/a的能效。
参考文献:
[1]王先.基于差分进化算法和HYSYS机理模型的催化重整过程优化[J].化工学报,2020,59(7):1755-
1756.
[2]殷峥麟.基于流程模拟软件的原油常压蒸馏塔的节能优化[J].化工自动化及仪表,2020,38(1):9-13.
[3]江之曦.乙烯生产流程中联塔模拟与优化[J].化工学报,2020,57(9):2128-2129.
[4]候新.甲苯-乙醇共沸体系的萃取精馏模拟与优化[J].石油化工高等学校学报,2020,25(4):22-28.
[5]张晓刚.基于NSGA-II算法的上面级转移轨道中途修正时机优化[J].控制与决策,2020,26(9):1384-1386.
[6]于文先.基于HYSYS和NSGA-II的常压塔多目标优化[J].化工学报,2020,59(7):1646-1647.。