K.K苯加氢系统萃取精馏单元的计算模型

燃料与化工 Fuel＆ChemicalPmcesses Nov．2006 V01．37No．6 ·炼焦化学产品的回收与深加工技术· K．K苯加氢系统萃取精馏单元的模拟 方志民 郑胜华 (宝山钢铁股份有限公司化工分公司，上海200942) 摘要：应用AspenPlus流程模拟软件，建立了K．K苯加氢系统萃取精馏单元的计算模型。对宝钢K．K苯加氢 装置的操作工况进行了模拟计算，并利用模型对生产装置进行了分析。模拟结果与生产数据相吻合，表明所建立 的模型能够用于工程和指导生产。 关键词：K．K苯加氢萃取精馏 N一甲酰吗啉 中图分类号：TQ522．63文献标识码：A 文章编号：1001—3709(2006)06一0034—04 SimulationofExtractionandRecti6cationUllit ofK．KBenzolHydro—refiIlingSystem FangZhimingzhengShenghua(Baosteel，Shanghai200942，China) Abstract：BymeansofAspenPlusprocessanalogsoftware，thecalculatingmodelofextractionand rectificationunitofK．Kbellzolhydro—refiIlingsystemisestablished．Theanalogcalculationismade ontheopeIatingconditionofK．Kbenzolhydl-0一IefiningsystemofBaosteel，andtheanalysisismade withthemodel．Theanalogresultcoincideswithproductiondata，thisshowsthattheestablishedmodel c肌beusedforen舀neeringdesigrIandguidingpmduction． Keywords：K．KBenzolHydm—refiningExtractionandrectificationN—f0珊ylmo叩holine 随着我国环保政策日益严格以及合成工业对苯 纯度要求的提高，从焦化粗苯中回收苯的工艺将逐 渐被中温加氢工艺(如K．K苯加氢)所取代。以 N一甲酰吗啉做萃取剂，应用萃取精馏的方法来脱 除芳烃中所含微量的环戊烷、环己烷、庚烷和甲基 环己烷等非芳烃杂质是K．K苯加氢工艺的核心之 一。 对于萃取精馏系统的模拟计算，早期的模拟软 件中往往缺少N一甲酰吗啉、苯和烷烃三元体系的 交互作用参数，对该系统难以进行准确模拟。所以 国内外不少科研人员进行了相关体系汽液平衡的研 究，并用基团贡献法进行参数拟合后对萃取精馏塔 进行了模拟计算。郑英娥等n1研究了N一甲酰吗啉 一烷烃一芳烃汽液平衡，胡文励等比1利用实测数据 收稿日期：2006一07—19 作者简介：方志民(1964一)，男，高级工程师 和文献数据进行了N一甲酰吗啉的uNIFAc参数拟 合，张斌等⋯应用AspenPlusl1．1的基团贡献法产 生了汽液相平衡数据并建立了NFM抽提蒸馏的模 型，这些工作推动了流程软件对N一甲酰吗啉芳烃 萃取精馏的模拟。在AspenPlus12．1软件新增的 数据库PUREl2中，已经包含有N一甲酰吗啉组分 并定义了UNIFAC官能团和烷烃、芳烃官能团之间 的交互参数，从而对萃取精馏单元的模拟可以更加 快捷和方便。 本文以AspenPlus12．1流程模拟软件为工 具，直接应用软件中内置的模型和丰富的物性数 据，对萃取精馏单元进行了模拟计算并对操作进行 了分析，结果表明，所建立的模型和计算结果可用 于指导工程设计和生产的工艺优化。 万方数据 2006年11月 第37卷第6期 燃料与化工 Fuel＆ChemicalProcesses 35 1 萃取精馏工艺流程简介 宝钢化工分公司的K．K苯加氢装置是上世纪 90年代后期从德国引进的，其萃取精馏系统的流 程见图1。经预蒸馏塔脱除二甲苯等高沸点馏分的 苯和甲苯馏分，从萃取精馏塔的下部加入，萃取剂 从该塔的中上部加入，塔顶采出非芳烃，其中含有 少量芳烃和微量萃取剂，芳烃及萃取剂从塔底采出 被送到溶剂回收塔中解析。溶剂回收塔采用减压蒸 馏操作，芳烃从富溶剂中解析后从塔顶采出，进入 苯甲苯分离塔，经解析后的贫溶剂经一系列换热器 进行热量回收后送入萃取精馏塔循环使用。苯甲苯 分离塔也采用减压操作，塔顶得到高纯度的苯(> 99．9％)，塔底采出甲苯。 补充 萃取精馏塔 溶剂回收塔苯甲苯分离塔 图1 萃取精馏工艺流程简图 2流程模拟计算 2．1 萃取精馏塔的模拟 2．1．1 模型的建立 在应用AspenPlus12．1软件建立萃取精馏塔 的模型时，要注意3个问题： (1)在进行组分定义时，一定要在搜索数据库 中包含数据库PUREl2，否则将找不到N一甲酰吗 啉组分； (2)物性方程须选择UNIFAC方程，如果要选 用其他的物性方程，由于软件中还缺少各组分之间 的二元交互作用参数，模拟结果与实际情况偏差较 大，所以必须先应用UNIFAC方法估计出所选方程 的二元交互作用参数，或者利用汽液平衡数据，再 应用软件中的数据拟合功能进行回归； (3)萃取精馏塔实际上相当于2个塔的叠加， 其上部是溶剂回收段，下部是萃取精馏段，在这两 段之间设置了一个带有加热盘管的单泡罩塔板。由 于在单泡罩塔板上可能会形成2个液相，所以进行 工艺优化时需要对该塔板进行三相精馏的检查，以 保证流入萃取精馏段的是含较高比重碳氢化合物的 N一甲酰吗啉相。 根据以上的分析，建立了萃取精馏塔的模型并 进行了模拟计算。将得到的塔顶塔底采出液中各组 分的质量百分数与生产分析值相比较，主要芳香烃 组分苯和甲苯的模拟计算结果与现场数据的误差在 3％范围内，而己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷 等主要非芳香烃组分的模拟计算结果与现场生产数 据的误差均小于5％。特别是对于塔顶采出液中的 微量N一甲酰吗啉夹带情况，该模型的计算结果也 与生产数据较一致，生产值为0．22ppm，而模拟结 果为o．32ppm。同时将模拟计算得到的塔板温度、 压力等工艺数据和现场的Dcs数据进行了对比， 模拟值与实际值的误差也在5％以内。由此可见， 所建立模型的模拟值与实际值吻合较好。 2．1．2灵敏板位置分析 栾维国等H1介绍了应用稳态模拟法求取精馏塔 灵敏板的方法，刘成军等B1介绍了应用AspenPlus 9．2进行精馏塔灵敏板的求取方法。二者所介绍的 方法思想大致相同，都是先选择塔的基本负荷，然 后在±10％以内改变基本负荷，观察塔板温度分布 情况，温度变化相对敏感的塔板可初步确定为灵敏 板。但是由于萃取精馏塔较常规精馏塔复杂，直接 应用文献中的方法改变负荷时，软件在进行输入检 查时会出现错误，不再计算。原因是萃取精馏塔是 一个热平衡型控制塔，而塔顶采出相当少，当只改 变塔底再沸器负荷时，平衡蒸汽量会发生显著的变 化，塔的热平衡被破坏而无法计算。 为了维持塔的热平衡以确保软件能进行计算， 在改变塔底再沸器负荷时，适当改变了萃取剂的进 料温度，从而得到了不同负荷时塔板温度分布曲 线，见图2。 从图2可以看出，位于萃取剂进料板和芳香烃 进料板之间的塔板，对温度变化相对敏感，特别是 萃取剂进料板下面的第5块板附近。同时考虑到萃 取剂进料温度变化对塔的热平衡影响较大，灵敏板 应选在萃取剂进料板以下第5块左右。 2．2 溶剂回收塔的模拟 2．2．1 模型的建立 设计时，为了回收贫液的热量，该塔设置了1 个中间再沸器，同时从能源成本考虑，塔底采用了 万方数据 燃料与化工 Fuel＆Chemic8lProcess∞ Nov．2006 V01．37No．6 2个再沸器，一个用1．6MPa蒸汽做热源，另一个 用4MPa蒸汽。在建立模型时要设置2个再沸器来 模拟，否则模拟计算的结果与实际生产的工艺数据 和分析数据有所差别，特别是不能反映出塔顶馏分 中N一甲酰吗啉的微量夹带情况。 l 芝1 越 赠l 辚 辫1 0 lO 20 30 40 50 60 70 塔板层数 图2 不同再沸器负荷时塔板温度分布图 将所建立的溶剂回收塔模型的模拟值与实际生 产数据进行了比较，结果显示：塔顶塔底采出中， 除塔顶N一甲酰吗啉相差较大外(生产值为 O．21ppm，而模拟值为0．325ppm)，其余各组分的 质量百分数误差不超过3％，同时塔板温度、压力 等工艺数据的模拟值与现场Dcs数据间的误差也 在3％以内。由此可见，所建立的模型准确、可 靠。 2．2．2塔底温度设定分析 为了得到高质量的贫液，实际操作中，需要控 制解析塔塔底温度以保证一定的蒸发量，但是该温 度是～定组成和压力下的贫液泡点温度，随塔操作 压力和贫液中NFM、苯和甲苯含量的变化而变 化，当该温度控制过高时，由于需要汽化大量的 N一甲酰吗啉，所以会浪费一定的热能，而当该温 度控制过低时，不能保证贫液的质量，会影响萃取 精馏塔的操作和最终产品质量。图3和图4反映了 贫液泡点温度随压力和组成的变化关系。 2．3 苯和甲苯分离塔的模拟 该塔属于常规的精馏塔，并没有特别需要注意 的地方，其模拟计算相对较简单。由于该塔所分离 的物料只涉及到烃类组分，所以其物性计算方法也 可以选择SRK方程、PR方程等，虽然选用不同的 方程时，对苯和甲苯产品中各组分百分数的计算结 果有差异，但与实际生产值的误差都不会超过 5％，本文计算时采用的是uNIFAC方程。 p ＼ 魁 赠 蛭 翅 图3 贫液泡点温度与压力关系图 NFM质量分数 图4 贫液泡点温度与组成关系图 从这3个塔的模拟结果可以看出，应用Aspen Plusl2．1软件中内置的单元模块，选择UNIFAC物 性方程，并结合具体的工艺特点，就可以在软件中 较方便、准确地建立苯加氢系统中芳烃萃取精馏生 产单元的计算模型。 3 结论 (1)利用AspenPlus12．1中内置的单元模块 和数据库中的物性参数，结合现场生产装置的特 点，建立了萃取精馏单元的模拟模型，计算结果与 生产现场的DcS数据和化验分析数据一致，模型 可靠，可用于指导生产工艺的优化和设计计算。 (2)萃取精馏塔的萃取剂进料温度对溶剂回收 段和萃取精馏段的热平衡影响较大，该塔灵敏板应 设置在萃取剂进料板附近；而且当萃取剂进料温度 波动时，为了维持塔的热平衡，需要对该塔加热蒸 汽量提前进行调节。 (3)溶剂回收塔塔底温度控制关系到贫液质量 和操作能耗，但是该温度受诸如压力、组成等因素 的综合影响，实际操作中应该根据这些条件的变化 万方数据 2006年11月 第37卷第6期 燃料与化工 Fuel＆Chemjc墨1PlD∞ss船 37 洗油蒸馏模拟计算在设计中的应用 姜 秋 孙 虹 (中冶焦耐工程技术有限公司，鞍山114002) 摘要：通过对洗油蒸馏装置的模拟计算，确定了初馏塔和精馏塔的主要工艺设计参数。用1套双炉双塔蒸馏装 置分别加工甲基萘油和洗油，可以生产工业甲基萘和苊馏分，并能大大节省工程的一次性投资。对正在生产的蒸 馏装置，通过模拟计算可以调整产品的产量和质量。 关键词：洗油蒸馏模拟计算工艺设计 中图分类号：TQ522．63文献标识码：A 文章编号：1001—3709(2006)06—0037一04 ApplicationofAnalogCaIcIIlation0fW嬲hoilDistillationinDesi弘 Ji蛐gQu SunHong (ACRECoking＆Refm咖ryEngineeringC叫sultiIIgCorp．，MCC，Anshan114002，ClIi蛆) Abstr舵t：BymeansofaIlalogcalculationonwashoildistillationsystem，tllemainpmcessdesi印 parametersofprimarydistillationcolumnand工ectificationcolumnaredefined．Withonesetofdouble durance盯lddoublecolumndistillationdevice，methyln印hthaleneoil趴dw鸽hodarerespectively processedtoproducetechnicaln印hthaleneandacen叩hthenefhction，onceinvestInentfortlleproject callbesubstantiallyreduced．Fordistillationsysteminproduction，theproductoutputaIldqualitycan beadjustedbymearIsofanalogcalculation． Keywords：WashoildistillationAnalogcalculationProcessdesi弘 工业甲基萘主要由a一甲基萘和B一甲基萘组 成，可广泛应用于印染、农业和医药等行业。洗油 中的另一种主要组分苊主要用于制取1、8一萘二 甲酸酐和苊烯树脂，也可用作塑料和农药的原料。 因此许多规模较大的焦油加工厂都已经或准备对洗 油进行深加工以提高经济效益。而用1套双炉双塔 蒸馏装置分别加工由工业萘精馏塔底切取的甲基萘 收稿日期：2006一07—30 作者简介：姜秋(1966一)，女，高级工程师 油和焦油馏分塔侧线切取的洗油，能够大大节省工 程的一次性投资，创造更大的经济效益。本文通过 数学模拟计算，得到初馏塔和精馏塔塔顶采出率、 回流比及塔板层数的设计值。 1 模拟计算 1．1 蒸馏塔模型 进行准确的模拟计算来对该温度进行合理的设定。 参考文献 【l】郑英娥，蔡锐等．N一甲酰吗啉一烷烃一芳烃间汽液平衡的研 究．高校化学工程学报，2001，15(6)：568 【2】胡文励，曾健，王晓东．N一甲酰吗啉的uNIFAc参数拟合． 天然气化工，2003，28(6)：48 【3】张斌，杨署生．N一甲酰吗啉芳烃抽提蒸馏的工艺模拟．化工 设计，2005，15(2)：8 【4】栾维国，高维平等．稳态模拟法求取精馏塔灵敏板的途径．化 工设计，2002，12(2)：18 【5】刘成军，刘登峰等．精馏控制系统中灵敏板的求取．石油与天 然气化工，1997，26(3)：179 甘李军编辑 万方数据 K.K苯加氢系统萃取精馏单元的模拟 作者： 方志民， 郑胜华， Fang Zhiming， Zheng Shenghua 作者单位： 宝山钢铁股份有限公司化工分公司,上海,200942 刊名： 燃料与化工 英文刊名： FUEL & CHEMICAL PROCESSES 年，卷(期)： 2006，37(6) 引用次数： 0次 参考文献(5条) 1.郑英峨.蔡锐.赵权宇.赵维彭 N-甲酰吗啉-烷烃-芳烃间汽液平衡的研究[期刊论文]-高校化学工程学报 2001(6) 2.胡文励.曾健.王晓东 N-甲酰吗啉的UNIFAC参数拟合[期刊论文]-天然气化工 2003(6) 3.张斌.杨署生 N-甲酰吗啉芳烃抽提蒸馏的工艺模拟[期刊论文]-化工设计 2005(2) 4.栾国颜.高维平.刘艳杰.庄志军 稳态模拟法求取精馏塔灵敏板的途径[期刊论文]-化工设计 2002(2) 5.刘成军.刘登峰 精馏控制系统中灵敏板的求取 1997(3) 相似文献(0条) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_rlyhg200606014.aspx 下载时间：2010年3月29日