芳烃抽提过程的计算机模拟.doc

化：1：进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2007年第26卷增刊芳烃抽提过程的计算机模拟王健1，孙津生12(1天津大学化工学院，天津300072：2天津大学精馏技术国家工程研究中心，天津300072)摘要：简单介绍了我国芳烃抽提工业生产和市场发生的变化，同时介绍了商用软件在计算芳烃抽提过程中存 在的困难运用ASPEN PLUS过程模拟软件对芳烃抽提单元进行了单塔及全流程的模拟与优化，通过计算机 模拟，模拟计算结果与设计值基本吻合，可以用来分析抽提单元和各塔的操作能力和操作问题，指导实际生 产操作关键词：芳烃抽提；模拟；模型，芳烃是石油化工工业的重要基础原料，在总数个工序，其作用是完成芳烃与非芳烃的分离。约800万种的已知有机化合物中，芳烃化合物占了原料油从抽提塔中部入塔，在塔内与溶剂接触，30，其中BTX芳烃(苯、甲苯、二甲苯)被称塔顶出来的抽余相经冷却后入抽余油水洗塔，用水 为一级基本有机原料【lJ。其产量和规模仅次于乙烯 逆流洗涤，出去微量溶剂，洗后的抽余油送出装置。 和丙烯。抽提塔底溶解了人量芳烃和少量非芳烃的第一富溶 BTX芳烃主要来自石油馏分催化重整生成油和剂进入提馏塔顶，进行抽提蒸馏提馏操作，除去非 裂解汽油，少部分来自煤焦油。近年来通过轻质烃芳烃，塔顶出来的含非芳烃和芳烃馏出物经冷却后 类芳构化及重芳烃轻质化来生产BTX芳烃的技术得入回流芳烃罐，将油水分离，油作为回流打回抽提 到较快发展。芳烃分离技术包括溶剂抽提、精馏和 塔底。提馏塔底富含芳烃的第二富溶剂送至回收塔抽提蒸馏、吸附分离、结晶分离、络合分离、膜分 中部入塔，在塔内进行减压汽提蒸馏将芳烃与溶剂 离等工艺。由于催化重整油合裂解汽油等所含芳烃 分开，塔顶馏出物中一部分油作为回流打回塔顶， 的沸点与响应的烷烃等相近并形成共沸物，不易用其余的油就是芳烃产品，分离出来的水作为水洗水， 分馏方法得到芳烃，因此通常采用溶剂抽提方法取被送往抽余油水洗塔。回收塔底出来的贫溶剂返回 得混和芳烃，然后再用其他分离方法取得单体芳烃。抽提塔中，完成溶剂循环。抽余油水洗塔底与回流 芳烃抽提目前主要有两种工艺，即液一液抽提：C艺和芳烃罐分出水合并进入水汽提塔，进行提馏操作除 萃取蒸馏工艺。液一液抽提工艺多应用于同时收回去水中微量非芳烃。苯、甲苯和二甲苯工况；萃取蒸馏，1二艺则适合于从12模拟流程图 高芳烃含量的原料生产高纯度的单一芳烃或同时生图l为手册中的流程图，而图2为模拟软件中 产苯与甲苯。与液一液抽提工艺相比，萃取蒸馏工简化的流程图。从两图的对比中可以看出，首先，艺流程相对简单，装置投资和能耗相对较低。1芳烃抽提过程的计算机模拟11工艺原理 催化重整生成油或裂解加氢汽油中组分繁多，有多种烷烃、环烷烃、芳烃和少量烯烃，以及它们的同分异构体，而这些化合物之间有的沸 点差很小或形成共沸，如苯与多种烷烃、环烷烃、 烯烃就可以形成共沸物，因此很难用常规的方法 进行分离。采用环丁砜作为溶剂进行液液萃取来分离芳 烃12J，整个工艺包括环丁砜抽提、非芳烃水洗、汽提脱轻组分、芳烃溶剂分离、水汽提及溶剂再生6图l手册中芳烃抽提流程图增刊王健等；芳烃抽提过程的计算机模拟图2模拟中芳烃抽提流程图最大的简化在于溶剂再生塔的简化。在模拟中，省 际要求。再次，水汽提塔塔顶出来主要为水，几乎 去了再生塔，其中的循环由外加物料来替代，这样不含芳烃等组分，因此在模拟流程图中直接放出系 简化了流程中的循环，使模拟计算更容易收敛，但统，而不进入循环。最后，流股之间的换热问题也 同时又符合实际要求。其次，在同收塔处，手册中做了适当的简化。 是由附加回流芳烃罐使油水分离，而在模拟中则通 13操作参数 过塔本身自由水的分离来达到此目的，同样符合实环丁砜抽提工艺操作数据部分列于表l【l】。表1抽提原料物性馏分c6、C，馏分C6Cl馏分 馏分c6、C7铺分 C6c|馏分 相对密度(20)O7776 08354 芳烃质量分数N605 837 馏程 苯质量分数， 175451初馏点 一 67 呵l苯质量分数423 288 终馏点一167二甲苯质量分数，O797 溴值颤Br)tOO g(油)】-25<10 C，芳烃质量分数N 一 01硫含tragkg一<10 <1 0表2主要工艺操作数据馏分c6，C，馏分c6cs馏分 铺分c6、c7馏分 c6cI馏分 抽提塔温度回收塔堆力(绝)MPa00350045 O0350045塔顶7080 80100回收塔底温度175180175180塔底 5565 6585 芳烃回收率， 288 溶剂比(对抽提进料)m 253，5 3550苯回收率， 约1000 约1000 回流比(对抽提，进料)in 03O5 06O9甲苯回收率N99599 9 993998 贫溶剂含水质量分数， <10 <10 二甲苯回收率，一 97O980 提馏塔压力(绝)MPa 0203O15025芳径中非芳烃含董nagkg叫 100300300800 提馏塔底温度，175一180 175180苯的结品点， >540 >540但由于环丁砜的加入，使体系具有很强的非理想性，2 单塔模拟因此计算模型的选取很重要但同时具有一定的困难。21抽提塔 计算模型的选取是否合适，采月j两个标准进行 在抽提塔中，以环丁砜为溶剂溶解人部分芳烃。评判：第一条标准是Aspen Plus软件在运行过程中化工进展2007年第26卷 表3各塔操作参数及热力学模型选At31塔板数 需要进行迭代计算，当相邻两次计算得到的物料流图4各塔板组分流量分布 量和温度相对误差小于Aspen Plus的规定值，即物料平衡；第二条标准是将计算结果与工艺数据包对通过表4可以看出，关键组分的模拟值与真实比，优先选择偏差较小的模型。数据的差别很小，完全符合误差允许的范围，因此通过选取Aspen Plus软件中提供的不同模型 通过对热力学交互参数的修改来模拟抽提过程是可对比一进行模拟运算，并对计算结果与工艺包数据对行的。比，可以确定UNIQUAC模型较为接近，但是不 相符，主要原因是模型本身的内部参数群对环丁表4塔底关键组分出料 砜和芳烃体系非理想性描述不准确。只有多元系物料的质量分数鸬矗 的气液平衡数据才能作为计算依据，但鲁奇和林BENZENETOLUENEOXYLENEMXYLENEPXYLENESULFOLAN 德公司的汽液平衡数据属于专利，没有公开发现场数据00476 00409 0021900220 00220 08282 表。参照已有数据以及根据UNFIC官能团法及部 模拟数据00474 00407 0021 8 00219 00220 08290分文献【4】，对汽液平衡数据进行估算。根据温度 的影响对二元交互作用参数进行修改sl，修改后22提馏塔 的模型与现场数据对照吻合较好，从而构成一种从抽提塔分离出的溶解了大量芳烃和少量非芳 适用于芳烃抽提过程中的抽提塔工艺过程计算烃的第一富溶剂进入提馏塔顶，进行抽提蒸馏提馏操 的模型。作，富溶剂在提馏塔中进一步除掉剩余非芳烃，并将从图3中可以看出，第8块板为转折点，温二次富溶剂送入到回收塔中，将芳烃与溶剂分开。 度急剧降低，而其他塔板温度趋于不变，因为第8 该塔体系与抽提塔很相似，也具有很强的非理想 块板为进料板，而且这个塔为液液萃取塔，因此性，因为在计算模型的选取上有一定的困难。通过对 温度如上图分布；从图4中可以看出，第一组分各个模型选取的比较，抽提塔同样选取了UNIQUAC 为萃取相，第二组分为萃余相，从而得知芳烃和模型，但同时也存在着与实际结果不相符的情况，通 非芳烃在萃取剂环丁砜的作用下，初步达到了分过原因分析，得出与抽提塔一样的结论体系的很 离的目的。强非理想性，因此沿用抽提塔热力学模型修改的方法进行模拟，并最终得到比较理想的结果。 通过表5可以看出，芳烃以及环丁砜组分的模拟值与真实数据的差别很小，完全符合误差允许的对H：一范围。表5塔底关键组分出料物料的质鼍分数，BENZENETOLUENEOXYLENEMXYLENEPXYLENESULFOLAN塔板数现场数锱00401 00402 00222002210 0221 08495模拟数据0 0401 00399 0 0221 002210 02200，8499图3各塔板温度分布增刊王健等：芳烃抽提过程的计算机模拟113且满足丁艺流程的要求。可以认为：以修改热力学3结语模型为基础在Aspen Plus中建立的芳烃工艺流程对本文利用流程模拟软件Aspen Plus对芳烃抽提 于指定的进料条件可以作为工艺数据包米使用。 工艺进行了流程模拟，根据j【艺包数据，进行了模参考文献拟计算并对不符合条件的参数进行了回归和修改。Aspen Plus软件是一款功能强大的通用工艺模拟软【i】赵仁殿，金彰礼芳烃工学MI北京：化学工业出版社，18l一182件，但是要正确的模拟已有和设计新的工艺，必须【2】袁天聪芳烃抽提工艺评析【J】石油化工设备2003，20(4)：58正确选择Aspen Plus软件中提供的热力学模型、比【3】Eric CCarlsonDont gamble with physical properties for simulations较不同模型的物质参数及混合物数据的表征方法，J1Chemical Engineering Progress1996将得到的数据与模拟物料的物性数据文献试验值进 【4】阿格弗霄登斯隆德编UNIFAC功能团法推算汽一液平衡【M】许行比较，选择相近的是得到正确结果的关键。模拟 志宏等译北京：化学工业出版社，1822【5】傅吉全特殊体系的相平衡和精馏模拟计算【M】北京：中国石化计算结果与工艺包数据相比较完全符合误差范围，出版社，lO16