利用ASPEN PLUS優(yōu)選丁二烯抽提裝置第二汽提及溶劑精制系統(tǒng)物性方法

（1.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，黑龍江 大慶 163714；2.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，北京 100195；3.大慶職業(yè)學(xué)院化學(xué)工程系，黑龍江 大慶 163255）

利用ASPEN PLUS優(yōu)選丁二烯抽提裝置第二汽提及溶劑精制系統(tǒng)物性方法

（1.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，黑龍江 大慶 163714；2.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，北京 100195；3.大慶職業(yè)學(xué)院化學(xué)工程系，黑龍江 大慶 163255）

運用流程模擬軟件ASPEN PLUS，模擬了丁二烯抽提裝置第二汽提及溶劑精制系統(tǒng)，介紹了建立模型過程中的模塊選取和工藝參數(shù)等的輸入。采用WILSON、NRTL和UNIFAC三種熱力學(xué)模型對DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系進行模擬計算，并將計算的結(jié)果與原設(shè)計值進行對比，從對比結(jié)果來看，選擇NRTL物性方法進行模擬計算的結(jié)果與原設(shè)計更為接近。

ASPEN PLUS；丁二烯抽提裝置；第二汽提塔；溶劑精制塔；NRTL

在烴類蒸汽裂解制乙烯過程中，通常副產(chǎn)10%～15%（wt）的混合碳四餾分，這部分碳四餾分中除含有40%～60%的1,3-丁二烯外，還含有0.5%～2.0%的炔烴，隨著我國乙烯裂解深度的增加及裂解規(guī)模的擴大，裂解混合碳四中炔烴含量明顯增加，部分廠家裂解混合碳四中炔烴含量甚至超過2.0%（wt）[1]。丁二烯的生產(chǎn)主要采用混合碳四抽提工藝，在抽提過程中為分離碳四炔烴（主要為乙烯基乙炔），不可避免地會造成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～7%的丁二烯損失，而且為了防止尾氣中炔烴濃度因超標(biāo)而引起的爆炸危險，通常利用大量的丁烯、丁烷或者甲烷將炔烴稀釋到安全濃度范圍后排放火炬系統(tǒng)或低價出售。隨著國內(nèi)乙烯規(guī)模的擴大以及對丁二烯純度要求的增加，丁二烯抽提裝置排放的碳四炔烴尾氣的量也在逐漸增加，這部分碳四炔烴尾氣排火炬處理或低價出售，造成了較大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。因此將抽提裝置排放的碳四炔烴尾氣經(jīng)選擇加氫后回收丁二烯，可以明顯提高裝置經(jīng)濟效益，減少因尾氣排放帶來的環(huán)境污染。

關(guān)于C4炔烴選擇性加氫，有前加氫和后加氫2種工藝。前加氫工藝具有代表性的是UOP公司C4烴選擇加氫脫炔烴工藝（即KLP工藝），該工藝可省去第二萃取精餾系統(tǒng)，避免了常規(guī)抽提工藝和處理高濃度炔烴的復(fù)雜性，且丁二烯的純度高，炔烴含量可控制在5μg·g-1以下[1]，但是丁二烯損失率較高，目前已經(jīng)有10套丁二烯抽提裝置采用KLP技術(shù)。國內(nèi)的C4炔烴選擇性加氫制丁二烯還處于研究階段，有代表性的后加氫工藝主要是在2001年北京化工研究院徐立英等對碳四餾分選擇性加氫工藝及催化劑進行過研究[2]和中國石油石油化工研究院開發(fā)的碳四炔烴選擇性加氫催化劑[3]，該催化劑具有較好的炔烴加氫活性及選擇性，可將丁二烯抽提裝置尾氣中的乙烯基乙炔加氫轉(zhuǎn)化為1,3-丁二烯和1-丁烯，轉(zhuǎn)化后可將生成的1,3-丁二烯與尾氣中夾帶的1,3-丁二烯一起回收利用?？梢姡趪鴥?nèi)C4炔烴選擇性加氫回收丁二烯技術(shù)已經(jīng)具備了工業(yè)試驗的條件。

1 模擬對象

大慶石化公司丁二烯抽提裝置采用的是DMF法，富含乙烯基乙炔（VA）的尾氣在第二汽提塔和溶劑精制塔處分離，并且VA的稀釋是通過在第二汽提塔塔頂處通入甲烷來進行實現(xiàn)的，而石化院開發(fā)的C4炔烴選擇性加氫回收丁二烯技術(shù)使用的催化劑為Pd基催化劑，適用于低溫液相加氫反應(yīng)，因此需將第二汽提塔塔頂稀釋劑甲烷替換為抽余碳四，滿足液相加氫的要求。因此，我們有必要對丁二烯抽提裝置第二汽提塔和溶劑精制塔原設(shè)計進行模擬，找出這2個塔合適的物性方法后，才能確定采用抽余碳四作為稀釋劑后的尾氣組成。因此，本次模擬以大慶石化公司丁二烯抽提裝置第二汽提塔進料為原料來模擬第二汽提塔和溶劑精制塔。第二汽提塔進料組成見表1，第二汽提及溶劑精制系統(tǒng)工藝流程圖見圖1。

表1 第二汽提塔進料組成

T-1203：第二汽提塔；T-1401：溶劑精制塔；V-1202：第二汽提塔回流罐；V-1401：溶劑精制塔回流罐；V-1405：排出氣鼓風(fēng)機吸入罐

2 模擬軟件版本

本次模擬采用的是ASPEN PLUS流程模擬計算軟件V7.0版本。

3 工藝流程建立

3.1 建立模型

根據(jù)第二汽提及溶劑精制系統(tǒng)工藝流程建立ASPEN PLUS模型流程圖如圖2所示。

圖2 第二汽提及溶劑精制系統(tǒng)工藝流程模擬

3.2 組分輸入

進入components頁面，輸入所要添加組分的化學(xué)式或者英文名，可以查找出所需的組分，然后將該組分加入模擬流程中[4]。

3.3 物性選擇

丁二烯抽提裝置第二汽提及溶劑精制系統(tǒng)涉及溶劑DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系，為了使模擬計算結(jié)果準(zhǔn)確，選擇可靠的溶劑DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系熱力學(xué)方法，我們采用不同熱力學(xué)方法模擬計算第二汽提塔T-1203和溶劑精制塔T-1401，將不同方法計算的結(jié)果與原設(shè)計塔分離數(shù)據(jù)比較，以選取合適熱力學(xué)模型。

由于溶劑DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系中以溶劑DMF為主，溶劑DMF為極性物系，因此選用的熱力學(xué)方法主要以活度系數(shù)法為主。分別以WILSON、NRTL和UNIFAC三種熱力學(xué)方法來模擬第二汽提塔T-1203和溶劑精制塔T-1401。

3.4 物流及單元操作模塊的輸入

規(guī)定好組分和物性模型以后，按照裝置的原設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)，輸入各進料物流變量，然后再輸入塔、閃蒸罐、混合器、換熱器等模塊的參數(shù)變量，就大致完成了整個流程的輸入，可以進行模擬。打開Control pannel，點擊運行按鈕，即可運行該流程。

3.5 結(jié)果查看

點擊快捷圖表中Check results按鈕，可以查看在設(shè)定條件下，不同物性方法的流程模擬運行結(jié)果。模擬結(jié)果與原設(shè)計參數(shù)進行對比，結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)果與討論

用WILSON、NRTL和UNIFAC三種熱力學(xué)模型計算塔T-1203和T-1401，塔頂和塔底產(chǎn)品組成的模擬結(jié)果與原設(shè)計相近，滿足模擬計算要求。WILSON物性方法的模擬結(jié)果雖然與原設(shè)計最為接近，但是模擬時，對于T-1401塔頂回流罐沒有產(chǎn)生丁二烯二聚物-水的兩相體系，因此不選用WILSON物性方法。NRTL和UNIFAC兩種物性方法都可以產(chǎn)生丁二烯二聚物-水的兩相體系，從模擬結(jié)果來看，NRTL物性方法更接近原設(shè)計。因此，選擇NRTL熱力學(xué)方法模擬計算T-1203使用抽余碳四替代甲烷作為稀釋劑后尾氣的組成。

5 結(jié)論

采用不同的物性方法對DMF法的丁二烯抽提裝置第二汽提塔及溶劑精制塔進行模擬計算，從模擬結(jié)果來看，NRTL物性方法與原設(shè)計更為接近，因此，選擇NRTL熱力學(xué)方法模擬計算第二汽提塔及溶劑精制塔。

表2 不同熱力學(xué)方法計算結(jié)果與原設(shè)計主要參數(shù)對比表

[1] 李玉芳，李明.二烯生產(chǎn)技術(shù)進展與市場分析[J].化學(xué)工業(yè)，2007，25（12）：24-33．

[2] 徐立英，樂毅，朱云仙，等.碳四餾分選擇加氫工藝及催化劑的研究[J].石油化工，2001，30（9）：681-685．

[3] 錢穎，趙德強，蔣彩蘭，等.裂解混合碳四選擇加氫除炔催化劑的制備及工藝評價[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2006，24（6）：455-458．

[4] 陳茂兵，孫克勤，徐海濤，等.ASPEN PLUS軟件模擬煙氣氨法脫硫[J].污染防治技術(shù)，2009，22（1）：28-32．

化學(xué)工程

何英華1，詹海容1，朱麗娜1，路 明2，楊玉和1，劉 龍1，李洪濤1，董薈思3

Preferred Property M ethods of Second Stripper and Solvent Refining Tower of Butadiene Extraction Plant Based on ASPEN PLUS

HE Ying-hua1, ZHAN Hai-rong1,ZHU Li-na1,LU Ming2,LIU Long1,LIU Long1,LI Hong-tao1
(1.Petrochina Petrochemical Research Institute，Daqing 163714, China;2.Petrochina Petrochemical Research Institute，Beijing 100195, China)

The model for simulation of the second stripper and solvent re f ning system was established based on f ow-simulated software ASPEN PLUS. Lots of notice during the process of simulation, such as selection of modules and input of parameters etc, wer e introduced. Three kinds of thermodynam ic model W ILSON, NRTL and UNIFAC were used to simulate DMF-C4, DMF-bipolymer-C4 system, and the calculated results were compared w ith the original design value. According to the comparison results, the simulation result of using NRTL property methods was more close the original design value.

ASPEN PLUS; butadiene extraction plant; second stripper; solvent ref ning tower; NRTL

TQ 221.223

A

1671-9905(2014)07-0068-03

2014-05-26