煤焦油加工工藝模擬優(yōu)化研究

谷曉玲

（晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦集運站，山西 大同 037001）

1 概述

傳統(tǒng)的煤焦油加工流程中蒸餾分離技術(shù)主要以常壓蒸餾工藝為主，該方法生產(chǎn)效益較差，技術(shù)水平相對落后。國外的蒸餾分離技術(shù)主要以常減壓蒸餾工藝為主，該工藝可使煤瀝青的質(zhì)量有所提高，同時也可使煤焦油的加工更加全方位多品種化[1-3]。本文以某化工廠焦油車間的蒸餾裝置為基礎(chǔ)，運用Aspen Plus 軟件結(jié)合常減壓蒸餾工藝的理論對其進行蒸餾工藝模擬優(yōu)化分析，以期對國內(nèi)的蒸餾工藝優(yōu)化改進有所幫助。

2 煤焦油蒸餾分離工藝優(yōu)化

2.1 某焦油車間蒸餾過程簡介

本文研究的主要為從原料靜置脫水到餾分塔為止的蒸餾過程。其具體過程為：預(yù)處理后的焦油通過一段泵加熱至125 ℃，焦油加熱后進入一段蒸發(fā)器進行脫水處理。該過程使焦油中的水與清油去除；去水后的焦油經(jīng)二段焦油泵加熱至390 ℃，加熱后進入二段蒸發(fā)器蒸發(fā)處理，將瀝青分離出。瀝青從底部分出，餾分蒸汽由頂部進入蒽塔；進入蒽塔后，塔頂可運用洗油餾分回流，二蒽油由塔底采出，一蒽油由側(cè)線采；蒽塔塔頂排出的油氣會進入餾分塔，輕油由頂塔采出，酚油、萘油由側(cè)線采出，洗油由塔底采出。經(jīng)對比分析后發(fā)現(xiàn)，某化工廠蒸餾分離工藝主要需對一段蒸發(fā)器、餾分塔、蒽塔以及二段蒸發(fā)器進行優(yōu)化改進。

2.2 一段蒸發(fā)器優(yōu)化分析

運用Aspen Plus 軟件對一段蒸發(fā)器進行模擬分析，其模擬示意圖如圖1 所示。對于一段蒸發(fā)器來說，溫度是加工工藝中的主要參數(shù)，設(shè)定需十分精確，壓力則稍微次之，只需將壓力控制在要求范圍之內(nèi)即可。通常情況下，各塔的表壓要求小于50 kPa，二段蒸發(fā)器要求小于60 kPa，因此壓力值并不是固定不變的，可進行一定的變化。

圖1 一段蒸發(fā)器模擬示意圖

將一段蒸發(fā)器的壓力在80 kPa～140 kPa 范圍內(nèi)變化，二段蒸發(fā)器壓力取固定值，對其進行模擬分析后發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)器內(nèi)壓力與二段泵前含水量成正比，與輕油餾分成反比。一段蒸發(fā)器壓力的增加會使二段泵前含水量也增加，但焦油蒸餾系統(tǒng)的壓力也會增加，使得阻力變大，打亂蒸餾工藝次序。經(jīng)模擬分析，100 kPa為最理想壓力值。

按上述方法進行出口溫度分析，將出口溫度設(shè)置為100 ℃～130 ℃，其他條件不變。經(jīng)分析，出口溫度與底部餾出物含水量成反比，與輕油餾分流量成正比。溫度的升高會使頂部蒸發(fā)增多，增加輕油餾分流量，也就使得底部餾出物含水量下降。但過高的溫度也會使較多有價值的組分進入輕油，故綜合分析后，出口溫度最適宜溫度為125 ℃。

2.3 二段蒸發(fā)器優(yōu)化分析

運用Aspen Plus 軟件對二段蒸發(fā)器進行模擬分析，其模擬示意圖如第94 頁圖2 所示。二段蒸發(fā)器閃蒸溫度是焦油加熱進入二段蒸發(fā)器后閃蒸時氣液達到平衡狀態(tài)時的溫度。按相關(guān)工藝要求，二蒽油前的餾分都應(yīng)在二段蒸發(fā)器內(nèi)蒸出，為使生產(chǎn)產(chǎn)品相關(guān)指標(biāo)都達到要求，需依據(jù)焦油的組成成份以及生產(chǎn)產(chǎn)品的不同，確定與之相適應(yīng)的閃蒸溫度。將閃蒸溫度分別設(shè)置為360、370、380、390、400 ℃，其他條件相同。經(jīng)模擬研究后發(fā)現(xiàn)，閃蒸溫度與焦油餾分產(chǎn)率成正比，與瀝青出產(chǎn)率成反比。綜合分析，390 ℃為閃蒸溫度最佳值。同理，按上述方法進行壓力變化，其范圍為110 kPa～140 kPa，壓力值與餾出物占焦油含量成反比，與瀝青占焦油含量成正比。最適宜壓力為130 kPa。

圖2 二段蒸發(fā)器模擬示意圖

2.4 蒽塔與餾分塔優(yōu)化分析

對某化工廠的焦化車間的蒽塔與餾分塔進行分析后發(fā)現(xiàn)，蒽塔與餾分塔主要需對進料位置進行優(yōu)化分析。

2.4.1 蒽塔優(yōu)化分析

蒽塔模擬示意圖如圖3 所示。蒽塔所進的物料為二段蒸發(fā)器頂部采出的餾分蒸汽。該焦油車間蒽塔的實際進料位置為從下往上第三塊塔板。本文將研究范圍定為10 塊～22 塊塔板。通過模擬分析，進料位置對塔內(nèi)溫度分布以及再沸器熱負(fù)荷影響較低，幾乎沒什么變化，但對塔內(nèi)關(guān)鍵組分含量影響較大，對一蒽油餾分中蒽、菲的質(zhì)量流率影響最為明顯。進料位置從研究范圍最上方向下移動，一蒽油餾分中蒽、菲的質(zhì)量流率呈先變大后變小的趨勢。綜合考慮能源消耗以及產(chǎn)品收率，18 塊塔板處為最佳進料位置。

圖3 蒽塔模擬示意圖

2.4.2 餾分塔優(yōu)化分析

餾分塔的模擬示意圖如圖4 所示。餾分塔所進物料為蒽塔頂部采出的餾分蒸汽。該焦油車間餾分塔的實際進料位置為從下往上數(shù)第5 塊塔板，本文的研究對象設(shè)置為5 塊～40 塊板。餾分塔進料位置的研究主要對再沸器熱負(fù)荷與各關(guān)鍵組分含量影響較大。對于再沸器熱負(fù)荷來說，進料位置的下降會使再沸器熱負(fù)荷也隨之下降，但在25 塊后有一段下降較為明顯，直到29 塊后逐漸趨于穩(wěn)定，在36 塊后又呈緩慢下降趨勢。由此可知，進料位置越低，塔底熱負(fù)荷則越小。

圖4 餾分塔模擬示意圖

進料位置的改變對各關(guān)鍵組分含量的影響主要在油餾分中萘、甲基萘的質(zhì)量流率的影響。隨著位置的不斷下移，萘油餾分中萘質(zhì)量流率會隨之上升，在7 塊處穩(wěn)定，25 塊后開始下降；甲基萘的質(zhì)量流率會隨著進料位置下降而上升，在40 塊處數(shù)值最大。由于萘的含量較大，故以其數(shù)值為主要影響因素，綜合考慮餾分塔的進料位置在30 塊處最為合適。

2.5 優(yōu)化工藝測試

按照上述優(yōu)化參數(shù)，對某化工廠焦油車間的蒸餾裝置進行設(shè)置，經(jīng)實際檢驗后發(fā)現(xiàn)，焦油車間設(shè)備結(jié)焦現(xiàn)象明顯減弱，產(chǎn)品附加值顯著提高，符合工藝優(yōu)化要求，可應(yīng)用于實際生產(chǎn)之中。

3 結(jié)論

煤焦油作為煤焦化行業(yè)生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品，其主要成份多環(huán)芳烴應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于農(nóng)藥、染料、合成纖維、高耐熱材料、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域，故其精制的研究意義重大。國內(nèi)主要采用常壓工藝的方法，較為落后。針對這一問題，本文結(jié)合國外常減壓工藝的方法對國內(nèi)加工工藝進行優(yōu)化研究，經(jīng)分析得出了以下結(jié)論：

1）將某化工廠蒸餾分離工藝與國外常減壓工藝對比分析后發(fā)現(xiàn)，某化工廠蒸餾分離工藝主要需對一段蒸發(fā)器、餾分塔、蒽塔以及二段蒸發(fā)器進行優(yōu)化改進。

2）一段蒸發(fā)器的出口溫度最適宜溫度為125 ℃，最理想壓力值為100 kPa；二段蒸發(fā)器最適宜壓力為130 kPa，閃蒸溫度最佳值為390 ℃；蒽塔的最佳進料位置為18 塊塔板處；餾分塔的最佳進料位置在30 塊處。