（1.中國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(yùn)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(duì)DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系進(jìn)行模擬計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果與原設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，從對(duì)比結(jié)果來看，選擇NRTL物性方法進(jìn)行模擬計(jì)算的結(jié)果與原設(shè)計(jì)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(guó)乙烯裂解深度的增加及裂解規(guī)模的擴(kuò)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(huì)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(xiǎn)，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(jià)出售。隨著國(guó)內(nèi)乙烯規(guī)模的擴(kuò)大以及對(duì)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(jià)出售，造成了較大的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(guó)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(duì)碳四餾分選擇性加氫工藝及催化劑進(jìn)行過研究[2]和中國(guó)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。可見，在國(guó)內(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(yàn)的條件。

1 模擬對(duì)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(jìn)行實(shí)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(duì)丁二烯抽提裝置第二汽提塔和溶劑精制塔原設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，找出這2個(gè)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(jìn)料為原料來模擬第二汽提塔和溶劑精制塔。第二汽提塔進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jì)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(jìn)入components頁(yè)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(jì)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(jì)算第二汽提塔T-1203和溶劑精制塔T-1401，將不同方法計(jì)算的結(jié)果與原設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)，輸入各進(jìn)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(gè)流程的輸入，可以進(jìn)行模擬。打開Control pannel，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，即可運(yùn)行該流程。

3.5 結(jié)果查看

點(diǎn)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(yùn)行結(jié)果。模擬結(jié)果與原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)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(jì)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(jì)相近，滿足模擬計(jì)算要求。WILSON物性方法的模擬結(jié)果雖然與原設(shè)計(jì)最為接近，但是模擬時(shí)，對(duì)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(jì)。因此，選擇NRTL熱力學(xué)方法模擬計(jì)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(duì)DMF法的丁二烯抽提裝置第二汽提塔及溶劑精制塔進(jìn)行模擬計(jì)算，從模擬結(jié)果來看，NRTL物性方法與原設(shè)計(jì)更為接近，因此，選擇NRTL熱力學(xué)方法模擬計(jì)算第二汽提塔及溶劑精制塔。

表2 不同熱力學(xué)方法計(jì)算結(jié)果與原設(shè)計(jì)主要參數(shù)對(duì)比表

[1] 李玉芳，李明.二烯生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展與市場(chǎng)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(qiáng)，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(píng)價(jià)[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