胡春福，陳 剛，毛乾平，陳錫聯(lián)，曹 陽

(中國石油吉林石化公司 染料廠，吉林 吉林 132021)

中國石油吉林石化公司染料廠苯酚丙酮裝置是吉化30萬t乙烯工程的主要配套裝置之一，它全套引進美國UOP公司異丙苯法的苯酚丙酮生產(chǎn)技術(shù)。苯酚丙酮裝置利用乙烯裝置和芳烴聯(lián)合裝置生產(chǎn)出來的丙烯和苯進行深加工，生產(chǎn)重要的有機化工原料：苯酚和丙酮。現(xiàn)產(chǎn)苯酚7.5萬t/a、丙酮4.64萬t/a[1]。作者針對苯酚丙酮裝置丙酮精制工段進行穩(wěn)態(tài)流程建模分析及優(yōu)化，通過模擬分析，考察不同運行參數(shù)對苯酚丙酮裝置丙酮精制工段產(chǎn)品收率及質(zhì)量分數(shù)的影響。

1 苯酚丙酮裝置丙酮精制工段工藝流程簡述

苯酚丙酮裝置丙酮精制工段采用精餾工藝，精餾工藝由粗丙酮塔及丙酮精制塔組成，精餾塔均采用板式塔，其中粗丙酮塔采用微正壓操作，加熱方式為蒸汽加熱。運行方式為連續(xù)流[2]。具體工藝流程如下：由上游工段來的粗產(chǎn)品從粗丙酮塔中部進料，水從塔底進入，粗丙酮塔塔頂采出主要組成為丙酮、異丙苯，一部分進入丙酮精制塔，其余部分經(jīng)粗丙酮塔冷凝器冷凝后進入粗丙酮塔受槽，再經(jīng)塔頂泵大部分打回粗丙酮塔塔頂，亦可能有少量部分抽去精丙酮塔，以調(diào)節(jié)粗丙酮塔頂受槽液位[3]。粗丙酮塔塔釜物料進入其它工段。該工段流程圖見圖1。

圖1 丙酮精制工藝流程圖

2 模型建立

由于目前粗丙酮塔已經(jīng)在運行當中，要想進行設(shè)計型優(yōu)化已不現(xiàn)實，優(yōu)化方向只能放在操作條件上。目前可以改變的操作條件有進料板位置、塔頂及塔釜壓強、塔頂采出量等。在此塔的優(yōu)化過程中，首先分析各個操作條件對塔分離效果及能耗經(jīng)濟性的影響[4]。利用Aspen Plus軟件對各單個因素進行靈敏度分析并觀察趨勢，分析各個操作條件對分離效果及能耗的影響程度，進而確定操作條件[5]。在找到影響比較大的操作條件之后，利用軟件的優(yōu)化分析功能，以能耗作為因變量，操作條件作為自變量，分離效果作為約束條件，進行全局的優(yōu)化分析，找出最優(yōu)值，從而完成整個塔所有條件的優(yōu)化。

3 結(jié)果與討論

3.1 進料板位置對粗丙酮塔的影響

對于精餾塔而言，進料板位置會對分離效果產(chǎn)生影響。從中和單元來的物料進入粗丙酮塔，粗丙酮塔總共66塊板，設(shè)計的進料位置為第17塊板。在其它條件不變的情況下，只改變進料板位置，應用Aspen Plus中的靈敏度分析，對進料板位置進行分析，結(jié)果見圖2。

塔板/塊圖2 進料板位置對粗丙酮塔分離效果的影響

從圖2可以明顯看出，隨著進料板位置從塔上部到下部移動的過程中，塔頂w(丙酮)變化不大，但到40塊板開始w(丙酮)明顯下降，但是仍然符合控制指標要求，w(丙酮)>75%。對于塔釜丙酮含量而言，同樣，從第40塊板開始，w(丙酮)開始明顯上升，并且超過0.2%。從而可以看出進料板位置一定要在40塊板之上。進料板位置除了要考慮分離效果，還應考慮到實際的經(jīng)濟指標，對于精餾塔而言，塔釜的再沸器提供的熱量是經(jīng)濟性的標準?？疾爝M料板位置對再沸器的能量消耗的影響，從塔頂?shù)剿?，所耗能量先降低，再升高。進料板位置對粗丙酮塔再沸器耗能量影響見圖3。

塔板/塊圖3 進料板位置對粗丙酮塔再沸器所耗能量的影響

從圖3中可以看出，進料板位置在17塊板時，再沸器所耗功率最少，最經(jīng)濟劃算，這與目前中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司進料位置完全一致。

綜上分析，進料板最佳進料位置在塔的第17塊板位置，此處進料分離效果較好，并且經(jīng)濟合理性最好。

3.2 塔頂壓強對粗丙酮塔的影響

先分析壓強對分離效果的單因素變量的影響，塔頂采出、全塔壓降及回流量都不改變，只改變塔頂及塔釜壓強，分析塔壓對分離效果的影響。改變塔頂壓強從(98～208)kPa，塔頂及塔釜丙酮含量變化見圖4。

p/kPa圖4 塔頂及塔釜w(丙酮)隨壓強變化趨勢圖

從圖4可以看出，塔頂壓強從常壓增到208 kPa，塔頂w(丙酮)增加，塔釜w(丙酮)下降。塔頂w(丙酮)從79.8%增到80.1%，塔頂w(丙酮)變化不太。從塔釜丙酮變化趨勢來看，塔釜w(丙酮)變化不大且都<0.2%，是符合指標的。塔頂及塔釜壓力變化必然引起塔釜再沸器的功率消耗變化，同樣在其它條件不變的情況下，分析塔頂壓強從常壓增到208 kPa的過程中，塔釜再沸器功率消耗的情況，通過應用Aspen Plus對不同壓強下塔釜再沸器能量進行計算，得出再沸器功率消耗趨勢圖見圖5。

p/kPa圖5 再沸器能量消耗隨壓強變化趨勢圖

塔頂及塔釜壓強增大，再沸器能量消耗肯定變大。

綜上分析，單一考察壓強的變化對分離效果及經(jīng)濟性，是沒有優(yōu)化點的。只能看出分離效果隨壓強變化的趨勢。同樣，單一的溫度的變化對分離效果及經(jīng)濟性的影響和壓強是一樣的規(guī)律，所以不再贅述。

3.3 回流量對粗丙酮塔的影響

回流量指塔頂采出經(jīng)過分流以后，去往冷凝器的物流經(jīng)過冷凝之后通過泵P-602A/B回流給粗丙酮塔的流量。目前回流量是11.5 m3/h，改變回流量的大小，考察回流體積流率在10～14 m3/h時，回流量對塔頂及塔釜w(丙酮)的影響，結(jié)果見圖6。

回流比圖6 粗丙酮塔頂回流量對塔頂及塔釜w(丙酮)的影響

由圖6可以看出，塔頂回流量越高，塔頂w(丙酮)越高，塔頂回流量高于11 m3/h即可滿足指標的要求，w(丙酮)較低?；亓髁扛哂?3.3 m3/h時，塔釜w(丙酮)即超出指標，所以回流量在11～13.3 m3/h是符合標準指標的。從圖6可以看出，在其它條件不變的情況下，回流量變大，塔頂w(丙酮)升高，塔釜w(丙酮)也增高。

4 結(jié) 論

(1) 進料板最佳進料位置在塔的第17塊板位置，此處進料分離效果較好，并且經(jīng)濟合理性最好。

(2) 塔頂壓強從常壓增到208 kPa，塔頂w(丙酮)增加，塔釜w(丙酮)下降。塔頂w(丙酮)從79.8%增到80.1%，塔頂w(丙酮)變化不太。從塔釜丙酮變化趨勢來看，塔釜w(丙酮)變化較大，但是在變化的范圍內(nèi)，w(丙酮)<0.2%，都是符合指標的。

(3) 塔頂回流量越高，塔頂w(丙酮)越高，回流量高于13.3 m3/h塔釜w(丙酮)即超出指標，所以回流量在11～13.3 m3/h是符合標準指標的。

通過分析進料板位置、塔頂壓強、塔頂回流量對粗丙酮塔分離效果及能耗的影響，可以看出每個變量都影響分離效果。其中進料板位置可以確定下來第17塊板是最佳進料板位置。塔頂壓強、回流量甚至溫度，這幾個變量相互之間是關(guān)聯(lián)的，單一的變量調(diào)整對整個塔的分離及再沸器功率的消耗的分析是不夠全面的。

在確定已知的最佳進料位置第17塊板之后，分析在不同的壓強下，以塔頂回流量作為自變量，在滿足塔頂w(丙酮)>75%以及塔釜w(丙酮)<0.2%的條件下，求取最佳塔頂采出量。

通過上述的分析，塔頂回流量對分離效果及功率消耗影響較為敏感，壓強作為一種強度變量，對分離效果及能耗影響不是很大，所以以塔頂回流量作為自變量是合理的。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 朱麗娜,李洪濤,姜道華,等.我國苯酚丙酮生產(chǎn)技術(shù)及市場[J].化工技術(shù)與開發(fā),2014(1):35-37.

[2] 董銘偉.苯酚丙酮裝置脫烴塔產(chǎn)品質(zhì)量不合格原因分析及對策[J].石化技術(shù),2013,20(2):24-27.

[3] 孫可華.藍星新材料哈爾濱公司12 t/a苯酚丙酮改造項目開工[J].國內(nèi)外石油化工快報,2005,35(5):13-14.

[4] 趙英學,陸陽.樹脂催化分解過氧化異丙苯制苯酚丙酮[J].石化技術(shù),2005,12(1):4-7.

[5] 尤世平.苯酚、丙酮尾氣吸收塔的工藝設(shè)計[J].廣東化工,2014,41(5):138-139.