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        甲乙酮裝置尾氫加壓-分離工藝模擬研究

        2015-12-21 01:26:28馬軍田赟中國石油蘭州石化公司助劑廠甘肅蘭州730060
        化工管理 2015年12期
        關(guān)鍵詞:甲乙冷卻器尾氣

        馬軍 田赟(中國石油蘭州石化公司助劑廠,甘肅 蘭州 730060)

        蘭州石化公司擁有兩套30000t/a甲乙酮裝置,均采用正丁烯水合法生產(chǎn)仲丁醇,仲丁醇脫氫制甲乙酮[1]。仲丁醇脫氫制甲乙酮生產(chǎn)工藝過程中副產(chǎn)大量尾氫,其尾氫中含有大量的氫氣和少量的甲乙酮、仲丁醇、C4烯烴和C8酮等。目前本裝置的尾氫直接送往熱煤爐燃燒,造成氫氣資源的極大浪費(fèi)。若采取工藝技術(shù)脫除尾氫中的甲乙酮和仲丁醇,提高氫氣的純度并加以利用具有較大的經(jīng)濟(jì)意義[2-6]。

        本文通過Aspen Plus(7.3)軟件模擬甲乙酮裝置尾氫吸附法提純工藝的加壓-分離單元過程,主要對吸附法提純工藝過程中尾氫經(jīng)壓縮至不同壓力,冷卻和氣液分離后,對其軟件模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析,為實(shí)際生產(chǎn)操作提供參考。

        1 工藝流程模擬

        1.1 進(jìn)料組成

        以中國石油蘭州石化公司助劑廠兩套30000t/a甲乙酮生產(chǎn)裝置為例,進(jìn)料各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:H2:76.51%MEK:3.03%SBA:3.53%C8酮:2.41%C4烯烴:14.52%。

        1.2 進(jìn)料條件

        來自蘭州石化公司助劑廠甲乙酮裝置脫氫反應(yīng)器(R-201A/B)的尾氫進(jìn)入MEK吸收器(C-201)經(jīng)來自MEK塔的SBA洗滌后在MEK冷凝器(E-205)中用冷凍液(乙二醇)冷凝,分液罐(V-205)分離后自罐頂送往界外。其質(zhì)量流量為270.0 kg·h-1,溫度5℃,壓力0.03 MPa,

        1.3 工藝流程

        本論文采用Aspen Plus(7.3)軟件,模擬尾氣提純裝置的加壓、冷卻及分離工藝過程,其工藝流程如圖1所示。

        1.4 工藝流程模擬

        壓縮機(jī)C-001-C-004均采用Pressure Changers|Com?pr|ICON1模塊;中間冷卻器E-001-E-004及后冷器E-005均采用Heat Exchangers|Heater|HEATER模塊;分離罐V-001-V-005均采用Separators|Flash2|V-DRUM1模塊的;物系的物性方法采用PENG-ROB物性方法描述[7]。

        2 工藝原理

        尾氫經(jīng)壓縮機(jī)逐級壓縮、中間冷卻器冷卻后,進(jìn)入氣液分離罐。當(dāng)物料中組分溫度低于其臨界溫度時(shí),在氣液分離罐中冷凝,氣相組分從分離罐頂部進(jìn)入下一級壓縮,而液相組分從分離罐底部流入回收罐中,送往解吸工藝回收其中的甲乙酮、仲丁醇。

        3 軟件模擬結(jié)果及分析

        3.1 通過指定壓縮機(jī)各級出口壓力將尾氫壓縮,由0.03MPaG分別加壓至2.50MPaG、2.75MPaG、3.0MPaG。各不同壓力條件下壓縮機(jī)總功率、中間冷卻器熱負(fù)荷及壓縮機(jī)出口溫度如表1所示:

        表1 壓縮機(jī)總功率、中間冷卻器熱負(fù)荷及出口溫度

        圖1 加壓、冷卻及分離工藝流程圖

        表2 不同壓力條件下V-005分離罐頂氣相組分體積分?jǐn)?shù)

        表3 不同壓力條件下V-005分離罐底液相組分質(zhì)量流量

        表4 不同壓力條件下每年回收的各組分質(zhì)量

        由數(shù)據(jù)可知:尾氫經(jīng)壓縮至2.50MPaG、2.75MPaG、3.0MPaG,冷卻至同一出口溫度條件下,壓縮機(jī)消耗總功率及中間冷卻器熱負(fù)荷呈遞增趨勢,總功率均小于氫氣壓縮機(jī)總功率480kw

        3.2 在分離罐V-005中氣-液相達(dá)到平衡,氣相組分自V-005分離罐頂部送往吸附塔進(jìn)行尾氫精提純至高純氫(≥99.99%),則V-005分離罐頂氣相組分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示。

        由數(shù)據(jù)分析可知:尾氫經(jīng)加壓至不同壓力、冷卻及分離后,尾氫中C8酮的壓縮程度最大,氣相組分中含量小于1×10-4;大部分SBA和MEK也被分離出來。相比之下,SBA的液化程度較MEK大。氫氣在組分中的比例由0.9904提純至0.9928以上。但是,組分中C4烯烴含量相對其他雜質(zhì)組分較多,經(jīng)加壓降溫后液化效果不明顯,組分含量高于0.0064。

        3.3 液相組分自V-005分離罐底部送往解吸單元回收組分中的仲丁醇和甲乙酮。其不同壓力條件下液相各組分質(zhì)量流量如表3所示

        尾氣經(jīng)壓縮至2.5MPaG、2.75MPaG、3.0MPaG條件下,則V-005分離罐底流股的流量分別為20.531kg·hr-1、21.162kg·hr-1、21.735kg·hr-1。若每年按照8000h計(jì)算,經(jīng)加壓、冷卻及分離單元回收的各組分質(zhì)量如表4所示。

        經(jīng)壓縮、冷卻及分離后可每年回收甲乙酮約35.0t、仲丁醇約63.0t,C8酮50t,取得良好的脫重效果,大大降低了尾氫后續(xù)精提純負(fù)荷。

        4 結(jié)語與討論

        4.1 Aspen Plus(7.3)仿真模擬結(jié)果表明,吸附塔進(jìn)氣口氫氣體積分?jǐn)?shù)增加了0.24%;C8酮的分離程度最大,送往吸附塔的組分中含量小于1×10-4;MEK和SBA體積分?jǐn)?shù)均有所降低。

        4.2 每年按8000h計(jì)算,可回收重組分中的甲乙酮約35.0t、仲丁醇約63.0t,C8酮50t,取得良好的分離效果,為后續(xù)精提純降低負(fù)荷。

        4.3 尾氫自0.03MPaG經(jīng)壓縮。冷卻及分離后,可消耗壓縮機(jī)總功率401.3kw、中間冷卻器熱負(fù)荷324.2kw以上。

        [1]關(guān)穎.甲乙酮生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展.石油化工,1996,25(1):49-55.

        [2]焦偉建.采用變壓吸附技術(shù)回收煉油廠裝置尾氣中的氫氣.石油化工,2006,35(4):350-353.

        [3]周紅軍,周廣林,孔海燕等.甲乙酮生產(chǎn)尾氣中甲乙酮和仲丁醇吸附劑QMS-01的研制及應(yīng)用.化工環(huán)保,2004,24:359-361.

        [4]周廣林,周紅軍,吳全貴.甲乙酮裝置尾氣中氫氣凈化吸附劑的工業(yè)應(yīng)用.石油煉制與化工,2012,43(2):51-53.

        [5]周廣林,周紅軍,孔海燕等.吸附法脫除甲乙酮裝置尾氣中的甲乙酮和仲丁醇.天然氣化工,2004,29(1):53-56.

        [6]秦洋,曹漢中,吳雙九.采用吸附技術(shù)回收甲乙酮裝置尾氣中的氫氣.齊魯石油化工,2011,39(3):215-218.

        [7]孫義蘭.化工流程模擬實(shí)訓(xùn)-Aspen Plus教程.化學(xué)工業(yè)出版社,2012,8:67-71.

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