乙烯装置丙烯精馏塔优化设计_曹媛维

第40卷第9期2012年9月化学工程

CHEMICAL ENGINEERING （CHINA ）Vol．40No．9Sep．2012

收稿日期：2011-11-01作者简介：曹媛维（1979—），女，硕士，工程师，主要从事乙烯装置的工艺设计工作，电话：（010）58676692，

E-mail ：caoyuanwei@hqcec．com 。乙烯装置丙烯精馏塔优化设计

曹媛维

（中国寰球工程公司，北京100029）

摘要：针对近年来大型乙烯装置中的丙烯精馏塔操作不稳定、能耗大的问题，利用PRO /Ⅱ软件模拟分析该塔流程，总结出随着装置规模大型化该塔采用多溢流塔板形式，计算中应考虑塔板形式对板效率取值的影响。当进料组成与设计工况不符或装置负荷增大时导致产品不达标的情况，可增设进料口在非设计工况下不同位置进料以满足分离的要求，

并且塔顶冷凝器和塔底再沸器需要考虑充分的设计余量。并创造性提出了，在传统工艺流程基础上在塔顶冷凝器后增设排放冷凝器进一步回收丙烯的节能优化方案，为实际生产提供建议性指导。关键词：丙烯精馏塔；操作波动；PRO /Ⅱ模拟中图分类号：TQ 051．81

文献标识码：B

文章编号：1005-9954（2012）09-0074-05DOI ：10．3969/j．issn．1005-9954．2012．09．0017

Optimization design of propylene rectifying column in ethylene plant

CAO Yuan-wei

（China HuanQiu Contracting ＆Engineering Corporation ，Beijing 100029，China ）

Abstract ：According to high energy consumption and instable operation problems of propylene rectifying column in large-scale ethylene plants ，the propylene rectifying column system was simulated with PRO/Ⅱsoftware．The conclusion is that the influence of the tray type on the tray efficiency should be considered in calculation ，and it is better to use multi-overflow tray type for large-scale ethylene plant．If the propylene product is substandard in the inconsistent feed composition case or the increased duty case ，

the added feed nozzles are prefered to switch the diffierent feed location for different case．Enough design margin should be considered for the top condenser and the bottom reboiler．The energy saving optimization scheme that adding a new vent condenser after the top condenser to recover more propylene product is creatively put forward ，which provides the constructive guidance for the actual production．Key words ：propylene rectifying column ；operation fluctuation ；PRO /Ⅱsimulation 丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷以

及异丙醇等，

是仅次于乙烯的重要石油化工原料［1］

。丙烯衍生物的快速发展带动了丙烯需求的快速增长，

据估计从2006年到2015年全球范围内丙烯需求仍以4．9%的速度持续增长，中国的丙烯需求预计年均

增长达到6．3%［2］

。目前从市场份额看，来自乙烯装置的丙烯占到59%，从炼厂轻烃分离装置回收的丙烯占到35%。本文针对乙烯装置实际运行中丙烯精馏塔进料组成和负荷波动大导致产品不合格、能耗高的问题，利用流程模拟软件PRO /Ⅱ优化该塔操作参数，并探索性地提出在冷凝器出口增设排放冷凝器进一步回收丙烯产品的工艺，为丙烯精馏塔在实际操作

中低能耗、平稳运行提供理论指导和建议。1原始工况的模拟计算

1．1

模拟计算条件

本模拟计算以80万t /a 乙烯装置丙烯精馏塔为例，该塔进料组成条件如表1所示。采出丙烯产品的规格按照GB/T 7716—2002中聚合级丙烯优等品（摩

尔分数99．6%），塔釜丙烯控制指标为摩尔分数≤2%。1．2模拟过程1．2．1

模拟图与模拟参数选择

工业生产中由于受到运输和加工制造的限制，将丙烯精馏塔分成双塔串联或并联操作，但在模拟

软件中双塔和单塔模拟没有本质区别。为方便模拟和收敛的需要，在模拟软件中采用单塔模拟的原则［3］，模型如图1所示。

表1进料组成与工况

Table1Feed composition and case condition

图1原始工况模拟流程图

Fig．1Process simulation diagram of design case

该模型采用DISTILLATION模块可进行精确的多级气液分离的精馏计算，并可进行多股进料、侧线采出、中间再沸器及不同板效率的计算。丙烯精馏体系中不含CO，CO2，H2等极性物质，且水可做近似处理，用简单的SRK烃热力学方法的缺省水倾析项可满足要求。热力学性质均采用软件默认SRK方程本身的热力学性质，不再另做修正。该模型是典型的气液二相模拟计算，故选用气液二相精馏首选、收敛性能好的IO算法［4］。

1．2．2模拟结果

通过工况分析模块（CASE STUDY）分析各参数是否在最佳工作位置，对模拟初始结果中的进料板位置、冷凝器和再沸器的负荷、塔顶塔釜丙烯含量分布以及回流比进行优化计算，全塔完成分离任务需要塔板数170块，在进料板位置高于第80块进料时产品丙烯和塔釜丙烯这2个指标不能同时达标，随着进料板位置下移，直至第85块塔板进料时操作趋于稳定，丙烯产品由第7块板采出。冷凝器为239．7GJ/h，再沸器为241．8GJ/h，总能耗为481．4GJ/h，回流比控制在15．1。各流股模拟结果如表2所示。

表2原始工况模拟计算结果

Table2Simulation output of design case

流股名称进料

塔底重

组分

丙烯

产品

塔顶轻

组分相态液液液气

温度/ħ40．6066．0749．4938．00

压力/MPa2．132．242．062．04

流量/（mol·h－1）131553．651219．342．05

流量/（kg·h－1）553492484．3513161549．3

x（氢气）/%0．20000．0012．842

x（甲烷）/%0．32400．0045．067

x（乙烯）/%0．002000．036

x（乙烷）/%0．04100．0160．570

x（丙炔）/%0．0310．76200

x（丙二炔）/%0．0210．51600

x（丙烯）/%95．072．00099．6291．26

x（丙烷）/%4．00989．40．3530．220

x（1，3丁二烯）/%0．0020．05400

x（1-丁烯）/%0．0311．26300

x（异丁烯）/%0．0510．75400

x（丁烷）/%0．0521．27400

x（1-己烯）/%0．1403．40500

x（C

9

）/%0．0240．57200

实际工程应用中此规模的丙烯精馏塔塔径达5—6m，液相负荷达800—1000m3/h，选用多

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曹媛维乙烯装置丙烯精馏塔优化设计