丁辛醇装置的全流程模拟收敛策略及计算-天然气与石油

丁辛醇装置的全流程模拟计算

陈丽

（大庆石化公司信息技术中心，黑龙江大庆163316）摘要：应用ASPEN PLUS软件对某化工厂丁辛醇装置进行了全流程模拟，探讨了该装置在

全流程模拟中的羰基合成反应回路、EPA缩合反应回路和加氢反应回路撕裂流的选择及收

敛方法，并进行了合成气在汽提塔3种不同工况下的计算，结果表明整个装置的收敛性很好。

关键词：丁辛醇装置；全流程；模拟计算；收敛性

丁辛醇装置的原料合成气和丙烯经过脱除杂质净化后进入羰基反应系统，在铑和三苯基膦催化作用下生成混合丁醛，混合丁醛以气相离开反应器，冷却后经过汽提脱出轻组分，轻组分返回合成反应系统。脱出轻组分后的稳定丁醛去异构物塔，将正丁醛和异丁醛分离，异丁醛去储罐，正丁醛进入缩合反应系统在NAOH作用下缩合生成辛烯醛，辛烯醛蒸发后进入加氢反应器同氢气反应生成粗辛醇。粗辛醇再经过预分馏塔和精馏塔脱出轻组分和重组分最后得到终产品丁醇。

1模拟计算

丁辛醇装置的辛醇生产流程中由原料精制、羰基合成反应回路、EPA缩合反应回路和加氢反应回路、粗辛醇精制组成[1]。

1.1 羰基合成反应回路

原料精制、羰基合成反应回路的流程示意见图1。

图1 原料精制、羰基合成反应回路的流程

在图1中，有多个物流可以作为撕裂流对回路进行收敛计算[2]。如物流8、18、92、93、98等。如果选择物流8作为撕裂流则同时必须选择物流18作为撕裂流，这样才能进行计算，同样若选择物流92则同时必须选择物流93才能进行计算。而只有当选择物流98作为撕裂流时，则不需再选其它物流。选择物流98作为撕裂流，需要计算的收敛变量最少，计算时间最短。以物流98为撕裂流，应用ASPEN PLUS软件[3,4]计算出该回路出口物流26的结果见表1。

表1 羰基合成回路模拟计算结果

组分

组分的摩尔分率

撕裂流S98初值撕裂流S98收敛终值出口物流S26

CO 0.105 3 0.119 067 5 4.877 7×10-28 H20.262 7 0.264 749 5 7.380 2×10-31 C3H60.261 8 0.279 097 4 2.187 0×10-11 C3H80.234 6 0.204 024 4 5.800 4×10-5 CO 0.231 9 0.027 667 7 2.055 2×10-18 CH40.049 4 0.042 239 6 1.077 2×10-8

N20.024 6 0.020 943 9 2.172 0×10-30

AR 0.012 3 0.010 595 2 1.261 7×10-27

H2O 0.000 8 0.013 526 6 4.808 7×10-5 SULFU-01 0 1.297 30×10-25 6.942 7×10-8

HCl 0 1.956 98×10-79.852 0×10-22

HCN 0 2.778 78×10-7 1.363 4×10-9 AMMON-01 0 1.242 80×10-6 4.146 2×10-17

O20 2.030 77×10-6 4.761 1×10-31 ACETY-01 0 2.351 19×10-5 2.433 0×10-20

N-BUT-01 0 0.015 3374 0.912 793 2 ISOBU-01 0 2.723 22×10-30.086 943 2 RESIDUE 0 0 1.574 4×10-4

总流率/( kg·h-1) 76 660 88 984.99 14 089.99

温度/℃69.0 55.838 09 80.100 41

压力/MPa 2.0 2.0 2.0

1.2 缩合反应回路

丁辛醇装置缩合反应回路的流程示意见图2。

图2 装置缩合反应回路的流程

在图2中，有多个物流可以作为撕裂流给回路进行收敛计算，如物流34、36、37、99、39、40，选择任何物流作为撕裂流均可[5]。现以物流40作为撕裂流，应用ASPEN PLUS软件计算出该回路出口物流41的结果见表2。

表2 缩合反应回路模拟计算结果

组分

组分的摩尔分率

撕裂流S40初值撕裂流S40收敛终值出口物流S41

H2O 0.989 8 0.991 727 0.040 835

N-BUT-01 0.001 0 0.063 767

EPA 0.000 1 1.002 65×10-40.888 626 SODIU-01 0 8.171 97×10-30

总流率/( kg·h-1) 8 574.000 8 542.627 11 048.66

温度/℃62.000 68.027 40.000

压力/MPa 4.6 4.6 9.0

1.3 加氢反应器

装置加氢反应器的流程示意见图3。

图3 装置加氢反应器回路的流程

在图3中，有多个物流可以作为撕裂流进行回路收敛计算，现以物流55作为撕裂流，应用ASPEN PLUS软件计算出该回路出口物流57的结果见表3。

表3 加氢反应回路计算结果

组分

组分的摩尔分率

撕裂流S55初值撕裂流S55收敛终值出口物流S57

H20.766 4 0.809 808 1.211 17×10-3

CH20.233 9 0 0

H2O 0.00 16 7.299 0×10-30.031 876 7

N-BUT-02 0 3.871 6×10-40.052 592 1

EPA 0 2.461 2×10-50.144 738 2 EMPEL 0 0 5.131 2×10-10

EHA 0 0 7.903 74×10-4

2-EH 0.000 1 0 0.760 694 8 EMPOH 0 0 5.151 62×10-3 SODIU-01 0 0 9.5094×10-14 RESIDUE 0 0 4.949×10-13

总流率/( kg·h-1) 14 410 14 808.31 13 825.9

温度/℃141.0 141.0 31.928 37

压力/MPa 6.5 6.5 3.0

23种不同工况辛醇产品的组成和含量

在实际生产中，根据进料负荷和工艺情况经常调整净化后的合成气进入羰基合成反应器的分流分率。为了验证流程是否具有较好的收敛性，选择3种不同工况，即净化后的合成气50％、80％、100％进汽提塔T1180（即50％、20％、0％合成气进入羰基合成反应器），选择物流98、40、55作为循环撕裂流，计算终产品辛醇（即2－乙基己醇）的产量和组成，应用ASPEN PLUS软件计算结果见表4。

表4 3种不同工况下辛醇产品的计算结果

组分

组分的摩尔分率

50％去汽提塔80％去汽提塔100％去汽提塔

EPA 1.406 86×10-4 1.407 40×10-4 1.405 80×10-4 EMPEL 6.108 3×10-10 6.108 0×10-10 6.1035 ×10-10 EHA 9.697 89×10-99.698 62×10-99.695 81×10-9 2-EH 0.993 819 6 0.993 820 7 0.993 821 3 EMPOH 6.039 71×10-3 6.038 57×10-3 6.038 11×10-3 RESIDUE 4.457 0×10-31 2.154 9×10-32 4.650 4×10-29总流率/( kg·h-1) 11 333.87 11 334.17 11 334.31 温度/℃42.0 42.0 42.0

压力/MPa 3.3 3.3 3.3 由表4可见，3种不同工况下全流程的收敛性均很好。

3 结论