Aspen Plus模拟软件在淤浆法聚乙烯装置异丁烷溶剂回收系统中的应用

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A s pen Pl us模拟软件在淤浆法聚乙烯

装置异丁烷溶剂回收系统中的应用

单薇

(中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京100013)

[摘要]应用A spen Pl us模拟软件对淤浆法聚乙烯装置的溶剂回收系统进行了精馏分离

的工艺设计和模拟计算，得到了回流比、理论塔板数、最佳进料板位置等操作参数。采用RadFr ac严

格法精馏设计模块对精馏塔进行了模拟计算，并针对相关工艺参数进行了灵敏度分析和优化设

计。结果表明，经过2个精馏塔分离后，精制后溶剂异丁烷的质量纯度达99．97％，回收率达95％，

满足分离要求。

[关键词]异丁烷精馏模拟软件A s pen Pl us

淤浆法聚乙烯技术主要用于高密度聚乙烯(H D PE)的生产，其产品适用于高档管材、高强度膜料、中空制品等的加工和应用。淤浆聚合工艺是将乙烯与脂肪烃溶剂混合，聚合物悬浮于溶剂中，生产过程中压力较低，操作条件易控制、产品性能好，已成为H D PE最主要的生产技术¨J。淤浆法聚乙烯技术主要包括Phi l l i ps，CX，Bom t ar，Innovene S 工艺等，按反应器的不同分为环管式反应器和搅拌釜式反应器，通常采用钛系或铬系催化剂，通过单峰或双峰技术生产系列H D PE产品旧J。

淤浆聚合工艺工业化时间早，工艺技术成熟，反应器生产强度大，单程转化率高，反应易控制，产品牌号多，特别是能生产相对分子质量分布宽的产品，且产品质量好，但工艺流程长，具有复杂的浆液后处理工序，溶剂消耗量较大口。。目前，工业上应用的淤浆聚合工艺以高纯乙烯作为单体，丙烯、丁烯一1或己烯一1作为共聚单体，以丙烷、异丁烷或己烷等为溶剂，采用高效催化剂体系进行淤浆聚合，生产多种牌号的H D PE产品。工业生产中通常采用溶剂回收系统，将溶剂分离提纯后循环使用，减少装置排放，达到节能减排的目的。

本文采用环管反应器，以异丁烷作为溶剂、己烯～1为共聚单体的淤浆聚合工艺为例，应用

A s pen Pl us模拟软件对淤浆法聚乙烯装置的溶剂回收系统进行工艺设计，通过模拟计算，考察操作条件对溶剂异丁烷回收率及产品纯度的影响，确定最佳工艺操作条件，为工业设计和技术改造提供理论依。1溶剂回收系统的工艺流程

自上游压缩机送入溶剂回收系统的气体中主要含氢气(H：)、甲烷(C H。)、乙烯(C：H。)、乙烷(C：H。)、异丁烷(C。H。。)、己烯一1(C。H。：)和己烷(C。H，。)等，溶剂异丁烷含量(质量分数，下同)为93．0％～97．0％。

1．1分离要求

溶剂回收系统的目标产品为异丁烷，分离要求为：异丁烷纯度≥99．0％，回收率≥95．0％，异丁烷中乙烯和己烯的含量均控制在100×10。6以内。1．2分离流程设计

根据各组分相对挥发度的不同及排定塔序的基本原则，溶剂回收系统的分离流程采用2个精馏塔完成异丁烷的回收过程，工艺流程见图1。

图1溶剂回收系统流程示意图

收稿日期：2013—05—17。

作者简介：单薇，工程师，现从事工程设计工作。

2013年9月单薇．A s pen P l us模拟软件在淤浆法聚乙烯装置异丁烷溶剂回收系统中的应用55

T1塔为脱轻组分塔，脱除异丁烷中氢气、乙烯等轻组分，眩塔为脱重组分塔，脱除异丁烷中己烷、己烯一l等重组分，在他塔塔顶得到精制后的异丁烷产品。

根据各组分相对挥发度的不同，确定两个塔的轻、重关键组分，T1塔选择乙烷和异丁烷为轻、重关键组分，T1塔的塔釜出料B O T l是以异丁烷为主的重组分进入呓塔进一步分离，他塔选择异丁烷、己烯一1为轻、重关键组分。

2A s pen Pl us软件模拟计算及结果

2．1计算模型选择

A s pen Pl us软件中提供了多种热力学性质计算模型，包括状态方程和活度系数计算模型，对各种物性体系均有相应的计算模型。计算模型的选择将直接影响计算结果的精确度，是工艺流程模拟成功的关键。在A s pen Pl us软件中PE N G—R O B计算模型较适用于模拟非极性或弱极性烃类混合物的分离，特别适用于模拟含二氧化碳、硫化氢和氢气的系统。本文将采用PE N G—R O B计算模型进行模拟计算。

2．2模拟计算中进料条件

溶剂回收单元的进料量为200kg／h，进料温度为65．5℃，压力1．02M Pa，T1塔采用部分冷凝器，塔顶操作压力为1．0M Pa；T2塔采用全凝器，塔顶操作压力为0．8M P a。

2．3精馏塔简捷设计

A s pen Pl us软件中简捷计算法精馏设计模块(D ST W U)采用W i nn—U nde r w ood—G i l l i l and方法进行简捷法精馏设计计算，模型中假设恒定的物质的量溢流量和相对挥发度，根据分离流程中各目标产品纯度的要求，设定精馏塔的轻、重关键组分回收率，并设定初始回流比为最小回流比的1．5倍，对精馏塔进行简捷设计，确定T1，，12塔最小回流比、最小理论塔板数或实际回流比、实际理论塔板数H j。T1，r12塔的轻、重关键组分的回收率见表1。D ST W U计算模型简捷计算结果见表2。

表l r I’1和眩塔分离要求的设定值

表2由D S TW U模型得到的r I、1和

亿塔的计算结果

3精确计算法核算及灵敏度分析

3．1灵敏度分析和操作参数选择

A s pen Pl us软件中采用D ST W U计算模型计算塔的操作参数，仅为估算，特别是对于非理想多组分混合物，D STW U的计算结果仅作为参考，可据此结果采用R a dFr ac计算模型对精馏塔进行精细模拟计算。两者的计算结果存在一定偏差，需调整回流比、理论塔板数或塔顶、塔釜的采出量，使精馏塔的操作参数达到设计要求。

应用A spen Pl us软件中的灵敏度分析考察一个或多个物理量对其他物理量的影响，在满足分离要求的前提下确定最佳操作条件，本研究以T1塔为例进行灵敏度分析和操作参数的选择。3．1．1理论塔板数对异丁烷回收率的影响在一定的操作压力下，实现混合物达到规定分离目标所需的理论塔板数，与设计选择的迸料塔板数及操作回流比均密切相关。因此，根据D唧u 的计算结果，初步设定T1塔的进料塔板数为第5块，物质的量回流比为5．5：1，采用A s pen Pl us中灵敏度分析，考察在此操作条件下T1塔的理论塔板数对异丁烷回收率的影响，结果见图2。

零

料

擎

回

娱

k

做

理论塔板数

图2T1塔理论塔板数对C4H l o

回收率的影响