高纯度戊烷系列产品生产工艺开发与优化.pdf

天津大学化工学院 二零一零年六月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤叠盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：鸯想峭 签字日期：沙f 。年。月 r 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解吞壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 潘旭哏 签字日期：讪f D 年占月 导师签名：歹K 品t 呕 签字日期：乙。f o 年苦月 卜 、 c 摘要 目前利用轻烃原料生产高纯度戊烷系列产品的大部分生产工艺，能耗和投资 都较大，并且产品纯度不够高。为此，本文将通过模拟优化与实验分析的方法， 探索出生产高纯戊烷的优良工艺及其适宜的工艺参数，降低生产成本。 对以某厂提供的6 t h r 轻质烃类为原料，生产纯度均达到9 9 0 0 的异戊烷和 正戊烷的五种常规塔序分别进行模拟计算。通过综合对比，确定分离序列二为优 选常规塔序，即先脱C 6 + 的重组分，再脱C 4 的轻组分，最后进行异戊烷和正戊 烷分离的流程。当优选分离序列产品塔塔顶分别产出i C 5 C 5 为8 ：2 和7 ：3 的混合 戊烷时，与产出纯异戊烷时相比，系统的总再沸负荷分别减少了2 1 3 3 和 2 8 0 6 。可见，直接产出混合戊烷比用纯品调和更具优势。 针对优选分离序列耗能仍然较大的问题，采用差压热集成技术，使脱重塔的 冷凝器与产品塔的再沸器进行集成。通过模拟对比可知：当产品为纯异戊烷和纯 正戊烷时，差压热集成前后分离系统的总冷凝负荷和总再沸负荷各减少了3 7 4 8 和3 8 8 0 ；当产品为i C 5 C 5 为8 ：2 的混合戊烷和纯正戊烷时，各减少了2 2 1 2 和 2 3 4 3 ；当产品为i C 5 C 5 为7 ：3 的混合戊烷和纯正戊烷时，各减少了1 5 3 4 和 1 6 1 7 。 对用于精制高纯度戊烷系列产品的常规塔序流程和热偶精馏流程的工艺参 数和节能效果进行了计算和比较。模拟结果表明：在异戊烷和正戊烷纯度均达到 9 6 0 0 且各自达到一定收率的前提下，与常规精馏塔序列相比，采用热偶精馏塔 省去了1 3 块理论板、2 个冷凝器和2 个再沸器；8 5 7 的再沸负荷。主塔至副塔的 气液回流量对热偶精馏体系的能耗和产品的纯度影响甚大。通过模拟可得，气相 回流V = 2 3 4 6 0 k g h r ；液相回流L = 2 3 4 5 0 k g h a r 。 以产品塔侧线采出的方式对优选分离序列及其差压热集成工艺进行适当的 改进。改进的工艺具备节能、调控方便、能同时产出混合戊烷和纯戊烷等优点。 通过对在某厂采集到的现场数据和模拟计算值的对比可知，二者吻合较好， 证明了前述所选的热力学方程、所用的计算方法是合理的；得到的结果是正确的。 以优选分离序列差压热集成工艺分离该厂轻质原料生产高纯度戊烷系列产品较 原顺序分离工艺更具优势。 关键词：高纯戊烷差压热偶节能 A B S T R A C T M o s to fc u r r e n tt e c h n o l o g i e st op r o d u c eas e r i e so fh i 曲一p u r i t yp e n t a n eu s i n g l i g h th y d r o c a r b o na sr a wm a t e r i a lh a v ep r o b l e mo fh i 啦e n e r g ye x p e n d i t u r e ，h i g h e q u i p m e n ti n v e s t m e n ta n di n a d e q u a t ep r o d u c tp u r i t y T h e r e f o r e ，v i as t i m u l a n t o p t i m i z a t i o n a n de x p e r i m e n t a l a n a l y s i s ， w eh a v eq u e s t e df o ro t h e re x c e l l e n t p r o d u c t i o nt e c h n o l o g i e sa n dt h e i ro p t i m a lp r o c e s sp a r a m e t e r si nt h i sp a p e rt or e d u c e c o s t so fp r o d u c i n gh i g h p u r i t yp e n t a n e W eh a v es i m u l a t e df i v ec o n v e n t i o n a ls e p a r a t i o ns e q u e n c e sr e s p e c t i v e l yw h i c h a r eu s e dt op r o d u c ei - p e n t a n ea n dn p e n t a n e ，b o t ho fw h i c hh a v ep u r i t yo f9 9 0 0 ， u s i n gl i g h th y d r o c a r b o nw h o s ef l o wi s6 t h rp r o v i d e db ys o m ep l a n ta sr a wm a t e r i a l V i as y n t h e t i c a lc o m p a r i s o n , w eh a v ed e t e r m i n e dt h a tt h es e c o n ds e q u e n c ei st h e o p t i m a lo n e I nt h eo p t i m a ls e q u e n c e ，h e a v yc o m p o n e n t sC 6 + a n dl i g h tc o m p o n e n t s C 4 a r ed i v e s t e da c c o r d i n gt op r i o r i t y ，a n dt h e nt h es e p a r a t i o nb e t w e e ni C 5a n dC 5i s c a r r i e do u t I nt h eo p t i m a ls e q u e n c e ，c o m p a r e dw i t ht o t a lh e a tq u a n t i t yc o n s u m e di n a l lt h er e b o i l e r so ft h es y s t e mw h e np u r ei - p e n t a n ei sa c q u i r e di nt h et o po ft h e p r o d u c t sc o l u m n ，i td e c r e a s e sb y2 1 3 3 a n d2 8 0 6 r e s p e c t i v e l yw h e nt h eo t h e rt w o k i n d so fm i x e dp e n t a n ew h o s ei C 5 C 5i s8 ：2a n d7 ：3a r ea c q u i r e di nt h et o po ft h e p r o d u c t sc o l u m n I ti st h u sc l e a rt h a tp r o d u c i n gm i x e dp e n t a n ed i r e c t l yi sb e t t e rt h a n a c q u i r i n gi tb ym i x i n gp u r ep e n t a n e A i m i n ga tt h ep r o b l e mo fh i 曲e n e r g yc o n s u m p t i o ni nt h eo p t i m a ls e p a r a t i o n s e q u e n c e ，w eh a v eu s e dt e c h n o l o g yo fh e a ti n t e g r a t i o no w i n gt od i f f e r e n t i a lp r e s s u r e t os a v ee n e r g y H e r e ，w eh a v em a d et h ec o n d e n s e ro ft h ec o l u m nt od i v e s th e a v y c o m p o n e n t si n t e g r a t ew i t ht h er e b o i l e ro ft h ep r o d u c t sc o l u m n V i as i m u l a t i o na n d c o m p a r i s o n , w eh a v ek n o w nt h a tt h et o t a lc o o l i n gd u t ya n dt h et o t a lh e a t i n gd u t yo f t h es e p a r a t i o ns y s t e md e c r e a s eb y3 7 4 8 a n d3 8 8 0 r e s p e c t i v e l yb e f o r ea n da f t e r h e a ti n t e g r a t i o nw h e nt h ep r o d u c t sa r ep u r ei - p e n t a n ea n dp u r ep e n t a n e T h e n , t h e y d e c r e a s eb y2 2 1 2 a n d2 3 4 3 r e s p e c t i v e l yb e f o r ea n da f t e rh e a ti n t e g r a t i o nw h e n t h ep r o d u c t sa r em i x e dp e n t a n ew h o s ei C 5 C 5i s8 ：2a n dp u r en - p e n t a n e A tl a s t ，t h e y d e c r e a s eb y15 3 4 a n d16 17 r e s p e c t i v e l yb e f o r ea n da f t e rh e a ti n t e g r a t i o nw h e n t h ep r o d u c t sa r em i x e dp e n t a n ew h o s ei C 5 C 5i s7 ：3a n dp u r en - p e n t a n e W eh a v ec o m p u t e da n dc o m p a r e dt h ep r o c e s sp a r a m e t e r so fac o n v e n t i o n a l s e p a r a t i o ns e q u e n c ea n dt h ep r o c e s so ft h e r m a l l yc o u p l e dd i s t i l l a t i o n ，b o t ho f w h i c h a r eu s e dt or e f m eas e r i e so fh i g h p u r i t yp e n t a n e T h es t i m u l a n to u t c o m ed e m o n s t r a t e s m a ti tC a ns a v et h i r t e e nt r a y s ，t w oc o n d e n s e r s ，t w or e b o i l e r s ，a n d8 5 7 o ft o t a lh e a t ， q u a n t i t yc o n s u m e di n a 1 1t h er e b o i l e r so ft h es y s t e mu s i n gt h e r m a l l yc o u p l e d d i s t i l l a t i o n ，c o m p a r e dw i t hu s i n gt h ec o n v e n t i o n a ls e p a r a t i o ns e q u e n c eo nc o n d i t i o n t h a tt h ep r o d u c t sa r eac e r t a i na m o u n to fi - p e n t a n ea n dn - p e n t a n e ，b o t ho f w h i c hh a v e p u r i t yo f9 6 ，0 0 C o n c e r n i n gt h e r m a l l yc o u p l e dd i s t i l l a t i o n , t h eq u a n t i t yo f r e f l u x e s o fv a p o ra n dl i q u i d ，b o t ho fw h i c ha r ef r o mt h em a i nc o l u m nt ot h ea s s i s t a n tc o l u m n ， a f f e c t ss e r i o u s l yt h ee n e r g ye x p e n d i t u r eo ft h es y s t e ma n dt h ep u r i t yo f t h ep r o d u c t s H e r e ，v i as i m u l a t i o n ，w eh a v ek n o w n t h a tt h e i s2 3 4 6 0 k g h ra n d2 3 4 5 0 k g h rr e s p e c t i v e l y q u a m i t yo fr e f l u x e so fv a p o ra n dl i q u i d W eh a v ea d d e ds i d e t r a c k si nt h ep r o d u c t sc o l u m nt oi m p r o v ep r o p e r l y 也e o p t i m a ls e p a r a t i o ns e q u e n c ea n d t h ep r o c e s so fh e a ti n t e g r a t i o no w i n gt od i f f e r e n t i a l p r e s s u r eb a s e dO nt h eo p t i m a ls e p a r a t i o ns e q u e n c e T h ei m p r o v e dp r o c e s s e sa r e e n e r g y - s a v i n ga n dc o n v e n i e n ti nr e g u l a t i o na n dc o n t r 0 1 M i x e dp e n t a n ea n dp u r e p e n t a n eC a nb o t hb ea c q u i r e df r o m 也ei m p r o v e dp r o c e s s e s a tt h es a l I l et i m e W eh a v ec o m p a r e dt h ed a t ac o l l e c t e df r o mt h ew o r k i n gs i t eo fs o m ep l a n tw i t h t h es i m u l a t e dv a l u e V i ac o m p a r i s o n ，w eh a v ek n o w nt h a tt h e ya r ec o r r e s p o n d i n g T h e r e f o r e 。t h es e l e c t e dt h e r m o d y n a m i ce q u a t i o na n dt h eu s e dc o m p u t i n gm e t h o dm f o r e g 。o i n gp r o c e s so fc o m p u t a t i o n a l s i m u l a t i o n sa r er e a s o n a b l ea n dt h eo b t a i n e d o u t c o m ei sc o r r e c t I nt h ec a s eo fr e f i n i n gas e r i e so fh i g h - p u r i t yp e n t a n eu s i n gl i g h t h y d r o c a r b o no ft h i sp l a n ta sr a wm a t e r i a l ，t h ep r o c e s so fh e a ti n t e g r a t i o no w i n g t o d i f f e r e n t i a lp r e s s u r eb a s e do nt h eo p t i m a ls e p a r a t i o ns e q u e n c ei sb e t t e rt h a nt h e o r i g i n a lp r o c e s si nw h i c hC 4 ，i C 5 ，C 5a n d C 6 + a r ea c q u k e di nt u r n K E YW O R D S ：h i g h - p u r i t yp e n t a n e ，d i f f e r e n t i a lp r e s s u r e ，t h e r m a l l yc o u p l e d d i s t i l l a t i o n ，e n e r g ys a v i n g ， 目录 第一章文献综述l 1 1 高纯度戊烷系列产品生产概述1 1 1 1 戊烷的用途1 1 1 2 戊烷的主要生产原料4 1 1 3 戊烷的主要生产方法及生产情况4 1 1 4 典型的工艺流程及模拟计算5 1 1 5 碳五分离过程节能8 1 2 化工流程模拟及相关软件简介1 6 1 2 1 化工流程模拟1 6 1 2 2 化工流程模拟可以解决的问题1 7 1 2 3 流程模拟软件18 1 2 4P R O I I 流程模拟软件1 8 1 3 研究意义、目的及内容一1 9 1 3 1 研究意义、目的1 9 1 3 2 研究内容1 9 第二章 碳五系统的常规塔序模拟一2 1 2 1 碳五系统五种常规塔序的模拟与优化2l 2 1 1 碳五分离常规塔序流程简介：2 1 2 1 2 碳五分离的原料情况2 4 2 1 3 分离要求2 5 2 1 4 热力学方法的选用2 5 2 1 5 碳五分离常规塔序流程模拟优化2 6 2 2 常规五种分离塔序下所得模拟优化结果的对比3 8 2 3 用优选序列生产另两种产品的模拟分析3 8 2 4 本章小结4 0 第三章碳五系统差压热集成工艺模拟4 l 3 1 差压热集成技术概述4 1 3 2 碳五分离系统差压热集成工艺流程简介4 l 3 3 碳五分离系统差压热集成工艺流程模拟优化一4 2 3 3 1 模拟结果4 2 3 3 2 塔一和塔三适宜操作压力确定4 7 3 4 本章小结5 0 第四章碳五系统的热偶精馏模拟5 l 4 1 热偶精馏塔设计概述一5l 4 2 碳五分离热偶精馏流程模拟5 l 4 2 1 碳五原料组分及其组成和流量5 l 4 2 2 分离指标5 2 4 2 3 模拟目标5 2 4 2 4 采用常规塔序模拟碳五系统5 2 4 - 2 5 碳五分离的热偶精馏流程模拟与优化5 3 4 2 6 热偶精馏流程分离指标的分析和确定6 4 4 3 本章小结6 6 第五章 同时产高纯戊烷和高纯混合戊烷的改进工艺6 7 5 1 戊烷发泡剂的市场需求品种和生产对策6 7 5 2 同时产高纯戊烷和高纯混合戊烷的改进工艺一6 7 5 3 优选分离序列差压热集成工艺增加侧线的改进工艺模拟与优化6 8 5 3 1 改进后的工艺流程6 8 5 3 2 流程模拟优化结果及其分析6 8 5 4 本章小结7 4 第六章现场数据和模拟计算对比分析7 6 6 1 现场数据和模拟计算值对比7 6 6 2 以新工艺分离该厂原料的模拟计算7 7 6 2 1 塔一和塔三操作压力的确定7 8 6 2 2 新工艺模拟计算结果一7 9 6 3 本章小结81 第七章结论8 2 参考文献8 3 发表论文和参加科研情况说明8 3 致 谢8 7 第一章文献综述 第一章文献综述帚一旱义颐综迎 石油、石化和天然气工业中，产生了大量的轻质烃类副产物，其中包括天然 气凝析油、重整拔头油、加氢裂化尾油等。这些副产物所含的馏分为饱和C 3 8 。 一直以来，人们主要都把它们用作轻质燃料油，轻质组分的潜在附加值没有得到 体现。随着技术的发展和进步，对这些副产物的深加工以得到一系列轻质产品得 到了实现。另外，全球油气资源也在渐趋枯竭。因而，研究轻烃的分离具有必要 性、重要性和紧迫性。 碳五是一种宝贵的资源。它本身是一种高附加值的石化产品，而利用它也可 以生产一系列高附加值的化工产品。由于碳五原料当中各组分之间尤其是异戊烷 和正戊烷之间的沸点差不大，为了得到高纯度的戊烷产品所需要的投资和能耗 很大。文献报道的对碳五分离工艺及对其所进行的节能改进甚少。因此，研究新 的高纯戊烷生产工艺，降低生产的投资和能耗具有一定的实际意义。 1 1 高纯度戊烷系列产品生产概述 1 1 1 戊烷的用途 l 发泡剂 戊烷产品用途广泛。它因臭氧消耗潜值( O D P ) 为零、温室效应很小、无毒、 对环境影响极小而作为可发性聚苯乙烯及聚氨酯泡沫体系的发泡剂，用于无氟冰 箱、冰柜、冷库及管线的保温等领域。 依客户对发泡的不同要求，可对戊烷三种异构体的组分及含量进行调整【1 1 。 正异戊烷发泡剂就有11 种常见配比，如表1 1 所示【2 1 。例如，用戊烷混合物作E P S 的发泡剂时，E P S 的牌号不同，正戊烷和异戊烷的比例也不同，通常正、异戊 烷比为3 ：l t 引。 以戊烷作为发泡剂生产聚苯乙烯泡沫塑料，它具有发泡效率高，发气量大， 发泡剂利用率高，塑料硬度适中、易成型、更适宜于制作电器、易碎商品的包装 壳等特点。每生产I t 产品约需戊烷发泡卉l J l 0 0 k g 4 1 。以异戊烷纯品与环戊烷按一定 比例( 混合比例从4 ：6 至f J 3 ：7 等) 混合而成的环异戊烷生产聚氨酯泡沫塑料，具有 聚氨酯泡沫密度较低、成本较低等特点，故在电气行业得到了越来越多的应用【5 1 。 纯度高于9 8 的环戊烷产品作为聚氨酯发泡剂而获得的发泡材料具有良好的自 由密度、热传导系数和压缩强度等性能【6 1 。 第一章文献综述 表1 1 高效发泡剂系列产品组分配比 T a b l e1 - 1M i x t u r er a t i oo f as e r i e so f h i g h l ya c t i v ef o a m i n ga g e n t 由于环戊烷蒸气热导率与正、异戊烷相比要低一些，国外主要工业国家目前 均选用它作发泡剂，我国引进、改造冰箱发泡剂生产线的产品也是环戊烷。但异 戊烷价格比环戊烷低，且沸点比环戊烷低。异戊烷或正、异戊烷混合发泡剂正成 为O D P 发泡剂的发展方向【3 1 。 随着国际无氟化进程的加快，按国际关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定 书的要求，中国己在2 0 0 6 年以前完成氟里昂的全部替代工作【3 】。所以，戊烷发 泡剂市场前景非常广阔【2 】。 除戊烷外，丁烷、甲基发泡剂等烃类有时也被用作O D P 发泡剂。丁烷可用作 聚苯乙烯工艺的发泡剂【2 】；甲基发泡剂的主要成分是烷烃和少量的芳烃，主要用 作软质聚氨酯生产工艺的发泡剂【2 】。 2 线性低密度聚乙烯( L L P E ) 催化剂的载溶剂 戊烷可作线性低密度聚乙烯催化剂的载溶剂。如异戊烷、异戊烷与正戊烷的 混合物可用作聚乙烯的催化剂的载溶剂【3 】。具体的例子有：美国U C C 公司用异 戊烷作线形低密度聚乙烯工艺的载溶剂；齐鲁石化公司用重整拔头油经加氢脱硫 后获得的戊烷馏分，作为聚乙烯工艺的溶剂【7 】。 3 化工原料 戊烷可用作化工原料生产下游产品。正戊烷可用来生产正戊醇、正戊醛等 【3 】；异戊烷脱氢制异戊烯、异戊二烯；戊烷混合物经氯化、精馏、催化水解，可 生产粗戊醇，经过精馏等分离过程后得到1 戊醇或2 戊醇；正戊烷氧化生产苯酐 和顺酐( 其研究己取得一定成果) ；环戊烷是一种重要的基础化工原料，它可用 以生产氯代环戊烷、环戊二烯掣3 1 。 此外，戊烷还可用作乙烯裂解的原料。正戊烷是乙烯裂解较好的原料，其裂 解乙烯收率明显高于石脑油裂解的乙烯收率；异戊烷也可作为乙烯裂解的原料， 但异戊烷裂解所得乙烯和丙烯的收率比正戊烷裂解的收率低，而氢、甲烷、碳四 以上烯烃收率高；环戊烷有时也可作为乙烯裂解的原料，由于脱氢比开环容易， 因此环戊烷裂解比正戊烷裂解时的乙烯、丙烯收率低，但丁二烯和芳烃的收率 高【5 1 。 2 嘞 厶 第一章文献综述 4 戊烷燃料 戊烷具有安全、环保、热值高( 与相同体积天然气热值比较，戊烷燃气是天 然气的4 倍。) 、使用方便、价格适中等优点，可作为常规燃料的理想替代品。 同时，戊烷用作燃料有利于城市燃料的多元化。值得特别提出的是，天然气、煤 气能以密集的输气管网覆盖大中型城市的众多用户，但对于距气源较远的很多零 星分布的中小城镇来说，则必将付出高昂的管道等固定投资，相应的气价提升会 使用户很难承受，因此中小城镇的用户更多地选择使用液化气。虽然以罐装形式 使用的液化气和依赖大量固定投资才能提供的燃料相比要便宜一些，运输也方 便，但燃气压力波动较大，而且经常地更换气罐也颇为麻烦。使用戊烷燃料，则 可以克服二者的缺陷，有效的解决缺乏燃气资源的中小城镇的生活用气问题。戊 烷燃料也可通过建立戊烷燃气供应站供气，它具有建站灵活，投资、占地少，可 集群管网供气等优势。 在天然气、液化气等无法满足经济发展需求的情况下，戊烷燃料将是一些地 区未来较长一段时间内的理想燃料。可以预见，其市场前景较为广阔。 5 烟丝膨化剂 英国帝国烟草公司开发出以异戊烷为溶剂的I M P E X 烟草膨胀工艺技术及 设备，用于替代之前使用的C F C ( 氟利昂) 烟草膨胀系统。从1 9 9 5 年开始，I M P E X 系统已正式用于膨胀雪茄用烟丝。和C 0 2 膨胀系统相比，该系统的膨胀率要高 一些，烟草的填充能力增加。 我国1 7 9 家卷烟厂中有5 7 家使用C F C 2 1 1 膨胀工艺，1 9 9 8 年C F C 2 1 l 消费量 为1 0 0 3t 。目前，我国部分大型烟草企业采用液态C 0 2 代替C F C 2 1l 进行膨化。根 据国外烟草行业的替代情况，在我国的烟草膨胀技术上，采用异戊烷作为膨化剂 具有一定的市场前景【8 】。 6 高辛烷值轻汽油 正戊烷异构化为异戊烷和现有的异戊烷一并作为高辛烷值轻汽油使用。正戊 烷的R O N ( 调和辛烷值) 为6 2 ，若将正戊烷异构化为异戊烷，R O N 可提高至9 3 ， 这样一来可使轻石脑油的整体R O N 有较大幅度的提高( 轻石脑油中的正己烷也 可被异构化为异己烷，从而提高轻石脑油的整体R O N ) 。正构组分的感铅性很 好，加少量铅就可使轻石脑油的辛烷值提高近2 0 个单位。因而，在汽油不限铅的 年代，轻石脑油的异构化没有得到重视。随着汽油高标无铅化要求的提出，轻石 脑油通过异构化生产高标号汽油的工艺在国外得到了迅猛发展。1 9 9 5 年美国的汽 油总组成中异构化油占1 0 ，全世界异构化装置的生产能力己超过3 0 0 0 w t a 。另 外，考虑到轻汽油资源在其它应用方面受限于市场潜力，所以轻汽油资源仍被大 量用作汽油油品，而促进汽油升级换代的一个好方法就是发展i C 5 C 5 组分异构 3 第一章文献综述 化阴。 1 1 2 戊烷的主要生产原料 戊烷的主要生产原料包括：天然气凝析油、加氢装置的轻石脑油、直馏汽油、 油田轻烃、炼厂气分装置的C 5 、原油预处理装置的拔头油、重整加氢后的混合烃、 乙烯装置裂解副产的C 5 馏分、C 5 醚化后的混合C 5 、环戊二烯( 加氢制环戊烷) 等。 1 1 3 戊烷的主要生产方法及生产情况 目前，戊烷的主要生产方法有两种。 1 加氢除烯烃工艺 国内研究较多，如上海华东理工大学利用裂解抽余碳五进行了加氢制戊烷的 研究，采用自行研制的加氢催化剂，加氢后烷烃含量大于9 8 【9 】，然后可根据需 要用分离的方法制得更高纯度的正戊烷、异戊烷。 2 普通精馏 利用碳五烯烃含量及硫含量很低而正戊烷和异戊烷含量较高的轻烃作为原 料；由于正戊烷、异戊烷二者沸点相差8 2 ，且无共沸点，因此以上述原料采 用该法可以达到将二者分离的目的；工艺流程和技术简单，工艺过程全部为物理 过程，无副反应发生，并且无需脱硫和脱烯烃等操作单元，具有明显的竞争优势 【1 0 】。如大庆石化公司根据炼厂轻烃组成情况筛选出符合要求的一种轻烃作为原 料利用该法生产出了纯度都达到9 5 以上的异戊烷和正戊烷【1 1 1 。 采用上述两种方法生产戊烷时，如果原料含硫量较高或者某些产品如戊烷溶 剂、发泡剂、气雾剂等对硫含量有不同要求，那么原料在加氢或分馏前可依次经 碱洗、高效脱硫催化剂的作用进行脱硫，降低硫含量，满足产品要求。 国内主要戊烷生产企业及其所生产的戊烷品种和生产能力见表1 2 。 4 0 第一章文献综述 表1 2 国内主要戊烷生产企业及其戊烷生产情况表 T a b l e1 - 2M a i nd o m e s t i cc o r p o r a t i o n st op r o d u c ep e n t a n ea n dt h e i rp r o d u c t i o ns i t u a t i o n 1 1 4 典型的工艺流程及模拟计算 1 大庆石化公司 ( 1 ) 原料组成 大庆石化公司根据炼厂轻烃组成情况筛选出碳五烯烃含量及硫含量很低而 正戊烷和异戊烷含量较高的一种轻烃作为原料，组成见表1 3 。 5 第一章文献综述 表1 - 3 轻烃原料组成表 T a b l e1 - 3C o m p o s i t i o no fh y d r o c a r b o nr a wm a t e r i a l 原料组分组成w t C 4 以下 3 甲基1 丁烯 异戊烷 1 戊烯 2 甲基1 丁烯 正戊烷 反2 戊烯 顺2 戊烯 2 甲基2 - 丁烯 C 6 + 总计 ( 2 ) 工艺流程 因正戊烷、异戊烷二者沸点相差达8 2 C 而采用普通精馏的方法，以简单的 工艺流程和技术分离得到纯度都达至t J 9 5 以上的异戊烷和正戊烷。工艺过程全部 为物理过程，无副反应发生，而且无需脱硫和脱烯烃等操作单元，因而具有很强 的竞争力。 采用有序试探法，根据N a d j i r 试探分离规则，选择出最优分离组合流程，如 图1 1 所示( a 、b 、C 、d 分别为碳四轻组分、异戊烷组分、正戊烷组分、碳六重 组分) 。 图1 1 大庆石化碳五分离流程示意图 F 追1 lF l o ws h e e to f C 5s e p a r a t i o ni nD a q i n gP e t r o c h e m i c a lC o m p a n y b C ( 3 ) 模拟过程及模拟结果 原料中各组分都是烃类，组分之间物性相差不大，操作压力也不高，模拟计 6 ， 一一一 一一一m 吼 挖c ；仉侈 O m 钉 第一章文献综述 算中可将物系按理想物系处理，所以热力学模型采用通用的S R K 方法。 各塔模拟计算结果见表1 4 。 表1 - 4 各塔模拟计算结果 T a b l e1 - 4C o m p u t i n go u t c o m eo fe a c hc o l u m n 在表l _ 4 所示的操作压力下，塔顶可用冷却水冷凝，塔底所需蒸汽品位较低， 而且由于都属低压范围而可采用低压容器，设备投资也不大，所以经济上较为合 理。 由表1 4 可知，产品塔的两个产品异戊烷和正戊烷的纯度均达到了9 5 ，满 足该公司的设计要求【l l 】。 2 国外某炼油厂 国外某炼油厂 3 1 选择一定组成的重整拔头油，以简单的精馏工艺流程和技术 分离得到了纯度为9 5 5 的异戊烷和纯度为9 5 4 的正戊烷。 ( 1 ) 工艺流程 图1 - 2 为该厂碳五分离部分工艺流程。脱丁烷塔塔釜液作为原料进到脱异戊 烷塔，塔顶得到异戊烷馏分，塔釜采出液为正戊烷和C 6 + 的混合物；脱异戊烷塔 塔釜液进到脱正戊烷塔继续分离，塔顶得到正戊烷馏分，塔釜采出液为C 6 以上 馏分。 7 第一章文献综述 正戊烷馏分 c 6 以上馏分 图1 - 2 国外某炼油厂戊烷生产工艺流程示意图 F i g 1 - 2F l o ws h e e to f p e n t a n ep r o d u c t i o ni ns o m ef o r e i g no i lr e f i n e r y ( 2 ) 工艺参数 该厂碳五分离装置工艺参数见表1 - 5 。由表1 5 可知，为了得到纯度均大于 9 5 的异戊烷和正戊烷产品，脱异戊烷塔和脱正戊烷塔的理论塔板数都较大，分 别为1 6 0 和4 5 。由于正异戊烷为同分异构体，沸点差小，因此脱异戊烷塔的理 论塔板数比脱正戊烷塔大很多，而且回流比也比脱正戊烷塔大很多。 表1 5 异戊烷、正戊烷分离塔操作参数表 T a b l e1 - 5O p e r a t i o np a r a m e t e r so f t h ec o l u m nt os e p a r a t ep e n t a n ef r o mi p e n t a n e 1 1 5 碳五分离过程节能 1 精馏过程节能技术 ( 1 ) 不改变流程的节能技术 不改变流程的节能技术包括以下几个方面：提高分离效率，减小塔项与塔釜 的压差及温差，如可采用高效规整填料塔代替普通板式塔；改进热的利用，如塔 釜液的余热的进一步利用；采用高级过程控制技术。 为了使操作有弹性，实际上精馏塔塔顶产品纯度往往高于规定值，为此回流 比控制得要偏大一些。模拟计算表明：这往往多消耗1 0 1 5 的能量。如果采 用上述高级过程控制技术，严格维持操作稳定，则可以减小回流比。具体而言， 通常可以采用下列方法【1 2 】： 物料平衡控制：产品纯度是用直接调节产品流量来控制的。这对产品纯 8 厶 第一章文献综述 度要求不高和相对挥发度较低的精馏塔颇有吸引力。 前馈控制：当进料流量变化大于1 0 或组成变化大于2 时，用这种方法 经济上是合算的。 集散控制系统( D C S ) ：由于控制精准而且稳定可靠，所以相对前两种 方法而言可更大幅度的缩小回流比裕量，从而节能l O 以上。 ( 2 ) 要改变流程的节能技术 提高分离效率的措施 优化多组分分离的多塔排列顺序 分离序列选择得好与坏将对能耗产生重大影响，以下一些直观推断准则可供 参考。 最难分离的组分放在最末分离。因为难分离组分精馏分离时要求回流比很 大，塔内蒸汽及液流量均很大，放在上游分离能耗必然也大。 产品按其挥发度依次递减顺序逐个回收。 考虑将进料按塔顶与塔底各占5 0 的分馏比例切割。 纯度要求高的产品应放在最后分离。待其它进料组分都脱除后，最后的塔进 料只剩下产品纯度要求高的组分了，采用大回流比的能耗也就少了。 增加塔侧纠1 3 】 在下列情况下采用侧线抽出可能是可取的：一混合物需要分离为三个或多个 产品而并不要求高纯度或高收率；进料同时含有重质杂质和少量较易挥发的轻杂 质；被分离物料含有一种倾向于在精馏塔中部位置上浓缩的杂质。 多股进料 对组分相同而组成不同的两种或多种原料进行分离时，分别在不同进料板进 料比混合后进料不可逆损失下降，回流比减小( 所需塔板数有所增加) ，更有利 于节能。 采用萃取精馏或共沸精馏 一般来说，当相对挥发度1 0 5 时，用普通精馏很难分离，而应考虑采用 溶剂( 对应的方法为萃取精馏或共沸精馏) 来提高相对挥发度以降低所需回流比。 提高热利用效率的措施 中间换热 在热负荷不变的情况下，如果能把一部分负荷分配到塔的中间，也就是用中 间再沸器将部分塔釜热量移到中部，或用中间冷凝器将一部分塔顶冷凝负荷移到 中部，则不但可以减少不可逆损失，而且可以利用较低温度的热源加热或用较高 温度的冷却剂( 如循环水) 冷凝。 此外，从过程原理来看，进料板以下设置中间再沸器，进料板以上设置中间 9 第一章文献综述 冷凝器，则可以使操作线接近平衡曲线，使塔两端的回流减少，仅在两个中间换 热器之间塔段保持原有回流量。回流量减少又要保持同样的产品指标就需要增加