基于AspenPlus的粗苯回收模拟及优化 - 图文-

1、山东化工 收稿日期:20151111项目基金:北京市大学生科学研究与创业行动计划项目资助作者简介:郝泽辉(1994,山西交城人,中国矿业大学(北京大四本科生,本科专业是化学工程与工艺。基于Aspen Plus 的粗苯回收模拟及优化郝泽辉,石继祥,亢一星,李志成,汪洁(中国矿业大学(北京化学与环境工程学院化学工程与工艺,北京100083摘要:利用稳态流程软件Aspen Plus 模拟了焦化化产回收系统中的粗苯回收工段的流程,在此基础上,利用灵敏度分析工具对富油脱苯塔操作参数(进料板位置,回流比进行优化与改进,并最终得出优化方案:富油脱苯塔塔板数为11,进料板位置为6,最佳回流比为58,通过操作参

2、数的优化,提高脱苯效果。关键词:粗苯回收;脱苯塔;Aspen Plus ;优化模拟中图分类号:TQ52文献标识码:A文章编号:1008021X (201524012402Simulation and Optimization of Crude Benzol Recovery Based on Aspen PlusHao Zehui ,Shi Jixiang ,Kang Yixing ,Li Zhicheng ,Wang Jie(Chemical engineering and technology ,School of Chemical Environmental Engineering ,C

3、hinaUniversity of Mining Technology ,Beijing 100083,China Abstract :By the using of steady state process simulation software Aspen Plus ,the process of crude benzol recovery section was buildThe operating parameters (such as reflux ratio ,feed plate location of tower for removal of benzene were opti

4、mizedAt last ,optimization scheme as follows :plate number is 11,feedstage is 6,the optimum reflux ratio is 58Through the optimization operation parameters ,the removal effect of benzene was improvedKey words :crude benzol recovery ;operating parameters ;Aspen Plus ;optimization 在炼焦化学工业中,化学产品特别是苯族烃的

5、回收对合理、综合、清洁利用煤炭资源有着重要的意义,而焦化粗苯,作为炼焦煤气净化的副产品之一,是多种有机化合物组成的混合物,其主要成分有苯、甲苯、二甲苯等,它们都是重要的化工原料1。而在粗苯回收工艺中,循环洗油的质量对粗苯的回收效果起着决定性作用,脱苯后贫油中粗苯的含量指标就显得尤为重要,因此,富油脱苯塔在整个流程中占据重要位置,直接影响整个工段,本文中以达到分离效果和节约能源为目的,通过Aspen Plus 模拟系统对粗苯回收工段进行了详细的模拟计算,对富油脱苯塔的操作参数进行了灵敏度分析,以便为工业生产中富油脱苯塔的优化提供指导。Aspen Plus 化工模拟系统利用严格的方法进行单元和全过

6、程计算,提供了准确的单元操作模型,结合其庞大而全面的数据库,该系统通过流程模拟对现代各化工系统进行过程优化,是一种低成本、高效率的研究方法2,目前已在世界范围内广泛使用参考。1粗苯吸收工艺本文粗苯吸收工艺采用洗油吸收法,工艺流程如图1,经过终冷后温度降至25左右的粗煤气,进入洗苯塔T 101回收苯族烃,塔上喷淋洗油,煤气自下而上流动,煤气与洗油逆向接触。洗油吸收粗苯后成为富苯洗油,简称富油。富油在富油脱苯塔T 102脱掉吸收的粗苯后,称为贫油。贫油送洗苯工序循环使用,贫油在洗苯塔T 101吸收粗苯又成为富油3。焦炉煤气经过粗苯回收工序后,既可以作为净化煤气,通过煤气输送管道外送及供用户使用;又

7、可以进一步得到有经济效益的有机合成工业的基础原料4。图1流程本文选取4000(kg /h 质量流率的粗煤气为研究对象,其进料粗煤气组成见下表1,洗油成分组成见下表2。·421·SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2015年第44卷第24期表1粗煤气进料组成5成分组成H 2CO CH 4苯甲苯二甲苯摩尔分率059630298200994000430001100007表2洗油成分成分组成甲基萘苊芴质量分率0900050052Aspen Plus 模拟流程21模型方法采用Aspen Plus 流程模拟软件模拟计算的关键在于热力学模型的选取,其正确与否直接影响计算的

8、物理性能的准确程度与计算结果的精确度,本工段采用Wilson 模型。22工艺模拟依据粗苯吸收工艺路线,选用Aspen Plus 软件中的相关模块对工艺进行模拟,吸收塔选用RadFrac 模块,分离标准为:吸收塔T 101后煤气中粗苯含量要求低于2g /m3,贫油温度进入应略高于煤气温度2 4,以防煤气中水汽凝出:脱苯塔T 102先选用DSTWU 模块进行简单计算,后使用RadFrac 模块详细计算。最终流程图2如下: 图2流程模拟23脱苯塔T 102操作参数优化使用Aspen Plus 的灵敏度分析和设计规定等工具考察塔板数、进料板位置、回流比等主要操作参数对富油脱苯塔T 102脱苯能力及能耗

9、的影响,来寻求最适宜的操作条件,以达到最大的经济效益。表3脱苯塔T 102进料组成成分组成摩尔分率成分组成摩尔分率H 242106甲苯0005CO 314106甲基萘0880CH 4355106苊0044苯002芴0047二甲苯0003富油脱苯塔T 102气体进料入口依据上述Aspen Plus 模拟结果导出,其数据如下:压力120kPa ,温度170,总体积流量119140m 3/h ,总摩尔流量725614kmol /h ,气体组成如表3所示。脱苯塔后贫油中粗苯含量对循环洗油的用量有重要影响,直接影响经济成本,工业中要求富油脱苯后贫油中粗苯含量低于02%。231进料塔板位置的影响在相同的条

10、件下,进料位置的不同将对塔的分离效果产生影响,不同的精馏效果导致塔顶和塔釜的组成产生改变,对再沸器和冷凝器负荷也会产生影响,因此存在最佳进料位置6。将进料板位置定义为操纵变量,脱苯后贫油中苯含量、再沸器热负荷、冷凝器负荷分别定义为分析变量,通过灵敏度分析得到结果,如图3所示。 图3进料板位置对脱苯塔T 102影响(下转第128页·521·郝泽辉,等:基于Aspen Plus 的粗苯回收模拟及优化山东化工养要在课题教学的基础上,增加灵活多变的实验教学手段,进一步丰富有机化学实验内容。例如可以在传统实验教学的时间之外,开放实验室。让学生自主选题选导师,到实验室进行SRT 的实验

11、,就是我校近年来开展的一个极有意义的实验项目。学生在查阅文献后自主选题,设计实验方法和路线,在导师的指导下进行实验。这能激发学生对实验的积极性,有利于学生创新能力的培养。教育是什么?有人说教育就是把学校教给你的知识都忘记,剩下的就是教育。创新能力则属于剩下的内容!参考文献1兰州大学,复旦大学有机化学实验M 北京:高等教育出版社,2002:1241252何伟力有机化学实验教学改革的探索J 中国成人教育,2008(12:166167(本文文献格式:蔡梅超,马艳,刘玉红有机化学实验教学改革与创新能力的培养J 山东化工,2015,44(24:127128檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

12、檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪(上接第125页由图3可知,进料板位置的下移可以降低能耗,但要保证粗苯在贫油中的含量较低,使贫油品质在合格范围内,因此,兼顾能耗与脱苯效果,适宜的进料板位置取为第6块。232最佳回流比的影响回流比将直接影响每一层塔板的分离能力和能耗,回流比的选择必须要考虑两个条件:回流比的选择必须在最小回流比和全回流之间;因此对于精馏塔,无论是设计还是操作,回流比都是一个至关重要的参数7。将回流比定义为操纵变量,脱苯后贫油中苯含量、再沸器热负荷、冷凝器负荷分别定义为分析变量,通过灵敏度分析得到结果,如图4所示。 图4回流比对脱苯塔T 102的影响由图4可见,随着回流

13、比的增大,再沸器热负荷和冷凝器所需要的能量消耗也随之增大;回流比在6以后变化时,对脱苯效果影响不大,因此,尽量减小回流比可以节省能耗。但回流比也不宜过小,因为回流比减小则气液相间传质推动力减小,会影响贫油质量下降。故适宜的回流比选为58。综上所述,物料的进料位置、回流比是影响脱苯效果的主要因素,选择合适的操作条件才能同时满足技术和经济两方面的要求,故提出优化方案为:富油脱苯塔T 102塔板数为11,原料进料位置为第6块板,摩尔回流比为58。3结论(1应用Aspen Plus 化工模拟系统中RadFrac 模块,选择Wilson 热力学模型对粗苯回收工段进行模拟计算,其计算结果与实际运行结果基本

14、吻合,设计的模型可以用来模拟该工艺过程。(2通过Aspen Plus 的灵敏度分析功能,寻找到了富油脱苯塔T 102操作条件中的最灵敏参数:进料板为第6块,摩尔回流比为58;在优化参数条件下,对实际操作有指导意义。参考文献1崔文涛粗苯回收及影响因素J 科技创新与应用,2012(19:252郑安庆,冯杰,葛玲娟,等双气头多联产系统的Aspen Plus 实现及工艺过程优化(模拟流程的建立及验证J 化工学报,2010,61(4:9699783王丽霞100万吨焦化粗苯回收工序设计D 天津:天津大学,20144李馨馨关于焦炉煤气粗苯回收工艺的探讨J 同煤科技,2013(1:3436,395许芳芳,胡仰栋,伍联营粗苯回收工艺的模拟C /中国系统工程学会pse 专业委员会、中国仪器仪表学会mes 专业委员会2009中国过程系统工程年会暨中国mes 年会论文集出版社不祥,2009:36曹俊雅,吴华帅,解强基于Aspen Plus