【《脱硫液化石油气脱丙烷塔工艺方案的确定分析》4400字】

脱硫液化石油气脱丙烷塔工艺方案的确定分析目录TOC\o"1-3"\h\u21521脱硫液化石油气脱丙烷塔工艺方案的确定分析 1871.1设计条件 14331.2设计要求 2123031.3设计任务 2324861.4原料处理路线 2289271.5脱丙烷塔原理 3311121.6脱丙烷塔对比与确定 649631.6.1塔体选择 6316461.6.2塔板选择 8289191.7脱丙烷工艺流程 10226591.8脱丙烷塔工艺参数 1156441.9流股结果与评价 121.1设计条件表1.1脱丙烷塔进料组成序号组分质量百分数（wt%）1乙烷1.762丙烯31.513丙烷13.024异丁烷13.485正丁烷6.516异丁烯8.937丁烯-18.938反-丁烯-27.429顺-丁烯-25.5210异戊烷1.9211合计100表1.2脱丙烷塔设计条件项目数值单位总进料量3000kg/h进料温度40℃进料压力1.1MPa(A)循环冷却给水温度33℃循环冷却给水压力0.5MPa(A)循环冷却回水温度<43℃循环冷却回水压力0.5MPa(A)1.2设计要求在给定的进料组成下，选择脱丙烷塔生产工艺，塔顶C3产品<100ppm。1.3设计任务根据设计要求设计脱丙烷塔（塔径、塔板、进料位置、回流比）、塔顶冷凝器（管壳管程温度压力、设备选型）、塔顶回流罐（尺寸）、回流泵（流量、扬程、有效功率）、塔底再沸器（管壳管程温度压力、设备选型）。换热器的选型根据《换热器型式与参数》（第三版）。1.4原料处理路线在确定的进料组成下，对原料脱硫液化石油气进行分离处理，脱丙烷塔塔底所得产品采出碳三含量满足设计要求。物理方法及化学方法是脱硫液化石油气常用的两种分离加工方法。采用分子筛进行分离或者吸附法进行分离是化学方法常用的手段，而当需要根据物质不同沸点、不同饱和蒸气压等物性参数进行分离时采用的是物理方法[12]。气分装置常用的分离方法对比可见表1.3。表1.3气分装置分离方法方法优点缺点适合范围化学方法分离精度高，效果稳定掌握复杂反应机理，使用成本高极性分子或者气体净化，涉及化学反应物理方法具体方案多，选择范围广，机理简单分离程度不够深，产品不够丰富参考物性差异本设计对原料脱硫液化石油气采用物理方法，化学方法不再进行赘述。工业上，对本原料进行物理分离时，可以充分分离塔顶C3组分及利用好塔底C4等副产品，其可作为一些基础原料填入烷基化装置、甲乙酮装置、MTBE等。常见的液化石油气物理分离方法如表1.4所示。表1.4液化石油气物理工艺工艺优点缺点单塔工艺工艺配置简单，建设成本低产品不丰富，抵御风险能力低高低压双塔工艺节省能耗，受进料状况影响小运行不稳定，需要高效阻聚剂四塔工艺产品丰富，纯度高流程复杂，对工厂要求高五塔工艺装置能力强，产品多元流程复杂，投资大，能耗高随着技术日新月异，我们不难看出工艺多元化的大趋势，单塔工艺、高低压塔工艺、三塔、四塔、五塔工艺都有其各自特点，大中小规模的工厂都可以找到它们所属的方案。本工艺进料流量为3000kg/h，即1.6280万吨/年，远远小于200万吨/年，加工规模小，加工手段不复杂，因此不考虑采用四塔、五塔工艺。进料组成不复杂，操作压力1.1MPa，双脱丙烷工艺常配置3MPa-0.8MPa的高低压塔，综合产品所需分离精度、组成及建厂规模、投资成本、能源消耗等因素，选择投资少，流程简单，后期长周期运转时被动因素较少的单塔脱丙烷工艺。1.5脱丙烷塔原理本设计任务是所给的进料中，碳三、碳四的含量居多，占比近八层，碳二及碳五含量少。各物质沸点如表1.5所示。表1.5脱丙烷塔进料沸点组分沸点（℃）乙烷-88.6丙烯-47.7丙烷-41.07异丁烷-12正丁烷-0.5异丁烯-6.90丁烯-1-6.47反-丁烯-23.7顺-丁烯-21异戊烷27.8此组分常温常压下是气体，为了将其转为液体，需要施加一定的压力。各组分之间存在着沸点差异，因此采用物理精馏这种方法可以实现分离目标。精馏的原理是利用不同物质之间相对挥发度差异来进行分离工作，当组分之间的相对挥发度差异小的时候就需要额外高操作的分离方法，如恒沸精馏、复杂精馏等。整个脱丙烷塔精馏其实是各层塔板之间进行传热、传质等物理过程，其机理是复杂的关联平衡关系[13]，参照表1.6。表1.6平衡关系物料平衡输入量+生成量-输出量-消耗量=积累量相平衡每一处平衡状态的均匀相不计特殊力，两相或多相相互接触平衡热量平衡输入焓-输出焓=积累焓摩尔分率总和实际流动的方向上，每一种流体组分相加等于1.脱丙烷塔的物理过程可以描述为当进料板以上第n块板有气相上升时，上方n+1块板会有液相与之接触。塔内可以分为精馏段（进料板上）与提馏段；气相在前者中，其轻组分不断地精制，因此浓度在增加；液相在后者的下流过程中重组分会被提浓。整个运作方式可以简述为轻组分不断精馏，重组分在液相中不断地增浓后从塔底采出作为重产品，保证一定的理论板数和回流比时就能在塔顶得到高纯度的轻产品和塔釜重组分。参考图1.1塔原理图和1.2塔机理分析图。图1.1塔原理图通过图1.2我们可以将脱丙烷塔划分为三个部分，进料塔板、塔顶冷凝器、再沸器。通过图1.1可知，脱丙烷塔有三股流量，分别是F进料流量、D塔顶馏出量、B塔底馏出量，需要注意的是，L塔顶回流量、塔底再沸器蒸气量是塔内部的两个流量。图1.2塔机理图L-塔顶回流量；V-再沸器产生蒸气量；XD-塔顶馏出液轻组分量；XB-塔底馏出液轻组分量；F-进料量；zF-进料中的轻组分含量；qF-进料中的液体量；n-塔板数。D=V-L；B=F+L-V脱丙烷塔的生产过程在于控制塔顶回流量和塔底再沸器的蒸气量，在进料量、进料的组分、液体等含量变动时让塔底采出物含量达到设计规定。1.6脱丙烷塔对比与确定1.6.1塔体选择塔设备是石油化工、环境、食品、医药等行业中应用广泛的单元设备，也是蒸馏、吸收、萃取等单元操作中必不可少的设备。通过简单的气-液接触，完成相际间传质以及传热过程。实际生产中的塔类繁多，简单来说可见表1.7。表1.7塔体分类简述类别名称结构形式填料塔、板式塔功能精馏塔、吸收塔、反应塔、萃取塔、干燥塔操作压力常压塔、减压塔、高压塔塔设备的设计时不仅需要考虑到工艺条件，仍需要以下基本要求[14]：（1）满足一定的生产能力，气-液处理量足够大；（2）气液两相间尽可能有大的接触面积，充分接触，传热传质高效进行；（3）操作稳定，即使两相间有较大波动时塔设备仍能长期运转；（4）特设备压降小，满足操作费用；（5）结构简单，减少投资。本设计只考虑板式塔和填料塔，其对比参考表1.8。表1.8板式塔与填料塔相关性能详细比较项目板式塔填料塔生产能力单位塔截面积上的开孔率（7%~13%）较低开孔率（~50%）高，液泛点高，单位塔截面积上生产能力较高塔压降通常，每个理论级数压降约为0.4~1.1kPa，较填料塔高出5倍左右压降低，节省能耗，降低操作费用，精馏中有利于热敏性物质分离分离效率高压（>0.3MPa）条件下分离优势大低压（<0.3MPa）条件下分离优势大操作弹性常常易受到塔板液泛和漏液的影响，若设计合规，比填料塔优势大若润湿性能设计合规，液相负荷小也难以保证操作弹性，比板式塔操作弹性小制备条件结构较复杂，制造相对成本高制造成本相对简单安装、维修等方便不方面价格当直径小于φ800mm时，较填料塔造价大当直径大于φ800mm时，随着其增长，造价显著提升塔设备的选择是综合性问题，要根据操作设计压力，高低压条件、塔板生产能力、不同压力下的效率参比、分析液泛线、漏液线、液相负荷下限、液相负荷上限等、结合某厂的生产实际能力，参见表1.9选择合适成本和高经济效益的方案。表1.9对不同因素的塔选择物性相关因素操作条件相关其他因素①易起泡物系填料塔①气相传质阻力大填料塔塔径大于800，选择板式塔②腐蚀性填料塔或者筛板塔盘、舌形塔盘的板式塔②液相负荷大填料塔填料塔中的鲍尔环和拉西环及一些新型规整填料的使用效果也会比板式塔好③粘性大大尺寸填料塔③液气比波动板式塔④悬浮物系流通大的板式塔④操作弹性板式塔（浮阀塔>泡罩塔）>填料塔⑤有热效应系统板式塔为宜⑥热敏系压降少的塔脱丙烷塔进料为脱硫液化石油气，没有悬浮物系和易起泡物系，无热敏性，通过后期设计塔径大于800mm，操作压力远大于0.3MPa，属于高压操作，存在热效应系统，要求生产过程中有一定的操作弹性和良好的提浓效果，充分利用板间多次气液相互接触，最后通过制造成本，经济效益以及满足小产量（<200万吨/年），经表1.7、表1.8、表1.9综合板式塔和填料塔的比较后，确定选用板式塔。1.6.2塔板选择依据塔内气、液相的运行方向，板式塔内的塔板类型可以分为错流踏板和逆流塔板，详述可见表1.10。表1.10错流塔板与逆流塔板类别简述优点缺点错流塔板气、液两相错流流动由于降液管和堰高的设计，具有较高的效率降液管占一定面积，影响生产能力逆流塔板不设降液管，气、液两相同时从板上孔道逆向穿流而过结构简单，板面利用效率高操作范围范围小，分离效率低虽然错流塔板内的降液管占一定的生产面积，液体需克服一定的阻力，但控制好液面的落差时就可以减少气体分布不均匀等问题，其又广泛应用于蒸馏装置等设备中，本设计脱丙烷塔采用精馏方式，综合逆流塔板的缺点，采用逆流塔板。以下通过表1.11对比选择选择具体塔板。表1.11常见塔板对比塔板简述特点缺点泡罩塔板应用较早，适用于物系易堵塞场合，提供大量传质界面较大的操作弹性，不易堵塞塔板，易维持良好的板效率结构复杂，金属耗费量大，塔板压降大，雾沫夹带严重，近年来逐渐被取代筛板塔板塔板上开有筛孔，板上液层鼓泡而出，适用于板数多的塔结构简单，价格低廉，气体压降小，生产能力泡罩塔高操作弹性小，易堵塞浮阀塔板1950s开始使用，兼有泡罩和筛板的优点，板上大孔有上下浮片，使用于负荷相大的塔生产能力大，操作弹性大，塔板效率高、气体压降相对较小，造价低廉不易处理易结焦和粘度大的系统，浮阀的后期费用较大喷射塔板斜向喷射的舌形塔板等，可以不同程度地减少雾沫夹带现象减少水力梯度，高效，大通量，低压降，物质的高纯度分离操作弹性小，塔板效率低浮阀塔相对泡罩塔，具有较大的开孔率因而比它生产能力大20%~40%，阀片可以自由地进行上下活动来适应气流量的变化，易于维持正常操作下的负荷浮动范围，在上升气体时期，气、液相接触时间长且雾沫夹带量较小，效率较高，浮阀塔是泡罩和筛板塔造价的60%~80%、120%~130%，本设计规定进料量下为小规模生产，综上所述选择浮阀塔板。1.7脱丙烷工艺流程原料脱硫液化石油气经进料加热器（E101）预热至40℃，送往至脱丙烷塔（T101），将碳三和碳四及以上馏分进行分离，碳三馏分经塔顶冷凝器（E102）冷却回流后进入脱丙烷塔回流罐（V101），一部分作为采出物从塔顶采出，另一部分从回流泵P101A/B打回至塔顶。塔底采用脱丙烷塔再沸器，在过热蒸汽的加温下，部分塔内蒸汽上升至提馏段，剩余重质液相组分从塔釜采出。图1.3脱硫液化石油气脱丙烷工艺流程图1.8脱丙烷塔工艺参数表1.12为脱硫液化石油气工艺主要参数。表1.12操作参数设备项目数值单位脱丙烷塔（T101）塔顶温度23.4℃塔底温度78.8℃塔顶压力1.04MPa塔底压力1.09MPa进料温度40.0℃进料压力1.1MPa塔顶冷凝器（E102）管程进口温度31.1℃管程出口温度31℃壳程进口温度28℃壳程出口温度28.3℃管程进口压力1.04MPa管程出口压力1.03MPa壳程进口压力0.5MPa壳程出口压力0.48MPa塔底再沸器（E103）管程进口温度77.6℃管程出口温度77℃壳程进口温度220℃壳程出口温度219℃管程进口压力1.08MPa管程出口压力1.08MPa壳程进口压力0.5M