基于严格机理模型的精馏塔软测量技术的开发

开发了精馏塔的严格机理模型,用三对角矩阵算法对模型进行求解,采用BWRS状态方程计算泡点、露点和相平衡常数等热力学及物性参数,利用有机回归K技术在保证模型精度的同时大大提高了运算速度。以具有代表性的乙烯精馏塔作为模型验证对象,验证结果表明,所建立的严格机理模型可用于实际工业过程;将基于严格机理模型的精馏塔软测量技术用于气分装置中的脱丙烷塔和丙烯精馏塔,对温度和组成进行软测量,温度和组成的计算值与测量值吻合;基于严格机理模型的精馏塔软测量的精确度和可靠性能完全满足实际应用的需要。     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模 II . 模型求解与仿真分析

 结合动态机理模型的特点，将泡点方程的求解问题转化为微分方程的求解问题，以便于机理模型的应用。以某乙烯生产装置中具有127层塔板、中间再沸器、侧线抽出的，四组分混合物为原料的乙烯精馏塔作为研究对象，建立其动态机理模型。通过对模型中微分方程的刚性分析，选取了基于隐式Runge-Kutta法（TR-BDF2）的积分方法对模型进行求解，大大提高了模型的求解效率。通过仿真对比表明，降液管对多元精馏塔的分离计算具有较大的影响，考虑降液管的影响将更加符合实际工况。     

精馏塔分离块动态数学模型

本文分析了精馏塔动态机理建模的几种主要方法,提出了一种新的精馏塔动态机理分离块模型,该模型用分离块代替平衡级塔板,每个分离块可包含任意个平衡级,可大大减少模型的方程数和微分方程的阶数.该模型具有物理意义明确,建模灵活,通用性强,计算量小等特点,适用于精馏塔动态及静态在线优化控制.     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模Ⅰ.动态机理模型的建立

板式精馏塔的塔板可以分为有降液管和无降液管2种类型,有降液管板式塔中降液管是一个重要的塔内件,合理的降液管既可使液体顺利通过,又可使夹带的气体分离出去,同时防止发生液泛。而目前的精馏塔动态模拟中,其机理模型大都没有考虑降液管的影响,不利于分析蒸馏塔的液相滞留量及故障诊断。在考虑降液管影响的基础上,基于严格理论推导对多元精馏塔进行了动态机理建模,建立了降液管结构和水力学模型,并且考虑降液管部分液相混合的影响,建立了其关联板效率及传质扩散的数学模型。通过理论分析发现,降液管对塔板效率、相平衡常数、蓄液量以及塔板压降等有一定程度的影响,将其影响纳入到多元精馏塔的完整动态机理模型中,通过修正相关模型,更充分地反映了精馏塔的内在机理及其动态特性。     

乙烯精馏系统流程优化改造

通过对某大型乙烯装置乙烯精馏系统的操作情况进行分析,针对该系统目前存在的乙烯精馏塔塔压偏高,乙烯精馏塔冷凝器内三元冷剂气液相分布不均,冷剂无法充分气化换热等问题,提出更换具有气液均布结构的乙烯精馏塔冷凝器,在冷剂进入冷凝器前新增冷剂混合罐使轻重两股三元冷剂可以充分混合、引一股新的液相轻冷剂进罐作为调节、更换乙烯精馏塔塔板等改造手段,在装置停车检修改造实施后,成功地解决了上述问题,取得了良好的改造效果。     

DMC-MeOH的气液平衡及其共沸体系的分离研究

气液平衡数据是精馏分离的理论基础。本文介绍了文献报道的碳酸二甲酯-甲醇体系气液平衡数据的测定结果,选用最完整的常压和加压下的气液平衡数据,采用NRTL和Wilson两种热力学方法对其关联,回归得到了不同压力下的热力学模型参数。应用NRTL模型,对变压精馏分离流程模拟,进行了回流比和塔板数的灵敏度分析,得出了最佳的分离工艺条件。碳酸二甲酯-甲醇体系热力学模型的建立及变压分离流程的优化模拟结果可以为工业设计与生产改造提供理论指导。     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模 I. 动态机理模型的建立

板式精馏塔的塔板可以分为有降液管和无降液管2种类型，有降液管板式塔中降液管是一个重要的塔内件，合理的降液管既可使液体顺利通过，又可使夹带的气体分离出去，同时防止发生液泛。而目前的精馏塔动态模拟中，其机理模型大都没有考虑降液管的影响，不利于分析蒸馏塔的液相滞留量及故障诊断。在考虑降液管影响的基础上，基于严格理论推导对多元精馏塔进行了动态机理建模，建立了降液管结构和水力学模型，并且考虑降液管部分液相混合的影响，建立了其关联板效率及传质扩散的数学模型。通过理论分析发现，降液管对塔板效率、相平衡常数、蓄液量以及塔板压降等有一定程度的影响，将其影响纳入到多元精馏塔的完整动态机理模型中，通过修正相关模型，更充分地反映了精馏塔的内在机理及其动态特性。     

萃取精馏分离邻二甲苯-苯乙烯过程的模拟

选用N-甲基吡咯烷酮作为萃取剂,采用Wilson模型作为气液平衡的计算模型,利用化工流程模拟软件,对萃取精馏分离邻二甲苯-苯乙烯的过程进行模拟。考察了溶剂和原料的进料位置、萃取剂与原料的质量比(溶剂比)、回流比和理论塔板数对苯乙烯回收率和萃取精馏塔塔釜热负荷的影响,并通过正交实验设计得到较优的精馏操作参数。在满足产品中苯乙烯含量为99%(w)的条件下,正交优化的结果为:溶剂进料位置第6块塔板、原料进料位置第72块塔板、溶剂比9、回流比8、理论塔板数140。在该条件下,苯乙烯回收率为95.46%,热负荷为4.611 7 GJ/h,综合评价最好。     

乙烯-甲苯等温汽液平衡数据的测定

自行设计了高压汽液平衡数据的测定装置,实现汽液两相在线气相色谱分析。在压力0.305～2.036MPa、温度303.15,333.15,363.15K的条件下,测定了乙烯-甲苯二组分物系的汽液平衡数据。汽液平衡数据满足热力学一致性检验。由实验数据对乙烯-甲苯二组分物系的汽相采用Peng-Robinson方程、液相采用NRTL方程进行关联,得到NRTL方程的二元交互作用参数。乙烯-甲苯二组分物系的汽液平衡数据的计算值与实验值的平均偏差为3.14%,最大偏差为10.68%。     

分隔壁塔分离苯和乙烯烷基化产物的模拟

研究了分隔壁精馏塔在分离苯和乙烯烷基化产物中的应用。采用Aspen Plus的Petlyuk模块对分隔壁精馏塔进行了模拟计算。首先采用等效三塔简捷模型计算分隔壁精馏塔的分壁段、主塔塔板数等参数,以此为基础,采用Petlyuk模型对分隔壁精馏塔进行严格计算,再采用Aspen的模型分析工具确定塔的最佳工艺参数。结果表明,对于乙烯和苯烷基化产物体系,采用分隔壁精馏塔分离的最佳参数为主塔理论塔板数58块、预分段理论塔板数25块,上、下端互联位置分别在15板、40板,进料位置在第10块板（预分段）,侧线乙苯抽出位置在第24块板（基于主塔）,主塔回流比13,互联物流液体流量500 kmol/h,气体流量950 kmol/h。在此参数下,计算得到的侧线采出乙苯质量分数为9992％,满足乙苯产品的纯度要求。     

分隔壁塔萃取精馏分离环己烷-苯共沸物的模拟优化

以糠醛为萃取剂,采用模拟软件Aspen Plus对环己烷-苯共沸物体系的分隔壁塔萃取精馏工艺进行了模拟优化。利用单变量灵敏度分析考察了分隔壁萃取精馏塔的塔板数、回流比、溶剂比、萃取剂和原料的进料位置等因素对产品纯度及再沸器热负荷的影响。确定了最优的工艺条件:分隔壁萃取精馏塔主塔及副塔的理论板数分别为34和10,回流比分别为2和3,主塔溶剂比为2.4,原料和萃取剂的进料位置分别为第22块板和第7块板,气相分配比为0.2,侧线抽出板的位置为主塔的第31块板。与传统的萃取精馏相比,分隔壁塔萃取精馏工艺可降低能耗13.5%。     

常压蒸馏塔的严格在线模型与仿真研究

基于虚拟组分的概念，通过列写带有汽提塔的改进的MESH方程，并使用BP－SR结合算法，建立了一个实际的工业常压蒸馏塔的严格机理模型。同时，以原油物性实时估算、现场数据协调及塔板温度校正为基础，实现了该模型的在线运行，以适应各种不同的原油混炼和加工方案。该模型已成功地应用于某炼油厂常压蒸馏塔，井针对实际生产工况，给出了模型仿真计算的结果。     

乙烯装置急冷油塔内件抗堵塞的改造

中国石油化工股份有限公司广州分公司200kt/a乙烯装置的急冷油塔是经过改造的四段填料塔,在运行两年后发生堵塞。填料塔堵塞的原因主要是塔上部物料中的易聚物发生聚合产生的结垢在槽盘式分布器上累积,造成降液管堵塞,影响塔的汽液分布。针对这一问题,对急冷油塔进行改造,提出了防治与疏导相结合的改造方法。在改造中,采取把部分填料改为大孔穿流筛板、槽盘式分布器改为喷淋式分布器等措施。改造后,急冷油塔运行近一年,操作平稳,取得了较好的效果。     

复杂机理模型在线分析技术在气分装置上的应用

复杂的机理模型包含较多的过程变量,过程变量数据的采集对于复杂机理模型在线计算的准确性十分关键,而现场数据在实时采集过程存在很多干扰因素。在现有系统及通讯平台基础上,针对变量与模型的关联程度,利用DCS或其他实时数据库的上、下限约束和算法滤波方法,对过程数据进行了预处理,然后将相关变量分为主导变量与辅助变量,对变量权重系数进行在线修正等一系列处理,尽可能消除模型的随机误差和系统误差。以实际工业用气分装置中典型的多组分精馏塔（脱丙烷塔）和典型的二元精馏塔（丙烯精馏塔）为例,将现场塔顶、塔底温度和组分含量的计算值与测量值分别进行了对比,结果表明开发的模型具有较高的精确度、可靠性和稳定性。     

乙烯分离技术进展

对以催化精馏、膜分离、萃取精馏、吸附分离、吸收分离和组合工艺为代表的新分离单元技术和以DJ系列塔板、微分浮阀塔板、系列斜孔塔板、分凝分馏器、分凝分馏塔、热集成精馏系统和分壁式精馏塔为代表的新分离设备的应用进行了综述。指出应用这些新分离单元技术和分离设备可提高乙烯装置的技术水平,节省投资,降低能耗,增强产品竞争力。     

BJ塔板的开发和应用

BJ塔板为中国石化工程建设公司和天津大学共同开发的新型塔板。BJ塔板与传统的F1型浮阀塔板的性能对比表明,BJ塔板压降低、漏液量和雾沫夹带量小、操作弹性大,其性能明显好于F1型浮阀塔板。工业应用试验结果表明,在焦化分馏塔中应用BJ塔板,可有效解决焦粉夹带问题;在原油常压分馏塔中应用BJ塔板,可改善产品分馏效果,提高常压拔出率。