丙烯精馏塔热泵流程的优化

利用Aspen Plus流程模拟软件,选用RK-SOAVE物性模型和RADFRAC精馏模型,对常规丙烯精馏塔的操作工况进行了模拟.在此基础上,对丙烯精馏塔的2种热泵流程即塔顶蒸汽直接压缩式热泵流程和塔釜液闪蒸再沸式热泵流程进行了模拟计算.结果表明,对于丙烯精馏塔而言采用塔釜液闪蒸再沸式热泵流程更有利.所选热泵精馏流程优化操作参数如下:丙烯精馏塔进料位置为第125块塔板,回流比为16.5,节流阀压力为1.0 MPa.通过对操作参数进行优化,在处理量相同的情况下,可使塔釜液闪蒸再沸式热泵精馏流程压缩机功率降低352.39 kW,辅助冷却器负荷降低31.72 kW.     

基于中间换热器-吸收式热泵精馏节能系统的优化

为提升精馏环节的能源利用效率,基于高效回收换热器余热和梯级用能的理念,提出了设置中间换热器与吸收式热泵相结合的精馏节能系统;以某石化企业180 kt/a气体精馏“三塔”(脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯精制塔)系统中的脱丙烷塔为研究对象,采用Aspen Plus建立数学模型,对中间换热-吸收式热泵精馏节能系统的中间再沸器、中间冷凝器以及热泵的操作参数进行优化,并对“三塔”精馏流程的节能效果进行分析。结果表明,采用中间换热-吸收式热泵精馏节能系统可将脱丙烷塔的蒸汽消耗量降低25%;对于完整“三塔”精馏流程,蒸汽消耗量可降低38.8%,循环冷却水用量节约42.5%,新增利润约530.8万元/a,项目静态投资的回收期为3 a。     

HIPS在降低烷基化装置泄放量中的应用

通过计算分析,在硫酸法烷基化装置中的脱异丁烷塔使用HIPS,通过在蒸汽重沸器入口蒸汽管线设置联锁切断阀,脱异丁烷塔顶压力高高切断重沸器入口蒸汽,从而消除出口阀关闭、塔顶压力控制阀故障、塔顶回流泵动力故障3种泄放工况下的加热负荷,使得脱异丁烷塔泄放工况仅为火灾工况,最终计算泄放量从最大泄放工况的246 396 kg/h降低到4 724 kg/h,进一步降低装置的泄放量。脱异丁烷塔顶的压力变送器设置需要进行SIL等级计算。同时对HIPS的设置提出了相应的建议。     

催化裂化顶循油做气分脱丙烷塔热源节能技术改造

分析了催化裂化装置顶循油用于气分装置脱丙烷塔热源可行性,介绍了气分装置脱丙烷塔新加再沸器流程改造情况,总结了技术改造应用效果。标定结果表明,催化裂化装置顶循油做气体装置脱丙烷塔的重沸器热源,替代原来重沸器加热蒸汽,合理利用了催化裂化装置的低温热,减少了催化裂化装置的循环冷却水用量,又大幅降低了气体分离装置加热蒸汽量,取得了显著的节能效果及经济效益。     

丙烷脱氢分离工艺的模拟与分析

对300 kt/a丙烷脱氢装置的分离工艺流程采用Aspen Plus化工流程模拟软件进行模拟,通过比较不同操作条件下各单元的模拟结果并分析各单元的能耗,确定急冷、压缩、深冷分离、脱C2、丙炔加氢和丙烯精馏等单元的操作条件,考察了在已确定的操作条件下各分离单元的能耗。模拟结果表明,丙烷脱氢分离工艺主要操作条件为:压缩机出口压力1.10 MPa、深冷分离温度-95℃、脱乙烷塔操作压力0.90 MPa、丙烯精馏塔顶操作压力0.75 MPa,使用热泵精馏塔;丙烷脱氢分离工艺中,主要耗能单元是压缩和深冷分离单元及丙烯精馏单元,其能耗分别占分离工艺总能耗的50.4%和35.6%,脱C2单元和急冷单元的能耗分别占总能耗的11.8%和2.2%。     

芳烃联合装置低温热利用与流程优化

介绍了芳烃联合装置低温热利用与流程优化情况。利用抽余液塔与抽出液塔塔顶低温热生产热水，少量热水用来加热催化裂化装置除盐水，大部分热水通过第二类热泵生产0.35 MPa蒸汽并送去溶剂再生装置；甲苯塔塔顶气相热源除了少量用来替代异构化汽提塔3.50 MPa再沸蒸汽外，其余部分与重芳烃塔塔顶低温热一起生产0.62 MPa低低压蒸汽，大部分低低压蒸汽增压后作为芳烃抽提装置的再沸热源。该方案实现了芳烃联合装置内部与外部装置低温热的综合利用，优化了重芳烃塔与异构化汽提塔塔底换热流程。项目实施后，芳烃联合装置每年节能102.7 ktce, CO₂排放量减少256.1 kt,装置对二甲苯能耗降低3.22 GJ/t。     

C3/C4分离装置脱丙烷塔底重沸器失效分析

C₃/C₄分离装置投产运行一年,脱丙烷塔底重沸器传热能力迅速下降,热侧蒸汽调节阀及旁路全开,蒸汽量也只能达到正常时的60%,导致脱丙烷塔分离效果变差,产品异丁烷中丙烷含量超标。停工后对重沸器进行拆检分析,确定管束表面结垢致重沸器失效。通过对液化气携带液体及垢样进一步化验分析,得出结垢原因是原料中的一些组分发生反应产生硫酸亚铁、硫酸铝、氯化钙等,生产过程中形成硫酸酯或硫酸胺类物质导致重沸器换热效果大幅下降。针对这种情况,提出了降低操作压力和加强原料管理的措施,并建议通过增加原料净化设施和设备改型,彻底解决该问题。     

油田伴生气凝液回收工艺改进研究

油田伴生气气质富、压力低,普遍采用直接换热工艺回收丙烷及丙烷以上重烃,存在系统冷量利用不合理、气质适应性差、系统能耗高等问题。以某油田油气处理厂装置为例,以提高装置整体经济效益为目标,提出了工艺改进方案。改进工艺采用两级分离方式,脱乙烷塔塔顶增设回流罐,降低重接触塔塔顶进料中丙烷含量,增强重接触塔的吸收作用,提高丙烷收率;应用夹点理论设计冷箱的换热网络,提高系统的冷热集成度和冷量利用率,冷箱改进后,脱乙烷塔塔底重沸器负荷降低189kW,降幅12.9%,丙烷制冷压缩机负荷减小142.8kW,冷量利用更加合理。工艺改进后装置丙烷收率和液化石油气产量得到了大幅提高,装置总体能耗变化不大,改进工艺每年可提高装置经济收益1 797万元,经济效益可观,建议在类似工况条件下推广应用。     

烷基化装置脱异丁烷塔重沸器的设计

脱异丁烷塔重沸器是烷基化装置的关键设备之一,通常为卧式热虹吸式重沸器。对于30万t/a的烷基化装置来说,以导热油或低压蒸汽为热源的情况下,该重沸器壳体内径为1 500 mm左右。且随着装置规模的扩大,该重沸器尺寸会相应增大或多台重沸器并联使用,给设备管道设计、现场施工都带来了很大困难。在塔釜设置隔板,可有效地降低重沸器壳程进出口温度,提高重沸器传热温差。流程模拟结果显示:塔釜设置隔板后,重沸器壳程进出口温度分别降低了24.3℃和23.6℃,同时塔顶、塔底产品的流量及规格保持不变。换热器计算结果显示:塔釜设置隔板后,对数平均温度差提高了47%,换热面积减少33%,选型后的壳体内径缩小了300 mm。另外,隔板的溢流作用也为重沸器进料提供了稳定的压头,大幅提高了塔底重沸系统的操作稳定性。对于烷基化装置反应流出物物系来说,由于进脱异丁烷塔前经过聚结分离脱除酸碱处理,设置隔板不存在重沸器堵塞问题。该方案无论对新建还是改造的烷基化装置来说,都不失为一种很好的优化工艺。     

热集成-变压精馏分离苯-乙醇体系的模拟与优化

基于苯和乙醇共沸组成对压力敏感性的变化,提出了变压精馏与热集成相结合的方法对苯和乙醇共沸体系进行了流程模拟,并对各塔的关键参数进行优化设计,得到了最佳的工艺操作参数:高压塔的理论板数为20,进料位置为第10块理论板,回流比为10,塔顶采出量为902 kg/h,操作压力为1.0 MPa;常压塔理论板数为18,进料位置为第10块理论板,回流比为5,塔顶采出量为569.5 kg/h,操作压力为0.1 MPa;得到了苯和乙醇的质量分数分别为99.02%和95.23%。采用热量集成的方法,可降低常压塔塔顶循环物流的加热能耗34.1 kW。     

低压聚乙烯冷凝剂脱气塔操作条件的模拟优化

采用Aspen Plus 10．2软件模拟并分析了低压聚乙烯冷凝剂脱气塔的操作压力、操作温度、塔的冷凝器和再沸器的热负荷、进料温度与分离效果之间的关系,确定了该塔较佳的操作条件。     

基于过程推动力模型的天然气净化用能分析

为了正确评价天然气净化过程能量利用状况及节能潜力,以火用分析为基础,基于过程推动力原理解析了天然气净化系统的用能过程,将天然气净化过程火用损失分为动量火用损失、传热火用损失和传质火用损失,从而建立起了天然气净化过程的能量结构模型。随后应用该模型对四川盆地普光气田高含硫天然气净化装置用能状况进行了分析,结果表明:①天然气净化系统的火用损失主要发生在传热过程和传质过程,其火用损失率分别为75.3%和20.1%;②传质过程的火用损失主要发生在胺液解吸再生过程,应用逐层塔板火用分析方法得知该过程的总火用效率约为10.0%,主要火用损失发生在重沸器和冷凝器中。最后,为了提高胺液解吸再生过程的用能效率,采用双效精馏工艺改造胺液解吸再生过程,通过高压塔顶气体与低压塔底物流进行换热,回收高压塔顶冷凝热量,降低低压塔底重沸器热量,使胺液解吸再生过程能耗降低了11.0%,火用效率提高了27.0%。     

基于第一类吸收式热泵的气体分馏塔物料梯级加热方法

针对常规气体分馏工艺流程中物料加热过程换热温差大、加热能级严重不匹配的问题,提出一种气体分馏塔物料梯级加热的方法,可大幅度提高加该热环节的?效率;在此基础上,针对气体分馏塔塔顶物料散热造成的热能浪费,提出了一种基于第一类吸收式热泵的气体分馏塔物料梯级加热方法,通过回收塔顶物料余热,较大幅度地降低工艺蒸汽的消耗,进而显著提高气体分馏工艺的能源利用效率。对银川某炼油化工公司气体分馏系统进行改造,使该系统的工艺蒸汽消耗量减少22.0%,每年可节约运行费用398万元。     

基于强化传质的节能型吸收稳定工艺流程分析

提出了一种设置解吸塔进料预热器、二级冷凝器、中间再沸器的强化传质与节能型吸收稳定系统的工艺流程,通过建立基准流程和节能流程的模拟模型,对工艺流程进行分析与评价。结果表明：通过设置进料预热器,可提高一级冷凝液相进入解吸塔的温位;通过将解吸气与一级冷凝气直接混合,可避免解吸气与吸收塔塔底油及压缩富气的混合,降低一级冷凝器负荷;节能流程可强化解吸塔的传质效率,合理降低吸收稳定系统的总公用工程负荷;相对于基准流程,节能流程的能耗可降低22.02%,解吸塔内的气相和液相负荷均有所降低,具有强化传质、优化节能、缓解塔内气液相负荷的优点。     

乙腈-水萃取精馏及热集成改进工艺多目标优化

通过三元相图分析乙腈-水-乙二醇萃取精馏体系热力学性质,利用灵敏度分析确定工艺决策变量优化范围。针对总费用的设备费用、操作费用2个冲突目标,以产品和溶剂纯度为约束条件,建立常规和热集成萃取精馏工艺多目标优化模型,利用Actxserver接口建立Matlab和Aspen Plus联合模拟优化平台,通过调用NSGA-Ⅱ算法求解多目标优化问题。结果表明：对于常规萃取精馏优化过程,种群数为30,初始解经过300代演化,已经达到最优Pareto前沿解,其设备费用受萃取精馏塔塔板数显著影响,操作费用与萃取剂循环量、萃取精馏塔塔回流比相关。采用相同算法参数的热集成工艺优化显示：增设预热器(HX)和控制冷凝器出口温度,改变了原料和萃取剂进料热状态,减少了进料板位置有效能损失,用较少萃取精馏塔塔板数和再沸器负荷即可满足生产要求,3组代表性优化方案的设备费用、操作费用平均降幅分别达到4.15%和7.91%。     

五宝场气田三甘醇脱水装置优化分析

针对常用三甘醇脱水工艺存在“计量泵的出口压力和流量波动较大,泵流量调节不便,换热效果差,甘醇再生热负荷大”的不足,五宝场气田三甘醇脱水装置采用先进的齿轮泵和高效的波纹板式换热器,取消了泵出口缓冲罐、甘醇贫液水冷却器及循环水系统。为此,论述了该气田三甘醇脱水装置工艺流程及设计特点,探讨了现有三甘醇脱水装置中甘醇泵和甘醇贫富液换热器存在的问题,分析了装置的优化设计。该装置的成功运行表明：与同类常规三甘醇脱水装置相比,采用先进的齿轮泵和高效的波纹板式换热器,三甘醇脱水装置的再生塔重沸器热负荷降低了54 kW,燃料气用量减少了8 m3/h,其单位综合能耗降低了72 MJ/104 m3,节能效果明显。     

隔壁精馏塔分离芳烃混合物的模拟研究

采用隔壁精馏塔分离苯-甲苯-对二甲苯物系,用Aspen Plus软件模拟了隔壁精馏塔内温度分布及液相组成分布,考察了汽相和液相分配比对产品纯度的影响。对隔壁精馏塔模拟得到的优化操作条件为:隔壁精馏塔的理论板数为30块,侧线采出在第14块理论板,进料段为15块理论板,在进料段的第7块理论板进料,进料组成n(苯)∶n(甲苯)∶n(对二甲苯)为1∶3∶1,回流比为8.8,液相分配比为2.96,汽相分配比为0.83。在此条件下,各组分的摩尔分数大于98.5%,与实验结果基本吻合。当进料组成n(苯)∶n(甲苯)∶n(对二甲苯)为1∶3∶1时,采用隔壁精馏塔可比常规两塔流程节能27.18%。     

变压精馏分离丙酸甲酯-甲醇的节能设计

基于丙酸甲酯-甲醇二元体系的压力敏感特性,以最小年总费用(TAC)作为经济评价指标,对变压精馏分离工艺进行了模拟与优化,并在常规工艺基础上进行了改造,以实现节能的目的。结果表明:常规分离工艺高压进料时,高压塔塔板数为41、回流比为1.5和进料位置为第33块板以及低压塔塔板数为39、回流比为2.0和进料位置为第17块板时TAC最低,为593.00万元/年。将热集成技术应用于常规工艺中,优化后的分离工艺均能实现物系的高效分离。相比于常规变压精馏,部分热集成变压精馏与全热集成变压精馏分别可以节约44.57%与41.94%的能耗,同时可以节约23.84%与32.59%的TAC,主要原因是热量集成使得蒸汽费用与换热器费用降低。优化后的两种工艺分离效果显著,且能耗与TAC均较低,可为工业设计提供理论参考。     

基于中间再沸器的萃取精馏精制含水乙腈的过程研究

采用Aspen Plus软件对以乙二醇为萃取剂的萃取精馏工艺精制含水乙腈的过程进行了模拟优化。以全流程的年度总费用(TAC)最小为目标,对各项设计变量如全塔塔板数、进料位置和回流比等进行了优化,得到最佳工艺参数。以降低能耗费用为目的,在萃取剂再生塔提馏段增设中间再沸器,采用费用较低的中压蒸汽作为加热介质,考察了中间再沸器的位置以及抽出量对TAC的影响。结果表明:中间再沸器设置在第9～10块塔板之间时,全流程的TAC最小,当处理规模为100kmol/h时,相比无中间再沸器的普通萃取精馏的TAC节约7.61×10⁴$/a。