丁辛醇装置的全流程模拟收敛策略及计算-天然气与石油

1、丁辛醇装置的全流程模拟计算陈丽（大庆石化公司信息技术中心，黑龙江 大庆 163316 ）摘要： 应用 ASPEN PLUS软件对某化工厂丁辛醇装置进行了全流程模拟，探讨了该装置在 全流程模拟中的羰基合成反应回路、 EPA缩合反应回路和加氢反应回路撕裂流的选择及收 敛方法，并进行了合成气在汽提塔 3 种不同工况下的计算，结果表明整个装置的收敛性很好。 关键词： 丁辛醇装置；全流程； 模拟计算； 收敛性丁辛醇装置的原料合成气和丙烯经过脱除杂质净化后进入羰基反应系统， 在铑和三苯基 膦催化作用下生成混合丁醛， 混合丁醛以气相离开反应器， 冷却后经过汽提脱出轻组分， 轻 组分返回合成反应系统。 脱出轻

2、组分后的稳定丁醛去异构物塔， 将正丁醛和异丁醛分离， 异 丁醛去储罐，正丁醛进入缩合反应系统在NAOH作用下缩合生成辛烯醛，辛烯醛蒸发后进入加氢反应器同氢气反应生成粗辛醇。 粗辛醇再经过预分馏塔和精馏塔脱出轻组分和重组分最 后得到终产品丁醇。1 模拟计算丁辛醇装置的辛醇生产流程中由原料精制、羰基合成反应回路、EPA缩合反应回路和加氢反应回路、粗辛醇精制组成 1 。1.1 羰基合成反应回路原料精制、羰基合成反应回路的流程示意见图1。129SP10MIXER10C310211052097M14239293M13MIXERM10MIXER1418去异构物塔 T1110MIXER87来自 F1701

3、的除杂后的丙烯和合成气混合进料图 1 原料精制、羰基合成反应回路的流程在图 1 中，有多个物流可以作为撕裂流对回路进行收敛计算2 。如物流 8、18、92、93、98 等。如果选择物流 8 作为撕裂流则同时必须选择物流 18 作为撕裂流， 这样才能进行计算，流时，则不需再选其它物流。选择物流98 作为撕裂流，需要计算的收敛变量最少，计算时间最短。以物流 98 为撕裂流，应用ASPENP LUS软件3,4 计算出该回路出口物流 26 的结果见表 1。表1羰基合成回路模拟计算结果同样若选择物流 92 则同时必须选择物流 93 才能进行计算。而只有当选择物流98 作为撕裂CO0.105 30.119

4、 067 54.877 7H20.262 70.264 749 57.380 2C3H60.261 80.279 097 42.187 0C3H80.234 60.204 024 45.800 4CO0.231 90.027 667 72.055 2CH40.049 40.042 239 61.077 2组分撕裂流 S98 初值撕裂流 S98 收敛终值10-810-510-1810-2810-3110-11组分的摩尔分率出口物流 S26N20.024 60.020 943 92.172 0 10-30AR0.012 30.010 595 21.261 7 10-27H2O0.000 80.01

5、3 526 64.808 7 10-5SULFU-0101.297 30 10-25-86.942 7 10-8HCl01.956 98 10-79.852 0 10-22HCN02.778 78 10-71.363 4 10-9AMMON-0101.242 80 10-64.146 2 10-17O202.030 77 10-64.761 1 10-31ACETY-0102.351 19 10-5-202.433 0 10-20N-BUT-0100.015 33740.912 793 2ISOBU-0102.723 22 10-30.086 943 2RESIDUE001.574 4 10-

6、4总流率 /( kg h-1 )76 66088 984.9914 089.99温度/69.055.838 0980.100 41压力 /MPa2.02.02.01.2 缩合反应回路丁辛醇装置缩合反应回路的流程示意见图2。异丁醛去储罐R114129M16MIXER40T1110T11127634EPA 去 T1144E154336SEP114319E1542AE1542B39SP6M1596MIXER38FSPLIT重组分废液去界区图2 装置缩合反应回路的流程在图 2 中，有多个物流可以作为撕裂流给回路进行收敛计算，如物流34、 36、 37、 99、39、40，选择任何物流作为撕裂流均可 5

7、 。现以物流 40作为撕裂流，应用 ASPENP LUS软件 计算出该回路出口物流 41 的结果见表 2。表2 缩合反应回路模拟计算结果组分组分的摩尔分率撕裂流 S40 初值撕裂流 S40 收敛终值出口物流 S41H2O0.989 80.991 7270.040 835N-BUT-010.00100.063 767EPA0.000 1-41.002 65 10-40.888 626SODIU-0108.171 97 10-30总流率 /( kg h-1 )8 574.0008 542.62711 048.66温度/62.00068.02740.000压力 /MPa4.64.69.01.3 加氢

8、反应器装置加氢反应器的流程示意见图 3。来自 3529 回收的 EPA3242T1144E1545A45R1145E1546A46E1547SP7FSPLIT来自 1143 的4858EPAE1546B55来自界区的氢气564354SP6FSPLIT5351D1146C31414952M5MIXER粗辛醇去 T1148图 3 装置加氢反应器回路的流程55 作为撕裂流，在图 3 中，有多个物流可以作为撕裂流进行回路收敛计算，现以物流 应用 ASPEN PLUS软件计算出该回路出口物流 57 的结果见表 3。表 3 加氢反应回路计算结果组分组分的摩尔分率撕裂流 S55 初值撕裂流 S55 收敛终值

9、出口物流 S57H20.766 40.809 808-31.211 17 10-3CH20.233 900H2O0.00 16-37.299 0 10-30.031 876 7N-BUT-0203.871 6 10-40.052 592 1EPA02.461 2 10-50.144 738 2EMPEL005.131 2 10-10EHA007.903 74 10-42-EH0.000 100.760 694 8EMPOH005.151 62 10-3SODIU-01009.5094 10-14RESIDUE004.949 10-13总流率 /( kg h-1 )14 41014 808.31

10、13 825.9温度/141.0141.031.928 37压力 /MPa6.56.53.02 3 种不同工况辛醇产品的组成和含量在实际生产中， 根据进料负荷和工艺情况经常调整净化后的合成气进入羰基合成反应器 的分流分率。 为了验证流程是否具有较好的收敛性， 选择 3 种不同工况， 即净化后的合成气 50、 80、 100进汽提塔 T1180（即 50、 20、 0合成气进入羰基合成反应器） ，选 择物流 98、 40、55 作为循环撕裂流，计算终产品辛醇（即2乙基己醇）的产量和组成，应用 ASPEN PLUS软件计算结果见表 4。表 4 3 种不同工况下辛醇产品的计算结果组分组分的摩尔分率5

11、0去汽提塔80去汽提塔100去汽提塔EPA1.406 86 10-41.407 40 10-41.405 80 10-4EMPEL6.108 3 10-106.108 0 10-106.1035 10-10EHA9.697 89 10-99.698 62 10-99.695 81 10-92-EH0.993 819 60.993 820 70.993 821 3EMPOH6.039 71 10-36.038 57 10-36.038 11 10-3RESIDUE4.457 0 10-312.154 9 10-324.650 4 10-29总流率 /( kg h-1 )11 333.8711 3

12、34.1711 334.31温度/42.042.042.0压力 /MPa3.33.33.3由表 4 可见， 3 种不同工况下全流程的收敛性均很好。3 结论应用 ASPEN PLUS软件对丁辛醇装置进行模拟计算时，选择适当的撕裂流不仅可以节省设计时间，而且是保证流程模拟准确的条件。同时装置的工程技术人员必须熟知工艺原理、 流程模拟模型的适用条件和范围， 才能保证对装置在各种工况条件下的模拟计算结果真实和 准确。参考文献1 王松汉，何细藕 . 乙烯工艺与技术 M. 北京：中国石化出版社， 2000：18-21.2 陈滨. 乙烯工学 M. 北京：化学工业出版社， 1997：42-45.3 张洪原 . 化工原理 M. 成都：成都科技大学出版社