甲乙酮装置尾氢加压-分离工艺模拟研究

兰州石化公司拥有两套30000t/a甲乙酮装置, 均采用正丁烯水合法生产仲丁醇, 仲丁醇脱氢制甲乙酮[1]。仲丁醇脱氢制甲乙酮生产工艺过程中副产大量尾氢, 其尾氢中含有大量的氢气和少量的甲乙酮、仲丁醇、C4烯烃和C8酮等。目前本装置的尾氢直接送往热煤炉燃烧, 造成氢气资源的极大浪费。若采取工艺技术脱除尾氢中的甲乙酮和仲丁醇, 提高氢气的纯度并加以利用具有较大的经济意义[2,3,4,5,6]。

本文通过Aspen Plus (7.3) 软件模拟甲乙酮装置尾氢吸附法提纯工艺的加压-分离单元过程, 主要对吸附法提纯工艺过程中尾氢经压缩至不同压力, 冷却和气液分离后, 对其软件模拟结果进行对比分析, 为实际生产操作提供参考。

1 工艺流程模拟

1.1 进料组成

以中国石油兰州石化公司助剂厂两套30000t/a甲乙酮生产装置为例, 进料各组分质量分数为:H2:76.51%MEK:3.03%SBA:3.53%C8酮:2.41%C4烯烃:14.52%。

1.2 进料条件

来自兰州石化公司助剂厂甲乙酮装置脱氢反应器 (R-201A/B) 的尾氢进入MEK吸收器 (C-201) 经来自MEK塔的SBA洗涤后在MEK冷凝器 (E-205) 中用冷冻液 (乙二醇) 冷凝, 分液罐 (V-205) 分离后自罐顶送往界外。其质量流量为270.0 kg·h-1, 温度5℃, 压力0.03 MPa,

1.3 工艺流程

本论文采用Aspen Plus (7.3) 软件, 模拟尾气提纯装置的加压、冷却及分离工艺过程, 其工艺流程如图1所示。

1.4 工艺流程模拟

压缩机C-001-C-004均采用Pressure Changers|Compr|ICON1模块;中间冷却器E-001-E-004及后冷器E-005均采用Heat Exchangers|Heater|HEATER模块;分离罐V-001-V-005均采用Separators|Flash2|V-DRUM1模块的;物系的物性方法采用PENG-ROB物性方法描述[7]。

2 工艺原理

尾氢经压缩机逐级压缩、中间冷却器冷却后, 进入气液分离罐。当物料中组分温度低于其临界温度时, 在气液分离罐中冷凝, 气相组分从分离罐顶部进入下一级压缩, 而液相组分从分离罐底部流入回收罐中, 送往解吸工艺回收其中的甲乙酮、仲丁醇。

3 软件模拟结果及分析

3.1 通过指定压缩机各级出口压力将尾氢压缩, 由0.03MPa G分别加压至2.50MPa G、2.75MPa G、3.0MPa G。各不同压力条件下压缩机总功率、中间冷却器热负荷及压缩机出口温度如表1所示:

C-001-C-004-压缩机E-001-E-004-中间冷却器V-001-V-004-分离罐E-005-后冷器

由数据可知:尾氢经压缩至2.50MPa G、2.75MPa G、3.0MPa G, 冷却至同一出口温度条件下, 压缩机消耗总功率及中间冷却器热负荷呈递增趋势, 总功率均小于氢气压缩机总功率480kw

3.2 在分离罐V-005中气-液相达到平衡, 气相组分自V-005分离罐顶部送往吸附塔进行尾氢精提纯至高纯氢 (≥99.99%) , 则V-005分离罐顶气相组分数据如表2所示。

由数据分析可知:尾氢经加压至不同压力、冷却及分离后, 尾氢中C8酮的压缩程度最大, 气相组分中含量小于1×10-4;大部分SBA和MEK也被分离出来。相比之下, SBA的液化程度较MEK大。氢气在组分中的比例由0.9904提纯至0.9928以上。但是, 组分中C4烯烃含量相对其他杂质组分较多, 经加压降温后液化效果不明显, 组分含量高于0.0064。

3.3 液相组分自V-005分离罐底部送往解吸单元回收组分中的仲丁醇和甲乙酮。其不同压力条件下液相各组分质量流量如表3所示

尾气经压缩至2.5MPa G、2.75MPa G、3.0MPa G条件下, 则V-005分离罐底流股的流量分别为20.531kg·hr-1、21.162kg·hr-1、21.735kg·hr-1。若每年按照8000h计算, 经加压、冷却及分离单元回收的各组分质量如表4所示。

经压缩、冷却及分离后可每年回收甲乙酮约35.0t、仲丁醇约63.0t, C8酮50t, 取得良好的脱重效果, 大大降低了尾氢后续精提纯负荷。

4 结语与讨论

4.1 Aspen Plus (7.3) 仿真模拟结果表明, 吸附塔进气口氢气体积分数增加了0.24%;C8酮的分离程度最大, 送往吸附塔的组分中含量小于1×10-4;MEK和SBA体积分数均有所降低。

4.2 每年按8000h计算, 可回收重组分中的甲乙酮约35.0t、仲丁醇约63.0t, C8酮50t, 取得良好的分离效果, 为后续精提纯降低负荷。

4.3 尾氢自0.03MPa G经压缩。冷却及分离后, 可消耗压缩机总功率401.3kw、中间冷却器热负荷324.2kw以上。

摘要：本文利用Aspen Plus软件模拟甲乙酮装置尾氢吸附法提纯工艺的加压-分离单元发现, 仲丁醇脱氢制甲乙酮工艺副产的尾氢, 经压缩、冷却和气液分离后, 气体中大部分重组分被脱除, 氢气提纯至0.9928 (v/v) 以上, C8酮几乎完全分离 (≤0.0001v/v) , 取得良好的分离效果。

关键词：尾氢,甲乙酮,仲丁醇,Aspen Plus

参考文献

[1] 关颖.甲乙酮生产技术进展.石油化工, 1996, 25 (1) :49-55.

[2] 焦伟建.采用变压吸附技术回收炼油厂装置尾气中的氢气.石油化工, 2006, 35 (4) :350-353.

[3] 周红军, 周广林, 孔海燕等.甲乙酮生产尾气中甲乙酮和仲丁醇吸附剂QMS-01的研制及应用.化工环保, 2004, 24:359-361.

[4] 周广林, 周红军, 吴全贵.甲乙酮装置尾气中氢气净化吸附剂的工业应用.石油炼制与化工, 2012, 43 (2) :51-53.

[5] 周广林, 周红军, 孔海燕等.吸附法脱除甲乙酮装置尾气中的甲乙酮和仲丁醇.天然气化工, 2004, 29 (1) :53-56.

[6] 秦洋, 曹汉中, 吴双九.采用吸附技术回收甲乙酮装置尾气中的氢气.齐鲁石油化工, 2011, 39 (3) :215-218.

[7] 孙义兰.化工流程模拟实训-Aspen Plus教程.化学工业出版社, 2012, 8:67-71.