利用ASPEN PLUS优选丁二烯抽提装置第二汽提及溶剂精制系统物性方法

（1.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，黑龙江 大庆 163714；2.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京 100195；3.大庆职业学院化学工程系，黑龙江 大庆 163255）

利用ASPEN PLUS优选丁二烯抽提装置第二汽提及溶剂精制系统物性方法

（1.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，黑龙江 大庆 163714；2.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京 100195；3.大庆职业学院化学工程系，黑龙江 大庆 163255）

运用流程模拟软件ASPEN PLUS，模拟了丁二烯抽提装置第二汽提及溶剂精制系统，介绍了建立模型过程中的模块选取和工艺参数等的输入。采用WILSON、NRTL和UNIFAC三种热力学模型对DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系进行模拟计算，并将计算的结果与原设计值进行对比，从对比结果来看，选择NRTL物性方法进行模拟计算的结果与原设计更为接近。

ASPEN PLUS；丁二烯抽提装置；第二汽提塔；溶剂精制塔；NRTL

在烃类蒸汽裂解制乙烯过程中，通常副产10%～15%（wt）的混合碳四馏分，这部分碳四馏分中除含有40%～60%的1,3-丁二烯外，还含有0.5%～2.0%的炔烃，随着我国乙烯裂解深度的增加及裂解规模的扩大，裂解混合碳四中炔烃含量明显增加，部分厂家裂解混合碳四中炔烃含量甚至超过2.0%（wt）[1]。丁二烯的生产主要采用混合碳四抽提工艺，在抽提过程中为分离碳四炔烃（主要为乙烯基乙炔），不可避免地会造成质量分数为3%～7%的丁二烯损失，而且为了防止尾气中炔烃浓度因超标而引起的爆炸危险，通常利用大量的丁烯、丁烷或者甲烷将炔烃稀释到安全浓度范围后排放火炬系统或低价出售。随着国内乙烯规模的扩大以及对丁二烯纯度要求的增加，丁二烯抽提装置排放的碳四炔烃尾气的量也在逐渐增加，这部分碳四炔烃尾气排火炬处理或低价出售，造成了较大的经济损失和环境污染。因此将抽提装置排放的碳四炔烃尾气经选择加氢后回收丁二烯，可以明显提高装置经济效益，减少因尾气排放带来的环境污染。

关于C4炔烃选择性加氢，有前加氢和后加氢2种工艺。前加氢工艺具有代表性的是UOP公司C4烃选择加氢脱炔烃工艺（即KLP工艺），该工艺可省去第二萃取精馏系统，避免了常规抽提工艺和处理高浓度炔烃的复杂性，且丁二烯的纯度高，炔烃含量可控制在5μg·g-1以下[1]，但是丁二烯损失率较高，目前已经有10套丁二烯抽提装置采用KLP技术。国内的C4炔烃选择性加氢制丁二烯还处于研究阶段，有代表性的后加氢工艺主要是在2001年北京化工研究院徐立英等对碳四馏分选择性加氢工艺及催化剂进行过研究[2]和中国石油石油化工研究院开发的碳四炔烃选择性加氢催化剂[3]，该催化剂具有较好的炔烃加氢活性及选择性，可将丁二烯抽提装置尾气中的乙烯基乙炔加氢转化为1,3-丁二烯和1-丁烯，转化后可将生成的1,3-丁二烯与尾气中夹带的1,3-丁二烯一起回收利用。可见，在国内C4炔烃选择性加氢回收丁二烯技术已经具备了工业试验的条件。

1 模拟对象

大庆石化公司丁二烯抽提装置采用的是DMF法，富含乙烯基乙炔（VA）的尾气在第二汽提塔和溶剂精制塔处分离，并且VA的稀释是通过在第二汽提塔塔顶处通入甲烷来进行实现的，而石化院开发的C4炔烃选择性加氢回收丁二烯技术使用的催化剂为Pd基催化剂，适用于低温液相加氢反应，因此需将第二汽提塔塔顶稀释剂甲烷替换为抽余碳四，满足液相加氢的要求。因此，我们有必要对丁二烯抽提装置第二汽提塔和溶剂精制塔原设计进行模拟，找出这2个塔合适的物性方法后，才能确定采用抽余碳四作为稀释剂后的尾气组成。因此，本次模拟以大庆石化公司丁二烯抽提装置第二汽提塔进料为原料来模拟第二汽提塔和溶剂精制塔。第二汽提塔进料组成见表1，第二汽提及溶剂精制系统工艺流程图见图1。

表1 第二汽提塔进料组成

T-1203：第二汽提塔；T-1401：溶剂精制塔；V-1202：第二汽提塔回流罐；V-1401：溶剂精制塔回流罐；V-1405：排出气鼓风机吸入罐

2 模拟软件版本

本次模拟采用的是ASPEN PLUS流程模拟计算软件V7.0版本。

3 工艺流程建立

3.1 建立模型

根据第二汽提及溶剂精制系统工艺流程建立ASPEN PLUS模型流程图如图2所示。

图2 第二汽提及溶剂精制系统工艺流程模拟

3.2 组分输入

进入components页面，输入所要添加组分的化学式或者英文名，可以查找出所需的组分，然后将该组分加入模拟流程中[4]。

3.3 物性选择

丁二烯抽提装置第二汽提及溶剂精制系统涉及溶剂DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系，为了使模拟计算结果准确，选择可靠的溶剂DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系热力学方法，我们采用不同热力学方法模拟计算第二汽提塔T-1203和溶剂精制塔T-1401，将不同方法计算的结果与原设计塔分离数据比较，以选取合适热力学模型。

由于溶剂DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系中以溶剂DMF为主，溶剂DMF为极性物系，因此选用的热力学方法主要以活度系数法为主。分别以WILSON、NRTL和UNIFAC三种热力学方法来模拟第二汽提塔T-1203和溶剂精制塔T-1401。

3.4 物流及单元操作模块的输入

规定好组分和物性模型以后，按照装置的原设计参数数据，输入各进料物流变量，然后再输入塔、闪蒸罐、混合器、换热器等模块的参数变量，就大致完成了整个流程的输入，可以进行模拟。打开Control pannel，点击运行按钮，即可运行该流程。

3.5 结果查看

点击快捷图表中Check results按钮，可以查看在设定条件下，不同物性方法的流程模拟运行结果。模拟结果与原设计参数进行对比，结果如表2所示。

4 结果与讨论

用WILSON、NRTL和UNIFAC三种热力学模型计算塔T-1203和T-1401，塔顶和塔底产品组成的模拟结果与原设计相近，满足模拟计算要求。WILSON物性方法的模拟结果虽然与原设计最为接近，但是模拟时，对于T-1401塔顶回流罐没有产生丁二烯二聚物-水的两相体系，因此不选用WILSON物性方法。NRTL和UNIFAC两种物性方法都可以产生丁二烯二聚物-水的两相体系，从模拟结果来看，NRTL物性方法更接近原设计。因此，选择NRTL热力学方法模拟计算T-1203使用抽余碳四替代甲烷作为稀释剂后尾气的组成。

5 结论

采用不同的物性方法对DMF法的丁二烯抽提装置第二汽提塔及溶剂精制塔进行模拟计算，从模拟结果来看，NRTL物性方法与原设计更为接近，因此，选择NRTL热力学方法模拟计算第二汽提塔及溶剂精制塔。

表2 不同热力学方法计算结果与原设计主要参数对比表

[1] 李玉芳，李明.二烯生产技术进展与市场分析[J].化学工业，2007，25（12）：24-33．

[2] 徐立英，乐毅，朱云仙，等.碳四馏分选择加氢工艺及催化剂的研究[J].石油化工，2001，30（9）：681-685．

[3] 钱颖，赵德强，蒋彩兰，等.裂解混合碳四选择加氢除炔催化剂的制备及工艺评价[J].石化技术与应用，2006，24（6）：455-458．

[4] 陈茂兵，孙克勤，徐海涛，等.ASPEN PLUS软件模拟烟气氨法脱硫[J].污染防治技术，2009，22（1）：28-32．

化学工程

何英华1，詹海容1，朱丽娜1，路 明2，杨玉和1，刘 龙1，李洪涛1，董荟思3

Preferred Property M ethods of Second Stripper and Solvent Refining Tower of Butadiene Extraction Plant Based on ASPEN PLUS

HE Ying-hua1, ZHAN Hai-rong1,ZHU Li-na1,LU Ming2,LIU Long1,LIU Long1,LI Hong-tao1
(1.Petrochina Petrochemical Research Institute，Daqing 163714, China;2.Petrochina Petrochemical Research Institute，Beijing 100195, China)

The model for simulation of the second stripper and solvent re f ning system was established based on f ow-simulated software ASPEN PLUS. Lots of notice during the process of simulation, such as selection of modules and input of parameters etc, wer e introduced. Three kinds of thermodynam ic model W ILSON, NRTL and UNIFAC were used to simulate DMF-C4, DMF-bipolymer-C4 system, and the calculated results were compared w ith the original design value. According to the comparison results, the simulation result of using NRTL property methods was more close the original design value.

ASPEN PLUS; butadiene extraction plant; second stripper; solvent ref ning tower; NRTL

TQ 221.223

A

1671-9905(2014)07-0068-03

2014-05-26