王晓强
中国石化青岛炼油化工有限责任公司 山东 青岛 266500
摘要： 本文通过流程模拟软件Aspen Plus对乙苯、苯乙烯装置精馏系统建模。通过优化计算，发现循环苯塔、粗苯乙烯塔及苯乙烯精馏塔具有一定的优化潜力，并得出优化方案。以此为基础，进行实际工艺操作的调整，并得出各塔的最佳操作条件，降低塔底重沸器热负荷。
关键词：乙苯；苯乙烯；流程模拟；精馏；Aspen Plus软件
中国石化某公司乙苯装置采用气相法干气制乙苯技术，年设计生产乙苯中间产品9.01万吨。苯乙烯装置采用乙苯负压脱氢制苯乙烯技术，年设计生产苯乙烯产品8.5万吨。
流程模拟软件的应用可以快速模拟各种工况，并对工艺操作进行优化[1]。本文使用Aspen Plus流程模拟软件对乙苯、苯乙烯装置的精馏系统建模。通过对回流量的优化计算以达到降低塔底重沸器负荷的目的。经过模计算发现，乙苯装置C104（循环苯塔）、苯乙烯装置C401（粗苯乙烯塔）和C403（苯乙烯精馏塔）存在一定优化空间。结合流程模拟的结果，对生产装置进行调整，并检测各精馏塔产品质量的变化。
1.乙苯精馏部分优化
1.1模型建立
乙苯精馏系统模拟工艺流程如图1所示，精馏塔采用RadFrac模块，分液罐采用Flash2模块，换热器采用Heater模块，泵采用Pump模块，混合器采用Mixer模块[2-4]。其中循环苯塔（C-104）共有三股进料，一股是从反应产物-苯塔进料换热器来进料，一股是烷基转移反应产物，一股是新鲜苯。前两股物料在第52块塔盘进入循C-104，新鲜苯在第6块塔盘进入循环苯塔。苯及不凝气从塔顶蒸出经冷却后，进入循环苯塔回流罐，凝液全部回流，未冷凝的气体从循环苯塔回流罐顶进入脱非芳塔（C-105）。循环苯塔侧线抽出循环苯。塔底物料自压至乙苯精馏塔。
C-103：尾气吸收塔；C-104：循环苯塔；C-105：脱非芳塔；C-106：乙苯精馏塔；
C-107：丙苯塔；C-108：多乙苯塔
图1 苯乙烯精馏部分流程模拟图
1.2模拟优化
模型系统选用的物性方法为PENG-ROB，计算过程中直接调用纯组分数据库中的物性常数及二元交互作用常数。选取C104顶回流量为变量，模拟其对C104重要参数指标侧抽循环苯纯度、塔底油苯含量和塔底再沸器热负荷的影响，结果图2所示。
由图2可以看出，随着回流量的增加，侧抽循环苯纯度经过较快的递增后逐步趋于稳定，塔底油苯含量经过较快的下降后亦趋于稳定，塔底重沸器的负荷与回流量呈正比关系。考虑到侧抽苯纯度要求99.6%以上，塔底油苯含量要求0.01%以下，模型分析回流量最大可降低至73.50t/h，相对于实际操作情况有一定优化潜力。
图2 C104塔回流量与侧抽循环苯纯度、塔底油苯含量和塔底重沸器负荷关系
1.3 生产优化结果
2014年12月18-25日前，对C104回流量进行调整操作，并对侧线循环苯及塔底油进行加样化验，结果如表1所示。由表1可以看出，随着回流量的逐步降低，侧抽循环苯中苯含量始终高于质量指标（≥99.6% wt），符合生产的要求。但降低到一定程度后，塔釜苯含量易出现超指标点（≤0.01%wt）。因此，回流调整至72.0t/h，较之前节省3.5Mpa蒸汽约0.8t/h。与流程模拟的结果相近。
表1 C104塔回流调整及相关参数变化
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2苯乙烯精馏部分优化
2.1 模型建立
苯乙烯精馏系统模拟工艺流程如图3所示，其模块选择与乙苯装置相同。脱氢液自罐区进入粗苯乙烯塔（C401）经分离后，塔顶油部分回流，部分作为乙苯回收塔（C402）的进料，底油作为苯乙烯精馏塔（C403）进料。C402顶油部分回流，部分作为苯/甲苯副产品外送，底油作为循环乙苯进入反应系统。C403顶油部分回流，部分作为苯乙烯产品外送，塔底油送至薄膜蒸发器（E414）中，经加热后气相返回C403，液相作为焦油副产品外送。
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C401：粗苯乙烯塔；C402：乙苯回收塔；C403：苯乙烯精馏塔
图3 苯乙烯精馏部分流程模拟图
2.2模拟优化
选取粗苯乙烯塔（C401）回流量为变量，考察其对塔顶苯乙烯含量、塔底乙苯含量及重沸器负荷的影响，结果如图4所示。图中可以看出，随着回流量的增加，重沸器的负荷逐步增加，C401顶苯乙烯和塔底乙苯含量均逐步降低。按生产要求，需控制塔顶苯乙烯含量≯0.9%wt，塔底乙苯含量≯0.05%wt。结合图4，最小回流量为54.00t/h，较目前生产情况具有一定的优化空间。
图4 C-401回流量对塔顶苯乙烯、塔底乙苯含量及重沸器负荷的影响
选取苯乙烯精馏塔（C401）回流量为变量，考察其对塔顶苯乙烯含量、塔底苯乙烯含量、焦油中苯乙烯含量及重沸器负荷的影响，结果如图5所示,。图中可以看出，随着回流量的下降，C403塔底重沸器的负荷以及苯乙烯产品中苯乙烯的纯度均有所下降，而塔底油和焦油中苯乙烯含量逐渐上升。回流量降至趋近于0时，产品纯度仍达到99.9%左右，仍高于苯乙烯产品对苯乙烯含量大于99.8%的要求。但焦油产品中苯乙烯含量的提高，会造成产品的损失。因此，对于C403的顶回流量应权衡考虑。
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图5 C403回流量对塔顶乙苯、塔底甲苯含量及重沸器负荷的影响
2.3 生产优化结果
对C401优化调整的结果如表2所示。可以看出，随C401回流量的降低，塔底重沸器的蒸汽用量随之下降，塔顶苯乙烯含量增加，塔底乙苯含量变化不大。回流量下调至56t/h后，塔顶苯乙烯含量接近质量指标值（≤0.9%），此工况下约可节约0.35Mpa蒸汽1.4t/h。
表2 C-401塔回流比调整及相关参数变化
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对C403优化调整的结果如表3所示。由表中可见，随C403回流量的下降，塔底重沸器蒸汽用量有所降低，对苯乙烯产品浓度的影响较小，但C403塔釜中苯乙烯含量显著上升，调整回流过程需考虑产品损失的影响。回流量调整至8.8t/h，约可节约0.35Mpa蒸汽0.3t/h。
表3 C403塔回流比调整及相关参数变化
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3 结论
1）循环苯塔（C104）回流量控制在72t/h左右可保证产品质量，同时较原始工况可节省3.5Mpa蒸汽约0.8t/h；
2）粗苯乙烯塔（C401）回流量控制在56t/h左右可保证产品质量，同时较原始工况可节省0.35Mpa蒸汽约1.4t/h；
3）苯乙烯精馏塔塔（C403）回流量降低后，塔釜苯乙烯含量升高，造成产品一定程度的浪费，需综合考虑经济效益；
4）通过流程模拟计算给出的优化方案进行工艺调整操作，降低了各精馏塔塔底重沸器蒸汽消耗量，达到了节能降耗的目的。
参考文献
[1]胡钰.Aspen plus应用于环己酮装置烷精馏流程的模拟[J].设备与控制，2010,33（4）:59-61
[2] 李峰，赵新堂，万宝峰.流程模拟软件Aspen Plus在精馏塔设计中的应用[J].浙江化工，2014,45（9）:48-55
[3]陈权，薛振欣，王晓雷，仝胜录，刘健，霍卫东.副产二氧化碳的低温甲醛洗流程模拟与优化[J].现代化工，2014,34（5）:150-153
[4] 彭伟锋，王乐，杨彩娟，王建平，苯乙烯装置苯乙烯精馏单元流程模拟与优化[J].中外能源，2018,23,（5）:79-84