甲乙酮裝置尾氫加壓-分離工藝模擬研究

馬軍 田赟（中國石油蘭州石化公司助劑廠,甘肅 蘭州 730060）

蘭州石化公司擁有兩套30000t/a甲乙酮裝置，均采用正丁烯水合法生產(chǎn)仲丁醇，仲丁醇脫氫制甲乙酮[1]。仲丁醇脫氫制甲乙酮生產(chǎn)工藝過程中副產(chǎn)大量尾氫，其尾氫中含有大量的氫氣和少量的甲乙酮、仲丁醇、C4烯烴和C8酮等。目前本裝置的尾氫直接送往熱煤爐燃燒，造成氫氣資源的極大浪費。若采取工藝技術(shù)脫除尾氫中的甲乙酮和仲丁醇，提高氫氣的純度并加以利用具有較大的經(jīng)濟(jì)意義[2-6]。

本文通過Aspen Plus（7.3）軟件模擬甲乙酮裝置尾氫吸附法提純工藝的加壓-分離單元過程，主要對吸附法提純工藝過程中尾氫經(jīng)壓縮至不同壓力，冷卻和氣液分離后，對其軟件模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，為實際生產(chǎn)操作提供參考。

1 工藝流程模擬

1.1 進(jìn)料組成

以中國石油蘭州石化公司助劑廠兩套30000t/a甲乙酮生產(chǎn)裝置為例，進(jìn)料各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：H2：76.51%MEK：3.03%SBA：3.53%C8酮：2.41%C4烯烴：14.52%。

1.2 進(jìn)料條件

來自蘭州石化公司助劑廠甲乙酮裝置脫氫反應(yīng)器（R-201A/B）的尾氫進(jìn)入MEK吸收器（C-201）經(jīng)來自MEK塔的SBA洗滌后在MEK冷凝器（E-205）中用冷凍液（乙二醇）冷凝，分液罐（V-205）分離后自罐頂送往界外。其質(zhì)量流量為270.0 kg·h-1，溫度5℃，壓力0.03 MPa，

1.3 工藝流程

本論文采用Aspen Plus（7.3）軟件，模擬尾氣提純裝置的加壓、冷卻及分離工藝過程，其工藝流程如圖1所示。

1.4 工藝流程模擬

壓縮機(jī)C-001-C-004均采用Pressure Changers|Com?pr|ICON1模塊；中間冷卻器E-001-E-004及后冷器E-005均采用Heat Exchangers|Heater|HEATER模塊；分離罐V-001-V-005均采用Separators|Flash2|V-DRUM1模塊的；物系的物性方法采用PENG-ROB物性方法描述[7]。

2 工藝原理

尾氫經(jīng)壓縮機(jī)逐級壓縮、中間冷卻器冷卻后，進(jìn)入氣液分離罐。當(dāng)物料中組分溫度低于其臨界溫度時，在氣液分離罐中冷凝，氣相組分從分離罐頂部進(jìn)入下一級壓縮，而液相組分從分離罐底部流入回收罐中，送往解吸工藝回收其中的甲乙酮、仲丁醇。

3 軟件模擬結(jié)果及分析

3.1 通過指定壓縮機(jī)各級出口壓力將尾氫壓縮，由0.03MPaG分別加壓至2.50MPaG、2.75MPaG、3.0MPaG。各不同壓力條件下壓縮機(jī)總功率、中間冷卻器熱負(fù)荷及壓縮機(jī)出口溫度如表1所示：

表1 壓縮機(jī)總功率、中間冷卻器熱負(fù)荷及出口溫度

圖1 加壓、冷卻及分離工藝流程圖

表2 不同壓力條件下V-005分離罐頂氣相組分體積分?jǐn)?shù)

表3 不同壓力條件下V-005分離罐底液相組分質(zhì)量流量

表4 不同壓力條件下每年回收的各組分質(zhì)量

由數(shù)據(jù)可知：尾氫經(jīng)壓縮至2.50MPaG、2.75MPaG、3.0MPaG，冷卻至同一出口溫度條件下，壓縮機(jī)消耗總功率及中間冷卻器熱負(fù)荷呈遞增趨勢，總功率均小于氫氣壓縮機(jī)總功率480kw

3.2 在分離罐V-005中氣-液相達(dá)到平衡，氣相組分自V-005分離罐頂部送往吸附塔進(jìn)行尾氫精提純至高純氫（≥99.99%），則V-005分離罐頂氣相組分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示。

由數(shù)據(jù)分析可知：尾氫經(jīng)加壓至不同壓力、冷卻及分離后，尾氫中C8酮的壓縮程度最大，氣相組分中含量小于1×10-4；大部分SBA和MEK也被分離出來。相比之下，SBA的液化程度較MEK大。氫氣在組分中的比例由0.9904提純至0.9928以上。但是，組分中C4烯烴含量相對其他雜質(zhì)組分較多，經(jīng)加壓降溫后液化效果不明顯，組分含量高于0.0064。

3.3 液相組分自V-005分離罐底部送往解吸單元回收組分中的仲丁醇和甲乙酮。其不同壓力條件下液相各組分質(zhì)量流量如表3所示

尾氣經(jīng)壓縮至2.5MPaG、2.75MPaG、3.0MPaG條件下，則V-005分離罐底流股的流量分別為20.531kg·hr-1、21.162kg·hr-1、21.735kg·hr-1。若每年按照8000h計算，經(jīng)加壓、冷卻及分離單元回收的各組分質(zhì)量如表4所示。

經(jīng)壓縮、冷卻及分離后可每年回收甲乙酮約35.0t、仲丁醇約63.0t，C8酮50t，取得良好的脫重效果，大大降低了尾氫后續(xù)精提純負(fù)荷。

4 結(jié)語與討論

4.1 Aspen Plus（7.3）仿真模擬結(jié)果表明，吸附塔進(jìn)氣口氫氣體積分?jǐn)?shù)增加了0.24%；C8酮的分離程度最大，送往吸附塔的組分中含量小于1×10-4；MEK和SBA體積分?jǐn)?shù)均有所降低。

4.2 每年按8000h計算，可回收重組分中的甲乙酮約35.0t、仲丁醇約63.0t，C8酮50t，取得良好的分離效果，為后續(xù)精提純降低負(fù)荷。

4.3 尾氫自0.03MPaG經(jīng)壓縮。冷卻及分離后，可消耗壓縮機(jī)總功率401.3kw、中間冷卻器熱負(fù)荷324.2kw以上。

[1]關(guān)穎.甲乙酮生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展.石油化工,1996,25（1）：49-55.

[2]焦偉建.采用變壓吸附技術(shù)回收煉油廠裝置尾氣中的氫氣.石油化工,2006,35（4）：350-353.

[3]周紅軍,周廣林,孔海燕等.甲乙酮生產(chǎn)尾氣中甲乙酮和仲丁醇吸附劑QMS-01的研制及應(yīng)用.化工環(huán)保,2004,24：359-361.

[4]周廣林,周紅軍,吳全貴.甲乙酮裝置尾氣中氫氣凈化吸附劑的工業(yè)應(yīng)用.石油煉制與化工，2012,43（2）：51-53.

[5]周廣林,周紅軍,孔海燕等.吸附法脫除甲乙酮裝置尾氣中的甲乙酮和仲丁醇.天然氣化工,2004,29（1）：53-56.

[6]秦洋,曹漢中,吳雙九.采用吸附技術(shù)回收甲乙酮裝置尾氣中的氫氣.齊魯石油化工,2011,39（3）：215-218.

[7]孫義蘭.化工流程模擬實訓(xùn)-Aspen Plus教程.化學(xué)工業(yè)出版社,2012,8：67-71.