脱蜡油溶剂回收系统核算与优化.doc

脱蜡油溶剂回收系统
核算与优化

一、前言:
本课题以茂石化公司南方高级润滑油公司重质脱蜡油回收系统工艺过程为基础，进行系统的物料、能量及部分设备的工艺核算，为装置技术革新、工艺改造提供理论依据。
系统油品：轻质减压馏份(减二或减三含蜡油)
系统所用溶剂：甲苯、丁酮(甲基乙基酮)
溶剂回收系统的目标是：
以最少的热量回收所有的溶剂;
并保证脱蜡油不含溶剂。
溶剂回收系统的原理过程：过滤所得的滤液(脱蜡液)，经回收冷量后，进入本系统之后，经换热系统加热进入三效蒸发系统的低压塔，蒸出部分溶剂；塔底液体经泵增压后再经换热进入中压塔，蒸出部分溶剂；塔底液体经加热炉加热，送入高压塔，进一步回收溶剂。高压塔底油中还含有少量的溶剂，直接压送到闪蒸塔，蒸出少量的溶剂；闪蒸底油自流至汽提塔中，经水蒸汽或氮气汽提。闪蒸塔底得不含溶剂的脱蜡油，经换热冷却送出装置。前四个塔顶的溶剂均为干溶剂，经换热、冷却后合并返回结晶系统循环使用；汽提塔回收的溶剂若以水蒸汽汽提则为含水溶剂，需进一步回收，此处不加以叙述。

二、原始基础数据
系统工艺流程示意图见附-1
系统工艺操作及系统设备结构参数，取自现场标定数据。

装置物料平衡:
入 方
出 方
项目
流量kg/h
百分率%
项目
流量kg/h
百分率%
原料油
21545
100
脱蜡油
8873
41.2

含油蜡
12672
58.8
合计
21645
100
合计
21545
100

脱蜡油性质数据
项目
单位
测定值
相对密度

0.8852
比色

3.5
粘度
40℃ mm2.s-1
143.0

100℃ mm2.s-1
14.41
闪点(开口)
℃
280
凝点
℃
-4.9
残炭
%
0.13
酸值
mgKOH/g
0.029
溶剂含量
%
微量
苯胺点
℃
115.4
馏程
HK
414

2%
469

10%
505

30%
534

50%
545

70%
560

90%
575

溶剂组成
项目
采样地点
相对密度
溶剂含量%(重)
溶剂组成
水
丁酮
甲苯
装置进料
0.8395
84.90
0.27
52.61
47.12
塔501顶
0.8236
99.4
0.47
60.54
38.87
塔501底
0.8450
80.21
0.15
47.34
52.52
塔502顶
0.8310

0.33
55.95
43.71
塔502底
0.8569
68.76
0.07
34.89
65.04
塔503顶
0.8435

0.12
38.71
61.18
塔503底
0.8823
7.4

塔504顶

塔504底
0.8825
4.0

塔505底
0.8845
0.017

塔类操作数据
设备
进料温度
塔顶温度
塔底温度
塔顶压力
塔501
109
108

0.08
塔502
130
129

0.16
塔503
205
203
204
0.26
塔504
204
196
198
0.01
塔505
198
174
188
-0.01

加热炉:
滤液进炉温度128℃,计出炉温度206℃
过热蒸汽: 750kg/h, 进炉温度135℃, 出炉温度343℃
燃料气温32℃,烟气温度247℃

换热器
设备名称
换热器型号

介质
程别
温度

面积
换512
FA700-160-16-4
热
T501顶剂二次
壳程
108
60
160
冷
滤液
管程
29
50

换513
FB900-240-16-4Ⅱ
热
T501顶剂一次
壳程
108
107
240
冷
滤液
管程
50
84

换514/1
FB-600-90-16-2
热
T503顶剂三次
壳程
119
93
90
冷
滤液
管程
84
92

换514/2
FB600-90-16-2
热
T503顶剂二次
壳程
149
119
90
冷
滤液
管程
92
104

换515/1.2
FB900-240-16-4Ⅱ
热
T502顶剂一次
壳程
129
114
240*2
冷
滤液
管程
104
109

换516
FA700-160-16-4
热
T505油一次
壳程
188
122
160
冷
T501底滤液
管程
108
122

换517
FLA1000-345-16-4
热
T503顶剂一次
壳程
202
146
345
冷
T501底滤液
管程
122
130

机泵数据
流程号
泵名称
介质流量
m3/h
介质温度
℃
压力KPa
电流A

进口
出口
额定电流
实际电流
电压
泵507
滤液泵
68.215
-13
20
1600
141
85
393
泵518
塔501底
52.301
108
150
1200
56
38
393
泵519
炉进料泵
35.501
129
230
1700
131
34
393
泵521
脱蜡油泵
12.00
186
50
1000
26
18.8
393

数据来源说明：
1、 该数据来自94年8月23日装置实际操作数据
2、 脱蜡装置处理原料为大庆减四线糠醛精制馏分油，产品作为白土精制原料。
3、 脱蜡装置处理量为：517.9吨/天，其中蜡液脱蜡油收率为8873kg/小时

三、物料平衡、能量平衡、工艺计算

1、 装置物料平衡 流量单位kg/h
物 流 甲苯 丁酮 油 水
入 脱蜡液 23510.0 26255.0 8875.0 135.0
汽提水蒸汽 430.0
方 合 计 23510.0 26255.0 8875.0 565.0
脱蜡油 8874.3
出 T201顶 4206.7 9619.0 0.1 120.3
T202-1顶 6880.7 10046.5 0.1 14.0
T202-2顶 11786.7 6495.4 0.2 0.7
T203顶 412.1 83.1 0.1
T204顶 223.8 11.0 0.2 430.0
方 合 计 23510.0 26255.0 8875.0 565.0

– 装置物料及单体设备物料平衡
略
2、装置能量平衡
– 装置能量平衡及单体设备能量平衡
略
3、装置设备工艺核算
– 主要校验换热器传热面积
略
四、计算结果分析
1、产品质量影响因素分析
- 水蒸汽汽提
T204为汽提塔，汽提蒸汽用量增大，产品含溶剂越少，质量越高，水蒸汽汽提，产生含水溶剂，对结晶系统产生不良影响，溶剂回收困难。
- 干式蒸馏
经灵敏度分析，干式闪蒸除溶剂效果较差，
在197℃，10KPa时，产品中含甲苯21kg/h
4KPa时，产品中含甲苯8.5kg/h
- 氮气汽提
197度，50kg/h 氮气时，产品含甲苯2.8kg/h
150kg/h 0.05kg/h
270kg/h 0.001kg/h

2、能耗影响因素分析
塔202-1压力对装置能耗灵敏度分析
T202-1 炉负荷 T2021顶 T2022顶 T202-1
压力KPa cal/sec. 流量kg/h 流量kg/h 顶温
195 6.731+05 1.958+04 1.560+04 117
202 6.790+05 1.926+04 1.592+04 119
210 6.847+05 1.895+04 1.624+04 120
218 6.901+05 1.865+04 1.655+04 121
226 6.954+05 1835+04 1.685+04 123
233 7.004+05 1.806+04 1.714+04 124
241 7.054+05 1.777+04 1.744+04 125
249 7.101+05 1.749+04 1.772+04 126
257 7.147+05 1.721+04 1.800+04 127
265 7.192+05 1.694+04 1.828+04 129

五、结论
1、产品质量
干式闪蒸不能满足产品质量要求
水蒸汽汽提可保证产品质量，但产生含水溶剂。
氮气气提既可保证产品质量，又不产生含水溶剂。
2、装置能耗
T202-1压力对能耗影响较大， 压力越高，能耗越高。
保证T201进料有足够换热温差，尽可能降低T202-1操作压力。
T202-2压力对装置能耗影响较小
炉出口温度：195 -210℃。

Abstract:
Computing and Optimizing Energy of the System of Dewaxing Oil Recovery

All lube stocks, except those from a relatively few highly naphthenic crude oils, must be dewaxed or they will not flow properly at lower temperatures. Dewaxing is one of the most important and most difficult processes in lubricating oil manufacturing. Solvent dewaxing processes uses refrigeration to crystallize the wax and solvent to dilute the oil portion sufficiently to permit rapid filtration to separate the wax from the oil. The most widely used solvent dewaxing processes adopt mixtures of methylethylketone (MEK) and toluene as a solvent, while MEK is the extractive agent, toluene a solvent.
The whole solvent dewaxing process is very large and complicated, including crystallizing system, vacuum filtering system, refrigeration system, and recovery system and secure gas system, etc. The oil recovery system is the most important in the recovery system, as shown in figure 5. The system consists of three stage flash tower (T201, T202, T202/1), furnace (F201), flash tower (T203), stripper (T204) and cooling and heat exchanging system.
A great deal of Energy is needed in the recovery system. In order to recovering the energy, the system of three stages flash and heat exchanging is used. It should be assured that the system work good, or fuel is increased more, therefor, we must compute and optimize the process and energy of the system.

计算过程
ASPEN PLUS IS A TRADEMARK OF HOTLINE:
TBDEWAXXOIL
TABLE OF CONTENTS
COMPUTATIONAL SEQUENCE
----------------------
SEQUENCE USED WAS:
$OLVER10 T202-1 E224-1,2 T201 E223-1,2 E223 P223 P224 F201 T202-2 T203
| T204 E224-3,4 E224-5,7 E223-3 E224
(RETURN $OLVER10)

OVERALL FLOWSHEET BALANCE
-------------------------
*** MASS AND ENERGY BALANCE ***
IN OUT RELATIVE DIFF.
CONVENTIONAL COMPONENTS (KMOL/HR )
TOLUE-01 255.154 255.154 -0.511997E-07
METHY-01 364.109 364.109 -0.119326E-06
WATER 31.3724 31.3724 -0.257796E-07
PC411C 0.252534E-01 0.252534E-01 0.315986E-12
PC420C 0.785524E-01 0.785524E-01 0.205113E-12
PC441C 0.156287 0.156287 0.618025E-13
PC473C 0.357721 0.357721 0.806935E-14
PC496C 0.540711 0.540711 0.246392E-14
PC525C 0.538645 0.538645 0.618343E-15
PC555C 1.13816 1.13816 0.195091E-15
PC580C 3.68215 3.68215 0.482424E15
PC608C 3.05894 3.05894 0.299791E-12
PC633C 2.46347 2.46347 0.118888E-11
PC650C 0.183207 0.183207 0.220884E-12
TOTAL BALANCE
MOLE(KMOL/HR ) 662.858 662.859 -0.864742E-07
MASS(KG/HR ) 59205.0 59205.0 -0.734928E-07
ENTHALPY(CAL/SEC ) -0.801030E+07 -0.729015E+07 -0.899021E-01

ASSAY DATA ANALYSIS
------------------- ASSAY ID: DEWAXOIL
SPECIFIC GRAVITY 60F/60F 0.8852
API GRAVITY 28.3508
DENSITY GM/CC 0.8829
MOLECULAR WEIGHT MISSING

DISTILLATION CURVES
-------------------
PERCENT DISTILLED VERSUS TEMPERATURE, C
ASTM
PERCENT D86 TBP
DISTILLED LV PCT LV PCT
--------- -------- --------
0 414.0 408.4
5 482.5 493.1
10 505.0 532.2
30 534.0 575.7
50 545.0 5939
70 560.0 615.8
90 575.0 635.8
95 582.2 643.7
100 589.4 651.6
PRES KPA 101.3 101.3

PSEUDOCOMPONENT BREAKDOWN
-------------------------
ASSAY ID: DEWAXOIL
MOLE WEIGHT VOLUME
COMPONENT PERCENT PERCENT PERCENT
--------- ------------ ------------ ------------
PC411C 0.2066 0.1191 0.1286
PC420C 0.6426 0.3828 0.4116
PC441C 1.2786 0.8188 0.8717
PC473C 2.9266 2.0872 2.1896
PC496C 4.4236 3.3992 3.5296
PC525C 4.4067 3.6995 3.7950
PC555C 9.3115 8.5473 8.6602
PC580C 30.1245 29.7155 29.8063
PC608C 25.0259 26.5831 26.3857
PC633C 20.1542 22.8717 22.4866
PC650C 1.4988 1.7753 1.7345

PSEUDOCOMPONENT PHYSICAL PROPERTIES
-----------------------------------
PSEUDOCOMPONENT PROPERTY SUMMARY
COMPONENT NBP API SG MW TC PC
C C KPA
PC411C 410.5590 41.1341 0.8196 418.7472 553.6148 969.8831
PC420C 419.7259 40.3694 0.8233 432.5310 561.4516 950.2038
PC441C 440.6318 38.6748 0.8315 465.0142 579.2118 907.7088
PC473C 472.8325 36.1901 0.8438 517.8418 606.2736 8481094
PC496C 496.0323 34.4869 0.8524 557.9318 625.5600 809.0595
PC525C 524.6246 32.4798 0.8629 609.5547 649.0976 764.8631
PC555C 554.7980 30.4630 0.8736 666.4959 673.6715 722.3846
PC580C 580.2118 28.8390 0.8825 716.2300 694.1669 689.5401
PC608C 607.5250 27.1640 0.8918 771.2664 715.9968 656.9016
PC633C 633.0658 25.6592 0.9003 823.9883 736.2320 628.6233
PC650C 650.2616 24.6775 0.9060 860.0438 749.7620 610.6966

TBDEWAXXOIL
BLOCK: E223 MODEL: HEATX
-----------------------------
*** MASS AND ENERGY BALANCE ***
IN OUT RELATIVE DIFF.
TOTAL BALANCE
MOLE(KMOL/HR ) 824.748 824.748 0.000000E+00
MASS(KG/HR ) 72721.5 72721.5 0.000000E+00
ENTHALPY(CAL/SEC ) -0.988004E+07 -0.988004E+07 0.000000E+00

*** INPUT DATA ***

FLOW DIRECTION AND SPECIFICATION:
COUNTERCURRENT HEAT EXCHANGER
SPECIFIED COLD OUTLET TEMP
SPECIFIED VALUE C 50.0000
LMTD CORRECTION FACTOR 1.00000
PRESSURE SPECIFICATION:
HOT SIDE PRESSURE DROP KPA 0.0000
COLD SIDE OUTLET PRESSURE KPA 220.0000
DUTY AND AREA:
CALCULATED HEAT DUTY CAL/SEC 159688.2823
CALCULATED (REQUIRED) AREA SQM 13.8898

HEAT TRANSFER COEFFICIENT:
AVERAGE COEFFICIENT (DIRTY) CAL/SEC-SQCM-K 0.0229

LOG-MEAN TEMPERATURE DIFFERENCE:
LMTD CORRECTION FACTOR 1.0000
LMTD (CORRECTED) C 50.2958

BLOCK: E223-1,2 MODEL: HEATX
*** MASS AND ENERGY BALANCE ***
IN OUT RELATIVE DIFF.
TOTAL BALANCE
MOLE(KMOL/HR ) 824.748 824.748 0.000000E+00
MASS(KG/HR ) 72721.5 72721.5 0.200105E-15
ENTHALPY(CAL/SEC ) -0.944680E+07 -0.944680E+07 0.000000E+00
FLOW DIRECTION AND SPECIFICATION:
COUNTERCURRENT HEAT EXCHANGER
SPECIFIED COLD OUTLET TEMP
SPECIFIED VALUE C 84.0000
LMTD CORRECTION FACTOR 1.00000

PRESSURE SPECIFICATION:
HOT SIDE PRESSURE DROP KPA 0.0000
COLD SIDE OUTLET PRESSURE KPA 215.0000

DUTY AND AREA:
CALCULATED HEAT DUTY CAL/SEC 273544.6548
CALCULATED (REQUIRED) AREA SQM 37.7271
HEAT TRANSFER COEFFICIENT:
AVERAGE COEFFICIENT (DIRTY) CAL/SEC-SQCM-K 0.0201

LOG-MEAN TEMPERATURE DIFFERENCE:
LMTD CORRECTION FACTOR 1.0000
LMTD (CORRECTED) C 36.0089

PRESSURE DROP:
SHELLSIDE, TOTAL KPA 0.0000
TUBESIDE, TOTAL KPA 5.0000

*** ZONE RESULTS ***
ZONE HEAT TRANSFER AND AREA:
ZONE HEAT DUTY AREA DTLM AVERAGE U
CAL/SEC SQM C CAL/SEC-SQCM-K
1 706.822 0.1459 23.8650 0.0203
2 272837.832 37.5812 35.7600 0.0203

BLOCK: E223-3 MODEL: HEATX
-----------
*** MASS AND ENERGY BALANCE ***
IN OUT RELATIVE DIFF.
TOTAL BALANCE
MOLE(KMOL/HR ) 857.020 857.020 0.000000E+00
MASS(KG/HR ) 77058.4