焦化粗苯精馏工艺的优化设计.pdf

总第2 1 5期2023年第1 0 期专题讨论摘要：为解决当前焦化粗苯产品萃取精馅过程中存在的产品纯度不够、能耗高等问题，在对焦化粗苯精馏工艺进行简单概述的基础上,结合实践生产基于Aspen Plus构建了萃取精馏系统的模拟流程,并对模拟流程的准确性进行了综合验证。重点对T1204塔的操作参数包括进料位置、溶剂、塔顶压力等参数进行优化，最终达到了提升产品质量和降低能耗的目的。关键词：焦化粗苯；萃取精馏；进料位置；塔顶压力;AspenPlus中图分类号：TQ522文献标识码：A0引言炼焦为煤炭深加工的一种方式，在炼焦过程中会或多或少地产生副产品，对副产品的回收再利用不仅是对资源的充分利用，而且还能够减少对环境的污染。粗苯作为煤焦化过程中的副产品之一,其是焦炉煤气通过洗苯和蒸馏回收的产品，为得到高质量的粗苯产品，需要配套相应的精馏工艺-2 。对于当前焦化粗苯的精馏工艺存在能耗高、产品质量纯度不高的问题,本文将结合实践生产和理论模拟分析软件对焦化粗苯的精馏工艺进行优化设计。具体阐述如下。1焦化粗苯精馏工艺概述目前，焦化粗苯精馏萃取工艺包括有酸洗法、萃取法和加氢法。其中,酸洗法主要采用酸碱法和蒸馏法获取苯、甲苯等产品，该种工艺具有操作简单、成本低的优势；但是，该种工艺还存在产品回收率低、产品质量差的问题。萃取法的核心技术为萃取蒸馏技术，该种工艺具有成本低和产品质量好的优势；不足的问题是基于该种工艺所获取的甲苯、二甲苯的产品含有大量的硫氮 3。基于加氢法精制焦化粗苯对环境污染小且产品质量好，但是该种工艺存在成本高且对设备要求高的问题。综合分析当前可采用的焦化粗苯精馏工艺的优劣势，酸洗法和萃取法由于产品结构单一、成本高等问题已经逐步被淘汰，未来粗苯加氢精制工艺为主流发展趋势。因此,本文重点基于加氢法对焦化粗苯精馏工艺进行优化设计展开研究。基于加氢法的焦化粗苯精馏工艺流程如图1所示。一般情况下,加氢法的焦化粗苯精馏工艺操作条件为：将操作过程中的预反应器的温度设定至1 8 0 200之间,将操作压力设定为3.2 MPa,将主反应器的温度设定为32 0 350 之间，对应的操作压力为3.5 MPao收稿日期:2 0 2 3-0 1-0 4作者简介：段俊星，男，1 9 8 7 年出生，毕业于太原科技大学，本科，助理工程师，研究方向为化工安全。山西化工Shanxi Chemical Industry焦化粗苯精馏工艺的优化设计段俊星（山西焦煤山西焦化苯精制厂，山西洪洞0 41 6 0 0）氢气粗苯预加氢主加氢预精馏重芳经图1 基于加氢法的焦化粗苯精馏工艺流程图2焦化粗苯精馏工艺模型的搭建及验证本文所研究的焦化粗苯精馏工艺所采用的原料为全馏分粗苯，对应的产品种类包括有甲苯、重芳烃和化工轻油。从整体来讲，焦化粗苯精馏装置主要分为粗苯加氢和萃取精馏两个部分。其中,粗苯加氢工序的主要作用是将全馏分粗苯中的硫、氮、氧等杂物去除,为后续保证产品的质量和纯度奠定基础；从反应种类可分为加氢脱硫反应、加氢脱氮反应、加氢脱氧反应、烯烃饱和反应以及轻度的加氢裂化反应。萃取精馏工序的主要作用是获取更高纯度的甲苯和苯,具体包括有预精馏系统、萃取精馏系统和苯甲苯分离系统 4。本小节将基于 Aspen Plus模拟软件构建萃取精馏工序的模型,并对模型进行验证，为后续工艺参数的优化设计奠定基础。2.1流程构建以萃取精馏工序中的萃取精馏系统为例,该系统的工艺流程如图2 所示。根据图2 所示的萃取精馏系统的工艺流程图,基于Aspen Plus模拟软件所建立的该系统的模拟流程如图3所示。2.2流程的验证结合实践生产对图3中的模拟流程参数进行设置，包括T1202和T1203的进料组分、进料量、回流比、塔顶压力等 5。基于上述参数设置结果对T1202和T1203两个塔运行参数进行模拟并与实际运行数据进行对比。以T1203为例，通过模拟所得的运行数据与实际运行数据的对比结果如表1 所示。Total 215No.10,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.10.035文章编号：1 0 0 4-7 0 50(2 0 2 3)1 0-0 0 8 0-0 3纯茶精馏精馏化工轻油萃取纯茶甲苯2023年第1 0 期段俊星：焦化粗苯精馏工艺的优化设计81：分离过程中发现,非芳烃中的环已烷和甲基环已烷最E-1204补充溶剂T1202T1202米E-1203-AKELUB表1 T1203塔模拟运行数据与实际运行数据的对比塔顶对比项目实际运行模拟运行实际运行模拟运行数据数据NFM流量0苯流量/5 473.6(kg/h)甲苯流量/(kg/h)环已烷流量/(kg/h)甲基环已烷流量/(kg/h)总流量/(kg/h)温度/压力/kPa对比表1 中的数据可知,基于所构建的模型模拟分析的运行数据与其实际运行数据几乎一致，说明所构建的萃取精馏系统模型能够真实反应实际生产的情况。同理,对所构建的预精馏系统和苯甲苯分离系统的准确性进行验证,最终所得的全系统流程模型如图4所示。图4焦化粗苯精馏萃取模拟流程3焦化粗苯精馏工艺的优化本小节在上述模拟流程构建的基础上对T1204萃取精馏塔的操作参数进行优化，重点包括进料位置、溶剂比、塔顶压力以及回流比等。焦化粗苯精馏的最终目的是将其中的芳烃和非芳烃分离开来，在实际化工轻油E-1207V-1202P-1203P-1202图2萃取精馏系统工艺流程图RECYCLECOLVENTE-S0图3 萃取精馏系统的模拟流程图塔底数据数据5.2010-537 263.75 475.977.8937.6935.721.61.61.66 414.86 414.85555.1404011E-1209T1203P-1205P-120437263.778.684.583.7000037 42637 426163162.8424210204难分离从而导致其引人纯苯中，最终影响苯产品的质V-1203量。结合相关要求，苯中环已烷和甲基环已烷的质去T1204量分数要低于0.0 40 0%。因此，为了保证苯产品的纯度要求T1204萃取精馏塔中环已烷和甲基环已烷的出料量低于2.2 kg/h。以进料位置为例,不同进料位置对应的1 2 0 4精馏塔环已烷和甲基环已烷的出料量模拟结果如图5 所示。1.61.40.40.2015 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45E12045-1甲基环已烷1.61.40.40.215 17 19 21 2325 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45图5 不同进料位置对应甲基环已烷和环己烷的出料量如图5-1 所示，随着进料位置的下移,T1204萃取精馏塔甲基环已烷的出料量呈现为先减小后增大的变化趋势，且进料位置在2 3 时对应的甲基环已烷的出料量最低。如图5-2 所示，随着进料位置的下移，T1204萃取精馏塔环已烷的出料量呈现为逐渐增大的变化趋势；而且，当进料位置在1 7 3 7 的范围之内时环已烷出料量增长速度缓慢，当进料位置在3 9 以上的范围时环已烷出料增长速度明显增加。因此,综合图5 中的模拟仿真结果，最终将T1204萃取精馏塔的最佳进料位置确定为第2 3 块板，对应的环已烷和甲基环已烷的出料量最少，仅为0.1 2 kg/h。同理，对T1204萃取精馏塔的其余操作参数进行优化。其中，优化后的溶剂比为5.2 9；塔顶压力为135 kPa,回流比为1.2。4结语粗苯为煤炭炼焦过程中不可避免的副产品之一，对粗苯产品的再回收利用可以实现资源的重复利用，同时减少其对环境的污染。对于粗苯产品而言，需要采取一定的萃取精馏手段以获得高纯度的苯、甲苯等产品。本文重点针对焦化粗苯的萃取精馏工艺的操作参数进行优化。具体总结如下：进料位置进料位置5-2环已烷山西化工第43 卷1)目前,基于加氢法对焦化粗苯产品进行萃取精馏主要存在的问题为产品纯度不高、能耗高。2)基于模拟仿真分析,结合相关要求苯中环已烷和甲基环已烷质量分数低于0.0 40 0%的要求对T1204塔的操作参数进行优化，最终优化结果为：溶剂比为5.2 9,塔顶压力为1 3 5 kPa，回流比为1.2,进料位置为2 3。实践表明，优化后的操作参数每年可直接节约成本3 1.2 万元。Optimization Design of Coking Crude Benzene Distillation Process(Shanxi Coking Coal Shanxi Coking Benzene Refining Plant,Hongtong Shanxi 041600,China)Abstract:In order to solve the problems of insufficient product purity and high energy consumption in the current extraction anddistillation process of coking crude benzene products,a simulation process of the extraction and distillation system was constructed basedon Aspen Plus in practical production,and the accuracy of the simulation process was comprehensively verified.The focus is on optimizingthe operating parameters of T1204 tower,including feed position,solvent,tower top pressure,etc.,ultimately achieving the goal of improvingproduct quality and reducing energy consumption.Key words:coking crude benzene;extraction distllation;feed position;tower top pressure;Aspen Plus(上接第6 8 页）Research on the Production Technology of Ammonia Alkali Method for Pure Soda(Soda Branch,Tangshan Sanyou Chemical Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063305,China)Abstract:In order to further explore the optimization path of ammonia alkali method soda ash production process,in this study,simulationexperiments were conducted to explore several main parameters in the production process,including absorption liquid concentration,absorption liquid temperature,gas inlet time,and gas absorption method,combined with a large amount of experimental analysis.Theoptimal parameters were preliminarily obtained.This study will provide certain reference for the optimization of technical parameters in theproduction process of ammonia alkali soda ash in the future.Key words:ammonia alkali method;soda production;process technology(上接第7 0 页）The Effect of Catalyst Activation Pressure on Fischer-Tropsch Synthesis Reaction(Shanxi Luan Chemical Group Coal Based Clean Energy Co.,Ltd.,Changzhi Shanxi 046200,China)Abstract:This article focuses on the impact of catalyst activation pressure on the Fischer Tropsch synthesis reaction,and designs a specificexperimental plan for research.The aim is to create and provide solid and effective experience reference support for technical and researchworkers in related fields.Key words:catalyst;activation pressure;Fischer Tropsch synthesis reaction;impact effect;research exploration(上接第 7 9 页)Study on the Effect of Titanium Dioxide on the Weathering Resistance of Outdoor PowderAbstract:Currently,the application of outdoor powder coating mainly for protection and decoration is becoming increasingly widespread,and the requirements for the weather resistance of outdoor powder coating are also increasing.The addition of titanium dioxide pigment inoutdoor powder coating determines the weather resistance of the coating,Based on this,starting from the quality and performance oftitanium dioxide,the impact of titanium dioxide type,surface treatment,and characteristics on the weather resistance of outdoor powdercoating is analyzed and studied.Key words:titanium dioxide;powder coating;coating;weather resistance;surface treatment参考文献1关红燕.焦化粗苯加氢精制萃取精馏工艺的改进与模拟 J.中国化工贸易,2 0 1 3,5(1 2):5 2-5 4.2祁新萍.煤矿企业中焦化粗苯精制工艺现状 J.煤炭技术，2 0 1 3,3 2(3):221-223.3李武东，朱志亮.剥离液精馏工艺的模拟计算与优化设计 J.化学工程,2 0 1 6,44(8):1 5-1 9.4马春旭，王俊文，张林香，等.焦化粗苯加氢精制工艺及催化剂研究进展 J.应用化工,2 0 0 8(1 1)：1 3 6 8-1 3 7 1.5曹德彧，张虽栓，张根明.焦化粗苯精制工艺的研究进展 J.应用化工,2 0 1 0(2):2 7 6-2 7 9.Duan JunxingHu YujieLiu XiaoqingCoatingsLi Ruirui,Xu Ran(Longbai Group Co.,Ltd.,Jiaozuo Henan 454006,China)