郭湘波， 王　瑾

(中國石化 石油化工科學(xué)研究院， 北京 100083)

分隔壁塔分離苯和乙烯烷基化產(chǎn)物的模擬

郭湘波， 王瑾

(中國石化 石油化工科學(xué)研究院， 北京 100083)

摘要：研究了分隔壁精餾塔在分離苯和乙烯烷基化產(chǎn)物中的應(yīng)用。采用Aspen Plus的Petlyuk模塊對分隔壁精餾塔進(jìn)行了模擬計(jì)算。首先采用等效三塔簡捷模型計(jì)算分隔壁精餾塔的分壁段、主塔塔板數(shù)等參數(shù)，以此為基礎(chǔ)，采用Petlyuk模型對分隔壁精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，再采用Aspen的模型分析工具確定塔的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明，對于乙烯和苯烷基化產(chǎn)物體系，采用分隔壁精餾塔分離的最佳參數(shù)為主塔理論塔板數(shù)58塊、預(yù)分段理論塔板數(shù)25塊，上、下端互聯(lián)位置分別在15板、40板，進(jìn)料位置在第10塊板(預(yù)分段)，側(cè)線乙苯抽出位置在第24塊板(基于主塔)，主塔回流比1.3，互聯(lián)物流液體流量500 kmol/h，氣體流量950 kmol/h。在此參數(shù)下，計(jì)算得到的側(cè)線采出乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.92%，滿足乙苯產(chǎn)品的純度要求。

關(guān)鍵詞：分隔壁精餾塔； 苯； 乙烯； 烷基化產(chǎn)物； 模擬

乙苯作為生產(chǎn)苯乙烯的中間體，其生產(chǎn)工藝主要有苯和乙烯的液相法[1-2]、氣相法[3]及干氣法[4-5]。乙苯生產(chǎn)裝置主要由烷基化部分、烷基轉(zhuǎn)移部分及產(chǎn)物分離部分組成。其中，分離過程通常采用順序分離方法，將苯、乙苯、多乙苯等烷基化產(chǎn)物依次分離[6]，從而得到高純度的乙苯產(chǎn)品。工業(yè)實(shí)踐表明，乙苯裝置的能耗主要集中在烷基化產(chǎn)物的精餾過程中，因此研發(fā)新的烷基化產(chǎn)物分離技術(shù)以降低設(shè)備投資和能耗，是提高乙苯裝置經(jīng)濟(jì)性的主要措施。

近年來，隨著節(jié)能降耗的要求和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，分隔壁精餾塔(Dividing wall column，DWC)作為一種新型的節(jié)能精餾裝置受到越來越多的關(guān)注[7-10]。在精餾塔內(nèi)合適的位置插入一個(gè)垂直的隔板(即分隔壁)，將精餾塔的中部分成兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，一側(cè)為進(jìn)料的預(yù)分離區(qū)，另一側(cè)為輕組分的提餾段和重組分的精餾段。進(jìn)料從分隔壁的一側(cè)進(jìn)入預(yù)分離區(qū)，而從分隔壁的另一側(cè)采出側(cè)線產(chǎn)物。通常采出的側(cè)線產(chǎn)物是三組分混合物中的中間沸點(diǎn)組分，輕組分和重組分則分別由分隔壁精餾塔的塔頂和塔底采出。相比于多組分的直接順序分離技術(shù)，分隔壁精餾塔可降低30%以上的能耗[11-14]。

隨著采用DWC分離各類物系研究的不斷深入[15-21], UOP公司已在其多篇專利中提出了采用分隔壁精餾塔分離烷基化產(chǎn)物的工藝[22-25]，表明DWC在烷基化工藝中的推廣應(yīng)用已成為可能。因此，尋找一種可行的模擬計(jì)算方法，對DWC在乙烯和苯烷基化產(chǎn)物分離過程中的設(shè)計(jì)和工業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要?；谶@一目的，筆者采用Aspen Plus軟件建立了DWC分離烷基化產(chǎn)物的數(shù)學(xué)模型，并通過靈敏度分析，優(yōu)化了分隔壁精餾塔各個(gè)參數(shù)，考察了分隔壁精餾塔分離烷基化產(chǎn)物的技術(shù)可行性。

1分隔壁精餾塔分離烷基化產(chǎn)物的數(shù)學(xué)模擬部分

1.1烷基化產(chǎn)物組成

表1為某40萬t/a乙苯裝置分離單元的進(jìn)料組成。在傳統(tǒng)的乙苯裝置分離單元中，來自烷基化反應(yīng)部分及烷基轉(zhuǎn)移部分的產(chǎn)物分別進(jìn)入分離單元中的苯塔。為簡化計(jì)算，將烷基化反應(yīng)產(chǎn)物及烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物合并為一股物流進(jìn)入DWC塔進(jìn)行分離。模擬條件為進(jìn)料溫度178℃、壓力570 kPa、進(jìn)料流量162673 kg/h；分離要求為塔頂產(chǎn)物中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.2%，塔底產(chǎn)物中乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%，側(cè)線采出乙苯產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%。

表1　乙苯裝置分離單元進(jìn)料組成

1.2分隔壁精餾塔的穩(wěn)態(tài)模型

圖1為分隔壁精餾塔Aspen穩(wěn)態(tài)模型。在流程模擬軟件Aspen Plus中沒有模擬分隔壁精餾塔(圖1(a))的模塊，為實(shí)現(xiàn)分隔壁精餾塔的模擬，可以采取兩種方法。一種是采用RadFrac模塊，建立由4個(gè)精餾塔組成的四塔模型，如圖1(b)所示。其中Tower 1僅帶有塔頂冷凝器而沒有再沸器，Tower 2、Tower 3沒有再沸器和冷凝器，Tower 4僅帶有1臺(tái)再沸器而沒有冷凝器。Tower 2和 Tower 3相當(dāng)于分隔壁精餾塔隔板兩側(cè)的精餾區(qū)，兩塔塔板數(shù)相等，Tower 1相當(dāng)于分隔壁精餾塔隔板上段的公共精餾段，Tower 4相當(dāng)于分隔壁精餾塔隔板下段的公共提餾段。由于該模型各模塊間參數(shù)高度耦合，故計(jì)算時(shí)收斂十分困難。Hao等[26]對采用該種模型的分隔壁精餾塔模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型的考察。另一種方法是采用MultiFrac模塊中的Petlyuk模型對分隔壁精餾塔進(jìn)行模擬。Petlyuk塔是一種非常規(guī)的完全熱耦合精餾塔系統(tǒng)，進(jìn)料預(yù)分餾塔下部的氣相和頂部的液相完全由主塔提供，因此整個(gè)系統(tǒng)僅需要一臺(tái)再沸器和冷凝器，如圖1(c)所示。從熱力學(xué)角度來講，DWC可看作是將Petlyuk塔的預(yù)分餾塔整合到主塔內(nèi)部，如果忽略通過分割壁的熱量傳遞，兩者在熱力學(xué)上等效[27-28]，因此可使用Petlyuk模型對其進(jìn)行模擬計(jì)算。Petlyuk塔的計(jì)算包括快捷計(jì)算和嚴(yán)格計(jì)算，快捷計(jì)算可為Petlyuk塔的嚴(yán)格計(jì)算提供初始數(shù)據(jù)。

圖1　分隔壁精餾塔Aspen穩(wěn)態(tài)模型

圖2為對Petlyuk塔進(jìn)行快捷計(jì)算的簡化模型。Carlberg等[29-30]在設(shè)計(jì)帶有側(cè)線汽提和側(cè)線精餾復(fù)雜塔的基礎(chǔ)上提出計(jì)算全熱耦合塔最小回流比的方法，并采用3個(gè)簡單精餾塔分離序列對Petlyuk塔進(jìn)行快捷計(jì)算，如圖2(a)所示。Amminudin等[31-32]利用平衡級的概念，設(shè)計(jì)出一種對Petlyuk塔進(jìn)行快捷計(jì)算的新方法。Nelly等[33]提出一種帶有部分冷凝和部分再沸的等效三塔模型，可對Petlyuk塔進(jìn)行快捷計(jì)算，如圖2(b)所示。

圖2　對Petlyuk塔進(jìn)行快捷計(jì)算的三塔等效簡化模型

1.3分隔壁精餾塔的簡捷計(jì)算

與Carlberg的三塔模型(見圖2(a))相比，Nelly的三塔模型(見圖2(b))中對第1個(gè)預(yù)分塔設(shè)置再沸器和冷凝器，減少了設(shè)計(jì)的自由度并簡化了計(jì)算[33]，因此筆者采用Nelly提出的與全熱耦合精餾塔等價(jià)的三塔模型對Petlyuk塔進(jìn)行快捷計(jì)算。圖2(b)中，液相看作來自Tower 1頂部冷凝器的回流，氣相可看作來自Tower 2底部再沸器的氣態(tài)物料。乙苯混合物從Tower 1(相當(dāng)于分隔壁精餾塔的預(yù)分餾段)中部進(jìn)入，進(jìn)料混合物中輕組分如烷烴、苯、水和甲苯從Tower 1頂采出，重組分如多乙苯、丁苯及重芳烴從塔底采出，而乙苯作為中間組分一部分隨輕組分從塔頂采出，另一部分隨重組分由塔底采出。對于由Tower 1進(jìn)入Tower 2的氣體，輕組分烷烴、苯、水和甲苯由塔頂采出，中間組分乙苯由塔底采出。由Tower 1進(jìn)入Tower 3的液體，中間組分乙苯由塔頂采出，重組分多乙苯、丁苯及重芳烴則由塔底采出。

在對Petlyuk塔進(jìn)行快捷計(jì)算時(shí)，應(yīng)滿足以下3點(diǎn)要求。(1)Tower 3精餾段頂部氣相流量等于Tower 2提餾段底部的氣相流量；(2)Tower 2塔釜產(chǎn)物的組成與塔Tower 3塔頂產(chǎn)物的組成基本相同，至少乙苯純度相同；(3)Tower 3精餾段與Tower 2提餾段塔板數(shù)的總和應(yīng)與Tower 1的塔板數(shù)相等。三塔的快捷計(jì)算可使用不同的熱力學(xué)方程，也可直接通過Aspen軟件中的簡捷精餾計(jì)算模塊DSTWU完成。筆者首先利用DSTWU模塊計(jì)算Tower 1、Tower 2、Tower 3 三個(gè)塔的最小汽相流率，并計(jì)算出乙苯在Tower 1頂部氣相和底部液相量中的最佳分配比例，最終確定各塔合適的進(jìn)料板位置、理論塔板數(shù)、回流比等參數(shù)。

1.4分隔壁精餾塔的嚴(yán)格模擬

快捷計(jì)算得到的三塔流程中Tower 1的塔板數(shù)即為DWC隔板左側(cè)預(yù)分段的塔板數(shù)，DWC的總塔板數(shù)為Tower 2、Tower 3的塔板數(shù)之和。Tower 2、Tower 3的氣相進(jìn)料和液相進(jìn)料位置相當(dāng)于 DWC中連接物流的位置，Tower 2的塔板數(shù)相當(dāng)于DWC側(cè)線出料塔板。Tower 1塔頂液相回流的流量為DWC主塔與預(yù)分段上部連接處液相物流的流量，Tower 1塔底氣相的流量即為DWC主塔與預(yù)分段下部連接處的汽相物流的流量。

參考Petlyuk塔的快捷計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步利用MultiFrac模塊中的Petlyuk模型對分隔壁精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格模擬，并利用靈敏度分析模塊，分別對各過程變量如回流比、進(jìn)料板位置等參數(shù)進(jìn)行調(diào)試、優(yōu)化，以確定DWC分離烷基化產(chǎn)物的最佳參數(shù)和操作條件。

2結(jié)果與討論

2.1分隔壁精餾塔系統(tǒng)快捷計(jì)算結(jié)果

根據(jù)1.3節(jié)中的方法，對分離組成如表1所示的烷基化液的DWC系統(tǒng)進(jìn)行了快捷計(jì)算，得到Petlyuk塔中主塔的塔板數(shù)58，分隔壁即預(yù)分段的塔板數(shù)25，分隔壁頂部即預(yù)分段頂部和主塔的互聯(lián)位置為12，分隔壁底部即預(yù)分段底部和主塔的互聯(lián)位置為37，進(jìn)料位置和側(cè)線出料位置分別為第15塊塔板(基于預(yù)分段)和第28塊板(基于主塔)。計(jì)算得到的主塔回流比為1.4，塔頂溫度113℃，預(yù)分段的塔頂溫度為118℃。Aspen計(jì)算流程示于圖3。

圖3　DWC快捷計(jì)算的Aspen模型

2.2操作條件對分隔壁精餾塔分離效果的影響

參考2.1節(jié)中得到的快捷計(jì)算結(jié)果，以預(yù)分塔Tower 1頂部回流量及底部再沸器蒸氣量為初值，在Petlyuk模型中分別設(shè)定進(jìn)入預(yù)分段上部的物流及進(jìn)入預(yù)分段底部的物流的初始值，即初值為580 kmol/h，初值為920 kmol/h，即可利用MultiFrac模塊中的Petlyuk模型進(jìn)行嚴(yán)格模擬計(jì)算。在計(jì)算收斂后，進(jìn)一步利用Aspen Plus的模型分析工具(Model analysis tools)中的靈敏度分析(Sensitivity)對塔的各操作變量如塔板數(shù)、回流比、進(jìn)料板位置等參數(shù)進(jìn)行調(diào)試、優(yōu)化，最終確定DWC分離烷基化產(chǎn)物的最佳參數(shù)和操作條件。

2.2.1回流比的影響

利用靈敏度分析模塊考察質(zhì)量回流比對塔頂采出苯、側(cè)線采出乙苯及塔釜多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果示于圖4。由圖4可見，由于苯的沸點(diǎn)與乙苯的沸點(diǎn)相差較大，易于分離，故當(dāng)回流比高于1時(shí)，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以穩(wěn)定保持在99.2%以上，雜質(zhì)的主要成分為甲烷、乙烷、水、甲苯及C3～C6的非芳烴類；當(dāng)回流比增大時(shí)，側(cè)線采出乙苯的純度明顯提高，而塔釜多乙苯中的乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低；當(dāng)回流比大于1.25時(shí)，采出的乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到99.91%以上，塔釜多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.5%以下；回流比高于1.3后，側(cè)線乙苯純度及塔釜乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不隨回流比的變化而改變，且過大的回流比會(huì)增加塔底再沸器及塔頂冷凝器的熱負(fù)荷。因此考慮到循環(huán)苯純度、產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能幾方面的因素，DWC最佳回流比可確定為1.3。

圖4　質(zhì)量回流比對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、

2.2.2進(jìn)料位置的影響

烷基化產(chǎn)物進(jìn)料位置(基于預(yù)分段)對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、側(cè)線采出乙苯及塔釜多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響示于圖5。由圖5可知，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不隨進(jìn)料位置的改變而變化，而側(cè)線采出的乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨進(jìn)料位置的下移呈現(xiàn)出先增加、再降低的趨勢。當(dāng)進(jìn)料位置在第8塊板之前時(shí)，苯會(huì)過多地進(jìn)入中間組分乙苯中，降低了乙苯濃度；隨著進(jìn)料位置下移，乙苯中輕組分苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降，使得乙苯純度不斷提高；當(dāng)進(jìn)料位置處于第13塊板之后，隨著進(jìn)料位置下移，乙苯產(chǎn)品中二乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，造成乙苯純度又逐漸降低。在預(yù)分段第8～13塊板進(jìn)料時(shí)，側(cè)線乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到并保持在99.94%。塔底多乙苯中乙苯的含量則隨進(jìn)料板位置的下移保持逐步降低的趨勢；在進(jìn)料位置位于第8塊板之前時(shí)，其降低的趨勢十分明顯，之后則基本變化不大?？紤]到3個(gè)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情況，進(jìn)料位置選擇在第10塊塔板為佳。

圖5　進(jìn)料位置對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、側(cè)線采出

2.2.3側(cè)線出料位置的影響

側(cè)線出料位置(基于主塔)對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、側(cè)線采出乙苯及塔釜多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響示于圖6。圖6中第15塊板處為分隔壁頂端與主塔的互聯(lián)位置。由圖6可以看出，當(dāng)側(cè)線出料位置位于互聯(lián)位置以上時(shí)(意味著DWC右側(cè)無輕組分苯的提餾段)，無論是塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)還是乙苯產(chǎn)品純度都較低；只有當(dāng)側(cè)線出料位置位于互聯(lián)位置以下時(shí)，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和乙苯產(chǎn)品純度才會(huì)明顯增加。這表明當(dāng)DWC右側(cè)無輕組分的提餾段時(shí)，無論是作為輕組分的苯，還是作為產(chǎn)品的中間組分乙苯，其純度都無法達(dá)到規(guī)定值。當(dāng)側(cè)線出料位置位于第22～28塊板時(shí)，苯及乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較高；而當(dāng)側(cè)線出料位置位于第28塊板以后時(shí)，乙苯中二乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，使得側(cè)線采出的乙苯純度開始逐漸降低，此時(shí)塔底多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)開始迅速增加。這表明當(dāng)DWC右側(cè)重組分的精餾段高度逐漸降低時(shí)，中間組分乙苯在塔底的濃度和重組分在側(cè)線采出產(chǎn)物中的濃度均受到明顯影響。因此，考慮到3個(gè)組分純度的變化規(guī)律，側(cè)線出料位置選在第24塊板。

圖6　側(cè)線出料位置對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、

2.2.4互聯(lián)物流流量的影響

MultiFrac模塊的Petlyuk模型中互聯(lián)物流有4股，計(jì)算時(shí)需至少確定其中2股，即主塔的公共精餾段下端進(jìn)入預(yù)分段頂部的液體流率(相當(dāng)于圖2(b)中Tower 1塔頂液相的流量)和主塔的公共提餾段頂端進(jìn)入預(yù)分段底部的氣體流率(相當(dāng)于圖2(b)中Tower 1塔底氣相的流量)，才能進(jìn)行Petlyuk塔的模擬計(jì)算。選擇合適的初值進(jìn)行計(jì)算后，可以通過塔的靈敏度分析模塊對兩股互聯(lián)物流的流量進(jìn)行優(yōu)化，確定其最優(yōu)值。

(1)液相流量的確定

互聯(lián)液相物流的流量對DWC精餾效果的影響示于圖7。

由圖7看到，當(dāng)液相流量小于550 kmol/h時(shí)，隨流量的增加，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不變，保持在99.2%左右，側(cè)線抽出乙苯產(chǎn)品純度逐漸升高，最高可達(dá)99.94%，而塔底多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低；當(dāng)液相流量高于550 kmol/h后，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)緩慢降低，而側(cè)線抽出乙苯產(chǎn)品的純度則迅速下降，同時(shí)塔底多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加。為維持塔頂較高的苯純度及塔底較低的乙苯含量，同時(shí)在側(cè)線得到高純度的乙苯產(chǎn)品，液相流量應(yīng)維持在450～550 kmol/h之間較好，其最優(yōu)值為500 kmol/h。

圖7　液相L′的流量對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、

圖8　氣相的流量對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、

2.2.5互聯(lián)物流位置的影響

通過Aspen Plus靈敏度分析模塊，可以確定預(yù)分段上部或下部與主塔的互聯(lián)位置。當(dāng)預(yù)分段塔板數(shù)確定后，可通過一端的互聯(lián)位置確定另一端互聯(lián)位置是否處于合適范圍內(nèi)。

(1)上部互聯(lián)位置的確定

上部互聯(lián)位置對DWC精餾效果的影響示于圖9。由圖9可知，在上部位置位于第5～20塊板時(shí)，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和側(cè)線抽出乙苯產(chǎn)品的純度均可保持在較高的水平；在上部位置位于第5～12塊板時(shí)，塔底多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在0.1%以下，隨上部互聯(lián)位置繼續(xù)下移，其含量逐漸升高；當(dāng)上部互聯(lián)位置位于第20塊板后，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和側(cè)線抽出乙苯產(chǎn)品的純度迅速降低，且塔底多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也迅速增加。因此，上部互聯(lián)位置應(yīng)選擇在第20塊板前，第15塊板為最佳上部互聯(lián)位置。

圖9　上部互聯(lián)位置對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、

(2)下部互聯(lián)位置的確定

下部互聯(lián)位置對DWC精餾效果的影響示于圖10。

圖10　下部互聯(lián)位置對分隔壁精餾塔塔頂采出苯、

由圖10可以看出，隨下部互聯(lián)位置不斷下移，側(cè)線抽出乙苯產(chǎn)品的純度逐漸提高，塔底多乙苯物料中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降；在下部互聯(lián)位置位于第36塊板后，隨互聯(lián)位置繼續(xù)下移，側(cè)線抽出乙苯產(chǎn)品的純度和塔底多乙苯中乙苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本保持不變，塔頂采出苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不隨下部互聯(lián)位置的變化而變化，始終能維持在較高的水平。由于在DWC快捷計(jì)算時(shí)確定了預(yù)分段的理論塔板數(shù)為25，且選取第15塊板作為上部互聯(lián)位置，因此下部互聯(lián)位置為第40塊板。

2.2.6DWC嚴(yán)格模擬計(jì)算結(jié)果

根據(jù)2.2.1～2.2.5節(jié)中的計(jì)算結(jié)果，確定用于分離烷基化產(chǎn)物的DWC最佳參數(shù)為主塔理論塔板數(shù)58塊，預(yù)分段理論塔板數(shù)25塊，上端互聯(lián)位置為15，下端互聯(lián)位置為40，進(jìn)料位置為第10塊板(預(yù)分段)，側(cè)線乙苯抽出位置為第24塊板(基于主塔)，主塔回流比為1.3，互聯(lián)物流液體的流量為500 kmol/h，氣體的流量為950 kmol/h，主塔的溫度分布為120～237℃，預(yù)分段的溫度分布為140～185℃。根據(jù)這些參數(shù)對DWC進(jìn)行的嚴(yán)格模擬計(jì)算表明，塔頂苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.2%，側(cè)線采出乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.92%，塔底多乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，滿足乙苯產(chǎn)品的純度要求并達(dá)到多乙苯中殘留乙苯濃度的要求。

3結(jié)論

Aspen Plus流程模擬軟件中Petlyuk模型與分隔壁精餾塔是熱力學(xué)等效的，因此可以對分隔壁精餾塔進(jìn)行模擬計(jì)算。首先可通過三塔簡捷計(jì)算為Petlyuk塔的嚴(yán)格計(jì)算提供初始數(shù)據(jù)，然后采用Petlyuk模型對DWC進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，確定最佳工藝參數(shù)。

對于乙烯和苯烷基化產(chǎn)物進(jìn)行分離的分隔壁精餾塔，通過Petlyuk塔嚴(yán)格計(jì)算，確定的最佳參數(shù)為主塔理論塔板數(shù)58塊，預(yù)分段理論塔板數(shù)25塊，上端互聯(lián)位置為第15塊板，下端互聯(lián)位置為第40板塊，進(jìn)料位置為第10塊板(預(yù)分段)，側(cè)線乙苯抽出位置為第24塊板(基于主塔)，主塔回流比為1.3，互聯(lián)物流液體的流量為500 kmol/h，氣體的流量為950 kmol/h。在此參數(shù)下，計(jì)算得到的側(cè)線采出乙苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.92%，滿足乙苯產(chǎn)品的純度要求。

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Process Simulation for Separation of Alkylation Products ofBenzene With Ethylene by Dividing Wall Column

GUO Xiangbo， WANG Jin

(ResearchInstituteofPetroleumProcessing,SINOPEC,Beijing100083,China)

Abstract：Dividing wall column application for separation of alkylation products of benzene with ethylene was studied. The Petlyuk distillation model in Aspen Plus software was used to simulate the dividing wall column. The three-tower shortcut calculation of dividing wall column was carried out and the results were used as the initial value of rigorous simulation of Petlyuk model. The parameters and operation conditions of the column was optimized by sensitivity model. The results indicated that the optimal process parameters of the dividing wall column were that the numbers of theoretical stages of main column and prefractionator were 58 and 25, the top and bottom connection stages were 15 and 40, respectively, the feed entrance was at stage of 10 based on prefractionator, side withdrawing of ethylbenzene product was at stage of 24 based on main column, with the reflux ratio of 1.3, connection flows of liquid and gas of 500 kmol/h and 950 kmol/h, respectively, under which the optimal simulation results were obtained with an ethylbenzene product of 99.92%, meeting the requirement of downstream processing units.

Key words：dividing wall column; benzene; ethylene; alkylation products; simulation

收稿日期：2015-05-11

文章編號：1001-8719(2016)03-0597-08

中圖分類號：TQ028

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2016.03.022

第一作者： 郭湘波，男，高級工程師，博士，從事石油化工工藝開發(fā)方面的研究；Tel:010-82368724;E-mail:guoxb.ripp@sinopec.com

通訊聯(lián)系人： 王瑾，女，教授級高級工程師，碩士，從事化工工藝的開發(fā)；Tel: 010-82368492; E-mail:wangjin.ripp@sinopec.com