第２８卷第５期 ２００９年８月 石油化工应用 ＰＥＴＲ０ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＡＰＰＵＣＡ ｎＯＮ Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．５ Ａｕｇｕｓｔ．２００９ 重芳烃分离装置的逆流双效精馏 李玮，于文辉 （中国石油兰州石化公司助剂厂，甘肃兰州 ７３００６０） 摘要：对重芳烃分离装置中逆流双效精馏的特点进行了分析，利用ＣｈｅｍＣＡＤ软件对实际生产状况进行热量平衡计 算。结果表明，逆流双效精馏工艺流程通过精馏塔间的热集成，节能率达到４８．９％。 关键词：双效精馏；节能；重芳烃 中图分类号：ＴＱ０５１．８１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—５２８５（２００９）０５—００７４—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｋｗａｒｄ ｆｅｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ＬＩ Ｗｅｉ ＹＵ Ｗｅｎｈｕｉ （Ａ ｕｘｉｌｉａｒｉｅｓ Ｐｌａｎｔ ’Ｌａｎｚｈｏｕ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ， ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ ｏｆ ｂａｃｋｗａｒｄ ｆｅｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ａｒｏｍａｔｉｃｓ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ａｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｌｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＣｈｅｍＣＡＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎｓ，ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋｗａｒｄ ｆｅｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｉｓ ４８．９％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ；ｈｅａｖｙ ａｒｏｍａｔｉｃ 精馏是分离互溶液体混合物的最常用方法，也是 置上的推广应用提供案例和参考。 石油化学工业中最大的耗能操作，其能耗占石油化工 装置总能耗的６Ｏ％左右，精馏过程的节能往往是装置 １ 多效精馏的基本原理 节能降耗的关键点。针对精馏过程的节能技术历来受 普通精馏中，进料在塔底通过再沸器加热，物料气 到国内外许多学者的重视，以多效精馏为例，目前已开 化产生的上升蒸气在塔顶通过冷凝器冷凝；精馏塔内 展的理论研究有很多，但是对该技术的实际应用缺少 工业化实施的文献报导［１１。 本文简要介绍了多效精馏的节能原理，着重分析 并利用ＣｈｅｍＣＡＤ软件对经过操作优化的实际生产状 的上升蒸气与下降液体逆流接触，自动进行低沸点组 分蒸发和高沸点组分冷凝这样的传质传热过程，经过 分馏的物料分别在塔底和塔顶采出。 Ｑ ＋Ｑｆ＝Ｑ￣Ｑ ＋ｐ 式 （１） 了重芳烃分离装置中逆流双效精馏工艺流程的特点， 精馏塔的热量衡算式为 况进行热量平衡计算。对双效精馏技术在该装置应用 式（１）中，Ｑ 为再沸器的加热量，Ｑ 为进料带进的 的研究，能够为此类技术在我国石油化工行业大型装 热量，Ｑ 为塔顶采出物料带出的热量，Ｑ 为塔顶冷凝 收稿日期：２００９—０６—１８ 作者简介：李玮，男（１９８２～），甘肃人，助理工程师，北京化工大学应用化学系毕业，现就任于兰州石油公司助剂厂。 第５期 李 玮等重芳烃分离装置的逆流双效精馏 表１ 重整重芳烃组成及主要组分沸点 ７５ 器的冷却量，Ｑ 为塔底采出物料带出的热量。 精馏塔的节能原理就是回收热量Ｑ 、Ｑ 、Ｑ ，减少 热量Ｑｓ。根据对普通精馏热量回收利用的方式、途径 以及分离物系的不同，形成了不同的节能型精馏流程， 例如各种多效精馏流程、热泵精馏流程和热偶精馏流 程等。 多效精馏究其实质是在所需温差小于实际热源与 实际热阱之间温差的过程运用多效蒸发的原理，不仅 可以应用于单塔流程的扩展，也可以在多塔间流程的 优化改进中应用适宜的类型。多效精馏将前级塔顶冷 凝器与次级塔釜再沸器合二为一，即将前级塔顶蒸气 冷凝放出的热量用于次级釜液气化，每一个蒸发器称 为一效；通入一次蒸汽的蒸发器称为第一效，利用第一 效的二次蒸气作为加热源的蒸发器称为第二效，以此 类推［２１。多效精馏按照加热蒸气与过程物流的流向，分 为顺流型、平流型和逆流型【ｌ＿３Ｊ。图１为典型逆流双效精 馏流程的示意图。 低压塔 高压塔 案，方案中应用了逆流双效精馏工艺流程，相比较塔底 热量全部靠一次热源提供的常压普通精馏，该工艺中 的减压操作能够提高关键组分的相对挥发度，同时，逆 流双效精馏能够取得明显的节能效果。 ２．２流程特点 重芳烃预热后，先经脱轻塔分离均三甲苯、邻乙基 图１典型逆流双效精馏流程 甲苯等轻组分，脱轻塔塔底富含偏三甲苯的物料进入 偏三甲苯塔分离连三甲苯等重组分后，由塔顶采出高 纯度偏三甲苯，塔底采出物料去往后续流程。脱轻塔操 作压力约为０．０５ ＭＰａ（绝压），减压操作在提高关键组 ２逆流双效精馏的应用 ２．１技术方案 兰州石化公司重芳烃分离装置的原料是来自连续 分相对挥发度的同时降低了塔底温度，将脱轻塔塔釜 重整装置的Ｃ 重芳烃，其主要组分是Ｃ。Ｈ 同分异构 物料作为热阱；利用重关键组分相对挥发度较大，相比 体和少量Ｃ。。芳烃，重芳烃组成见表１。 较轻关键组分容易分离的性质，偏三甲苯塔采用０．２ 重芳烃分离装置在精馏分离重芳烃中的１，２，４一 ＭＰａ（绝压）的正压操作，提高了塔顶油气的温位，将其 三甲基苯（偏三甲苯）高纯组分（质量分数≥９９％）时， 作为脱轻塔重沸器的热源。 关键组分一１，２，３一三甲基苯（连三甲苯）和邻乙基甲苯 与典型的逆流双效精馏流程有所不同的是：装置 的沸点与１，２，４一三甲基苯（偏三甲苯）很接近，分别ｆ相 根据工艺需要，增加了偏三甲苯塔备用塔顶冷凝器 差６．７４℃和４．２０℃，相对挥发度小。因此，高纯度三甲 （Ｅ５）和脱轻塔备用塔底重沸器（Ｅ４），分别为偏三甲苯 苯同分异构体的分离工艺多采用精密精馏。如果采用 塔塔顶油气热源相对过量和不足的情况提供了调节手 常压顺序精馏，塔底热量均由蒸汽提供，塔顶热量靠冷 段，能够保证工艺参数受控、生产操作平稳。装置逆流 却器冷却取热，能量消耗很大且不便回收利用，因此该 双效精馏的工艺流程图（见图２）。 装置三甲苯分馏工艺选定了减压加压组合的技术方 ７６ 石油４￣＿ｖ－应用－２００９年 第２８卷 能耗高的状况得到了改善。利用ＣｈｅｍＣＡＤ软件模拟计 算实际操作条件下的热量平衡和两塔总热负荷，通过模 拟普通精馏的能耗，计算双效精馏的实际节能率。节能 率的定义式为 ：Ｊ一 ｃ＋ｑｓ 式（２） 式中，Ｅｓａｖ为节能率，ｐ为热负荷，下标１为双效 精馏，下标２为普通精馏 。 模拟计算条件为实际操作条件，进料温度１２０℃， 图２重芳烃分离装置逆流双效精馏流程图 ２．３应用效果 进料量为全负荷１２ ５００ ｋｇ，ｈ，进料组成详见表１，计算 结果（见表２）。 计算结果显示，偏三甲苯塔塔顶蒸气的冷凝潜 随着重芳烃分离装置为提升产品质量品级将偏三甲 热全部通过二效蒸发器——脱轻塔塔底重沸器（Ｅ１） 苯纯度由原来的＞／９９．０％（质量分数）提高到Ｉ＞９９．２％，该 回收利用，能够减少脱轻塔塔底加热所需蒸汽量的 工序关键组分的分离度要求更加苛刻，精馏能耗明显增 ８６．０％，使两塔总热负荷下降至４．０５４￣１０４ ＭＪ／ｈ，仅 加。装置根据来料的组成变化和组分间分离效果的要 为相同精馏效果下常压顺序精馏的５１．１％，节能率 求，进行了以操作调整为主的工艺优化，降低了脱轻塔 Ｅｓａｖ可达４８．９％，节能折合蒸汽约１０．５ ｔ，ｈ。 的回流温度，适度调整了两塔回流比，使偏三甲苯塔备 用塔顶冷凝器（Ｅ ）停用，实现油气热源全部换热回收， ３结论 表２常压顺序精馏和逆流双效精馏模拟计算比较 兰州石化公司重芳烃分离装置在顺序精馏的两塔 参考文献：１］高维平，杨莹，张吉波，刘艳杰，等．４ｅ￣．ｘ－精馏高效节能技术 间，应用了减压加压组合的逆流双效精馏工艺流程，在 【偏三甲苯塔和脱轻塔间进行充分的换热操作，大幅度 开发及应用【Ｊ１．吉林化工学院学报，２００８，２５（３）：１－５． 降低了该工序精馏过程的能耗，取得了显著的节能效 果，节能率达到４８．９％。双效精馏技术在该装置的应 用，能够为此类节能型精馏技术工业化应用的设计和研 究解决应用中操作控制的共性问题提供案例和参考。 【２】冯霄．化工节能原理与技术【Ｍ】．（２版）．北京：化学．ｘ－．．１ｋ出版 社，２００４：８５—９１。１０４—１０９． 【３】王以清．双效精馏流程的节能分析【Ｊ］．化学工程师，２００２， （５）：４７—４９． 『４】张鹏，王琨，高维平，栾国颜．逆流双效精馏节能率的模拟研 究『Ｊ】．检测与控制装置，２００７，３４（３）：６７—７０．
