摘 要

本文是针对某炼油厂的气分装置进行工艺探索和节能改造，采用四塔工艺，利用流程模拟软件Aspen对气分装置进行了模拟，并完成了脱丙烷塔、脱乙烷塔、C4塔、丙烯塔的物料衡算和能量衡算。

论文主要研究了利用Aspen中的灵敏度分析工具，对丙烯塔的塔板数、回流比、进料位置参数进行优化，得到了塔板数为54块，回流比为3.58，进料位置为第36块塔板。在优化好的参数下，丙烯塔塔顶丙烯的摩尔纯度达到了99.8%。本文还对丙烯塔进行了设计计算，根据丙烯塔的模拟结果和相关资料，对丙烯塔的塔径、塔高、水力学参数、流体力学验算、符合性能图进行了计算，并汇总了丙烯塔计算参数一览表。按照最新的标准，对气分车间进行了布置，对流程中所产生的三废进行严格处理，达到相关的标准后，进行排放。

研究结果表明：本设计节能环保、经济可行。对于炼油厂以多来源LPG为原料的气体分馏装置的设计及操作优化具有重要的指导意义和参考价值。

本文的特色：在这两种衡算的基础上，对整个流程进行了换热网络的设计，通过各物流之间的热交换，得到了总费用最少的换热网络。

关键词：气分装置；四塔工艺；Aspen；灵敏度分析

ABSTRACT

This article is to carry out process exploration and energy-saving transformation of the gas separation unit of an oil refinery, using a four-tower process, using the process simulation software Aspen to simulate the gas separation unit, and completed the depropanizer tower, deethanizer tower, C4 tower The material balance and energy balance of the propylene tower.

Using the sensitivity analysis tool in Aspen, the number of trays, reflux ratio, and feed position parameters of the propylene tower were optimized. The number of trays was 54, the reflux ratio was 3.58, and the feed position was the 36th tray. Under the optimized parameters, the molar purity of propylene at the top of the propylene tower reached 99.8%. In this paper, the design calculation of the propylene tower is also carried out. According to the simulation results and relevant data of the propylene tower, the tower diameter, height, hydraulic parameters, fluid mechanics calculation, and performance map of the propylene tower are calculated, and the propylene tower is summarized List of calculation parameters. In accordance with the latest standards, the gas distribution plant was laid out, and the three wastes generated in the process were strictly treated and discharged after reaching the relevant standards.

In short, this design is energy-saving, environmentally friendly and economically feasible. It has important guiding significance and reference value for the design and operation optimization of the gas fractionation unit of multi-source LPG as the raw material in the refinery.

On the basis of these two calculations, the heat exchange network is designed for the entire process. Through the heat exchange between the logistics, the heat exchange network with the least total cost is obtained.

Keywords: gas separation plant; four-tower process; Aspen; sensitivity analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1设计背景及意义 1

1.2气体分馏的原理 1

1.3工艺流程 2

1.3.1三塔流程 2

1.3.2四塔流程 3

1.3.3五塔流程 3

1.4气分装置国内发展状况 4

1.4.1 国内气分装置生产情况 4

1.4.2气分装置计算机模拟应用研究进展 4

1.5本文的研究内容和意义 5

第2章 原料及产品方案 6

2.1装置组成 6

2.2原料 6

2.3产品及副产品 6

第3章工艺流程的模拟 8

3.1模拟软件的概述 8

3.2 Aspen模拟的气分装置流程图 8

3.3工艺流程解读 8

3.4模拟参数灵敏度分析 9

3.4.1 各塔回流比优化 9

3.4.2丙烯塔T104的灵敏度分析 11

第4章 模拟结果 15

4.1概述 15

4.2物料衡算 15

4.3能量衡算 16

4.3.1热量衡算原则 16

4.4各个设备的模拟结果 17

4.4.1 C3、C4分离塔 17

4.4.2 C4精馏塔 17

4.4.3脱乙烷塔 17

4.4.4 丙烯精馏塔 18

第5章 丙烯塔的设计计算 18

5.1塔设备概述 18

5.2设计标准与依据 18

5.3塔设计方法 19

5.3.1设计思路 19

5.3.2设计参数 20

5.4丙烯精制塔结构计算 20

5.4.1工艺数据： 20

5.4.2塔径计算 20

5.4.3溢流区设计 22

5.4.4开孔区设计 23

5.5流体力学校核 25

5.5.1计算气相压降 25

5.5.2漏液的验算 26

5.5.3液泛的验算 26

5.5.4液沫夹带验算 27

5.6塔板负荷性能图 28

5.6.1液沫夹带上限线 28

5.6.2液泛线 29

5.6.3液相负荷上限线 30

5.6.4气相负荷下限线 30

5.6.5液相负荷下限线 30

5.7 丙烯塔设计参数一览表 31

第6章 车间设备布置设计 32

6.1设计依据 32

6.2车间布置设计的原则 32

6.2.1车间设备布置的原则 33

6.3气体分馏车间的设备布置 33

6.3.1分离车间布置 33

第7章设计总结 34

参考文献 35

附录 37

致 谢 52

第1章 绪论

1.1设计背景及意义

近年来,随着下游丙烯产品的加速发展，我国对丙烯的需求也迅速增加。丙烯下游前十名产品如聚丙烯(PP)、环氧丙烷(P0)、环氧氯丙烷(ECH)、正丁醇、异丁醛、辛醇、丙酮、丙烯腈、丙烯酸等的需求增长从增长率来看，2014 - 2017年丙烯需求复合增长率为12.1%。2019年，中国下游十大丙烯产品的丙烯总需求量约为4200万吨。同时，从我国近10年丙烯进口情况来看，除2010年和2015年外，我国丙烯进口较前一年略有下降，其余年份丙烯进口均呈增长趋势。

目前，国内已有数百种大型和小型气体分馏装置。根据2010年原油加工量4.2亿吨计算，天然气分馏装置总处理能力接近5000万吨。煤气分馏装置已投入运行，影响了生产的经济效益。主要因素是产品产量和工艺操作成本。气体分离设备有一个漫长的过程,由于高纯度精制丙烯产品的需求,还有很多分离阶段对应于脱丙烷塔塔、脱乙烷塔塔和精制丙烯塔(尤其是精制丙烯塔板的数量在200年到240年之间层)),高回流比和高能源消耗的设备;由于脱乙烷塔顶部排气中夹带的丙烯和精制丙烯塔底部的丙烷产物，要最大限度地提高丙烯产量，就必须严格控制丙烯含量。由此可见，平衡产品质量、产品收率与能耗之间的矛盾是气体分离装置优化运行的核心。要解决这个矛盾，光有经验是不够的。利用过程模拟技术等先进技术，全面、定量、及时地了解生产过程的细节，进而优化操作。此外,由于重油平衡和其他原因,炼油厂的催化裂化装置的负载一直保持在110%以上很长一段时间,和负载率的气体分离装置的处理能力一直保持在110%以上很长一段时间,给操作带来更大的困难和需要深入了解设备。

1.2气体分馏的原理