顺丁橡胶溶剂回收装置能量优化

黄超

国内顺丁橡胶溶剂回收装置是上世纪70年代自行设计的，采用的是三塔工艺，与四塔工艺相比，具有流程简单、投资少、操作弹性大、能耗较低等优点。但为了从根本上保证质量，当初的设计相对保守，对能耗的优化考虑较少。因此，为了降低能耗，对其能耗进行优化是十分必要的。

关键词：顺丁橡胶；溶剂回收；优化

1、工艺现状及存在的主要问题

该三塔工艺的简要流程如图1所示。来自原料罐区的溶剂油S1 通过进料泵自第4层塔盘(自上而下)进入脱水塔(T701)脱水，其中塔底物料S3因压差作用直接进入回收塔(T702)，塔顶物料S2则进入提浓塔(T703)。物料S2在提浓塔内精馏，其中丁二烯含量在90%以上的物料S4自塔顶送往丁二烯单体精制单元，而丁二烯含量极低的塔底物料S5经冷却降温后返回罐区循环利用。物料S3在回收塔内脱重，其中较轻组份S6自塔顶送往聚合使用，而重组份S7因产量较少，自塔底间歇排出。

当进料量S1的量一定时，若脱水塔顶物料S2中丁二烯含量降低，提浓塔底物料S5的量就会增大，而回收塔顶物料S6就会减少，从而增加系统内物料的循环量，浪费能源。目前，进料S1的量为25t/h，其中丁二烯含量为7%，物料S5的量约为4t/h，即约有16%的物料在体系中循环，造成能源的浪费。需要说明的是，该脱水塔共30层塔盘，而进料位置在第4层，即精馏段较短。如果通过增加精馏段的塔盘数，将会大大提高脱顶C4组份的含量，从而减少提浓塔底物料S5的循环量。文章就是通过提高脱水塔顶丁二烯含量进行优化，从而达到降低能耗的目的。

2、有关计算

2.1 计算依据

依据溶剂油和丁二烯的组成，通过PRO/Ⅱ模拟软件，按照理论塔盘进行计算。初始计算依据如下：脱水塔进料为25t/h，假设脱水塔回流量不变，以塔底C4含量和水值为1.0×10-7为判断质量合格的标准，然后通过增加理论板数，找出最佳进料位置，考察在各理论板数的最佳情况下，系统热、冷负荷的变化情况。

2.2模型建立

为了考察水值的情况，在进料前加入了水物流，通过混合器、分层罐除液相水后进入塔内，保证进料的代表性。根据经验，假设整体塔盘效率为75%，则上述30层塔盘的脱水塔理论板数为22层，进料位置在3层。以丁二烯为关键组份，设定塔底丁二烯含量为0.01ppm，回流量为4t/h。在压力与实际相同的情况下，行该模型，得到各组份在产物中含量以及各物流数据、塔底温度、塔顶C4含量等条件都与实际相符，结果符合要求。因些，可认为该模型可以使用。

2.3模拟比较

采用以上模型，每次增加2层理论板，查找最佳进料位置，在确保塔底物料质量合格和水值合格的情况下，得到物料S5的量和脱水塔的冷、热负荷与塔盘数的对应关系，随着塔盘数的增加，物流S5的量明显降低，脱水塔的冷、热负荷也逐步下降，热负荷的曲线斜率逐步变小，达到44层时曲线趋于水平，增加塔盘数对降低热负荷的效果不太明显。因此，下面将44层塔盘作为最优情况，与22层塔盘进行冷、热负荷比较。

在改变脱水塔塔盘数和进料位置时，脱水塔顶物料S2的减少和塔底S3的增加，也会影响到提浓塔和回收塔的负荷。为了考察这种改变对整套装置的影响，同样建立提浓塔(T703)和回收塔(T702)的模型。为了满足模拟条件，在建立回收塔模型时，引入了正辛烷组份，并且将其作为关键组份，塔顶该组份的含量不高于10ppm。假设脱水塔、提浓塔、回收塔底热负荷分别为E1、E2、E3，塔顶冷负荷分别为H1、H2、H3，在改变脱水塔塔盘数前后的对比。当然，达到提高脱水塔顶C4含量的途径并非只有增加塔盘数，提高回流比也同样可以达到目的。但在该情况下的回流量将明显增加，塔顶和塔底负荷不能降低，对降低能耗起不到作用。这当然不是我们想要的。

3、节能效果核算

由下表数据比较可以看出，在脱水塔改变前后的热单耗降低为：(0.1856-0.1423)/0.1856×100%=23.33%。

塔层数	E1	E2	E3	H1	H2	H3	产品量t	热单耗	冷单耗
22	1.3136	1.6781	0.6293	1.0679	2.1991	0.4454	19.505	0.1856	0.1903
44	1.0068	1.8522	0.4487	0.5599	2.4872	0.4456	23.25	0.1423	0.1502

改变前后整个系统的冷热负荷的对比（单位；兆卡/小时）

在脱水塔改变前后的冷单耗降低为：(0.1903-0.1502)/0.1903×100%=21.07%因此，按照本方案进行优化，单蒸汽一项可以节约23%以上，而冷负荷可节约21%以上。

结语：(1)提高脱水塔顶丁二烯含量，减少物料的循环浪费的优化方案是可行的。(2)如果k 该塔增加到60层实际塔盘，进料位置在第12层时，可以实现整套装置热负荷节约23%以上，冷负荷节约21%以上的节能效果。(3)虽然可以通过提高脱水塔的回流量来达到提高脱水塔顶丁二烯的含量，但不能达到整套装置的节能目的。(4)水值在本塔内比丁二烯更容易分离。(5)通过该模拟软件发现，要通过增加塔盘数要达到提高脱水塔顶丁二烯的含量的目的，单纯地增加脱水塔精馏段板层数是不可行的，精馏段和提馏段板层数比例在1∶5~1∶6 最佳。

参考文献：

[1]顺丁橡胶操作规程．锦州石化公司．

[2]PROII 工艺模拟软件用户指南手册．北京中油奥特科技有限公司．

[3]钱伯章.用来自糖类的生物丁二烯生产生物橡胶[J].现代橡胶技术.

[4]张浩,于琦周,张新惠,刘景圣.窄分布支化结构稀土顺丁橡胶的性能[J].应用化学.

[5]舒正伟,许广华,刘楠.压力分程控制系统在顺丁橡胶装置的灵活应用[J].中国石油和化工标准与质量.