油页岩热解煤气粗苯精制的分离序列研究.pdf

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1、第34卷第4期煤炭转化Vo1．34NO．42011年1O月C0ALC0NVERS10N0ct．2Oll油页岩热解煤气粗苯精制的分离序列研究邢高建u匡国柱何德民。’摘要为提高从油页岩热解煤气中回收的粗苯产品的经济效益，研究了对回收的粗苯进行精制的分离序列，模拟常规精馏序列和热耦合精馏序列分离粗苯的过程并计算其能耗和热力学效率．结果表明，在轻组分含量较高的粗苯精制分离序列中，完全热耦合精馏序列仍然具有较好的节能效果．其能耗比常规精馏序列中能耗最小的直接分离序列节能约35，热力学效应也由7．4提高到11．6．关

2、键词完全热耦合精馏，节能，返混，热力学效率，油页岩，粗苯精制中图分类号TQ519适合于油页岩热解工艺中获得的粗苯混合物的分离过程．0引言1分离序列的评价参数在目前世界能源紧缺的情况下，开发利用油页岩资源具有重要意义．在油页岩热解干馏产生的荒塔底再沸器热负荷作为最主要的评价参数能直煤气中，粗苯含量大约在30g／m。左右．通常用油洗接反映精馏过程中的能耗情况．热力学效率反映系将粗苯从荒煤气中脱出作为副产品出售，其经济价统中有效能的利用率，也是主要评价参数之一．本研值较低．随着油页岩热解规模的逐步增大，对粗苯进

3、究采用Seader等。提出的方法来计算精馏分离序行加工精制，可以显著提高过程的经济效益，因此需列的热力学效率．要研究开发油页岩热解煤气中粗苯的精制过程．油∑(nh+Q+W)一∑(nh+Q+W。)一0页岩热解获得的粗苯中主要有苯、甲苯及二甲苯，经(1)过硫酸净化和吹苯等过程可获得只含有苯、甲苯和二甲苯三种混合物的粗苯．因此粗苯精制是三组分(+)～(掰+)一△sc2，混合物分离过程，共有两种常规精馏分离序列和三种热耦合精馏序列．吕向红等口分析了在常规精馏[+Q(卜)]一序列中发生的返混效应，由于在热耦合精馏序

4、列中+Q(卜T0~+w]一Lw㈦消除了这种返混现象，所以和常规精馏分离序列相比较，热耦合精馏分离序列能节省3O以上的能w⋯一∑nb一∑nb(4量．Schutz等口提出了适合于采用热耦合精馏的一些经验法则，提出热耦合精馏序列在分离中间组分一一—L—W+—W(L53)m1．占主要成分的过程中节能效果较好．但在油页岩热b—h—ToS(6)解工艺得到的粗苯产品中轻组分苯的质量分数较LW—ToASi(7)高．在不同的热解工艺中]，获得的粗苯产品中各组式中：为摩尔流率，kmol／h；h为摩尔焓，kJ／kmol；分浓度

5、差异很大，但基本上粗苯中苯、甲苯和二甲苯Q，W，W⋯和LW分别为热量、轴功、最小功和损失的质量分数分别在55～88，12～22及5～功，kJ／h；To，Ts分别为环境温度和系统温度，K；S1O范围内．本研究主要对这种轻组分占主要成分为摩尔熵，kJ／(kmol·K)；△S。为熵变，kJ／(K·h)；的苯族烃类混合物的分离序列进行模拟分析，确定b为有效能系数；曰为热力学效率．1)硕士生；2)教授；3)工程师、硕士，大连理工大学化工学院，116024辽宁大连收稿日期：201卜O4l8；修回日期：2011-05—

6、2476煤炭转化在计算热力学效率时，必须定义环境温度并指定冷凝器和再沸器中的系统温度，取环境温度To=298K，冷凝器中Ts=：=298K，再沸器中一423K．2分离序列的模拟分析2．1物系组成在油页岩热解干馏工艺获得的粗苯产品中苯、甲苯和二甲苯的质量分数分别为55～88，12～22和5～1O，这和石油加工三苯分离工艺中中间组分甲苯占主要成分有很大不同．在此取苯、甲苯和二甲苯的质量分数分别为7O，20和10，饱和液相进料，压力0．125MPa．采用Winn-Underwood—Gilliland方程和Fe

7、n—图1直接和间接序列气相中甲苯的质量分数分布Fig．1Vaporcompositionoftolueneindirectske_Underwood—Gilliland方程l_7计算常规精馏和热andindirectsequece耦合精馏的理论塔板数、回流比和进料位置等并使a——Direct．b一——lndjrect其最优化，使三种产品的质量分数达到99以上，●——C1；▲——C2回收率达到99以上．2．3热耦合精馏序列的模拟分析2．2常规精馏序列的模拟分析在侧线精馏序列中，从塔1提馏段采出气相作在常规精

8、馏序列中，塔板数、回流比和进料板位为塔2进料．气相中甲苯质量分数分布见图1a．在置是影响分离效果的重要因素．常规精馏序列模拟完全热耦合精馏序列中，从塔1的侧线采出线以上结果见表1．在常规精馏序列中，直接序列塔板数为和侧线采出线以下分别采出液相和气相作为塔2的42块板，再沸器的热负荷为268．9kW，热力学效率进料．流出塔1的气相或者液相流率与该塔板上的为7．4；间接序列塔板数为38块板，再沸器的热气相或者液相流率比值即为分配比