ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЛОЖНОЙ КОЛОННЫ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ БУТАН-ПЕНТАНОВОЙ ФРАКЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА ПИТАНИЯ

ENERGY EFFICIENCY OF THE COMPLEX COLUMN FOR THE BUTANE-PENTANE FRACTION SEPARATION ON THE DEPENDENCE ON FEED COMPOSITION

Serezha Kocharyan

postgraduate of Chemistry and technology of basic organic synthesis Moscow Technological University,

Russia, Moscow

Danila Rudakov

candidate of Science, Senior Lecturer of Chemistry and technology of basic organic synthesis Moscow Technological University,

Russia, Moscow

Andrey Timoshenko

doctor of Science, professor of Chemistry and technology of basic organic synthesis Moscow Technological University,

Russia, Moscow

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-03-00347.

Известно, что применение комплексов со связанными тепловыми и материальными потоками (PTCDS) является эффективным методом снижения затрат на разделение легких углеводородных газов [1]. В работе [1] энергоэффективность схем PTCDS была выявлена для одного проектного состава питания. Однако большинство подсистем разделяющий бутан-пентановую фракцию по различным причинам работают на сырье, состав и свойства которого могут существенно отличаться от проектного и варьируются в больших пределах. В связи с этим встает вопрос о необходимости прогнозирования эффективности применения схем PTCDS при изменении исходного состава сырья. В промышленности, как правило, комплексы PTCDS реализуются в виде сложных колонн с перегородками (DWC), которые в ряде случаев являются их термодинамическими аналогами.

Целью данной работы является оценка энергетической эффективности применения PTCDS и DWC для разделения бутан-пентановой фракций в зависимости от исходного состава питания.

Моделирование работы технологических схем проводили с использованием программного обеспечения Aspen HYSYS^®. Парожидкостное равновесие описывали по модели SRK. Разделение бутан-пентановой фракции было рассмотрено с учетом наличия примесей пропана и н-гексана. Качество продуктовых потоков поддерживали во всех схемах постоянным: для изобутановой фракции 99,15% масс., для н-бутановой фракции 99,20% масс. по основному компоненту соответственно.

С учетом балансовых ограничений, накладываемых качеством продуктовых потоков, в общем концентрационном пространстве при фиксированных концентрациях в исходном составе питания пропана (0,0009 масс.доля) и С₆₊ фракции (0,1665 масс. доля) была выделена концентрационная область составов допустимого варьирования концентраций C₄ и C₅ компонентов смеси. Концентрационный симплекс был разбит сечениями и секущими (рис.1).

Рисунок 1. Выбор исходных составов питания для расчета

Точки пересечения секущих и сечений соответствуют исходным составам питания (всего 21 состав).

Таблица 1.

Исходные составы питания

Для всех составов проведено математическое моделирование и оптимизация технологических схем, работающих по I и II заданным разделениям, а также комплексов с PTCDS, полученных на их основе (рис. 2). Переход к схемам с PTCDS осуществлялся в соответствии с методикой авторов [2]. Оптимизацию проводили в соответствии с алгоритмом, описанном в [1]. В качестве критерия оптимизации использована суммарная тепловая нагрузка на кипятильники колонн. Результаты представлены в таблице 1. Выявлено, что эффективность применения PTCDS для разделения данной смеси меняется от 6 до 27%, в зависимости от исходного состава питания. Наибольшее снижение энергозатрат обеспечивается для составов исходной смеси, обогащенной изобутаном и н-пентаном : составы 8;14;16;18;21. (Табл.1, 2). В свою очередь, комплекс PTCDS может быть представлен и в виде сложной колонны с перегородкой (DWC). Термодинамически эквивалентные структуры представлены на рис. 2 д, е. Отметим, что в настоящее время такая организация процесса считается одной из наиболее перспективных, поскольку позволяет снизить как эксплуатационные, так и капитальные затраты на разделение.

 а                                           б

 в                                                 г

 д                                     е

Рисунок 2. Схемы из простых колонн, работающие по I ЗР (а) и II ЗР (в); PTCDS на основе I ЗР (б) и II ЗР (г); сложная колонна с перегородкой на основе PTCDS I ЗР (д) и II ЗР (е)

Таблица 2.

Энергетическая эффективность PTCDS относительно двухколонных схем для различных составов

Список литературы:

1. Тимошенко, А. В., Ахапкина, О. А.; Анохина, Е. А., Аристович, Ю. В. Энергосберегающие подсистемы ректификации бутанов и пентанов // Химическая технология. – 2012. – №11. – С. 681–687.
2. Тимошенко А.В., Паткина О.Д., Серафимов Л.А. Синтез технологических схем ректификации, включающих сложные колонны // Химическая технология. – 2001. – №6, С. 36–43.