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《青岛科技大学》 2015年
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催化干气中轻烃和氢气的回收工艺及参数优化

刘新新  
【摘要】:目前,炼厂干气回收低碳烯烃及氢气的方法主要有深冷分离法、中冷油吸收法、PSA变压吸附法、水合物分离法、膨胀机法、金属络合法、膜分离法及一些联合应用工艺等。但上述分离方法或多或少存在着投资大,膜寿命短,能耗高,吸附纯度低等缺点。我国炼油厂,特别是地炼企业分散且规模都较小,所以单独使用一种分离方法存在一定的不经济性。本课题在轻烃芳构化技术日渐成熟的基础上提出了利用干气中的低碳烯烃生产高附加值的液化石油气和高辛烷值汽油,并回收高纯氢气的干气利用方案。本课题首先开展利用干气中稀乙烯进行叠合及芳构化反应的工业实验,确定了以合成汽油为主要目的产物的最佳反应温度是350℃左右,并考察了干气中氢气存在对乙烯转化率,液化气和汽油产品分布的主要影响。确定了首先进行叠合反应后进行氢气回收的总体思路。依据物料平衡和能量平衡关系搭建吸收稳定过程的数学模型,选择RKS为工艺模拟的物性方法,为分离过程的进一步研究提供数学依据。然后借助化工过程流程模拟软件Aspen Plus V7.3对吸收稳定过程的补充吸收剂用量、吸收塔操作温度、吸收塔解吸塔操作压力、稳定塔进料位置和进料温度等关键因素进行了模拟优化。通过模拟得到补充吸收剂的最佳流量为8.5t/h,吸收塔的最佳操作压力是1.4MPa,解吸塔的最佳操作压力是1.2MPa。稳定塔的进料位置为第12块板、进料温度是135℃时分离效果较好,能耗比较低。以活性炭作为吸收贫气回收氢气用吸附剂,操作温度为35℃,吸附压力是1.5-2MPa,可回收得到纯度为99.99%的氢气,氢气回收率为95%。通过工艺设计,在固定床反应器上进行干气叠合等反应,干气中烯烃的转化率可达到97%。初步可得到产品汽油0.43t/h,液化气0.65t/h,干气3.29t/h,氢气0.12t/h。按市场现价进行估算,可每年增加销售额3000余万元,考虑到原料干气经济价值较低,此课题若能成功应用,可获得较大的社会效益和经济效益。鉴于反应过程中汽油的选择性不高,仅为40%左右。影响汽油选择性的最关键因素是反应温度。考虑到乙烯低聚反应、异构化反应、氢转移反应均属于放热过程,而芳构化反应和高温裂化反应属于吸热过程,整个过程趋于放热,可能会造成局部温度过高。而温度过高会使大分子烃裂化加快,产品平均分子量降低,同时会影响催化剂寿命。本文采用先进的CFD数值模拟方法,利用流体力学模拟软件FLUENT 6.3,对芳构化固定床反应器内温度场开展系统的模拟研究,采用多股冷进料来控制反应器温度保持在350℃左右,以保证汽油的选择性最高,催化剂的使用时间最长。
【学位授予单位】:青岛科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ221;TQ116.2

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