对二甲苯模拟移动床分离过程的模拟与优化

摘要

C8芳烃是由对二甲苯(PX)、邻二甲苯(MX)、间二甲苯(OX)与乙苯(EB)组成的混合物，主要由催化重整、裂解汽油加氢及甲苯歧化与烷基化等工艺过程产生。其中，对二甲苯是 C8芳烃中的最为重要的同分异构体，用于合成精对二苯甲酸与对二苯甲酸甲酯，制备聚对二苯甲酸二乙酯，生产聚酯纤维与工程塑料。混合二甲苯分离提纯对二甲苯是芳烃联合装置的核心单元，基于分子筛吸附分离的模拟移动床技术是目前PX提纯的主流工艺。模拟移动床分离过程是一个操作变量耦合性强，工艺机理复杂的非线性系统工程，对二甲苯模拟移动床吸附分离过程的建模、仿真及优化的研究，对工艺的设计与操作具有重要的指导意义。
　　以对二甲苯模拟移动床分离过程机理模型为基础，自主编程建立四区对二甲苯模拟移动床分离过程的稳态模型（TMB）与动态模型（SMB）。通过数值仿真考察工艺操作参数与吸附剂失活对分离效果的影响，结果表明纯度与收率对切换时间与循环流量的变化较为灵敏，Ⅱ区的回流比（抽取液流量的变化）能有效调节 PX纯度与收率的权衡关系。吸附剂饱和吸附量下降引起的失活，导致 PX收率与产率明显降低，分离效果恶化。
　　七区对二甲苯模拟移动床分离工艺，耦合了吸附床层塔顶格栅，床层与旋转阀间输送管路及两塔间循环管路死体积模型，数值模拟分析死体积对分离效果的影响。结果显示床层与旋转阀间管路内残留的原料液导致产品PX纯度严重下降。七区工艺引入一次管路冲洗与二次管路冲洗流股，确保PX的纯度与收率达到生产要求。参数分析表明fHo=1.1，fX=1.4时，PX纯度维持在99.9％，收率增加0.14%，同时解吸剂消耗增加0.77%。引入三次管路冲洗流股，移除残留于管路中的贫PX液体，可进一步提高PX的产率， fTF=0.9时，PX产率增加0.85kg/m3.hr-1，年增产2682吨PX，PX收率提升明显。
　　在所建立的子模型及其伴随求解的灵敏度分析基础上，采用简约空间的序贯二次规划法(r-SQP)，以PX产率最大化与PDEB溶剂消耗最小化为目标函数，优化四区与七区对二甲苯模拟移动床工艺操作参数。其中产率最大化为目标函数时，四区工艺PX产率提升2.43%，PDEB溶解消耗降低2.87%；七区工艺PX产率提高4.12%，PDEB溶剂消耗减少4.85%。结果表明，自主构建的优化框架对于对二甲苯模拟移动床分离过程的优化十分实用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1传统芳烃生产技术

1.2新型芳烃生产技术

1.3芳烃增产技术

1.4混合二甲苯分离技术

1.5对二甲苯模拟移动床吸附分离工艺

1.6本论文的主要工作

第二章 对二甲苯模拟移动床分离过程的建模与仿真

2.1对二甲苯模拟移动床分离过程简介

2.2对二甲苯模拟移动床分离过程数学模型

2.3模拟结果与仿真

2.4小节

第三章 死体积对模拟移动床分离效果的影响

3.1模拟移动床工业装置中死体积的简介

3.2七区对二甲苯模拟移动床分离过程数学模型

3.3模拟结果与分析

3.4小节

第四章 对二甲苯模拟移动床分离过程的优化

4.1模拟移动床分离过程优化简介

4.2模拟移动床分离过程的优化方法

4.3序贯二次规划算法

4.4对二甲苯模拟移动床分离过程的优化

4.5小节

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢