游新宇，石 青，陈少娜

(三峡大学 材料与化工学院,湖北 宜昌 443002)

随着国内乙烯产能的持续扩大，C5烷烃的综合利用已经成为石油企业需要重视的问题。由于C5馏分组分复杂且沸点相近，且各组分分离装置相对复杂、能耗较高；故而考虑对现有的C5分离装置进行节能优化设计从而降低项目成本，对于实现C5烷烃的工业化利用具有重要意义。

Aspen Plus模拟软件是目前被广泛使用的大型化工模拟软件，支持对化工过程进行仿真模拟和能耗及经济分析。本文利用Aspen Plus软件对现有C5常规分离装置进行模拟和改进，尝试引入热泵精馏、双效精馏等重要节能工艺以达到节能降耗的目的。最终模拟结果表明：改变分离过程压力从而引入节能技术能较大程度的降低装置能耗从而降低项目运行成本，为企业进行相关工艺设计工作提供了理论依据。

1 我国C5烷烃来源及资源利用现状

C5烷烃来源：

目前国内C5资源主要来源于石油炼化与催化裂化过程中副产的C5馏分。馏分是由20多种沸点相近的馏分组成[1]，主要以C5烷烃和烯烃为主；在分离掉高价值的异戊烯、异戊二烯等C5烯烃组分后，装置抽余的组分一般为低价值的C5烷烃混合原料。

表1 C5烯烃分离装置抽余后原料组成

C5烷烃资源利用现状：

目前我国的裂解碳五绝大多数被直接用作燃料,仅有小部分用在化工方面:如不饱和聚醋改性、石油树脂等精细化工品的生产及芳构化原料等[2]，其中C5烷烃因其化学活性较低而难以被直接利用。随着我国C5馏分资源的扩大，今年来也开始逐渐加大对C5烷烃的研究，目前工艺技术发展较为成熟的有异构化脱氢、正戊烷异构化以及芳构化技术等；相关下游产品如戊烷发泡剂等也不断在进行试验与小规模试产，C5烷烃生产下游产品的工业化进程正逐渐加快。

2 两种戊烷分离流程的过程模拟

流程模拟原料选择某石油裂解装置下游分离烯烃与脱不凝气后75kt/a处理规模的C5烷烃原料，装置年运行时间约8000h，目前常规分离流程以四塔为主。根据市场上对产品纯度的要求，在流程模拟时将各戊烷产品纯度要求均规定在99%；在重组分中设计戊烷质量分数在1%以下，避免产品组分的流失。

两种流程下C5烷烃分离流程

常规分离贯序为根据沸点高低依次对原料中各组分进行分离，一般采用四塔串联装置，具体流程见图1[3]。

图1 按组分沸点由低到高依次分离流程

顺序分离流程中四塔依次对不凝气和C4轻组分、异戊烷、正戊烷、环戊烷实现精制分离。在通过过程模拟达到产品要求后，各精馏塔的工艺条件和参数结果见表2。

表2 顺序分离流程各塔工艺条件与参数

基于节能技术的应用考虑，可以将常规串联流程变为中间沸点切割后的双塔并联流程，此时各精馏塔的温度组成利于后续进行流程的节能改进，新的分离流程和工艺参数及条件见下图2和表3。

图2 中间沸点切割双塔并联流程图

表3 中间切割双塔并联流程各塔工艺条件与参数

两种分离过程模拟结果对比

在对两种分离流程的模拟结果进行参数与工艺条件对比可知:两种分离方案下装置的投资和能耗较为接近，且都能达到基于产品的设计分离要求。

3 进行热泵与双效精馏改进后的模拟与节能对比

通过对分离装置的分析可知：中间分离塔塔底再沸器温度与环戊烷分离塔塔顶冷凝液温度达到最小传热温差以上，可应用热耦节能技术；同时正异戊烷分离塔塔顶与塔底温度较为相近，可应用热泵节能技术对流程进行改进。

改进后的分离装置流程

在应用两种节能技术对原流程进行优化改进后进行过程模拟，在达到产品分离要求后得到的模拟流程与参数结果见图3和表4。

图3 应用热泵和热耦合技术进行节能改进后的流程图

表4 改进后的装置工艺条件与参数

模拟结果及能耗对比

将进行节能改进后的流程与常规串联流程进行设备参数和能耗对比，即可得知改进后的分离装置理论节能效果，具体能耗对比结果见表5。

表5 C5烷烃分离装置节能改进前后能耗对比

4 结语

本文利用Aspen Plus软件对C5烷烃的两种分离流程进行了模拟和对比，并通过改变装置压力来使流程可应用热耦合和热泵技术进行节能改进，同时我们对改进后的流程进行了设计和模拟，模拟结果表明：在应用中间分割两塔串联流程并进行节能改造后的流程较常规流程相比降低了设备投资费用，总能耗可降低约39.8%，具有较好的理论参考价值。