吸收法回收油氣工藝優(yōu)化模擬計(jì)算

廖昌建，王明星，劉忠生

吸收法回收油氣工藝優(yōu)化模擬計(jì)算

廖昌建，王明星，劉忠生

（撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

系統(tǒng)研究了WS柴油餾分油吸收油氣的工藝條件。采用Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，擬合得到了油氣吸收溫度、液氣比及理論板數(shù)對(duì)油氣吸收影響的關(guān)聯(lián)方程，求解得到了使用 WS柴油餾分油吸收油氣的最佳工藝條件：吸收溫度10.6 ℃、液氣比56.25 L/m3、理論板3塊，烴回收率達(dá)98.4%。油氣回收模擬計(jì)算結(jié)果已應(yīng)用于工業(yè)裝置設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)效果良好。

油氣回收；吸收法；ASPEN PLUS；模擬計(jì)算

煉油廠酸性水罐區(qū)排放廢氣中含有油氣、有機(jī)硫化物、硫化氫和氨等，其中酸性廢氣中烴含量大于400 g/m3，烴濃度遠(yuǎn)大于油氣排放濃度25 g/m3，若廢氣直接排放一方面導(dǎo)致大量的油氣資源浪費(fèi)，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面導(dǎo)致嚴(yán)重環(huán)境污染。另外，由于油氣和空氣容易形成爆炸性混合物（爆炸下限一般為 1%～6%），油氣逸散將導(dǎo)致相應(yīng)設(shè)施周圍的油氣濃度容易達(dá)到爆炸極限，聚集在地面的油氣給企業(yè)和消費(fèi)者帶來(lái)極大的安全隱患，危及企業(yè)的安全生產(chǎn)，直接影響操作人員及周圍環(huán)境人員的健康。因此，回收廢氣中油氣不僅可以減少烴的排放量，降低污染，同時(shí)回收部分輕烴，節(jié)約能源[1]。

傳統(tǒng)的油氣回收技術(shù)主要有：冷凝法、吸收法、、吸附法、膜分離法等。本文以某煉油廠酸性水罐區(qū)排放油氣為研究對(duì)象，采用吸收法回收油氣[2-3]，利用ASPEN PLUS模擬軟件，以柴油餾分油為吸收劑，系統(tǒng)研究了 WS柴油餾分油吸收油氣的工藝條件。

1 油氣組成

某煉油廠酸性水罐區(qū)排放的含烴廢氣量為 300 m3/h，總烴濃度413 g/m3，組成見(jiàn)表1。

表1 某煉油廠酸性水罐排放油氣組成Table 1 Volume fraction of oil vapor in a Refinery

2 工藝過(guò)程研究

本文采用ASPEN PLUS模擬軟件，選用SRK熱力學(xué)方程，在常壓條件下，對(duì)吸收劑不同吸收溫度，不同液氣比以及不同吸收理論板數(shù)等單個(gè)因素考察的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，對(duì)吸收溫度、液氣比和理論板數(shù)做響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，以烴回收率為判斷標(biāo)準(zhǔn)，確定柴油餾分油吸收油氣過(guò)程的最佳優(yōu)化工藝條件，烴回收率按公式（1）計(jì)算。

式中：v — 烴回收率，%；

w1— 烴進(jìn)口質(zhì)量流量, kg/h；

w2— 烴出口質(zhì)量流量, kg/h。

3 結(jié)果與討論

3.1 單個(gè)因素模擬計(jì)算

3.1.1 不同吸收溫度對(duì)油氣回收的影響

在101.325 kPa，液氣比為50 L/m3條件下，取3塊理論板，采用WS柴油餾分油為吸收劑，針對(duì)不同吸收溫度進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 2。由表2可知，吸收溫度提高，烴回收率降低，油氣排放濃度增加，當(dāng)吸收溫度超過(guò) 40 ℃時(shí)，烴回收率將＜95%，且排放濃度＞25 g/m3。

表2 不同吸收溫度對(duì)烴回收率的影響Table 2 Effect of temperature on recovery rate

3.1.2 不同液氣比對(duì)油氣回收的影響

在吸收溫度20 ℃、常壓下吸收油氣，取3塊理論板，對(duì)不同液氣比進(jìn)行模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同氣液比對(duì)烴回收率的影響Table 3 Effect of liquid/gas ratio on recovery rate

隨液氣比增加，烴回收率提高，油氣排放濃度減小，當(dāng)液氣比達(dá)到25 L/m3時(shí)，烴回收率增加緩慢。

3.1.3 不同理論板數(shù)對(duì)油氣回收的影響

在吸收溫度20 ℃，液氣比50 L/m3條件下，對(duì)不同理論板數(shù)吸收油氣進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。隨理論板數(shù)增加，烴回收率提高。

表4 不同理論板數(shù)對(duì)烴回收率的影響Table 4 Effect of theoretical plate number on recovery rate

3.2 優(yōu)化模擬計(jì)算

3.2.1 響應(yīng)面分析因素水平的選取

在單因素模擬計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)的三因素三水平實(shí)驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表5。

表5 響應(yīng)面分析因素與水平Table 5 Experiment assignment of the level and factor

3.2.2 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果

響應(yīng)面分析方案及模擬計(jì)算結(jié)果和方差分析分別見(jiàn)表6和7。

表6 響應(yīng)面分析方案及模擬計(jì)算結(jié)果Table 6 Program and experimental result of RSM

序號(hào)1～12是析因?qū)嶒?yàn)，序號(hào)13～17中心實(shí)驗(yàn)。17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分為析因點(diǎn)和零點(diǎn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在X1、X2、X3、所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)；零點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)。

表7 回歸模型方差分析表Table 7 Variance analysis of items of regression equation on

RSM軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，經(jīng)過(guò)回歸擬合后，所得到回歸方程：

式中：R—烴回收率，%；

X1—溫度系數(shù)，X1= (吸收溫度℃-20)/10；

X2—液氣比系數(shù)，X2=(液氣比L/m3-50)/25；

X3—理論板系數(shù)，X3=(理論板數(shù)-3)/1。

從表7可以看出，用上述回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時(shí)，其因變量和全體自變量之間的線性關(guān)系顯著(r = 41.376/41.822 = 0.99)。模型的顯著水平(p-value Prob>F)遠(yuǎn)遠(yuǎn)＜0.05，此時(shí)Quadratic回歸方差模型是高度顯著的，從另一種意義上講，這種擬合方法是可靠的，可用該回歸方程近似計(jì)算烴回收率。

由RSM回歸方程求偏導(dǎo)，計(jì)算得到X1= -0.94、X2= 0.25、X3= 0.094，即吸收溫度10.6 ℃、液氣比56.25 L/m3、理論版3塊。烴回收率98.4%與實(shí)際模擬計(jì)算結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)對(duì)吸收法回收油氣工藝模擬計(jì)算，采用WS柴油餾分油常壓吸收油氣的最佳工藝條件為：吸收溫度10.6 ℃、液氣比56.25 L/m3、理論板3塊，烴回收率達(dá)98.4%。

（2）本文油氣回收模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)吸收法回收油氣工藝設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)，以此設(shè)計(jì)的工業(yè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)效果良好。

[1] 劉忠生,郭兵兵.煉油廠酸性水罐區(qū)排放氣量分析計(jì)算[J].當(dāng)代化工，2009,38:248-251.

[2] 周大勇.吸收法回收油氣工藝研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2008,38:42-45.

[3] 董軍波.黃維秋.油氣回收過(guò)程優(yōu)化模擬[J].煉油技術(shù)與工程,2006,6:21-24.

[4] Matsumura Ikuloshi.Evaporation loss of hydrocarbon in handing petroleum[J].Bull Jpn Inst, 1974,16:132-139.

Optimization and Simulation of Oil Vapor Recovery by Absorption Method

LIAO Chang-jian, WANG Ming-xing，LIU Zhong-sheng
(Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，Liaoning Fushun 113001，China）

Technological conditions for recovery of oil vapor with WS diesel as absorber were studied. A correlation equation of oil vapor recovery rate with absorption temperature，liquid-gas ratio and theoretical plate number was established by box-behnken central composite design method. Through solving this equation，the optimum technological conditions were obtained as follows: temperature 10.6 ℃，liquid/gas ratio 56.25 L/m3, theoretical plate number 3, hydrocarbon recovery rate can reach 98.4% under above conditions. The simulation result has been applied in industry, and effect is very good.

Oil vapor recovery; Absorption; ASPEN PLUS; Simulation

TE 626.24

A

1671-0460（2010）06-0678-03

2010-11-01

廖昌建（1984-），男，四川達(dá)州人，碩士研究生，2009畢業(yè)于西北大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，從事石油化工工藝技術(shù)研究，電話：0413-6389355，E-mail：liaochangjian.fshy@sinopec.com。