應(yīng)用流程模擬優(yōu)化氣體分餾裝置塔底溫度

吳章柱，馬建民，于兆臣，張 磊，林雪飛（.中國石油廣西石化公司生產(chǎn)一部，廣西 欽州 535008；.中國石油大慶石化信息技術(shù)中心，黑龍江 大慶 6374）

應(yīng)用流程模擬優(yōu)化氣體分餾裝置塔底溫度

吳章柱1，馬建民2，于兆臣1，張 磊1，林雪飛1
（1.中國石油廣西石化公司生產(chǎn)一部，廣西 欽州 535008；2.中國石油大慶石化信息技術(shù)中心，黑龍江 大慶 163714）

應(yīng)用流程模擬軟件對氣體分餾裝置建立模型，并針對裝置在實際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的進料中C5+含量高、脫丙烷塔C4產(chǎn)品不合格的問題，運用VMGSim中“case study”功能，計算出進料中C5+與脫丙烷塔底溫度的關(guān)系，并應(yīng)用到實際操作中。

氣體分餾；VMGSim；C5+含量；C4產(chǎn)品

南方某大型石化公司，其中氣體分餾裝置設(shè)計為60萬t·a-1，工藝主要由脫丙烷、脫乙烷、丙烯-丙烷分離三部分組成。系統(tǒng)構(gòu)成包括3座分餾塔及相應(yīng)配套的重沸、冷凝及產(chǎn)品冷卻等。液化石油氣經(jīng)脫丙烷塔進行碳二、碳三餾分和碳四、碳五餾分分離，其中碳四產(chǎn)品送至下游MTBE裝置進一步加工。碳二、碳三餾分經(jīng)脫乙烷塔分離出碳二餾分后進入丙烯塔，丙烯塔頂出丙烯產(chǎn)品，塔底出丙烷餾分。近期，上游裝置操作調(diào)整造成氣分進料組成發(fā)生變化。由于氣分裝置為精餾裝置，分割精度高，組成變化對精餾塔的操作和產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。傳統(tǒng)的操作方法為：根據(jù)進料性質(zhì)變化，在實際操作中進行摸索，改變操作參數(shù)，穩(wěn)定運行一段時間后查看產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量反饋信息總結(jié)經(jīng)驗，最終根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行操作。此種方法盲目性大，參數(shù)定量不準(zhǔn)確，摸索實踐的時間較長。若出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量變動頻繁，還需根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量反饋，調(diào)節(jié)滯后性大，給操作帶來了不便，并影響了產(chǎn)品質(zhì)量［1］。

氣分裝置由于是精餾操作，分割精度高。通過運用流程模擬軟件VMGSim，能夠很好地對裝置進行模擬計算，計算結(jié)果與實際裝置操作參數(shù)數(shù)據(jù)吻合度非常高。通過建立模型，并改變進料參數(shù)，設(shè)定好產(chǎn)品質(zhì)量要求，能夠簡單快速地模擬出產(chǎn)品性質(zhì)與精餾塔操作參數(shù)之間關(guān)系，根據(jù)模擬結(jié)果，給予實際操作以指導(dǎo)。

1　進料及C4產(chǎn)品性質(zhì)數(shù)據(jù)

表1是氣體分餾裝置進料性質(zhì)對比表，表2是氣體分餾裝置C4產(chǎn)品性質(zhì)對比表。由表1和表2可看出，當(dāng)氣體分餾裝置進料出現(xiàn)異常，液化氣中攜帶C5+組分時，如果脫丙烷塔C101塔底溫度保持在正常工況操作溫度（106.0℃），C4產(chǎn)品中將會攜帶輕組分C3，丙烷和丙烯合計為3.31%。由于C4產(chǎn)品為MTBE裝置進料，MTBE進料中設(shè)計C3組分為0.14%（V/V）。若C3組分含量過高會造成MTBE裝置醚化反應(yīng)蒸餾塔壓力高，操作難度增大，醚化床層溫度上升，轉(zhuǎn)化率下降，所以要控制好氣體分餾裝置C4產(chǎn)品中C3組分。當(dāng)氣體分餾裝置進料中攜帶C5+，脫丙烷塔需提高塔底溫度，盡量將塔底產(chǎn)物中的C3組分蒸上去，保證塔底C4產(chǎn)品中較低的C3含量。

表1　氣體分餾裝置進料性質(zhì)對比表

表2　氣體分餾裝置C4產(chǎn)品性質(zhì)對比表

2　建立氣體分餾裝置模型

如圖1所示，運用流程模擬軟件VMGSim對氣體分餾裝置建立模型。模型建立數(shù)據(jù)以裝置正常進料數(shù)據(jù)及正常操作數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，具體見表3。

圖1　氣體分餾裝置模型流程圖

表3　C101塔建立模擬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

采用正常進料數(shù)據(jù)對模型進行計算，C101塔模擬規(guī)定變量為回流量和C4產(chǎn)品量，塔板效率設(shè)定為94.5%，經(jīng)計算收斂后數(shù)據(jù)如表4、表5所示。

表4　模型計算結(jié)果

從表4可知，通過模型計算，在塔板效率設(shè)定為94.5%，關(guān)鍵操作參數(shù)如進料量、進料組成、回流量、產(chǎn)品抽出量均采用實際數(shù)據(jù)的情況下， C4產(chǎn)品中C3組分（丙烷及丙烯）含量均可控制在0.01%（V/V）以內(nèi)。模擬計算出的塔頂冷凝器溫度為46.6℃，與實際操作溫度46.8℃偏差為0.43%，模擬計算出的塔底溫度為105.2℃，與實際操作溫度105.4℃偏差為0.19%。模擬計算結(jié)果與實際操作數(shù)據(jù)偏差均在模型誤差允許范圍5%內(nèi)，模型與實際裝置吻合度高。如果裝置本身進料組成存在較大波動，則該產(chǎn)品計算結(jié)果沒有問題的，這時對模型是否與實際裝置相吻合的判斷，將主要以操作條件和產(chǎn)品分離要求的相對誤差大小來判斷［2］。

3　進料C5+含量與C101塔底溫度關(guān)系

通過VMGSim軟件中的功能模塊“case study”對模型進行方案研究如表6所示，因變量設(shè)置為進料中C5+含量，自變量選擇為C101塔底溫度。模型經(jīng)“case study”計算得出如圖4所示的原料C5+含量與塔底溫度關(guān)系趨勢圖。

表6　case study設(shè)置參數(shù)

圖2　原料C5+與C101塔底溫度關(guān)系趨勢圖

通過模型計算可得出，當(dāng)C4產(chǎn)品中C3組分（丙烷及丙烯）含量控制在0.01%（V/V）的情況下，原料中C5+含量在0%～6%（V/V）的范圍內(nèi)遞增，氣分裝置C101塔底溫度由105.2℃提高至108.7℃，兩者的關(guān)系成線性關(guān)系?？梢缘贸鲈趯嶋H操作過程中，為了保證C4產(chǎn)品中C3組分合格，理論上所需的C101塔底溫度。

模擬結(jié)果使得在實際操作過程中有了指導(dǎo)數(shù)據(jù)，C101塔底溫度我們以高于模型計算數(shù)據(jù)進行操作。經(jīng)實際操作，C4產(chǎn)品中C3組分基本控制在0.01%～0.5%（V/V），30d內(nèi)（每天3個樣，共90個樣）僅有5次超標(biāo)［＞1.0%（V/V）］，且主要超標(biāo)原因為進料中C5+含量不穩(wěn)定，波動較大，且無法在線監(jiān)測，造成操作滯后，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4　總結(jié)

針對實際生產(chǎn)過程中，氣體分餾裝置由于上游裝置原因造成進料組分變化導(dǎo)致的產(chǎn)品不合格，應(yīng)用流程模擬軟件VMGSim對現(xiàn)有裝置建立模型，使用軟件中“case study”功能對原料組分、產(chǎn)品要求、塔底溫度進行模擬計算，擬合出原料C5+含量與C101塔底溫度變化的趨勢圖，并將計算結(jié)果運用于實際操作中。

氣體分餾裝置通過流程模擬計算的理論數(shù)據(jù)，在操作過程中C101塔底溫度以高于模擬計算的理論溫度進行操作，實踐證明C4產(chǎn)品中C3組分合格率大大提高。

［1］ 勞業(yè)榮.氣體分餾裝置穩(wěn)態(tài)模擬和操作優(yōu)化［J］.中外能源，2008（2）：74-79.

［2］ 曹湘洪.石油化工流程模擬技術(shù)進展及應(yīng)用［M］.北京：中國石化出版社，2010：77.

Process Simulation and Optimization of Bottom Temperature of Gas Fractionation Unit

WU Zhang-zhu1， MA Jian-min2， YU Zhao-chen1， ZHANG Lei1， LIN Xue-fei1
（Guangxi Petrochemical Company， CNPC， Qinzhou 535008， China）

Process simulation software was commonly used in the research and design phase， with the enterprise informationization，the process simulation technology was gradually applied in the unit. In this paper， process simulation software was used to model the gas fractionation unit. In view of the high C5+ content in the feed and the disqualification of depropanizer’s C4 product in the process of practice production， “case study” function of VMGSim was used to calculate the relation between feed C5+ and depropanizer bottom temperature， and then apply to practice.

gas fractionation； VMGSim； C5+ content； C4 product

TE 962

A

1671-9905（2016）08-0066-03

吳章柱（1987-），男，工程師，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程與工藝專業(yè)。電話：18707776077，郵箱：wuzhangzhu@163.com

2016-06-20