延遲焦化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化

崔禹東 ， 吳玉嬌

(中國(guó)石化 洛陽(yáng)分公司 ， 河南 鄭州　471012)

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延遲焦化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化

崔禹東 ， 吳玉嬌

(中國(guó)石化 洛陽(yáng)分公司 ， 河南 鄭州471012)

以中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司1.4 Mt/a延遲焦化裝置為例，概述了延遲焦化裝置的工藝流程和特點(diǎn)。并利用Aspen Plus軟件建立了此裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的模型。通過(guò)利用Aspen Plus軟件進(jìn)行模擬與計(jì)算分析，協(xié)助預(yù)測(cè)原料組成變化后的產(chǎn)品收率來(lái)調(diào)整操作條件，有助于對(duì)裝置進(jìn)行改造挖潛和節(jié)能工作。

延遲焦化 ； 吸收穩(wěn)定 ； Aspen Plus

中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司1.4 Mt/a延遲焦化裝置由洛陽(yáng)石油化工工程公司(LPEC設(shè)計(jì))，采用“可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比”工藝流程。焦化裝置共有工藝生產(chǎn)和石油焦處理兩部分組成，依據(jù)各自生產(chǎn)特點(diǎn)劃分為8個(gè)生產(chǎn)單元。工藝生產(chǎn)部分包括反應(yīng)、分餾、吹汽放空、吸收穩(wěn)定和干氣脫硫5個(gè)單元；石油焦處理部分包括水利除焦、冷焦水密閉處理及石油焦輸送3個(gè)單元。

1　Aspen Plus軟件概述

AspenPlus作為重要的流程模擬軟件，是一款功能強(qiáng)大的化工設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)模擬的軟件，能滿足大多數(shù)化工設(shè)計(jì)及計(jì)算的要求。它利用嚴(yán)格的計(jì)算方法，進(jìn)行化工單元和全流程的模擬運(yùn)算，可應(yīng)用于化學(xué)和石油工業(yè)、煉油加工及生物技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域[1]。經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，先后推出了十多個(gè)版本，成為國(guó)際上標(biāo)準(zhǔn)的模擬軟件，該產(chǎn)品包括豐富的物性數(shù)據(jù)，除組分、物性、狀態(tài)方程外，還含有許多單元操作模型，能夠進(jìn)行10多種氣/液平衡的模擬計(jì)算，包含多塔模型、精餾模型等模塊。同時(shí)，Aspen Plus也是功能強(qiáng)大的模型分析工具，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合、設(shè)計(jì)規(guī)定等功能，可將工藝模型與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,建立可靠、準(zhǔn)確的裝置模型[2]。

2　吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的工藝流程簡(jiǎn)介

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)主要由吸收塔、再吸收塔、解吸塔及穩(wěn)定塔組成。從分餾塔頂油氣分離出來(lái)的富氣帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有C3、C4組分。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的作用是利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣、液化氣和飽和蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油[3]。

富氣經(jīng)氣壓機(jī)組兩級(jí)壓縮后升壓至1.3 MPa，升壓后的101 ℃富氣首先和45 ℃、1.88 MPa吸收塔底的飽和吸收油，82 ℃、1.25 MPa的解吸塔頂氣進(jìn)行混合，65 ℃的混合氣體先經(jīng)過(guò)除鹽水進(jìn)行水洗吸收掉部分硫化物，然后經(jīng)混合富氣冷卻器冷卻至40 ℃，最后進(jìn)入壓縮機(jī)出口油水分離器進(jìn)行氣液分離。自分離出的氣體進(jìn)入吸收塔，與粗汽油及經(jīng)穩(wěn)定汽油泵打來(lái)的穩(wěn)定汽油分別進(jìn)入吸收塔的3層、1層在塔內(nèi)逆流接觸，吸收氣體中的C3及C3以上組分，回收液態(tài)烴；為了取走吸收過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，降低吸收油的溫度，提高吸收效果，吸收塔中部設(shè)置一個(gè)中段回流，中段回流從15層塔板處中段集油箱抽出，由吸收塔中段回流泵送至吸收塔中段回流冷卻器冷卻后再回吸收塔16層塔板；吸收塔底的飽和吸收油經(jīng)吸收塔底泵升壓后至混合的富氣冷卻器冷卻。

壓縮機(jī)出口油水分離器的飽和吸收油經(jīng)解吸塔進(jìn)料泵抽出后升壓至2.1 MPa，經(jīng)解吸塔進(jìn)料—穩(wěn)定汽油換熱器，熱負(fù)荷2 141 kW與穩(wěn)定汽油換熱后進(jìn)入解吸塔第1層塔盤。為降低裝置能耗，解吸塔設(shè)二段加熱，解吸塔中段重沸器(熱負(fù)荷1 791 kW)熱源由穩(wěn)定汽油提供，塔底重沸器(熱負(fù)荷2 172 kW)熱源由分餾塔中段循環(huán)油提供。塔頂解吸氣與壓縮富氣混和進(jìn)入吸收塔進(jìn)行循環(huán)吸收。

吸收塔塔頂流出的貧氣進(jìn)入再吸收塔，焦化柴油經(jīng)柴油吸收劑泵升壓至1.9 MPa再經(jīng)柴油吸收劑冷卻器冷卻到40 ℃后作為再吸收劑至再吸收塔頂1層塔板上；貧氣和柴油在塔內(nèi)逆流接觸，進(jìn)一步吸收氣體中的C3及C3以上組分，同時(shí)也吸收被氣體攜帶出來(lái)的部分汽油組分，再吸收塔塔頂干氣經(jīng)壓控閥調(diào)節(jié)壓力至1.2 MPa，自壓去干氣脫硫單元；富吸收柴油經(jīng)富吸收油—柴油換熱器(1 343 kW)換熱至120 ℃后返回分餾塔第11層。

解吸塔底的172 ℃脫乙烷汽油由穩(wěn)定塔進(jìn)料泵抽出升壓至1.98 MPa，經(jīng)流控閥進(jìn)入穩(wěn)定塔18層、22層、26層塔板進(jìn)行精餾。穩(wěn)定塔頂氣體經(jīng)穩(wěn)定塔頂冷卻器冷卻至40 ℃進(jìn)入穩(wěn)定塔頂回流罐，回流罐中少量不凝氣經(jīng)壓控閥至火炬線；液態(tài)烴由液態(tài)烴泵自回流罐抽出，一部分至穩(wěn)定塔塔頂1層作循環(huán)回流，另一部分經(jīng)穩(wěn)定塔頂回流罐液控閥出裝置。

穩(wěn)定汽油一部分由塔底自壓經(jīng)穩(wěn)定塔底重沸器(4 821 kW)加熱后重新返回穩(wěn)定塔，另一部分經(jīng)解吸塔中段重沸器、解吸塔進(jìn)料——穩(wěn)定汽油換熱器和穩(wěn)定汽油冷卻器冷卻至40 ℃，一部分自壓經(jīng)流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥出裝置，一部分經(jīng)穩(wěn)定汽油泵打入吸收塔頂作補(bǔ)充吸收劑。穩(wěn)定塔底重沸器熱源由重蠟油提供。

3　吸收穩(wěn)定系統(tǒng)模型的流程模擬

3.1模型建立時(shí)的原始數(shù)據(jù)

針對(duì)本次的模型數(shù)據(jù)，對(duì)作為吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)料的富氣進(jìn)行了數(shù)據(jù)標(biāo)定處理，對(duì)于無(wú)標(biāo)定或?qū)嶋H數(shù)據(jù)的取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。富氣的組成由表1所示。

建模所涉及物流中的組分，其中純組分物性均可從Aspen Plus的數(shù)據(jù)庫(kù)中得到，有：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、異丁烷、正丁烷、1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、異丁烯、正戊烷以上、硫化氫、氫氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)狻⑺?、汽油、柴油、蠟油?/p>

3.2模型的設(shè)計(jì)與建立

洛陽(yáng)分公司延遲焦化裝置本區(qū)流程模擬中吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔、干氣脫硫塔均采用嚴(yán)格多級(jí)分離(Rad Frac)模型，可進(jìn)行單個(gè)塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)，多用于蒸餾、吸收、汽提、萃取和恒沸蒸餾及反應(yīng)蒸餾，模擬時(shí)可打開(kāi)RadFrac中的吸收開(kāi)關(guān)，增強(qiáng)吸收效果。其中吸收塔模型有1個(gè)中段回流，以取走吸收過(guò)程中放出的熱量；解吸塔和穩(wěn)定塔由塔釜再沸器提供熱量；穩(wěn)定塔頂設(shè)立了冷回流；四塔均引入塔板Murphree效率來(lái)擬合理論塔板與真實(shí)塔板之間的差異[4-5]。塔內(nèi)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定如表2所示。

表1　富氣的組成

表2　各塔基本概況

3.3模擬結(jié)果數(shù)據(jù)分析

在吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔、干氣脫硫塔的模型全部完成后、對(duì)模型進(jìn)行了模擬運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果收斂，基本符合要求，見(jiàn)表3。

表3　產(chǎn)品實(shí)際量與模擬量的比較

由表3可以看出，干氣、液化氣、粗汽油、柴油及穩(wěn)定汽油的實(shí)際產(chǎn)量與模擬值相近，偏差在可接受范圍內(nèi)。各塔控制指標(biāo)與模擬值的比較如表4所示。產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與模擬值的比較如表5所示。

表4　各塔控制指標(biāo)與模擬值的比較

表5　產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與模擬值的比較

由表4、表5的比較可以看出模擬值基本滿足物料衡算、塔的控制指標(biāo)及產(chǎn)品控制指標(biāo)的要求，可以用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際。但是由于延遲焦化裝置進(jìn)料組成與各塔操作數(shù)據(jù)的采集時(shí)間不同，對(duì)模擬結(jié)果會(huì)產(chǎn)生偏差，所以實(shí)際數(shù)據(jù)給出了一個(gè)范圍。使用模型時(shí)，需要根據(jù)進(jìn)料的變化調(diào)節(jié)操作條件，方可通過(guò)模型指導(dǎo)生產(chǎn)。

Aspen Plus的工況和靈敏度研究等功能，對(duì)改善工廠操作及確定改善操作的方法非常有用，可根據(jù)需要利用模型指導(dǎo)生產(chǎn),通過(guò)改進(jìn)流程或調(diào)整操作條件，得到一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4　模型分析

Aspen Plus的靈敏度研究功能對(duì)改善工廠操作及確定改善操作的方法非常有用，以下主要是通過(guò)Aspen Plus的靈敏度分析功能對(duì)若干操作條件進(jìn)行的分析計(jì)算。

4.1吸收塔頂補(bǔ)充吸收劑量對(duì)干氣中C3含量的影響

圖1　補(bǔ)充吸收劑量與干氣中C3含量關(guān)系圖

以上曲線反映的是補(bǔ)充吸收劑量的變化，對(duì)塔頂氣中C3含量的影響，隨著補(bǔ)充吸收劑量提高干氣中C3+組分隨之減少。在條件允許的情況下，可適當(dāng)降低補(bǔ)充吸收劑量，并且保證干氣C3合格。

4.2解析塔底溫度對(duì)液化氣中C2含量的影響

圖2　解析塔底溫度對(duì)液化氣中C2含量的影響

由圖2可看出，在模擬條件下，解吸塔底溫度在165～176 ℃時(shí)，液化氣中的C2含量可控制在2%以內(nèi)。當(dāng)解吸塔底溫度提高至168 ℃以后，液化氣中C2含量下降緩慢，可以有效指導(dǎo)操作。

4.3穩(wěn)定塔底溫度對(duì)液化氣中C5含量的影響

圖3　穩(wěn)定塔底溫度對(duì)液化氣中C5含量的影響

從圖3可看出，當(dāng)穩(wěn)定塔頂冷回流量不變的情況下，提高塔底溫度后，液化氣中C5含量逐步增加，當(dāng)塔底溫度提高到185 ℃時(shí)，液化氣中C5含量出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，在生產(chǎn)中指導(dǎo)操作塔底溫度控制不能超過(guò)185 ℃。

4.4干氣脫硫塔貧液進(jìn)塔量與脫后干氣H2S含量的影響

圖4　干氣脫硫塔貧液進(jìn)塔量與脫后干氣H2S含量的影響

隨著貧液進(jìn)塔量的增加，脫后干氣中硫化氫含量逐步降低，當(dāng)貧液進(jìn)塔量增加至26 t/h時(shí)，脫后干氣中硫化氫含量<20 μg/g。當(dāng)脫后干氣硫化氫含量合格后，增加貧液進(jìn)塔量只是增加能耗，而脫后干氣硫化氫含量下降非常少。

5　結(jié)論與建議

在模擬條件下，解吸塔底溫度在166 ℃時(shí)，液化氣中的C2含量出現(xiàn)拐點(diǎn)，已經(jīng)下降到了0.1%，當(dāng)再提高解吸塔底溫度時(shí)，液化氣中的C2含量下降趨勢(shì)減緩較慢。現(xiàn)生產(chǎn)中解吸塔底溫度控制在170～173 ℃，可根據(jù)穩(wěn)定塔頂壓力情況，將解吸塔底溫度稍向下調(diào)整，既能保證液化氣中的C2含量合格，又能達(dá)到節(jié)能效果。

從模型分析數(shù)據(jù)看，當(dāng)穩(wěn)定塔頂冷回流量不變的情況下，提高塔底溫度后，液化氣中C5含量逐步增加，當(dāng)塔底溫度提高到185 ℃時(shí)，液化氣中C5含量出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)。

從模型分析數(shù)據(jù)看，在進(jìn)料量穩(wěn)定情況下，隨著貧液進(jìn)塔量的增加，脫后干氣中硫化氫含量逐步降低，當(dāng)貧液進(jìn)塔量增加至25 t/h時(shí)，脫后干氣中硫化氫含量出現(xiàn)一個(gè)大的拐點(diǎn)，含量<20 μg/g，達(dá)到了產(chǎn)品控制要求。當(dāng)再增大貧液進(jìn)塔量后，脫后干氣中硫化氫含量下降非常少。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)進(jìn)料量穩(wěn)定情況下，可以計(jì)算出貧液進(jìn)塔量的最小值，再給予一定的余度，既能保證產(chǎn)品質(zhì)量合格，又能達(dá)到節(jié)能效果。

在今后生產(chǎn)中，當(dāng)生產(chǎn)方案和進(jìn)料量變動(dòng)情況下，可以充分利用Aspen Plus工藝模型先進(jìn)行可行性分析，找出最佳的調(diào)整參數(shù)，制訂出最合理的調(diào)整方案，減少調(diào)整操作的盲目性。在平穩(wěn)生產(chǎn)的情況下，可以利用工藝模型離線尋找優(yōu)化的操作條件，使裝置節(jié)能降耗，生產(chǎn)效益最大化。

[1]AsPen Physical ProPerty System.Physical property methods and models[M].AsPen Technology,2001.

[2]謝安俊,劉世華,張華巖,等.大型化工流程模擬軟件-AspenPlus[J].石油與天然氣化工,1995,24(4):247-251.

[3]沈本賢,程麗華,王海彥.石油煉制工藝學(xué)[M].北京:中國(guó)石化出版社,2014.

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[5]Maeiel Fiilio R,Sugaya M F.A computer aided too for heavy oil thermal cracking process simulation[J].Computers and Chemieal Engineering,2001,25:683-692.

2016-06-30

崔禹東(1988-)，男，助理工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作，電話：18638481116。

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