催化裂化分餾和吸收穩(wěn)定全流程模擬與優(yōu)化①

龐利敏　包江滔

中國石油化工股份有限公司金陵石化分公司

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催化裂化分餾和吸收穩(wěn)定全流程模擬與優(yōu)化①

龐利敏包江滔

中國石油化工股份有限公司金陵石化分公司

Aspen-Plus全流程模擬恩氏蒸餾曲線補(bǔ)充吸收劑分餾塔

應(yīng)用流程模擬軟件Aspen-Plus[3-4]對(duì)Ⅰ催化裂化分餾和吸收穩(wěn)定進(jìn)行全流程模擬、靈敏度分析及優(yōu)化，得到各參數(shù)的優(yōu)化值，以達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低過程能耗的目的。

1　模型建立

結(jié)合Ⅰ催化裂化裝置的實(shí)際生產(chǎn)工藝和設(shè)備數(shù)據(jù)，建立Aspen-Plus的主分餾塔和吸收-穩(wěn)定工段模型，物性方法選擇BK10。在進(jìn)行模擬運(yùn)算前，需要知道分餾塔進(jìn)料的TBP(實(shí)沸點(diǎn)蒸餾)曲線數(shù)據(jù)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于從沉降器來的反應(yīng)油氣溫度高且餾程寬，其中包含水蒸氣、大量可凝性烴類及不凝氣體，無法測(cè)其數(shù)據(jù)。通過采集2015年Ⅰ催化裂化穩(wěn)定汽油、液態(tài)烴、干氣、油漿、柴油、酸性水等分析數(shù)據(jù)和流量的年平均值，進(jìn)而根據(jù)物料平衡確定分餾塔的進(jìn)料量和進(jìn)料組成。Aspen-Plus模型見圖1，在分餾系統(tǒng)中通過控制溫度、壓力、回流量等工藝因素，保證側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量合格。吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)利用吸收和精餾方法，將分餾系統(tǒng)來的富氣和粗汽油分離出質(zhì)量合格的干氣、液態(tài)烴和穩(wěn)定汽油，且盡量回收干氣中的液態(tài)烴等產(chǎn)品。另外，生產(chǎn)工藝條件由金陵分公司數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整理，采用平均值以確保模型的準(zhǔn)確性，主要參數(shù)見表1。

2　模型驗(yàn)證

表1　主要操作參數(shù)Table1　Mainoperationparameters項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)分餾塔富氣壓縮機(jī)　塔板數(shù)34　一段出口表壓/MPa0.44　再吸收油返塔位置23　二段出口表壓/MPa1.3　頂循抽出/返回塔板30/34吸收塔　頂循抽出量/(t·h-1)140　粗汽油進(jìn)料溫度/℃30　頂循返塔溫度/℃60　富氣進(jìn)塔溫度/℃45　一中抽出/返回塔板13/17，19　補(bǔ)吸收油溫度/℃30　一中抽出量/(t·h-1)146　補(bǔ)吸收油流量/(t·h-1)46　一中返塔溫度/℃155　中段抽出量/(t·h-1)85　二中抽出/返回塔板3/6　中段回流冷后溫度/℃30　二中抽出量/(t·h-1)35再吸收塔　二中返塔溫度/℃221　塔板數(shù)24　油漿抽出/返回塔板塔底/人字擋板上，下　塔頂表壓/MPa1.15　油漿循環(huán)量/(t·h-1)350(上下返口)　貧吸收油進(jìn)料溫度/℃40　油漿返塔溫度/℃255　再吸收油進(jìn)料量/　(t·h-1)11　柴油抽出/返回塔板17，19/22解吸塔　柴油出裝置流量/(t·h-1)29.0842　塔板數(shù)32　汽提蒸汽溫度/℃260　進(jìn)料板32/25　汽提蒸汽表壓/MPa0.88　塔頂表壓/MPa1.15　柴油汽提蒸汽量/(t·h-1)1.4　塔底流出量占進(jìn)料比0.9756　油漿去焦化/(t·h-1)9.532　底溫/℃107　回?zé)捰腿ハ炗图託?(t·h-1)5　再沸器返塔溫度/℃119　分餾塔進(jìn)料溫度/℃500穩(wěn)定塔　分餾塔進(jìn)料表壓/MPa0.17　塔板數(shù)50　分餾塔塔頂油氣冷后　溫度/℃45　進(jìn)料板19，23　分餾塔塔頂表壓/kPa148　塔頂表壓/MPa1.13　分餾塔頂溫/℃124　回流比(w)2.7　塔頂含硫污水量/(t·h-1)1.5　塔頂液態(tài)烴冷后溫度/℃40

3　分餾-吸收穩(wěn)定操作參數(shù)優(yōu)化

由于分餾-吸收穩(wěn)定流程復(fù)雜，前后關(guān)聯(lián)性強(qiáng)[7-8]。因此，對(duì)其操作參數(shù)的優(yōu)化必須從全流程出發(fā)，單個(gè)操作單元的優(yōu)化并不適合實(shí)際生產(chǎn)過程。在分餾工段中，保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，要盡可能取走高溫位熱源用于發(fā)汽、給吸收穩(wěn)定單元提供熱源等。在吸收-穩(wěn)定工段中，諸如吸收塔的壓力、溫度等主要是由系統(tǒng)壓力平衡和熱平衡決定，其可調(diào)節(jié)的余地較小。生產(chǎn)中往往通過調(diào)節(jié)補(bǔ)充吸收劑和粗汽油的流量控制吸收塔的吸收效果，通過調(diào)節(jié)解吸塔塔底再沸器負(fù)荷控制解吸效果。由于補(bǔ)充吸收油流量及解吸塔再沸器負(fù)荷直接影響系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)物的流量，因此，只有吸收塔“恰當(dāng)”吸收、解吸塔“恰當(dāng)”解吸才能最大限度地減小循環(huán)物流流量，降低系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷，從而使系統(tǒng)處于最佳的操作狀態(tài)，而判斷“恰當(dāng)”與否及關(guān)聯(lián)參數(shù)的影響程度只能通過產(chǎn)品質(zhì)量控制來體現(xiàn)。因此，從以下3個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)研究：

表2　干氣和液態(tài)烴實(shí)際和模擬所得的產(chǎn)品組成Table2　Actualandsimulatedproductcompositionofdrygasandliquidhydrocarbonφ/%干氣組分實(shí)際模擬液態(tài)烴組分實(shí)際模擬空氣16.36116.372空氣0.0000.000甲烷23.55323.565甲烷0.0000.000二氧化碳2.0101.800二氧化碳0.0000.000乙烯7.7597.748乙烯0.0000.000乙烷6.4496.448乙烷0.6270.600硫化氫0.2960.330硫化氫0.0680.078丙烯0.7930.900丙烯37.11938.084丙烷0.1500.150丙烷9.9079.865異丁烷0.0910.100異丁烷16.03015.919正丁烷0.0610.076正丁烷3.4703.445正異丁烯0.1940.201正異丁烯12.07511.926反丁烯-20.0660.073正丁烯5.4925.408順丁烯-20.0730.075反丁烯-27.9457.968碳50.0000.000順丁烯-27.8217.868氫氣42.13542.163碳50.0120.001

(1) 考察分餾塔一中循環(huán)回流(以下簡(jiǎn)稱一中)和塔頂循環(huán)回流(以下簡(jiǎn)稱頂循)的返塔溫度對(duì)汽油和柴油產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在保證穩(wěn)定塔塔底再沸器熱負(fù)荷和分餾塔產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，求得所需一中最小循環(huán)量，以期最大程度地移走油漿的高溫位熱源。

(3) 考察解吸塔再沸器熱負(fù)荷對(duì)解吸氣量、液態(tài)烴中C2和C5體積分?jǐn)?shù)及穩(wěn)定塔再沸器熱負(fù)荷的影響，通過求得解吸塔塔底重沸器所需最小蒸汽量，實(shí)現(xiàn)解吸塔的“卡邊”操作。

3.1考察一中和頂循取熱量的影響

催化裂化分餾系統(tǒng)主要由主分餾塔、塔頂油氣冷卻系統(tǒng)、柴油汽提塔、回?zé)捰凸藜爸卸窝h(huán)回流組成。其中，主分餾塔的絕大部分熱量由過熱狀態(tài)下的反應(yīng)油氣帶入塔內(nèi)，除塔頂產(chǎn)物以氣相狀態(tài)離開分餾塔外，其余產(chǎn)物以液相狀態(tài)離開主分餾塔。因此，分餾過程需要取走大量顯熱和液相產(chǎn)物冷凝潛熱。對(duì)于分餾系統(tǒng)，反應(yīng)油氣熱量的充分和優(yōu)化利用是降低催化裂化過程能耗的主要途徑。分餾塔一般設(shè)有頂循環(huán)回流、一中段循環(huán)回流、二中段循環(huán)回流和油漿循環(huán)回流，以取走過剩的熱量。取熱的原則是盡可能從高溫位的油漿和中段循環(huán)取走熱量。詳細(xì)的實(shí)際操作中取熱分布見表3。

首先，在對(duì)分餾系統(tǒng)模擬的過程中，采用控制變量法，定義油漿的小排量不變，以油漿取熱量作為變量，保證油漿的蒸餾曲線不變化，通過調(diào)節(jié)頂循和一中的返塔溫度，考察對(duì)汽油的干點(diǎn)溫度和柴油的95%餾出溫度的影響，其趨勢(shì)見圖3。

隨著頂循和一中返塔溫度的上升，汽油干點(diǎn)和柴油95%餾出溫度均上升，這主要是因?yàn)殡S著頂循返塔溫度的上升，頂循取熱量下降，整座塔的溫位上移。另外，從圖3還可以看出，一中取熱量對(duì)柴油質(zhì)量的影響比頂循取熱量要靈敏，變化趨勢(shì)大。生產(chǎn)操作中，要對(duì)一中取熱量進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。其次，在保證液態(tài)烴和穩(wěn)汽產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下(卡邊操作時(shí))，模擬得出穩(wěn)定塔再沸器的熱負(fù)荷為10 MW，工藝流程中給穩(wěn)定塔再沸器熱負(fù)荷提供熱源的為一中熱油，為不影響產(chǎn)品質(zhì)量，將一中的返塔溫度設(shè)在155 ℃，并將一中的熱負(fù)荷給定為10 MW。軟件運(yùn)行結(jié)果顯示，一中所需抽出量為131 t/h，比實(shí)際操作時(shí)的146 t/h少15 t/h。此時(shí)，塔底油漿所取熱負(fù)荷達(dá)到18.9 MW，占總?cè)崃康谋壤秊?5.89%，高于實(shí)際生產(chǎn)中的44.82%，滿足盡量從高溫位的油漿取熱的原則。

表3　分餾塔實(shí)際取熱Table3　Actualheatoffractionationcolumn項(xiàng)目抽出量/(t·h-1)返塔溫度/℃取熱負(fù)荷/MW取熱占比/%頂循環(huán)140609.6723.78一中循環(huán)14615510.4425.67二中循環(huán)352212.295.64油漿循環(huán)36025518.2644.82

3.2考察補(bǔ)充吸收劑流量的影響

3.3考察解吸塔再沸器熱負(fù)荷的影響

4　結(jié) 論

(1) Aspen-Plus流程模擬軟件基本可以反映Ⅰ催化裂化的生產(chǎn)過程，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)、操作具有積極的指導(dǎo)意義。

(2) 隨著頂循、一中返塔溫度的上升，汽油干點(diǎn)和柴油95%餾出溫度上升。在保證穩(wěn)定塔塔底熱負(fù)荷和分餾塔產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，建議一中抽出量為131 t/h，對(duì)應(yīng)塔底油漿所取熱負(fù)荷達(dá)到18.9 MW，占總?cè)崃康谋壤秊?.458 9，高于之前的0.448 2。

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Process simulation and optimization for fluid catalytic cracking fractionation system and absorption-stabilization system

Pang Limin, Bao Jiangtao

(JinlingPetrochemicalCompany,Sinopec,Nanjing210033,China)

Aspen-Plus, whole process simulation, ASTM D86 curve, additional absorbent, fractionating tower

龐利敏(1988-)，女，研究生，助理工程師，畢業(yè)于南京理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司金陵石化分公司I催化裂化車間。E-mail：pangliminfly@126.com

TE624.4+1

ADOI: 10.3969/j.issn.1007-3426.2016.05.006

2016-05-23；編輯：溫冬云