催化裂化裝置分餾塔的Aspen模擬優(yōu)化

閆 雨

(中石化天津分公司研究院，天津 300271)

?

催化裂化裝置分餾塔的Aspen模擬優(yōu)化

閆 雨

(中石化天津分公司研究院，天津 300271)

為了改進(jìn)催化裂化裝置的生產(chǎn)操作，提高經(jīng)濟(jì)效益，本文利用Aspen plus流程模擬軟件對(duì)裝置的分餾塔進(jìn)行建模和優(yōu)化，通過模型模擬值和裝置數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。在模型的基礎(chǔ)上利用靈敏度分析功能找到該裝置的可調(diào)節(jié)變量，對(duì)分餾部分多個(gè)優(yōu)化點(diǎn)進(jìn)行討論分析，通過對(duì)分餾塔頂部循環(huán)流量、第一中段流量和頂循返塔溫度的調(diào)節(jié)，可以提高粗氣油干點(diǎn)，減小汽油/柴油重疊度，最大限度的增產(chǎn)汽油。

Aspen plus；催化裂化；建模；優(yōu)化

催化裂化[1]是重質(zhì)石油烴類在催化劑的作用下反應(yīng)生成液化氣、汽油和柴油等輕質(zhì)油品的主要過程，在汽油和柴油等輕質(zhì)油品的生產(chǎn)中占有重要的地位，是我國(guó)最主要的重質(zhì)油輕質(zhì)化手段，催化裂化裝置由反應(yīng)單元、分餾單元和吸收穩(wěn)定單元組成。提高催化裂化輕質(zhì)油品收率對(duì)于提高煉油行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有至關(guān)重要的作用，這在油氣資源緊張的今天尤為重要。隨著國(guó)內(nèi)外原油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化，催化裂化已成為煉油企業(yè)油品輕質(zhì)化和獲取化工原料的重要加工手段，發(fā)展?jié)摿艽蟆１疚氖抢肁spen plus[2]軟件對(duì)某催化裂化裝置分餾單元的分餾塔進(jìn)行模擬優(yōu)化，計(jì)算得到了分餾塔頂部循環(huán)和一中段循環(huán)的最佳工藝條件，加強(qiáng)工藝人員對(duì)工藝機(jī)理的掌握，從而改善操作，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，達(dá)到了操作優(yōu)化，節(jié)能降耗的目的。

1 分餾系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

從催化裂化裝置反應(yīng)系統(tǒng)來(lái)的460～510 ℃的高溫油氣，夾帶少量粉末，進(jìn)入分餾塔下部的脫過熱段，與冷卻到260 ℃左右的油漿在人字擋板上逆流接觸換熱，脫除油氣過熱并洗滌催化劑粉末，然后進(jìn)入分餾塔上部，將冷凝到飽和狀態(tài)的油氣混合物在分餾段分成幾個(gè)中間產(chǎn)品。塔頂為粗汽油和富氣，側(cè)線有輕柴抽和回?zé)捰?，塔底為油漿。富氣與粗氣油進(jìn)入下游吸收-穩(wěn)定進(jìn)行處理，最終形成穩(wěn)定汽油出裝置。柴油先通過汽提塔，再經(jīng)換熱冷卻后出裝置。為取走分餾塔內(nèi)的過剩熱量，設(shè)有頂循環(huán)回流、兩個(gè)中段循環(huán)回流和塔底油漿循環(huán)回流。

2 模型的建立和驗(yàn)證

利用AspenPlus軟件進(jìn)行建模，手動(dòng)輸入各餾分段餾程，物性方法選擇MXBONNEL[3](適合重油催化裂化)，分餾塔用PetroFrac模塊通過進(jìn)料數(shù)據(jù)和模塊的設(shè)定，經(jīng)過調(diào)試和計(jì)算，模型收斂。模型可以對(duì)催化裂化裝置分餾過程的物料平衡、能量平衡、相平衡進(jìn)行模擬，模型流程圖如圖1所示。

圖1 催化裂化裝置分餾塔模擬流程圖

模擬所得各部溫度、產(chǎn)品質(zhì)量及各物流抽出率與實(shí)際值基本相符(誤差小于5%視為數(shù)據(jù)合格)，兩者數(shù)據(jù)比較如表1所示。

表1 分餾塔模擬溫度與實(shí)際溫度對(duì)照表

3 靈敏度分析

分餾塔的剩余熱量大而且產(chǎn)品的分離精確度要求比較容易滿足，因此一般設(shè)有塔頂循環(huán)回流、1～2個(gè)中段循環(huán)回流和油漿回流，尋找合適的循環(huán)回流工藝條件是分餾塔操作的一個(gè)關(guān)鍵因素，使用Aspen Plus軟件中sensitivity[4]即靈敏度分析功能對(duì)催化裂化分餾塔的工藝條件進(jìn)行靈敏度分析，確定可以調(diào)節(jié)的變量和可調(diào)范圍。

表2 分餾塔頂部循環(huán)和一中循環(huán)計(jì)算結(jié)果表

3.1 頂循流量對(duì)粗汽油干點(diǎn)[5]及流量的靈敏度分析

通過分析和量化分餾塔頂循環(huán)回流量與汽油干點(diǎn)及流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可知對(duì)汽油干點(diǎn)的調(diào)節(jié)可以通過頂部循環(huán)回流量來(lái)控制調(diào)節(jié)，對(duì)粗汽油干點(diǎn)操作具有較好的指導(dǎo)性。在石化企業(yè)大力降低柴汽比的形勢(shì)下，適當(dāng)降低回流量，以某煉廠催化裂化裝置為例：如圖2所示，塔頂循環(huán)流量由223 t/h降低至215 t/h，粗氣油干點(diǎn)從202 ℃增大至204 ℃，粗氣油流量從60 t/h增加到61 t/h，一年可增產(chǎn)汽油約8000 t(裝置開工按8000 h計(jì))，降低柴汽比效果明顯。

圖2 分餾塔頂循流量對(duì)粗氣油干點(diǎn)和粗氣油流量的靈敏度分析

3.2 分餾塔第一中段循環(huán)流量對(duì)柴油95%點(diǎn)的靈敏度分析

圖3 分餾塔第一中段循環(huán)量對(duì)柴油餾分干點(diǎn)(95%點(diǎn))的靈敏度分析

通過分析和量化分餾塔第一中段循環(huán)流量與柴油干點(diǎn)(95%)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(第一中段返塔溫度不變)，可知對(duì)柴油干點(diǎn)(95%)的調(diào)節(jié)主要通過第一中段循環(huán)回流量控制來(lái)調(diào)節(jié)，增大第一中段循環(huán)流量,柴油干點(diǎn)(95%)會(huì)下降,對(duì)柴油干點(diǎn)(95%)操作具有較好的指導(dǎo)性，以某煉廠催化裂化裝置為例：如圖3所示，分餾塔第一中段循環(huán)流量由95 t/h增大至115 t/h時(shí)，柴油干點(diǎn)(95%)降低3 ℃，減少柴油餾分的流量有效果明顯，減少的柴油餾分可進(jìn)入回?zé)捰宛s分，重新循環(huán)進(jìn)入催化裂化裝置，提高汽油組分產(chǎn)量。

3.3 頂部循環(huán)返塔溫度對(duì)粗汽油干點(diǎn)靈敏度分析

圖4 分餾塔頂部循環(huán)返塔溫度對(duì)粗氣油干點(diǎn)的靈敏度分析

通過模型分析可知，提高頂部循環(huán)返塔溫度會(huì)使汽油干點(diǎn)上升，我們可以通過選擇合適的頂部循環(huán)返塔溫度，最大限度的增產(chǎn)汽油。以某煉廠催化裂化裝置為例：如圖4所示，分餾塔頂部循環(huán)返塔溫度由67.5 ℃提高到71 ℃，粗氣油干點(diǎn)由202 ℃提高到204 ℃，計(jì)算粗氣油產(chǎn)量增加1 t/h，降低柴汽比效果明顯。

3.4 汽柴油重疊度靈敏度分析

由于汽柴油價(jià)格的波動(dòng)，通過對(duì)影響汽柴油重疊度的控制手段的量化靈敏度分析，可以更加明晰地掌握汽柴油的分離程度以及各自的質(zhì)量。此分析中兩路回流的變化范圍選定符合實(shí)際。

圖5 分餾塔頂部循環(huán)流量對(duì)汽油/柴油重疊度的靈敏度分析

以某煉廠催化裂化裝置為例：粗氣油干點(diǎn)203 ℃，柴油初餾點(diǎn)193 ℃，汽油/柴油重疊度為10 ℃，對(duì)應(yīng)頂部循環(huán)流量215 t/h，如圖5所示，適當(dāng)增大頂部循環(huán)流量可以減小汽油/柴油重疊度；第一中段流量105 t/h，如圖6所示，適當(dāng)減小第一中段循環(huán)流量可減小汽油/柴油重疊度。通過模型分析可知，我們可以選擇合適的分餾塔頂循環(huán)流量和第一中段循環(huán)流量降低汽油柴油的重疊度，最大限度的多產(chǎn)汽油組分，減少分餾塔汽柴油的重疊。

圖6 分餾塔第一中段循環(huán)流量對(duì)汽油/柴油重疊度的靈敏度分析

4 結(jié) 論

(1)以某煉廠催化裂化裝置分餾塔為研究對(duì)象，建立ASPEN模型，模型計(jì)算結(jié)果基本與實(shí)際工藝數(shù)據(jù)相符合。

(2)該模型可在裝置的不同層面上進(jìn)行過程分析，研究調(diào)整產(chǎn)品分布的可能性和各種操作方案，還可通過工況研究來(lái)改進(jìn)流程和操作條件，提高生產(chǎn)效率、增加效益。

(3)在國(guó)內(nèi)降低柴汽比的環(huán)境下，催化裂化裝置分餾塔的優(yōu)化顯得格外突出，適當(dāng)降低分餾塔頂部循環(huán)流量、提高分餾塔頂部循環(huán)返塔溫度、提高第一中段循環(huán)流量均可達(dá)到減產(chǎn)柴油、增加汽油的效果。

[1] 徐春明,楊朝合.石油煉制工程.4版[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009,第四章:294-296.

[2] 熊杰明,李江保.化工流程模擬Aspen plus實(shí)例教程.2版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015,第一章:1-5.

[3] 熊杰明,李江保.化工流程模擬Aspen plus實(shí)例教程.2版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015,第三章:20-22.

[4] Aspen Plus User Guide [M].US: Aspen Technology Inc., 2001,chapter 20:1-2.

[5] 徐春明,楊朝合. 石油煉制工程.4版[M].北京：石油工業(yè)出版社,2009,第三章:56.

Aspen Modeling and Optimization of Fractionation Column of Catalytic Cracking Unit

YANYu

(Research Institute of SINOPEC Tianjin Petrochemical Company,Tianjin 300271, China)

In order to improve the production operation of catalytic cracking unit and the economic efficiency, using Aspen plus process simulation software to model and optimize the distillation column, by comparing the model simulation value and the data of the device, the accuracy of the model was verified. Based on the model, the adjustable variables of the device were found by using the sensitivity analysis function, discussion and analysis on several optimization points of fractionation, adjusting the top circulating flow rate, the first segment flow rate and the top circulating temperature, can improve the coarse oil dry point, reduce the gasoline/diesel overlap and the maximum yield of gasoline.

Aspen plus; catalytic cracking;modeling;optimization

閆雨(1979-)，男，高級(jí)工程師，主要從事石油化工工藝優(yōu)化應(yīng)用。

生產(chǎn)技術(shù)

TE

B

1001-9677(2016)022-0125-03