應(yīng)用ASPEN PLUS優(yōu)化氣分裝置操作條件

李昕益，孫琪

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應(yīng)用ASPEN PLUS優(yōu)化氣分裝置操作條件

李昕益，孫琪

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司葫蘆島設(shè)計(jì)院，遼寧 葫蘆島 125001）

應(yīng)用流程模擬軟件ASPEN PLUS對(duì)某氣分裝置進(jìn)行全流程模擬，在保證產(chǎn)品丙烯純度的前提下，優(yōu)化操作條件，降低裝置能耗，提高產(chǎn)品收率。

ASPEN PLUS；流程模擬；氣分裝置；優(yōu)化

丙烯是一種重要的化工原料，可生產(chǎn)多種有機(jī)化工產(chǎn)品。近年來，由于丙烯下游產(chǎn)品的快速發(fā)展，極大的促進(jìn)了中國(guó)丙烯需求量的快速增長(zhǎng)。煉油廠中，丙烯主要由氣體分餾裝置生產(chǎn)，因此優(yōu)化氣體分餾裝置的操作條件，合理回收丙烯，可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

本文基于某煉廠氣分裝置，通過ASPEN PLUS對(duì)其進(jìn)行全流程模擬，優(yōu)化操作條件，在保證產(chǎn)品丙烯純度的前提下，降低裝置能耗，提高產(chǎn)品收率。

1 模型的建立

1.1 流程簡(jiǎn)述

本氣分裝置為三塔流程，由外裝置來的液化石油氣原料經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器E101預(yù)熱后進(jìn)入脫丙烷塔C101，塔頂丙烷、丙烯餾分進(jìn)入脫乙烷塔C102，塔底碳四以上產(chǎn)品出裝置。C102頂乙烷餾分送出裝置，塔底餾分作為丙烯塔C103/C104進(jìn)料。丙烯塔頂丙烯餾分與塔底丙烷餾分作為產(chǎn)品送出裝置。

圖1 流程模擬簡(jiǎn)圖

1.2 原料氣的組成

原料氣的組成見表1。

1.3 模擬模型的建立本氣分裝置

應(yīng)用ASPEN PLUS模型庫中的RADFRAC模塊分別模擬脫丙烷塔C101、脫乙烷塔C102與丙烯塔C103/C104。脫丙烷塔C101、脫乙烷塔C102的物性方法選擇ASPEN PLUS推薦的RK-SOAVE，丙烯塔C103/C104物性方法選擇BWR-L-S［1］。模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)吻合較好，證明該模型準(zhǔn)確可靠。流程模擬簡(jiǎn)圖見圖1，計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 原料氣組成

表2 模擬計(jì)算結(jié)果

b脫乙烷塔模擬計(jì)算結(jié)果

c 丙烯塔（C103）模擬計(jì)算結(jié)果

d丙烯塔（C104）模擬計(jì)算結(jié)果

2 操作條件的優(yōu)化

2.1 脫丙烷塔的優(yōu)化

分離精度的優(yōu)化：脫丙烷塔分離精度要求為塔頂C4含量和塔底C3含量的摩爾分?jǐn)?shù)不大于0.5%，但該氣分裝置實(shí)際分離精度很高，均為0.01%，這樣造成能耗增加，通過調(diào)整脫丙烷塔回流量可降低塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負(fù)荷。優(yōu)化后的結(jié)果見表3。

進(jìn)料位置的優(yōu)化：通過靈敏度分析可確定合適的進(jìn)料位置，降低塔的能耗。脫丙烷塔進(jìn)料位置與塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負(fù)荷的關(guān)聯(lián)曲線見圖2。由該曲線可得，當(dāng)進(jìn)料位置為第40塊板時(shí)，冷卻器與重沸器的熱負(fù)荷最小。進(jìn)料位置優(yōu)化后計(jì)算結(jié)果見表4。

脫丙烷塔綜合調(diào)優(yōu)計(jì)算結(jié)果見表5。

表3 脫丙烷塔分離精度優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)比）

表4 脫丙烷塔進(jìn)料位置優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與分離精度優(yōu)化結(jié)果對(duì)比）

表5 脫丙烷塔綜合優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)比）

圖2 脫丙烷塔塔頂冷卻器/塔底重沸器熱負(fù)荷與進(jìn)料位置關(guān)聯(lián)曲線

2.2 脫乙烷塔的優(yōu)化

分離精度的優(yōu)化：脫乙烷塔分離精度要求塔底C2的摩爾分率小于0.1%，實(shí)際值達(dá)到0.01%。優(yōu)化后的結(jié)果見表6。

進(jìn)料位置的優(yōu)化：脫乙烷塔進(jìn)料位置與塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負(fù)荷的關(guān)聯(lián)曲線見圖3。由該曲線可得，當(dāng)進(jìn)料位置為第22塊板時(shí)，冷卻器與重沸器的熱負(fù)荷最小。進(jìn)料位置優(yōu)化后計(jì)算結(jié)果見表7。

脫乙烷塔綜合調(diào)優(yōu)計(jì)算結(jié)果見表8。

表6 脫乙烷塔分離精度優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)比）

表7 脫乙烷塔進(jìn)料位置優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與分離精度優(yōu)化結(jié)果對(duì)比）

圖3 脫乙烷塔塔頂冷卻器/塔底重沸器熱負(fù)荷與進(jìn)料位置關(guān)聯(lián)曲線

表8 脫乙烷塔綜合優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)比）

2.3 丙烯塔的優(yōu)化

分離精度的優(yōu)化：丙烯塔分離精度要求塔頂產(chǎn)品中丙烯摩爾分率不小于99.6%，實(shí)際值達(dá)到99.9%，造成丙烯收率降低。優(yōu)化后的結(jié)果見表9。

表9 丙烯塔分離精度優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)比）

進(jìn)料位置的優(yōu)化：丙烯塔塔進(jìn)料位置與塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負(fù)荷的關(guān)聯(lián)曲線見圖4。由該曲線可得，當(dāng)進(jìn)料位置為第110塊板時(shí)，冷卻器與重沸器的熱負(fù)荷最小。進(jìn)料位置優(yōu)化后計(jì)算結(jié)果見表10。

圖4 丙烯塔頂冷卻器/塔底重沸器熱負(fù)荷與進(jìn)料位置關(guān)聯(lián)曲線

脫丙烷塔綜合調(diào)優(yōu)計(jì)算結(jié)果見表11。

優(yōu)化后丙烯收率的比較見表12。

表10 丙烯塔進(jìn)料位置優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與分離精度優(yōu)化結(jié)果對(duì)比）

表11 丙烯塔綜合優(yōu)化計(jì)算結(jié)果（與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)比）

表12 優(yōu)化前后丙烯收率比較

3 經(jīng)濟(jì)分析

優(yōu)化后，丙烯產(chǎn)量增加為11 326 kg/h，與優(yōu)化前相比每小時(shí)增產(chǎn)119 kg。按年操作時(shí)數(shù)8 400 h計(jì)，每年增產(chǎn)丙烯999.6 t。丙烯與丙烷的差價(jià)按2 318元/t計(jì)，則每年可增加經(jīng)濟(jì)效益231.7萬元。

根據(jù)模擬計(jì)算，優(yōu)化后減少的冷凝器熱負(fù)荷共為2.04 Gcal/h，折合為冷卻水計(jì)價(jià)，則節(jié)省的水費(fèi)為137.3萬元/年。優(yōu)化后減少的重沸器熱負(fù)荷為2.05 Gcal/h，折合為蒸汽計(jì)價(jià)，則節(jié)省的蒸汽費(fèi)用為538.8萬元/年。合計(jì)節(jié)約676.1萬元/年。

4 結(jié)論

（1）應(yīng)用ASPEN PLUS建立了氣分裝置的全流程模擬模型。通過與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比較，證明該模型能較好的反映裝置的運(yùn)行狀況。

（2）通過調(diào)整分離精度與進(jìn)料位置，提高了丙烯的收率，降低了裝置的能耗。合計(jì)增加經(jīng)濟(jì)效益907.8萬元/年。

［1］ 楊青云，張厲，張曉光.氣體分餾裝置丙烯精餾塔三種軟件包的計(jì)算對(duì)比[J].煉油設(shè)計(jì),2000,30(8):35-38.

［2］ 楊曉梅，華賁.氣體分餾裝置操作條件的優(yōu)化[J].石油化工,200534(增刊)：821-823.

Optimization of Operating Conditions of Gas Fractional Unit by ASPEN PLUS

,

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.,Ltd. Huludao Design Institute, Liaoning Huludao 125001, China）

The whole process simulation of a gas fractional unit was carried out by using process simulation software ASPEN PLUS. Under the premise of guaranteeing the purity of propylene, the operating conditions were optimized to reduce the energy consumption and improve the yield of product.

ASPEN PLUS; process simulation; gas fractional unit; optimization

2017-09-12

李昕益（1984-），男，工程師，遼寧省朝陽市人，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程與工藝專業(yè)，從石油化工工藝設(shè)計(jì)工作。

TQ 221

A

1004-0935（2017）11-1103-04