Aspen Plus軟件在延遲焦化主分餾塔上的應(yīng)用

陳 亮，普 天，趙萌瑩

(新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830006)

Aspen Plus軟件在延遲焦化主分餾塔上的應(yīng)用

陳 亮，普 天，趙萌瑩

(新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830006)

利用Aspen Plus化工流程模擬軟件對(duì)國(guó)內(nèi)某煉廠的延遲焦化主分餾塔進(jìn)行模擬計(jì)算，探討了焦化分餾塔的模擬策略以及在模擬過程中反應(yīng)油氣的組成估算、熱力學(xué)方法的選擇、理論塔板數(shù)的選取等。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Aspen Plus的模擬結(jié)果與標(biāo)定數(shù)據(jù)基本上一致，說明模擬結(jié)果切實(shí)可靠，模擬結(jié)果基本上反應(yīng)了主分餾塔的運(yùn)行情況。

焦化主分餾塔；模擬策略；Aspen Plus；模型

延遲焦化工藝是重油加工的主要手段之一，以其原料適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟、投資低等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用[1]。其中主分餾塔是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品分離的重要單元，從焦炭塔頂來的高溫反應(yīng)油氣在分餾塔中分離成富氣、汽油、柴油、蠟油等產(chǎn)品。借助于Aspen Plus這種化工流程模擬軟件對(duì)國(guó)內(nèi)某煉廠的延遲焦化主分餾塔進(jìn)行模擬計(jì)算。國(guó)內(nèi)外研究者針對(duì)不同的研究應(yīng)用背景對(duì)延遲焦化裝置的模擬策略進(jìn)行過研究探討[2-4]。如楊科，吳宇、顏世闖在反應(yīng)油氣組成預(yù)測(cè)上，根據(jù)質(zhì)量守恒原理由主分餾塔出料反推其進(jìn)料組成。有關(guān)焦化分餾塔模擬熱力學(xué)方法的選定，Aspen Plus推薦GS、GSE、IGS、SRK和PR等方法模擬計(jì)算重油加工過程工藝[3]。針對(duì)焦化主分餾塔模擬過程中存在的不精確問題，探討了分餾塔模擬中的方法策略，特別是塔下部脫過熱段的模擬處理策略，從而為焦化裝置的擴(kuò)容或節(jié)能改造，以及操作調(diào)優(yōu)提供必要的理論指導(dǎo)。

1 遲焦化主分餾塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

延遲焦化的原料主要來自于減壓渣油(直餾渣油)、二次加工渣油(其中包括催化裂化油漿、減粘裂解渣油、脫油瀝青)以及各種污油廢油[4]。由于延遲焦化所加工的油品屬于重質(zhì)油品，故焦化主分餾塔在結(jié)構(gòu)上不同于一般的精餾塔。主分餾塔底脫過熱人字擋板的升氣管上段設(shè)有重蠟油循環(huán)回流，并通過重蠟油循環(huán)回流上下返塔量靈活調(diào)節(jié)脫過熱段油氣及輕蠟油產(chǎn)品抽出蒸發(fā)段的溫度，有效控制裝置循環(huán)比。在相同條件下 , 下回流流量越大, 過熱蒸發(fā)段溫度越低，循環(huán)比越大。

2 焦化分餾塔模擬策略

對(duì)于延遲焦化主分餾塔的模擬策略，易國(guó)剛[5]等人對(duì)此進(jìn)行了研究，分別對(duì)延遲焦化主分餾塔進(jìn)行了整體模擬和分段模擬，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，相比于將延遲焦化主分餾塔當(dāng)作一個(gè)整體來模擬，在對(duì)主分餾塔進(jìn)行模擬時(shí)，將脫過熱段與上部的分離段進(jìn)行分開處理的策略更加容易收斂，塔底溫度更易控制，且產(chǎn)品質(zhì)量與標(biāo)定值能夠很好地相吻合。塔底循環(huán)油分為兩部分，實(shí)際過程中與高溫反應(yīng)油氣接觸換熱的主要為循環(huán)油上返量，循環(huán)油下返量并未參與閃蒸。因此在進(jìn)行閃蒸處理時(shí)，進(jìn)入閃蒸罐的主要為反應(yīng)油氣和循環(huán)油上返量。離開脫過熱段的氣相被分離成富氣、粗汽油、柴油與蠟油，液相同循環(huán)油下返量一起作為塔底油抽出。

脫過熱段以上按照典型的分餾過程進(jìn)行模擬，而脫過熱段中的循環(huán)油與反應(yīng)油氣接觸換熱則近似看作一個(gè)閃蒸過程，采用模擬軟件中的閃蒸模塊。

3 延遲焦化主分餾塔的Aspen Plus模擬實(shí)例

3.1 流程描述

以某石化公司50萬t/a的延遲焦化裝置的實(shí)際標(biāo)定數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。根據(jù)以上提出的脫過熱段的閃蒸與混合組合模型處理及焦化分餾塔模擬策略，具體模擬流程如圖1所示。

圖1 延遲焦化主分餾塔Aspen Plus模擬流程圖

3.2 焦化分餾塔模擬

分餾塔的模擬主要涉及中間物流反應(yīng)油氣的組成估算、模擬中熱力學(xué)方法的選定以及塔板效率選取等。

3.2.1 反應(yīng)油氣的組成估算

焦化高溫反應(yīng)油氣為中間產(chǎn)物，主要依據(jù)質(zhì)量守恒原理，將反應(yīng)油氣當(dāng)作是焦化富氣、含硫污水、焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油以及一部分循環(huán)油混合而成的。但由于反應(yīng)油氣為虛擬組分，僅以最終產(chǎn)品來反推確定油氣組成是不夠的。模擬過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際分離產(chǎn)品的物性，適當(dāng)增減合成反應(yīng)油氣各對(duì)應(yīng)組分的量和組成來調(diào)整反應(yīng)油氣最終組成以得到所需產(chǎn)品，即反復(fù)調(diào)整虛擬反應(yīng)油氣組成使分餾塔側(cè)線抽出的物流滿足實(shí)際產(chǎn)品流量、溫度、ASTM數(shù)據(jù)以及分餾塔熱負(fù)荷分布的要求。

3.2.2 熱力學(xué)方法的選擇

熱力學(xué)方法選擇的正確與否直接影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇合適的熱力學(xué)方法是工藝模擬的關(guān)鍵因素之一。在運(yùn)用軟件對(duì)某個(gè)工藝進(jìn)行模擬時(shí)，一般遵照以下幾個(gè)原則：

(1)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)吻合的熱力學(xué)方法是最好的熱力學(xué)方法，因此有準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)篩選計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)吻合的熱力學(xué)方法。

(2)應(yīng)盡量選用最簡(jiǎn)單、最適用的熱力學(xué)方法。

(3)選用熱力學(xué)方法時(shí)，考慮體系主體，而不應(yīng)重點(diǎn)考慮微量組分，否則計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符。

對(duì)于延遲焦化工藝，因?yàn)閷儆诘蛪后w系，且屬于輕烴及水蒸氣含量較高的體系，比較常用的有兩種方法：GS法和BK10法。分別用兩種熱力學(xué)方法對(duì)延遲焦化工藝進(jìn)行模擬計(jì)算，通過比較計(jì)算結(jié)果篩選合適的熱力學(xué)方法作為本次模擬的物性方法。

表1 熱力學(xué)方法對(duì)模擬結(jié)果的影響

表1為兩種不同的熱力學(xué)方法的計(jì)算結(jié)果比較，從表中數(shù)據(jù)可以看出，選用GS與BK10兩種物性方法的計(jì)算結(jié)果相差不大，均能與標(biāo)定數(shù)據(jù)相吻合。對(duì)于含有H2的體系，GS方法相對(duì)于BK10而言更為準(zhǔn)確。鑒于以上原因，本次模擬中選用GS方法對(duì)延遲焦化主分餾塔進(jìn)行模擬。

3.2.3 理論塔板數(shù)的選取

按照經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于常壓、催化、焦化等油品加工過程，塔板效率一般為50%～60%[6]。本裝置中的脫過熱段以上實(shí)際塔盤數(shù)為30塊，因此理論塔板數(shù)應(yīng)該在15～18塊之間。在模擬過程中，塔板效率選取是否得當(dāng)，主要是通過計(jì)算各產(chǎn)品的流量、性質(zhì)及塔的操作條件是否與實(shí)際塔數(shù)據(jù)相近來判斷的。如果在誤差允許范圍內(nèi)，在可說明理論塔板數(shù)的選取比較合適。本次模擬過程中分別對(duì)理論塔板數(shù)N=15，N=18兩種情況進(jìn)行了模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 理論塔板數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響

由表2可以看出，選擇理論塔板數(shù)在15～18時(shí)(塔板效率為50%～60%)，理論塔板數(shù)的選取對(duì)模擬結(jié)果影響不大，模擬結(jié)果基本上與標(biāo)定值相吻合，誤差在允許范圍內(nèi)。因此，后面的模擬均采用理論塔板數(shù)N=15進(jìn)行模擬計(jì)算。

3.2.4 模擬結(jié)果分析與討論

圖3 主分餾塔各塔板溫度分布曲線圖

圖3為延遲焦化主分餾塔各理論塔板的溫度分布圖。由圖3可以看出，溫度在塔內(nèi)自上而下逐漸升高。在理論板1-2、7-8、9-10、14-15處塔內(nèi)溫度變化的增幅較其它塔板大，這主要是由延遲焦化主分餾塔的結(jié)構(gòu)決定的，該主分餾塔采用四個(gè)回流取熱來取走塔內(nèi)的熱量，在取熱處塔板之間的溫度會(huì)出現(xiàn)大幅度的改變。

為了更加直觀地比較軟件模擬結(jié)果與標(biāo)定值之間的差別，我們對(duì)主要產(chǎn)品粗汽油、柴油、蠟油的ASTM D86餾程通過作圖的方式進(jìn)行分析比較，見圖4～6。

圖4 粗汽油ASTM D86餾程曲線

圖5 柴油ASTM D86餾程曲線

圖6 蠟油ASTM餾程曲線

由圖4～6我們可以看出，蠟油的初餾點(diǎn)與標(biāo)定值相差比較大，這主要是由于進(jìn)入主分餾塔中的反應(yīng)油氣中輕組分比較多，有一部分輕組分未來得及被分離而直接作為蠟油產(chǎn)品抽出的緣故?？偟膩砜?，Aspen Plus的模擬結(jié)果與標(biāo)定值基本上一致，粗汽油、柴油及蠟油產(chǎn)品分離精度滿足要求。

4 結(jié)論

本章對(duì)某煉廠的延遲焦化主分餾塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，分析了延遲焦化主分餾塔的模擬策略。并運(yùn)用了Aspen Plus這種化工流程模擬軟件對(duì)該焦化主分餾塔進(jìn)行了模擬分析，將模擬結(jié)果與標(biāo)定值進(jìn)行比較。經(jīng)比較分析我們可以得出以下結(jié)論：

(1)對(duì)該主分餾塔進(jìn)行分段處理的模擬策略是可行的，熱力學(xué)方法及理論塔板數(shù)的選取得當(dāng)，利用化工流程模擬軟件對(duì)焦化主分餾塔進(jìn)行模擬計(jì)算是完全可行的。

(2)Aspen Plus的模擬結(jié)果與標(biāo)定數(shù)據(jù)基本上一致，模擬結(jié)果切實(shí)可靠，模擬結(jié)果基本上反應(yīng)了主分餾塔的運(yùn)行情況。

[1] 瞿國(guó)華，黃大智，梁文杰．延遲焦化在我國(guó)石油加工中的地位和前景[J]．石油學(xué)報(bào)，2005，21(3)：50-52．

[2] 楊 科．催化裂化裝置主分餾塔工藝模擬與分析[J]．化工進(jìn)展，2003，22(9)：988-991.

[3] Wang Chunhua, Chen Qinglin,Hua Ben.Process simulation and analysis of main fractionation column in delayed coking unit[J] . Computers and Applied Chemistry, 2006, 23(12)：1183-1187．

[4] 梁朝林，沈本賢．延遲焦化[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2007：180-183.

[5] 易國(guó)剛，陳清林，張冰劍．延遲焦化主分餾塔的模擬策研究[C]//第十一屆中國(guó)化工學(xué)會(huì)信息技術(shù)應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)年會(huì)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：271-277.

[6] 王洪江．流程模擬計(jì)算中關(guān)于塔板效率選擇的技巧[J]．石化技術(shù)，2003，10(1)：31-33.

(本文文獻(xiàn)格式：陳 亮，普 天，趙萌瑩.Aspen Plus軟件在延遲焦化主分餾塔上的應(yīng)用[J].山東化工,2017,46(5):104-106,108.)

The Application of Aspen Plus Software on the Main Fraction Column of Delayed Coking

ChenLiang,PuTian,ZhaoMengying

(Xinjiang Chemical Engineering Design Research Institute Co.,Ltd.,Urumchi 830006,China)

The simulation software of domestic refinery delayed coking fractionator was simulated by Aspen Plus chemical process, discusses estimation and simulation strategy of thermodynamic method for Coking Fractionating column and reaction in the simulation process of oil and gas、the number of the oretical plates selection. It is found that the simulation results of Aspen Plus are basically consistent with the calibration data, which shows that the simulation results are reliable and the simulation results basically reflect the operation of the main fractionator.

the main fraction column of delayed coking；simulation strategy；Aspen Plus；model

2017-02-09

陳 亮(1982—)，男，工程師，從事石油化工、煤化工的工程設(shè)計(jì)工作。

TE82

A

1008-021X(2017)05-0104-03