基于HYSYS軟件的連續(xù)重整裝置模擬分析

周慶舟，劉春柳，秦衛(wèi)龍

（中國(guó)石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東青島266500）

1 連續(xù)重整裝置現(xiàn)狀

某公司連續(xù)重整裝置處理量180 萬(wàn)t/a，裝置生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)和組分（RON 為102）及混合二甲苯和苯等芳烴產(chǎn)品，同時(shí)副產(chǎn)純度大于90%的氫氣、脫異戊烷油、C6 抽余油、液化氣及燃料氣等產(chǎn)品。裝置由預(yù)處理、重整、催化劑再生和苯抽提四個(gè)部分組成。利用HYSYS 軟件對(duì)連續(xù)重整裝置建立模型，并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。

2 工藝流程簡(jiǎn)介

精制石腦油與氫氣混合后經(jīng)與反應(yīng)產(chǎn)物換熱、進(jìn)料加熱爐加熱后進(jìn)入重整反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝冷卻后進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物分離罐進(jìn)行氣液分離，罐頂含氫氣體經(jīng)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓后，一部分在重整反應(yīng)系統(tǒng)中循環(huán)使用，其余部分進(jìn)入重整氫增壓機(jī)進(jìn)行二級(jí)壓縮。經(jīng)過(guò)壓縮的重整氫氣與來(lái)自重整產(chǎn)物分離罐的液相物料混合再接觸，混合物料進(jìn)入再接觸罐中進(jìn)行氣液分離。再接觸罐頂氫氣進(jìn)入氫氣系統(tǒng)，罐底液相進(jìn)入穩(wěn)定塔進(jìn)行后續(xù)的產(chǎn)品分離。

3 重整反應(yīng)系統(tǒng)模型標(biāo)定

HYSYS 軟件針對(duì)連續(xù)重整反應(yīng)有單獨(dú)的計(jì)算標(biāo)定模塊，對(duì)特定裝置反應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，可以得到適用于此裝置的計(jì)算因子，進(jìn)而用于重整反應(yīng)的全流程模擬。利用HYSYS 軟件對(duì)裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，建立可靠的重整反應(yīng)器模型。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采樣樣品進(jìn)行色譜分析，其重整反應(yīng)進(jìn)料組成如表1 所示。

表1 重整原料性質(zhì)表

HYSYS 軟件中重整反應(yīng)模型物性方法為PR方程[1]，模型收斂誤差設(shè)定為1e-004，收斂次數(shù)為150 次，蠕變計(jì)算次數(shù)為30 次，步長(zhǎng)為1e-002。

對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)標(biāo)定，需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)的精確度進(jìn)行調(diào)整，目標(biāo)函數(shù)中sigma 越小表示其精確程度越高，模型目標(biāo)函數(shù)sigma 數(shù)值如表2 所示。

經(jīng)兩次系統(tǒng)性標(biāo)定，部分操作參數(shù)如表3所示。

表2 模型目標(biāo)函數(shù)sigma 數(shù)值

表3 重整反應(yīng)系統(tǒng)操作參數(shù)

3.1 HYSYS 反應(yīng)模型驗(yàn)證

對(duì)模擬計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果如表4 所示：HYSYS 模型計(jì)算值與實(shí)際數(shù)據(jù)偏差較小，其中，C5＋液收模擬值與實(shí)際值相差僅0.0590%，總芳收率二者相差0.6457%，氫氣純度相差0.0055%，重整反應(yīng)器溫度實(shí)際值與模擬值誤差在0.5℃之內(nèi)，其余項(xiàng)目誤差均較小。對(duì)于模型中誤差較大的P2、P5、P10 組分，其原因主要是裝置標(biāo)定過(guò)程中化驗(yàn)分析次數(shù)較少，樣品分析結(jié)果可能存在誤差[2]。

表4 模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際對(duì)比

3.2 重整反應(yīng)溫度對(duì)生成油的影響

利用標(biāo)定完成的重整反應(yīng)模型對(duì)不同反應(yīng)溫度下生成油各類參數(shù)進(jìn)行模擬測(cè)算，分析連續(xù)重整反應(yīng)系統(tǒng)各參數(shù)隨溫度變化規(guī)律，見(jiàn)表5，圖1～3。

C5＋液收隨著溫度升高下降，反應(yīng)溫度上升5℃，液收下降約1%，符合一般經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，液收下降程度與催化劑、原料油等性質(zhì)有關(guān)。

表5 不同反應(yīng)溫度下各類參數(shù)變化

圖1 C5＋液收與反應(yīng)溫度關(guān)系

圖2 辛烷值與反應(yīng)溫度關(guān)系

圖3 總芳收率與反應(yīng)溫度關(guān)系

對(duì)于重整生成油辛烷值，在溫度范圍為510～530℃時(shí)，辛烷值上升1 個(gè)單位，重整反應(yīng)溫度需要提高4～5℃，對(duì)此模型，生成油辛烷值由99 上升至100，反應(yīng)溫度由517℃上升至521℃，符合一般經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。

生成油總芳收率隨溫度上升而升高，反應(yīng)溫度上升5℃，總芳收率上升0.7%，同時(shí)隨溫度上升，總芳收率上升逐漸平緩[3]。

4 重整反應(yīng)系統(tǒng)全流程模擬

將標(biāo)定的重整反應(yīng)模型導(dǎo)入HYSYS 軟件中，進(jìn)行裝置HYSYS 全流程模擬，重整反應(yīng)部分至反應(yīng)產(chǎn)物換熱器為PR 方程，再接觸至穩(wěn)定塔部分利用EO 模塊對(duì)其進(jìn)行建模[3]，以便在以后的生產(chǎn)模擬中實(shí)現(xiàn)多參數(shù)變量的優(yōu)化調(diào)節(jié)，物性方法選擇為Aspen 流體包中的SRK 方程[4]。重整反應(yīng)進(jìn)料族組成見(jiàn)表6 所示。

裝置進(jìn)料情況與目前的操作參數(shù)見(jiàn)表6 及表7 所示。

表6 重整反應(yīng)進(jìn)料族組成

表7 連續(xù)重整操作條件

將物料組成與反應(yīng)操作條件數(shù)據(jù)輸入HYSYS 模型當(dāng)中，對(duì)連續(xù)重整反應(yīng)進(jìn)行模擬測(cè)算，HYSYS 模擬值與實(shí)際值對(duì)比如表8 所示。

表8 連續(xù)重整模擬與實(shí)際值對(duì)比

對(duì)目前重整系統(tǒng)進(jìn)行模擬，生成油、C5＋液收、總芳收率誤差較小誤差在1%之內(nèi)，對(duì)于穩(wěn)定塔C201 底油組成來(lái)說(shuō)，各種組成實(shí)際值與模擬值誤差較小，芳烴的誤差較大，主要是因?yàn)榛?yàn)分析數(shù)據(jù)采樣存在誤差，不能實(shí)現(xiàn)在線分析導(dǎo)致。

綜上所述，利用HYSYS 建立的連續(xù)重整模型可靠性較高，可用于裝置不同條件工況下的模擬。

5 結(jié)論

5.1 對(duì)重整反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，模擬值與實(shí)際值誤差較小，誤差在1%之內(nèi)，標(biāo)定結(jié)果具有可信性。

5.2 對(duì)不同反應(yīng)溫度下生成油各類參數(shù)進(jìn)行測(cè)算，C5＋液收隨著溫度升高下降，反應(yīng)溫度上升5℃，液收下降約1%，辛烷值上升1 個(gè)單位，重整反應(yīng)溫度需要提高4～5℃，生成油總芳收率隨溫度上升而升高，反應(yīng)溫度上升5℃，總芳收率上升0.7%，同時(shí)隨溫度上升，總芳收率上升逐漸平緩。

5.3 對(duì)重整系統(tǒng)進(jìn)行模擬，生成油、C5＋液收、總芳收率、穩(wěn)定塔底油組成誤差在1%之內(nèi)，利用HYSYS 建立的連續(xù)重整模型可靠性較高，可用于連續(xù)重整裝置不同條件工況下的模擬測(cè)算。