模擬汽提蒸汽流量、溫度、壓力對(duì)C205分離效果的影響

李海朋

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516211）

1 獲取數(shù)據(jù)

在對(duì)原流程進(jìn)行模擬時(shí)，會(huì)用到很多的數(shù)據(jù)，主要包括：C205進(jìn)料物料餾程、API重度、進(jìn)塔油以及汽提蒸汽流量、溫度和壓力等，還有一些設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)，主要為填料類型、填料高度、等板高度以及進(jìn)料位置等。

通常進(jìn)塔原料油的組分?jǐn)?shù)據(jù)涵蓋了進(jìn)塔原料油的餾成和密度。對(duì)于API重度來說，可根據(jù)公式API=141.5/（相對(duì)密度60/60℉）-131.5，通過密度得出進(jìn)塔油的API重度。對(duì)于進(jìn)塔油及汽提蒸汽流量、溫度和壓力來說，可通過中控室DCS查詢到。對(duì)于石油油品的分離來說，可使用較為成熟的BK10物性分析法進(jìn)行。

設(shè)備數(shù)據(jù)情況如下：填料塔是C205、填料類型是SP 200Y金屬波紋規(guī)整形填料、填料高度是2 700mm，通過查找相關(guān)資料可知填料高度每米就是2～3塊理論板數(shù)，由此可知C205塔板高度就相當(dāng)于5個(gè)理論塔板數(shù)。

2 原流程搭建

當(dāng)獲取準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)之后便可對(duì)原流程實(shí)施搭建。本文采用的是82%負(fù)荷，物性方法采用的是BK10物性分析法，莫弗利板效率是0.7。

2.1 汽提蒸汽與產(chǎn)品的關(guān)系

由表1的數(shù)據(jù)可知，Aspen模擬數(shù)值與中控DCS數(shù)值差距很??；產(chǎn)品質(zhì)量的模擬值極其吻合。這就證明模擬計(jì)算選用的汽液平衡模型及物性方法可以準(zhǔn)確可靠地體現(xiàn)出分離裝置的實(shí)際狀況，進(jìn)而給優(yōu)化工作帶來了很大的保障。

表1 產(chǎn)品成分模擬表

2.1.1 Aspen模擬汽提蒸汽的質(zhì)量流量與初餾點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

模擬數(shù)據(jù)為：汽提蒸汽1.5MPa，溫度230℃恒定；進(jìn)料溫度225℃，流量16 000kg/h，開工負(fù)荷82%。當(dāng)汽提蒸汽用量增加時(shí)，產(chǎn)品的初餾點(diǎn)會(huì)有所上升。當(dāng)前裝置生產(chǎn)的工況為：汽提蒸汽質(zhì)量流量是160kg/h、初餾點(diǎn)是285℃，初餾點(diǎn)在（285±5）℃屬于合格，則汽提蒸汽的最低用量為110kg/h，最高用量為200kg/h。當(dāng)汽提蒸汽的用量低于110kg/h時(shí)，則初餾點(diǎn)會(huì)很低，就會(huì)導(dǎo)致輕組分無法提走，進(jìn)而造成產(chǎn)品的閃點(diǎn)不合格。當(dāng)汽提蒸汽的用量高于200kg/h時(shí)，則輕組分會(huì)被大量的提走，使產(chǎn)品變重，此時(shí)雖然產(chǎn)品的黏度以及閃點(diǎn)會(huì)變高，但產(chǎn)品的收率會(huì)變低，從而影響經(jīng)濟(jì)效益，使能耗量過大。

2.1.2 Aspen模擬汽提蒸汽的溫度對(duì)產(chǎn)品初餾點(diǎn)的影響

在1.5MPa的壓力、160kg/h的汽提蒸汽質(zhì)量流量、225℃的進(jìn)料溫度、16 000kg/h的流量、82%的開工負(fù)荷下進(jìn)行模擬。當(dāng)汽提蒸汽溫度上升時(shí)，初餾點(diǎn)也會(huì)上升，不過幅度極小。通常蒸汽溫度上漲200℃時(shí)，初餾點(diǎn)只會(huì)上漲0.5℃，這和當(dāng)前實(shí)際值與設(shè)計(jì)值相差大的特點(diǎn)相同。本文從理論上分析了該規(guī)律的原因，從降低油氣分壓和加熱作用兩方面討論；降低油氣分壓就是降低油料的沸點(diǎn)，加熱作用就是達(dá)到油料的沸點(diǎn)，最終都能達(dá)到提高輕組分拔出率的目的。一、從汽提蒸汽降低油氣分壓的作用入手，C204塔頂?shù)膲毫?0.009 3MPa，考慮填料3ka壓降C205的絕對(duì)壓強(qiáng)僅僅0.001MPa，依據(jù)道爾頓氣體分壓定律：某氣體在氣體混合物里所形成的分壓就相當(dāng)于同溫度下其獨(dú)自在容器中所形成的壓力；氣體混合物的壓強(qiáng)就是所有氣體分壓的總和。簡言之，C205的0.001MPa壓強(qiáng)是油氣分壓和蒸汽分壓之和。又因?yàn)樵嫌瓦M(jìn)塔全部是液態(tài)沒有體積的膨脹，而過熱汽提蒸汽從進(jìn)塔到出塔全部是氣態(tài)（如果不全是氣態(tài)則就有部分液化，產(chǎn)品就會(huì)帶水，而實(shí)際產(chǎn)品是不含水的），因此絕壓0.001MPa大部分是蒸汽的分壓，假設(shè)蒸汽的分壓為0.000 5MPa則油氣的分壓下降為0.000 5MPa。降低油氣分壓的對(duì)揮發(fā)度的影響體現(xiàn)在哪？以飽和蒸汽為例，絕壓0.002MPa的飽和蒸汽的溫度17.540 3℃，絕壓0.001MPa的飽和蒸汽的溫度6.949 1℃，壓強(qiáng)減小了一半沸點(diǎn)卻下降了一倍多，對(duì)于油氣的分壓同樣如此，0.001MPa下飽和油氣的溫度也會(huì)比0.000 5MPa下的飽和油氣的溫度高幾倍，由此可見汽提蒸汽的分壓作用極大地降低了負(fù)壓塔內(nèi)油料的沸點(diǎn)，即使在沒有熱源的情況下，由于分壓的下降（在原來溫度的基礎(chǔ)）上也會(huì)沸騰，輕組分自然能夠揮發(fā)出去。二、從汽提蒸汽加熱物料的作用入手，汽提蒸汽包含的熱量分為顯熱（沒有相態(tài)的變化）和潛熱（由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)釋放出的熱量），由于過熱汽提蒸汽自始至終都是氣態(tài)所以沒有潛熱的釋放（蒸汽的潛熱遠(yuǎn)大于顯熱）。由于沒有相態(tài)的變化則蒸汽釋放的熱量等于油料吸收的熱量，即Q=W蒸汽Cp蒸汽Δt1=W油Cp油Δt2（注：W為質(zhì)量流量 Cp為比熱容 Δt為溫差）

已知W蒸汽=160kg/h，W油=16000kg/h，Cp蒸汽/Cp油=1，則Δt1=100Δt2。

以上公式可以看出：即使蒸汽起到很強(qiáng)的加熱作用被冷卻下降了Δt1=100℃，原料油的溫升Δt2=1℃?？梢园颜羝訜嶙饔檬褂土咸嵘臏囟瓤醋魇沁M(jìn)料溫度的提升，運(yùn)用Aspen模擬進(jìn)料溫度提升1℃，初餾點(diǎn)提高了0.8℃。

由此可以得出：汽提蒸汽對(duì)汽提塔的作用就是減小油氣分壓進(jìn)而減小沸點(diǎn)，提升輕組分的揮發(fā)度，而物料加熱作用微乎其微可以忽略不計(jì)。

2.2 Aspen模擬汽提蒸汽的壓力對(duì)產(chǎn)品初餾點(diǎn)的影響

在溫度為230℃，質(zhì)量流量為160kg/h汽提蒸汽；進(jìn)料溫度225℃，流量16 000kg/h，開工負(fù)荷82%的基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬。當(dāng)汽提蒸汽的壓力變大時(shí)，初餾點(diǎn)并未發(fā)生變化。上面已說過汽提蒸汽就是用來減小油氣分壓的，我們通常會(huì)覺得汽提蒸汽壓力會(huì)決定降低油氣分壓的多少，但事實(shí)上并非如此。汽提蒸汽在未進(jìn)入C205之前處于管徑很細(xì)的管道中壓力很高，進(jìn)入到高4.8m直徑1.8m的C205中后體積迅速地膨脹壓力迅速降低，由于塔C205的塔壓穩(wěn)定（如上文我們認(rèn)定的絕壓0.001MPa），即C205的壓力來自蒸汽的分壓和油氣的分壓之和，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程p蒸汽V=nRT（注：p蒸汽為汽提蒸汽壓力；V為體積；n表示物質(zhì)的量；R為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度），已知C205的體積是定值，R為氣體常數(shù)，溫度230℃恒定，所以p蒸汽的大小完全取決于n，又因?yàn)槠嵴羝馁|(zhì)量流量為160kg/h，即n也是定值，綜上所述p蒸汽（蒸汽的分壓）沒有變化，C205油氣的分壓就沒有變化，對(duì)輕組分的揮發(fā)度沒有影響，初餾點(diǎn)不發(fā)生變化。質(zhì)量流量恒定時(shí)，汽提蒸汽的壓力大則體積流速小，汽提蒸汽的壓力小則體積流速大，在實(shí)際生產(chǎn)中汽提蒸汽的管道直徑固定，體積流速的上限是固定的，汽提蒸汽壓力如果過小則單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入塔內(nèi)蒸汽的質(zhì)量就不能滿足塔的需要，因此壓力和塔的大小是相匹配的。從而得出結(jié)論：汽提蒸汽分壓的大小是由汽提蒸汽的質(zhì)量流量決定的，和壓力無關(guān)，不過在實(shí)際當(dāng)中汽提蒸汽的壓力與塔是相匹配的。

3 結(jié)語

1）汽提蒸汽主要是減小汽提塔的油氣分壓，進(jìn)而降低沸點(diǎn)，提升輕組分的揮發(fā)度。

2）汽提蒸汽對(duì)塔的分離作用主要受汽提蒸汽的質(zhì)量流量影響，和壓力無關(guān)。

3）汽提蒸汽的用量越大，減小油氣分壓的效果越好，但是不能無限制的增大，用量太大會(huì)導(dǎo)致輕組分提出過多，使產(chǎn)品變重，收率降低；但用量也不能太小，會(huì)使閃點(diǎn)不合格，所以汽提蒸汽用量應(yīng)保持在合理的范圍。