張運虎,閆虹,李長東,丁秀濤,朱振宇
(1.中國石油遼陽石化公司煉油廠,遼寧遼陽111000;2.中國石油遼陽石化公司研究院,遼寧遼陽111000)
加氫裂化工藝具有較高的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品選擇性,對原料的選擇較靈活,可加工不同組分的原料油[1~4]。在受冠狀病毒疫情及柴油產(chǎn)品銷售困難的影響下,遼陽石化公司130×104t/a加氫裂化裝置將部分常3線直餾柴油回煉,通過流程模擬軟件Aspen Hysys加氫裂化反應模塊對不同摻煉量下直餾柴油工況進行模擬,為實際操作做優(yōu)化指導。
加氫裂化原料為減壓蠟油和常3線直餾柴油,2種原料的主要性質(zhì)見表1。
表1 原料主要性質(zhì)
利用模擬軟件對總進料量為140 t/h,摻煉量直餾柴油量為10 t/h、30 t/h、50 t/h、60 t/h、70 t/h時原料性質(zhì)進行預測,其中物性計算與相平衡使用PR方程,原油蒸餾曲線基于TBP標準,結(jié)果見圖1。
圖1 混合原料密度、硫和氮含量模擬
從圖1可見,隨摻煉量增加,混合原料密度由906.3 kg/m3降至883.9 kg/m3,硫含量由5 986μg/g降至3 500μg/g,氮含量由876μg/g減至702μg/g,原料性質(zhì)逐漸變好。
加氫裂化反應系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率主要靠催化劑每個床層的入口溫度來調(diào)節(jié),因此需關(guān)注精制和裂化反應器每個床層入口和出口溫度、溫升、反應器平均溫度及氫耗量。
模型在標定過程中考慮了原料性質(zhì)和數(shù)量的變化,能夠達到設計的轉(zhuǎn)化率,在加氫裂化總進料量為140 t/h時,利用流程模擬軟件模擬常3線直餾柴油摻煉量為30 t/h時工況,并將2020年7月10日摻煉直餾柴油為30 t/h實際操作數(shù)據(jù)進行對比,驗證模型準確性,結(jié)果見表2。
從表2可以看出,精制反應器R1101催化劑每1床層出入口溫度實際值和模擬值誤差在0.27%~2.73%之間,總溫升誤差在13.06%,平均溫度為0.95%;裂化反應器R1102催化劑每1層出入口溫度實際值和模擬值差值在0.18%~2.4%之間,總溫升相差5.9%,反應器平均溫度相差0.98%;氫耗模擬值比實際多3.65 Nm3/t,相對誤差在1.07%。從表可以看出反應器模擬總體誤差不大,可以根據(jù)模擬的結(jié)果調(diào)整反應器各床層的入口溫度,為不同工況下反應系統(tǒng)的調(diào)整提供依據(jù)。各產(chǎn)品實際收率和模擬值見表3。
從表3可以看出,收率偏差較小的為重石腦油、航煤、重柴油和尾油,偏差較大的為干氣、液化氣和輕石腦油等輕組分。模型整體效果較好,能夠達到預期效果,能為實際生產(chǎn)操作提供指導。
表2 裝置運行實際值和模擬值對比
表3 各產(chǎn)品收率對比/%
利用流程模擬軟件分別模擬直餾柴油摻煉量為10、30、50、60、70 t/h時工況,指導參數(shù)的調(diào)整。
不同摻煉量下精制反應器床層溫度變化模擬結(jié)果見圖2。
從圖2可見,隨著直餾柴油摻煉量增大,精制反應器R1101每1床層入口和出口溫度、溫升、反應器平均溫度逐漸降低。摻煉量10~70 t/h,R1101每床層入口溫度分別降低了2.2、4、2.6、2.2℃,反應器平均溫度由377.5℃降至374.7℃,溫升由57.5℃降低至53.7℃。主要是因為隨著摻煉量增加,原料中氮含量、硫含量逐漸降低,保證精制油中氮含量控制指標小于10×10-6條件下,反應難度降低,因此所需要的溫度逐漸降低[5]。
圖2 不同摻煉量下精制反應器床層溫度變化
模擬結(jié)果見圖3。
圖3 不同摻煉量下裂化反應器床層溫度變化
從圖3可見,隨著摻煉量增加,裂化反應器R1102每1床層入口和出口溫度、溫升、平均溫度逐漸降低。每個床層入口溫度均降低5.5℃,平均溫度降低6.2℃,溫升降低6.6℃。主要因為直餾柴油主要含直鏈烷烴,隨著摻煉量增加,原料中環(huán)烷烴、芳香烴比例減少,鏈烷烴比例增多,裂化難度降低,因此所需反應溫度逐漸降低[6]。
模擬結(jié)果見圖4。
圖4 不同摻煉量下氫耗
從圖4得出,隨著摻煉量增加,反應氫耗量逐漸減少,最大值和最小值差42.1 Nm3/t。主要是因為隨著摻煉量增大,原料中硫、氮含量減少,不飽和烴和芳香烴含量降低,消耗的氫氣量減少。
各產(chǎn)品收率模擬結(jié)果見圖5。
圖5 不同摻煉量各產(chǎn)品收率
從圖5可以看出,保持轉(zhuǎn)化率不變情況下,隨著摻煉量增加,干氣、液化氣、輕重石腦油收率逐漸減少,航煤、重柴油、尾油收率逐漸增加。其中重石腦油收率降低最多為3.9%,重柴油收率增加最多為4.5%,其余產(chǎn)品變化量不大。
利用模擬軟件可對摻煉不同量直餾柴油混合原料進行較好模擬,很好預測各種原料性質(zhì)。通過對摻煉直餾柴油為30 t/h實際參數(shù)和模擬值對比,得到精制反應器R1101每個床層出入口溫度實際值和模擬值誤差小于2.73%,裂化反應器R1102每1層出入口溫度實際值和模擬值差值小于2.4%,氫耗相對誤差在1.07%,各重組分產(chǎn)品收率誤差在3.54%范圍之內(nèi),驗證了模型準確性。