流程模擬在加氫裂化摻煉直餾柴油中的應用

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。

1 不同比例下原料性質(zhì)預測

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。

2 模型驗證

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/%

3 不同摻煉量工況模擬

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。

3.1 不同摻煉量對精制反應器床層溫度的影響

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

3.2 不同摻煉量對裂化反應器床層溫度的影響

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］。

3.3 不同摻煉量對氫耗的影響

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。

3.4 不同摻煉量對產(chǎn)品收率的影響

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。

4 結(jié)束語

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。