中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝的Aspen Plus 模擬

姚 玨，徐生杰

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730030）

在我國(guó)煤炭資源中，低階煤儲(chǔ)量大、含油率高，是優(yōu)良的中低溫?zé)峤庠蟍1]。2020 年我國(guó)原煤產(chǎn)量38.4 億t，其中低階煤產(chǎn)量約達(dá)18 億t，以熱解產(chǎn)油率為10%計(jì)，可獲得中低溫煤焦油1.8 億t[2]。

中低溫煤焦油的組成和性質(zhì)不同于高溫煤焦油，其酚類和脂肪族化合物含量較高，其中酚及其衍生物質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)10%～30%，烷烴類質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約20%[3]，重油（焦油瀝青）的含量相對(duì)較少，比較適合采用加氫技術(shù)生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品清潔燃料油[4]。對(duì)中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物進(jìn)行精制，是提高煤轉(zhuǎn)化效益和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑[5]。

本文采用Aspen Plus 軟件，對(duì)中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算，但由于中低溫煤焦油組成復(fù)雜，目前可以鑒定出的組分有500 余種，其化學(xué)組分集中度低，大部分組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足1%，造成在Aspen Plus 模擬過程中難以準(zhǔn)確輸入組分和進(jìn)行定量分析。因此采用蒸餾曲線法，即把煤焦油按沸點(diǎn)高低分割成許多窄餾分，在一定沸程內(nèi)的餾分作為一種虛擬物質(zhì)，用餾分的一些平均物理性質(zhì)對(duì)中低溫煤焦油進(jìn)行特性表征，從而確保模擬的準(zhǔn)確性。

1 工藝流程

中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝是將經(jīng)預(yù)處理、加氫、裂化反應(yīng)后的中低溫煤焦油通過精制獲得汽油、柴油、液化氣和煤瀝青等高附加值化學(xué)品，主要包括高低壓分離、分餾和吸收穩(wěn)定部分[6]。

中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝流程示意圖見圖1。中低溫煤焦油加氫精制產(chǎn)物經(jīng)過高低壓分離達(dá)到反應(yīng)產(chǎn)物與循環(huán)氫的分離，可實(shí)現(xiàn)余熱利用與循環(huán)氫回收，之后進(jìn)入分餾與穩(wěn)定部分，包括硫化氫汽提、產(chǎn)品分餾和輕質(zhì)油吸收與穩(wěn)定部分。硫化氫汽提塔可脫除產(chǎn)物中的H2S、NH3和Cl-，減少對(duì)后續(xù)工藝的腐蝕影響，并保障了產(chǎn)品質(zhì)量。分餾塔可切割分餾出汽油餾分、柴油餾分與尾油餾分，尾油經(jīng)尾油泵與換熱器進(jìn)行換熱，實(shí)現(xiàn)能量綜合利用后分為3 部分：一部分通過分餾塔進(jìn)料加熱爐升溫后返回分餾塔，一部分作為循環(huán)油送至加氫裂化反應(yīng)，反應(yīng)后重新經(jīng)過高低壓分離進(jìn)入分餾部分，另一部分經(jīng)換熱冷卻到80 ℃后，作為尾油產(chǎn)品送出裝置。分餾塔切割出的汽油餾分和硫化氫汽提塔頂氣體進(jìn)吸收穩(wěn)定塔，可實(shí)現(xiàn)液化氣產(chǎn)品的回收，并提升汽油餾分的品質(zhì)。

2 流程模擬

2.1 中低溫煤焦油的組成

原料內(nèi)蒙古阿左旗地區(qū)中低溫煤焦油的主要性質(zhì)見表1。從表1 可知，中低溫煤焦油密度略小于1 000 kg/m3，黏度大，含有較多的含氧化合物及鏈狀烴，其中酚類物質(zhì)含量較多，重油含量相對(duì)較少。

圖1 中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝流程示意圖

中低溫煤焦油蒸餾曲線特征值和虛擬組分組成如表2 所示。

表1 內(nèi)蒙古阿左旗地區(qū)中低溫煤焦油的基本性質(zhì)

表2 中低溫煤焦油蒸餾曲線特征值和虛擬組分組成

2.2 模型建立

中低溫煤焦油的加氫產(chǎn)物精制工藝主要包含換熱、混合、分餾和分離等單元模塊，涉及多個(gè)塔器與分離器。在模擬過程中，針對(duì)主要單元設(shè)備所選擇的Aspen 操作模塊如表3 所示。

中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝的Aspen Plus模擬流程示意圖見圖2（物料符號(hào)說明見表4），其主要包括4 個(gè)模塊，分別為高低壓分離、硫化氫汽提、分餾和吸收穩(wěn)定。利用工程運(yùn)行數(shù)據(jù)包括液化氣、輕質(zhì)油、瀝青產(chǎn)品、加熱爐進(jìn)料組成性質(zhì)及各模塊操作參數(shù)對(duì)流程進(jìn)行模擬，其中硫化氫汽提塔、分餾塔、吸收脫吸塔、焦油穩(wěn)定塔的進(jìn)料壓力分別為0.95 MPa（G）、0.071 MPa（G）、0.85 MPa（G）和 1.00 MPa（G），裂化產(chǎn)物流量為24 574 kg/h，溫度為404 ℃，精制產(chǎn)物流量為77 000 kg/h，溫度為370 ℃。

表3 主要單元設(shè)備的選型

圖2 中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝的Aspen Plus 模擬流程示意圖

表4 Aspen Plus 模型中物料符號(hào)說明

2.3 物性方法的選擇

中低溫煤焦油在精餾的過程中有多種共沸物，考慮到分餾系統(tǒng)的減壓與低壓操作條件，根據(jù)體系方程及生產(chǎn)條件，采用更接近油品分餾真實(shí)過程的BK10作為煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝流程的物性方法。

3 模擬結(jié)果與實(shí)際值比較

利用中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝模型進(jìn)行全流程模擬，以實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，對(duì)所建的模擬流程進(jìn)行核算，主要模塊的溫度與壓力設(shè)定如表5 所示，中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝物料平衡對(duì)比如表6 所示。

由表6 可知，煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝的模擬計(jì)算值和實(shí)際值相對(duì)偏差在5%以內(nèi)，這說明采用蒸餾曲線表征的虛擬組分進(jìn)行中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制的模擬方法能夠較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物分離和分餾過程的動(dòng)態(tài)模擬。

表5 主要模塊的溫度與壓力參數(shù)設(shè)定

表6 中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制工藝物料平衡對(duì)比 kg/h

4 結(jié) 語

用蒸餾曲線表征的虛擬組分進(jìn)行中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物精制的模擬方法可以較好地反應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)中低溫煤焦油加氫產(chǎn)物分離和分餾過程的動(dòng)態(tài)模擬。