基于Petro-SIM 的90 萬噸/年氣分裝置節(jié)能降耗的模擬與優(yōu)化

毛玲娟，劉亭亭，鄒子墨，何順德，李琬菁，隋建國

(浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000)

輕烴回收系統(tǒng)作為煉廠的重要分離單元，其運行的重點主要在于：(1)確保產(chǎn)品質(zhì)量合格，提高產(chǎn)品回收效率；(2)節(jié)能降耗操作，降低分離成本。煉廠分離系統(tǒng)的模擬優(yōu)化方案根據(jù)需要解決的問題不同而不同：(1)以提高目標產(chǎn)品質(zhì)量和收率為目的的優(yōu)化[1-2]；(2)以節(jié)能降耗為目的的優(yōu)化[3-4]；(3)以解決裝置問題的優(yōu)化等[5-6]。本文針對某煉廠90 萬噸/年氣分裝置，以節(jié)能降耗為優(yōu)化目的開展研究。

流程模擬軟件可以對煉廠的工藝流程進行建模與模擬，是煉化企業(yè)設(shè)計、優(yōu)化的必備工具。英國KBC公司的Petro-SIM 軟件不僅擁有常規(guī)流程模擬的強大物性數(shù)據(jù)庫，同時擁有世界領(lǐng)先的嚴格機理模型(SIM 反應(yīng)器)，也是唯一可以搭建全煉廠模型的優(yōu)化軟件，為本研究提供了重要的軟件支持。

某煉廠90 萬噸/年氣分裝置主要以液化石油氣為原料，采用三塔工藝流程，分別為脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔，其中丙烯塔以兩塔串聯(lián)來生產(chǎn)后序化工裝置原料。當前，氣分裝置得到的產(chǎn)品滿足技術(shù)要求，但其操作條件仍有優(yōu)化空間，可進一步通過操作優(yōu)化，節(jié)能降耗。為此，本文利用Petro-SIM 流程模擬軟件對氣分裝置降壓操作進行了研究，以實現(xiàn)裝置的節(jié)能降耗。

1 模型建立

1.1 工藝流程模型

使用Petro-SIM 軟件對該氣分裝置進行建模，其工藝流程圖和Petro-SIM 模型圖如圖1 所示。

圖1 90 萬噸/年氣分裝置工藝流程圖和Petro-SIM 模型圖Fig.1 Process flow chart and Petro-SIM model diagram of 90 MT·a-1 gas separation unit

氣分裝置的產(chǎn)品技術(shù)指標見表1。

表1 產(chǎn)品技術(shù)指標Tab.1 Product technical indicators

1.2 模型參數(shù)

以氣分裝置某日的實際進料組成和實際工況參數(shù)為建模參數(shù)，利用Petro-SIM 軟件對其進行建模。某日的平均物料平衡數(shù)據(jù)見表2；平均原料和產(chǎn)品組成見表3；平均操作參數(shù)見表4。

表2 氣分裝置物料平衡數(shù)據(jù)Tab.2 Material balance data of gas separation unit

表3 平均原料組成及產(chǎn)品組成Tab.3 Average raw material composition and product composition

表4 氣分裝置的平均操作參數(shù)Tab.4 Average operating parameters of the gas separationseparation unit

2 模型驗證

表5 是某日氣分裝置正常運行的實際操作參數(shù)的平均值以及將當天數(shù)據(jù)進行流程模擬計算出的參數(shù)，對比實際工況和模擬工況可知，通過模型計算得到的產(chǎn)品性質(zhì)和實際的產(chǎn)品性質(zhì)相近，且模型的各操作參數(shù)與真實操作參數(shù)相差很小，說明模型能夠真實模擬實際的操作工況，可用于優(yōu)化指導(dǎo)。

表5 實際工況與模擬工況操作參數(shù)對比Tab.5 Comparison of operating parameters between actual working conditions and simulated working conditions

3 模型優(yōu)化分析

3.1 優(yōu)化后操作參數(shù)

對于氣分裝置而言，能夠在確保產(chǎn)品質(zhì)量達到技術(shù)要求的前提下，塔的操作壓力越低其能耗越低。為此，通過流程模擬嘗試降低3 個塔的塔壓以實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)，脫乙烷塔和丙烯塔的塔壓的降低帶來的效果更加明顯。氣分裝置降低塔壓之后的實際值和模擬優(yōu)化后的操作參數(shù)對比見表6；優(yōu)化前后原料及產(chǎn)品組成見表7。

表6 氣分裝置實際操作參數(shù)與優(yōu)化后操作參數(shù)Tab.6 The actual operating parameters and optimized operating parameters of the gas separation unit

由表7 可以看出，丙烯產(chǎn)品中丙烯的純度為99.60%，其中丙烷含量為0.40%，滿足丙烯產(chǎn)品的技術(shù)指標(丙烯純度≥99.60%；丙烷含量≤0.40%)；丙烷產(chǎn)品中丙烷的純度為98.50%，其中丙烯含量為1.44%，滿足丙烷產(chǎn)品的技術(shù)指標(丙烷純度≥96.50%；丙烯含量≤2.00%)；脫丙烷塔底C4 中C3 含量為2.01%，小于3.00%，滿足產(chǎn)品技術(shù)指標；脫乙烷塔底物中乙烯的含量為0%，滿足產(chǎn)品技術(shù)指標。

表7 優(yōu)化前后產(chǎn)品組成Tab.7 Product composition before and after optimization

3.2 優(yōu)化后熱水用量

氣分裝置優(yōu)化后的熱水用量變化見表8。從表中可以看出，按照優(yōu)化后的操作參數(shù)運行，理論上可以節(jié)約熱水用量705.67 t·h-1，能夠顯著降低氣分裝置的熱水能耗。

表8 氣分裝置優(yōu)化后的熱水用量Tab.8 Hot water consumption after optimization of air separation unit

該優(yōu)化方案指導(dǎo)現(xiàn)場操作員工進行優(yōu)化操作，經(jīng)考核，實際優(yōu)化后的熱水用量節(jié)約了約700 t·h-1，同時用電量也得到了大幅降低，真正實現(xiàn)了裝置節(jié)能降耗的目的。

4 結(jié)論

利用Petro-SIM 流程模擬軟件對該氣分裝置進行流程機理建模，在保證該氣分裝置所有產(chǎn)品質(zhì)量合格的條件下，通過流程模擬計算，提出了節(jié)能降耗的優(yōu)化運行方案。通過理論計算可知，優(yōu)化后裝置的熱水能耗顯著降低，理論上可節(jié)約熱水用量705.67 t·h-1，為裝置實現(xiàn)節(jié)能降耗提供了理論指導(dǎo)。通過實際優(yōu)化后的結(jié)果表明，實際熱水用量節(jié)約了約700 t·h-1，同時用電量也得到了大幅降低，真正實現(xiàn)了裝置節(jié)能降耗的目的。