基于Aspen Plus的重整液分離塔模擬優(yōu)化及應(yīng)用

李佳峻，任國慶，李鳳德，王朝陽

(中國石油吉林石化公司 煉油廠，吉林 吉林132001)

某煉油廠50萬t/a聯(lián)合芳烴裝置重整單元為芳烴型重整。為將各種芳烴分離成符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品，在重整裝置流程后部設(shè)有重整液分離塔[1]。重整液分離塔原料主要來自脫戊烷塔底的重整生成油。塔頂采出輕重整油作為抽提裝置進(jìn)料，塔底采出重重整油作為二甲苯裝置進(jìn)料。由于目的產(chǎn)品不同，各重整裝置精餾塔的構(gòu)成方式不同[2]。中國對重整液分離塔的研究較少[3-5]，作者利用Aspen Plus流程模擬軟件V9版本，對該塔建模方法進(jìn)行探索，并進(jìn)行模擬優(yōu)化。依據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整實(shí)際生產(chǎn)的操作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

1 流程簡介

聯(lián)合芳烴裝置重整液分離塔為浮閥塔，共60塊塔板，進(jìn)料板為第17塊塔板。該塔為常壓塔，進(jìn)料為重整脫戊烷塔底的重整生成油。塔頂組分經(jīng)空冷器冷卻后，進(jìn)入塔頂受槽。塔頂受槽氣相可通過調(diào)節(jié)閥排出以調(diào)節(jié)塔壓力，正常生產(chǎn)時(shí)無流量。塔頂受槽液相一部分作為回流，另一部分經(jīng)過水冷器冷卻后，作為富含C6、C7芳烴的輕重整油產(chǎn)品采出。塔底分離出富含C8、C9芳烴的重重整油產(chǎn)品，去二甲苯塔。該塔塔底再沸器采用2.0 MPa蒸汽作為熱源。流程簡圖見圖1。

圖1 重整液分離塔流程簡圖

2 模型建立與驗(yàn)證

利用優(yōu)化前連續(xù)運(yùn)行7 d生產(chǎn)數(shù)據(jù)的平均值作為生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際值對該塔進(jìn)行建模。由于進(jìn)料、塔頂采出、塔底采出的具體組分未知，僅已知油品的碳原子數(shù)量及每個(gè)碳原子數(shù)量下的族組成，無法明確到每一個(gè)同分異構(gòu)體的含量，故采用同分異構(gòu)體中的典型物質(zhì)作為代表物質(zhì)進(jìn)行模擬計(jì)算。由于模型中組分屬于非極性或極性較弱的混合物體系，是比較理想的物系，物性方法一般選擇Peng-Rob或SRK。Peng-Rob在預(yù)測液相體積方面較SRK方程更有優(yōu)勢[6]。由于裝置DCS中與該塔相關(guān)的流量采用體積流量，模擬計(jì)算時(shí)也均采用體積流量，故選擇Peng-Rob[7]。

模型建立后，主要操作條件模擬值與實(shí)際值見表1，塔頂采出組成模擬值與實(shí)際值見表2，塔底采出組成模擬值與實(shí)際值見表3。

表1 主要操作條件模擬值與實(shí)際值對比 t/℃

表2 塔頂采出組成模擬值與實(shí)際值對比 w/%

表3 塔底采出組成模擬值與實(shí)際值對比 w/%

由表1～表3可知，該模型主要參數(shù)與實(shí)際工況吻合較好，塔頂塔底采出組成，尤其是關(guān)鍵組分w(C7芳烴)和w(C8芳烴)與實(shí)際工況吻合較好，模擬結(jié)果可以用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的優(yōu)化和改造[8]。

3 模型優(yōu)化及成效

降低精餾塔操作能耗的主要方法包括降低回流比、降低塔頂壓力、改變進(jìn)料位置或更換高效塔盤等方式[9-12]。由于該重整液分離塔為常壓塔，故降低塔壓力的方式較難實(shí)現(xiàn)。改變進(jìn)料位置和更換高效塔盤均需要對塔進(jìn)行改造，而此次優(yōu)化擬在不改變現(xiàn)有裝置的前提下，通過調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行，主要考慮通過降低回流比的方式降低能耗。

精餾塔操作的主要能耗為塔底加熱能耗。利用所建立的重整液分離塔模型，以重整液分離塔塔底熱負(fù)荷為優(yōu)化目標(biāo)，限定約束條件，從優(yōu)化回流比方面進(jìn)行模擬計(jì)算。優(yōu)化過程中，將回流比和塔頂采出量2個(gè)操作條件作為變量。降低回流比將造成分離精度的下降，重整液分離塔塔頂w(C8芳烴)和塔底w(C7芳烴)是體現(xiàn)精餾塔分離精度的關(guān)鍵組分，正常生產(chǎn)時(shí)指標(biāo)要求塔頂w(C8芳烴)≤5%，塔底w(C7芳烴)≤3%。將重整液分離塔塔頂w(C8芳烴)和塔底w(C7芳烴)作為約束條件，為避免優(yōu)化后卡底線操作，計(jì)算時(shí)設(shè)置約束條件為塔頂w(C8芳烴)≤4%，塔底w(C7芳烴)≤2%，利用優(yōu)化器搜索符合約束條件的塔底熱負(fù)荷最低的操作條件。根據(jù)模擬計(jì)算，優(yōu)化前、后的主要操作條件和塔底熱負(fù)荷見表4。

表4 優(yōu)化前、后對比

由表4可知，優(yōu)化后塔底熱負(fù)荷將下降7.3%。

根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，逐步調(diào)整塔頂采出量、塔頂回流量及塔底加熱蒸汽量，調(diào)整至塔頂采出量、塔頂回流量與模擬優(yōu)化結(jié)果相同為止。采集優(yōu)化后7 d的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，塔頂塔底產(chǎn)品均合格，塔底2.0 MPa加熱蒸汽量由10.69 t/h降至9.93 t/h，節(jié)約蒸汽0.76 t/h，降幅為7.1%。該結(jié)果與表4模擬計(jì)算結(jié)果相吻合。2.0 MPa蒸汽無成本價(jià)，以1.0 MPa蒸汽147元/t、開工8 400 h/a計(jì)算，節(jié)約93.84萬元/a。

4 結(jié) 論

利用Aspen Plus流程模擬軟件對重整液分離塔進(jìn)行建模，合理選擇物性方法和組分輸入方法，可以得出與實(shí)際生產(chǎn)吻合較好的模型。在該模型基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)要求合理設(shè)置約束條件，利用優(yōu)化器功能對塔底熱負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化，得出優(yōu)化后的操作條件。根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果調(diào)整實(shí)際生產(chǎn)操作，降低了塔底加熱蒸汽量，節(jié)約了操作費(fèi)用。