崔禹東 ， 吳玉嬌

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 鄭州　471012)

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延遲焦化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化

崔禹東 ， 吳玉嬌

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 鄭州471012)

以中國石化洛陽分公司1.4 Mt/a延遲焦化裝置為例，概述了延遲焦化裝置的工藝流程和特點。并利用Aspen Plus軟件建立了此裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的模型。通過利用Aspen Plus軟件進行模擬與計算分析，協(xié)助預測原料組成變化后的產品收率來調整操作條件，有助于對裝置進行改造挖潛和節(jié)能工作。

延遲焦化 ； 吸收穩(wěn)定 ； Aspen Plus

中國石化洛陽分公司1.4 Mt/a延遲焦化裝置由洛陽石油化工工程公司(LPEC設計)，采用“可靈活調節(jié)循環(huán)比”工藝流程。焦化裝置共有工藝生產和石油焦處理兩部分組成，依據(jù)各自生產特點劃分為8個生產單元。工藝生產部分包括反應、分餾、吹汽放空、吸收穩(wěn)定和干氣脫硫5個單元；石油焦處理部分包括水利除焦、冷焦水密閉處理及石油焦輸送3個單元。

1　Aspen Plus軟件概述

AspenPlus作為重要的流程模擬軟件，是一款功能強大的化工設計、動態(tài)模擬的軟件，能滿足大多數(shù)化工設計及計算的要求。它利用嚴格的計算方法，進行化工單元和全流程的模擬運算，可應用于化學和石油工業(yè)、煉油加工及生物技術等相關領域[1]。經過多年的改進、擴充和提高，先后推出了十多個版本，成為國際上標準的模擬軟件，該產品包括豐富的物性數(shù)據(jù)，除組分、物性、狀態(tài)方程外，還含有許多單元操作模型，能夠進行10多種氣/液平衡的模擬計算，包含多塔模型、精餾模型等模塊。同時，Aspen Plus也是功能強大的模型分析工具，通過數(shù)據(jù)擬合、設計規(guī)定等功能，可將工藝模型與實際生產數(shù)據(jù)進行擬合,建立可靠、準確的裝置模型[2]。

2　吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的工藝流程簡介

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)主要由吸收塔、再吸收塔、解吸塔及穩(wěn)定塔組成。從分餾塔頂油氣分離出來的富氣帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有C3、C4組分。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的作用是利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣、液化氣和飽和蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油[3]。

富氣經氣壓機組兩級壓縮后升壓至1.3 MPa，升壓后的101 ℃富氣首先和45 ℃、1.88 MPa吸收塔底的飽和吸收油，82 ℃、1.25 MPa的解吸塔頂氣進行混合，65 ℃的混合氣體先經過除鹽水進行水洗吸收掉部分硫化物，然后經混合富氣冷卻器冷卻至40 ℃，最后進入壓縮機出口油水分離器進行氣液分離。自分離出的氣體進入吸收塔，與粗汽油及經穩(wěn)定汽油泵打來的穩(wěn)定汽油分別進入吸收塔的3層、1層在塔內逆流接觸，吸收氣體中的C3及C3以上組分，回收液態(tài)烴；為了取走吸收過程中產生的熱量，降低吸收油的溫度，提高吸收效果，吸收塔中部設置一個中段回流，中段回流從15層塔板處中段集油箱抽出，由吸收塔中段回流泵送至吸收塔中段回流冷卻器冷卻后再回吸收塔16層塔板；吸收塔底的飽和吸收油經吸收塔底泵升壓后至混合的富氣冷卻器冷卻。

壓縮機出口油水分離器的飽和吸收油經解吸塔進料泵抽出后升壓至2.1 MPa，經解吸塔進料—穩(wěn)定汽油換熱器，熱負荷2 141 kW與穩(wěn)定汽油換熱后進入解吸塔第1層塔盤。為降低裝置能耗，解吸塔設二段加熱，解吸塔中段重沸器(熱負荷1 791 kW)熱源由穩(wěn)定汽油提供，塔底重沸器(熱負荷2 172 kW)熱源由分餾塔中段循環(huán)油提供。塔頂解吸氣與壓縮富氣混和進入吸收塔進行循環(huán)吸收。

吸收塔塔頂流出的貧氣進入再吸收塔，焦化柴油經柴油吸收劑泵升壓至1.9 MPa再經柴油吸收劑冷卻器冷卻到40 ℃后作為再吸收劑至再吸收塔頂1層塔板上；貧氣和柴油在塔內逆流接觸，進一步吸收氣體中的C3及C3以上組分，同時也吸收被氣體攜帶出來的部分汽油組分，再吸收塔塔頂干氣經壓控閥調節(jié)壓力至1.2 MPa，自壓去干氣脫硫單元；富吸收柴油經富吸收油—柴油換熱器(1 343 kW)換熱至120 ℃后返回分餾塔第11層。

解吸塔底的172 ℃脫乙烷汽油由穩(wěn)定塔進料泵抽出升壓至1.98 MPa，經流控閥進入穩(wěn)定塔18層、22層、26層塔板進行精餾。穩(wěn)定塔頂氣體經穩(wěn)定塔頂冷卻器冷卻至40 ℃進入穩(wěn)定塔頂回流罐，回流罐中少量不凝氣經壓控閥至火炬線；液態(tài)烴由液態(tài)烴泵自回流罐抽出，一部分至穩(wěn)定塔塔頂1層作循環(huán)回流，另一部分經穩(wěn)定塔頂回流罐液控閥出裝置。

穩(wěn)定汽油一部分由塔底自壓經穩(wěn)定塔底重沸器(4 821 kW)加熱后重新返回穩(wěn)定塔，另一部分經解吸塔中段重沸器、解吸塔進料——穩(wěn)定汽油換熱器和穩(wěn)定汽油冷卻器冷卻至40 ℃，一部分自壓經流量計、調節(jié)閥出裝置，一部分經穩(wěn)定汽油泵打入吸收塔頂作補充吸收劑。穩(wěn)定塔底重沸器熱源由重蠟油提供。

3　吸收穩(wěn)定系統(tǒng)模型的流程模擬

3.1模型建立時的原始數(shù)據(jù)

針對本次的模型數(shù)據(jù)，對作為吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進料的富氣進行了數(shù)據(jù)標定處理，對于無標定或實際數(shù)據(jù)的取設計數(shù)據(jù)。富氣的組成由表1所示。

建模所涉及物流中的組分，其中純組分物性均可從Aspen Plus的數(shù)據(jù)庫中得到，有：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、異丁烷、正丁烷、1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、異丁烯、正戊烷以上、硫化氫、氫氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氣、水、汽油、柴油、蠟油。

3.2模型的設計與建立

洛陽分公司延遲焦化裝置本區(qū)流程模擬中吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔、干氣脫硫塔均采用嚴格多級分離(Rad Frac)模型，可進行單個塔的嚴格核算和設計，多用于蒸餾、吸收、汽提、萃取和恒沸蒸餾及反應蒸餾，模擬時可打開RadFrac中的吸收開關，增強吸收效果。其中吸收塔模型有1個中段回流，以取走吸收過程中放出的熱量；解吸塔和穩(wěn)定塔由塔釜再沸器提供熱量；穩(wěn)定塔頂設立了冷回流；四塔均引入塔板Murphree效率來擬合理論塔板與真實塔板之間的差異[4-5]。塔內關鍵參數(shù)設定如表2所示。

表1　富氣的組成

表2　各塔基本概況

3.3模擬結果數(shù)據(jù)分析

在吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔、干氣脫硫塔的模型全部完成后、對模型進行了模擬運算，計算結果收斂，基本符合要求，見表3。

表3　產品實際量與模擬量的比較

由表3可以看出，干氣、液化氣、粗汽油、柴油及穩(wěn)定汽油的實際產量與模擬值相近，偏差在可接受范圍內。各塔控制指標與模擬值的比較如表4所示。產品質量指標與模擬值的比較如表5所示。

表4　各塔控制指標與模擬值的比較

表5　產品質量指標與模擬值的比較

由表4、表5的比較可以看出模擬值基本滿足物料衡算、塔的控制指標及產品控制指標的要求，可以用于指導生產實際。但是由于延遲焦化裝置進料組成與各塔操作數(shù)據(jù)的采集時間不同，對模擬結果會產生偏差，所以實際數(shù)據(jù)給出了一個范圍。使用模型時，需要根據(jù)進料的變化調節(jié)操作條件，方可通過模型指導生產。

Aspen Plus的工況和靈敏度研究等功能，對改善工廠操作及確定改善操作的方法非常有用，可根據(jù)需要利用模型指導生產,通過改進流程或調整操作條件，得到一定的經濟效益。

4　模型分析

Aspen Plus的靈敏度研究功能對改善工廠操作及確定改善操作的方法非常有用，以下主要是通過Aspen Plus的靈敏度分析功能對若干操作條件進行的分析計算。

4.1吸收塔頂補充吸收劑量對干氣中C3含量的影響

圖1　補充吸收劑量與干氣中C3含量關系圖

以上曲線反映的是補充吸收劑量的變化，對塔頂氣中C3含量的影響，隨著補充吸收劑量提高干氣中C3+組分隨之減少。在條件允許的情況下，可適當降低補充吸收劑量，并且保證干氣C3合格。

4.2解析塔底溫度對液化氣中C2含量的影響

圖2　解析塔底溫度對液化氣中C2含量的影響

由圖2可看出，在模擬條件下，解吸塔底溫度在165～176 ℃時，液化氣中的C2含量可控制在2%以內。當解吸塔底溫度提高至168 ℃以后，液化氣中C2含量下降緩慢，可以有效指導操作。

4.3穩(wěn)定塔底溫度對液化氣中C5含量的影響

圖3　穩(wěn)定塔底溫度對液化氣中C5含量的影響

從圖3可看出，當穩(wěn)定塔頂冷回流量不變的情況下，提高塔底溫度后，液化氣中C5含量逐步增加，當塔底溫度提高到185 ℃時，液化氣中C5含量出現(xiàn)一個拐點，在生產中指導操作塔底溫度控制不能超過185 ℃。

4.4干氣脫硫塔貧液進塔量與脫后干氣H2S含量的影響

圖4　干氣脫硫塔貧液進塔量與脫后干氣H2S含量的影響

隨著貧液進塔量的增加，脫后干氣中硫化氫含量逐步降低，當貧液進塔量增加至26 t/h時，脫后干氣中硫化氫含量<20 μg/g。當脫后干氣硫化氫含量合格后，增加貧液進塔量只是增加能耗，而脫后干氣硫化氫含量下降非常少。

5　結論與建議

在模擬條件下，解吸塔底溫度在166 ℃時，液化氣中的C2含量出現(xiàn)拐點，已經下降到了0.1%，當再提高解吸塔底溫度時，液化氣中的C2含量下降趨勢減緩較慢。現(xiàn)生產中解吸塔底溫度控制在170～173 ℃，可根據(jù)穩(wěn)定塔頂壓力情況，將解吸塔底溫度稍向下調整，既能保證液化氣中的C2含量合格，又能達到節(jié)能效果。

從模型分析數(shù)據(jù)看，當穩(wěn)定塔頂冷回流量不變的情況下，提高塔底溫度后，液化氣中C5含量逐步增加，當塔底溫度提高到185 ℃時，液化氣中C5含量出現(xiàn)一個拐點。

從模型分析數(shù)據(jù)看，在進料量穩(wěn)定情況下，隨著貧液進塔量的增加，脫后干氣中硫化氫含量逐步降低，當貧液進塔量增加至25 t/h時，脫后干氣中硫化氫含量出現(xiàn)一個大的拐點，含量<20 μg/g，達到了產品控制要求。當再增大貧液進塔量后，脫后干氣中硫化氫含量下降非常少。在實際生產中，當進料量穩(wěn)定情況下，可以計算出貧液進塔量的最小值，再給予一定的余度，既能保證產品質量合格，又能達到節(jié)能效果。

在今后生產中，當生產方案和進料量變動情況下，可以充分利用Aspen Plus工藝模型先進行可行性分析，找出最佳的調整參數(shù)，制訂出最合理的調整方案，減少調整操作的盲目性。在平穩(wěn)生產的情況下，可以利用工藝模型離線尋找優(yōu)化的操作條件，使裝置節(jié)能降耗，生產效益最大化。

[1]AsPen Physical ProPerty System.Physical property methods and models[M].AsPen Technology,2001.

[2]謝安俊,劉世華,張華巖,等.大型化工流程模擬軟件-AspenPlus[J].石油與天然氣化工,1995,24(4):247-251.

[3]沈本賢,程麗華,王海彥.石油煉制工藝學[M].北京:中國石化出版社,2014.

[4]Matthew R Naysmith.Real time optimization of chemieal proeesses[D].The university of Waterloo,1997.

[5]Maeiel Fiilio R,Sugaya M F.A computer aided too for heavy oil thermal cracking process simulation[J].Computers and Chemieal Engineering,2001,25:683-692.

2016-06-30

崔禹東(1988-)，男，助理工程師，從事生產技術管理工作，電話：18638481116。

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1003-3467(2016)09-0042-04