王東升(中機國能煉化工程有限公司,天津 300350)

蠟油加氫裝置的全流程模擬與變工況氫耗計算

王東升(中機國能煉化工程有限公司,天津 300350)

為了了解變工況條件下加氫處理裝置中氫耗和全流程參數(shù)變化中的關系，本文先是簡單介紹了蠟油加氫裝置全流程模擬的工藝流程，使用ASPEN Plus進行了蠟油加氫裝置的全流程模擬；然后使用某個石化企業(yè)的實際生產數(shù)據(jù)對模擬結果進行了驗證；最后在全流程模擬的基礎上，對加氫處理裝置的變工況氫耗進行了計算。目的是驗證全流程模擬的作用。

蠟油加氫裝置；全流程模擬；經(jīng)驗關聯(lián)式

目前加氫處理工藝作為煉廠中非常重要的加工過程，其中的加氫脫硫和脫氮以及烯烴和芳烴的飽和等反應過程中的氫耗是煉廠高效利用氫氣資源的關鍵，加氫反應過程對于系統(tǒng)中氫氣的消耗以及工藝參數(shù)的影響是目前煉廠面臨的核心問題，而目前解決這個問題最好的方法就是采用全流程模擬的方式來深入研究加氫裝置中氫氣的消耗情況。

1 蠟油加氫裝置的全流程模擬

1.1 蠟油加氫裝置全流程模擬概述

蠟油加氫裝置是將減壓塔二線或者三線的蠟油作為原材料，使蠟油和氫氣在高溫高壓的環(huán)境下在滴流床反應器里進行加氫反應，脫除掉重質餾分油中的硫和氮，反應物就是催化裂化裝置所需的優(yōu)質原料。具體的工藝流程如下：第一，反應的流出物要經(jīng)過高壓分離器和低壓分離器進行氣液分離；第二，經(jīng)過高壓分離器分離出來的氣體要經(jīng)過胺液進行脫硫處理，在循環(huán)壓縮機的作用下送回反應器中進行循環(huán)利用，經(jīng)過低壓分離器分離出來的氣體會送到提純裝置來進行氫氣的回收；第三，冷熱低壓分離器中的油相會進入到分餾部分，首先將溶解于油相中的H2S汽提出來，然后從分餾塔的塔頂提取出柴油、石腦油以及輕烴等輕組分，最后留在塔底的精制蠟油就是催化裂化裝置所需的原料。

蠟油加氫裝置的原料和產品主要是一系列的環(huán)烷烴、烷烴、芳烴以及少量的雜環(huán)硫化物和雜環(huán)氮化物，可以看做是非極性或者弱極性的物質。根據(jù)該工藝中壓力變化比較大以及富含氫氣的特點，選用Grayson物性方法，對應ASPEN Plus單元操作模塊選取合適的單元設備進行全流程模擬。根據(jù)相關學者研究出的劃分多集總的方法和渣油加氫的相關結論，將硫化氫、氮氣、氨氣以及10個碳原子以下的烴類排除掉，本文從輕到重把硫化物、氮化物以及芳烴劃分成了4個集總。每個集總采取的反應動力學是相同的，但是動力學的參數(shù)是不同的，一共有41個化學反應[1]。

1.2 蠟油加氫裝置全流程模擬的驗證

本文將某個石化企業(yè)的2.6×106t/a蠟油加氫裝置的實際生產數(shù)據(jù)為例，對上述全流程模擬模型進行了相關驗證。根據(jù)數(shù)據(jù)的分析結果顯示，全流程模擬可以很好地反映出蠟油加氫裝置的實際工作情況，但是模擬計算出的反應器出口溫度會大于實際值，分餾塔底的溫度要小于實際值，這是因為反應器模型的轉化率會比實際裝置略高一些。

對蠟油加氫裝置進行全流程模擬，既可以顯示出主要設備的輸出結果，又可以獲得各個單元設備的虛擬組分分布、溫度分布和熱負荷以及塔內流體等多種物性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以為加氫反應中的氫耗計算提供較為深入的理解[2]。

2 蠟油加氫裝置的變工況氫耗計算

煉廠中原料的性質以及原料的加工量等條件經(jīng)常會發(fā)生變化，這些條件和氫氣的消耗息息相關，加氫裂解、加氫脫硫和脫氮以及烯烴和芳烴的飽和等多種化學反應均會消耗氫氣，而且，硫質量分數(shù)的變化對于氫耗的影響也比較大。另外，一般蠟油中所含的烯烴量都比較少，芳烴對于氫耗的影響要小于硫含量的影響。總的來說，硫含量以及加工負荷的變化是影響蠟油加氫裝置氫耗的主要因素。大部分研究學者都認為經(jīng)驗關聯(lián)式比較適用于重質油加氫反應中的氫耗計算，具體的經(jīng)驗關聯(lián)式如下：

式中：HChen為單位體積進料化學反應氫耗；ΔS為進料和生成

油硫質量分率間差值；ΔN為進料和生成油氮質量分率間

差值；ΔC為進料和生成油中溴價單位間差值；ΔA為進

料和生成油芳烴體積含量間差值；a，b，c，d系數(shù)值，a=20，

b=62，c=1.18，d=4.8；e裝置系數(shù)。

為了了解變工況條件下氫耗以及保證加氫裝置的長久運行，本文將蠟油加氫裝置的全流程模擬作為基礎，對加工負荷、硫含量和氫耗之間的關聯(lián)關系進行了研究分析：首先是加工負荷和氫耗之間的關聯(lián)關系的研究，研究結果顯示：加工負荷降低40%的時候，模擬計算的結果和經(jīng)驗關聯(lián)式所計算的氫耗都呈現(xiàn)出類似線性下降的趨勢。模擬計算的結果在110%負荷時，比經(jīng)驗關聯(lián)式的高值小2748m3/h，大約降低了8.8%；模擬計算的結果在70%負荷時，比經(jīng)驗關聯(lián)式的高值小822m3/h，大約降低了4.4%。由此可以看出：模擬計算的結果和經(jīng)驗關聯(lián)式所計算的結果比較接近。然后是硫含量和氫耗之間的關聯(lián)關系的研究，研究結果顯示：模擬計算和經(jīng)驗關聯(lián)式計算的氫耗都會隨著硫含量的增加而增加，但是模擬計算的結果與實際生產更加接近。當原料中硫質量分數(shù)是2.5%的時候，模擬計算的結果和實際氫耗之間的誤差是-1.2%,經(jīng)驗關聯(lián)式高值和實際氫耗之前的誤差是-3.2%；當原料中硫質量分數(shù)是1.5%的時候，模擬計算的結果和經(jīng)驗關聯(lián)式的高值非常接近，而且模擬結算的結果更接近實際生產。

3 結語

通過對蠟油加氫裝置的全流程模擬與變工況氫耗計算的研究可知，全流程模擬可以準確地預測出原料的性質以及操作參數(shù)對于氫耗的影響，從而優(yōu)化蠟油加氫裝置的操作參數(shù)，有效提高加氫裝置的運行效率，降低生產成本。

[1]楊云平,鄧茂廣.蠟油加氫裝置流程設計優(yōu)化[J].中外能源,2014,1909:71-74.

[2]張彬,呂建新,陳玉石.流程模擬技術在加氫裂化裝置上的應用[J].中外能源,2016,2104:73-77.

王東升(1986- )，漢，男，山東人，碩士，工程師 研究方向或主要工作性質：煉油廠工藝設計。