Aspen Plus軟件在芳烴抽提裝置的模擬應(yīng)用

祝 錄

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

Aspen Plus軟件在芳烴抽提裝置的模擬應(yīng)用

祝 錄

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

運用Aspen Plus軟件對中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部1#芳烴1#抽提裝置苯抽提蒸餾塔(DA4503)和苯汽提塔(DA4504)進行了流程模擬優(yōu)化，通過模型校核制定相應(yīng)的優(yōu)化措施，尋求最佳操作狀態(tài)，減少抽余油中芳烴的質(zhì)量分數(shù)。

芳烴抽提裝置 苯抽提蒸餾塔 苯汽提塔 Aspen Plus軟件

中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部1#芳烴抽提裝置是根據(jù)德國克虜伯公司提供的N-甲酰嗎啉(NFM)抽提蒸餾專利技術(shù)進行設(shè)計的國產(chǎn)化芳烴抽提裝置，其以加氫汽油為原料，改造后設(shè)計處理能力為420 kt/a(以8 000 h計)，年產(chǎn)純苯191.1 kt、甲苯98 kt；副產(chǎn)抽余油58.8 kt、C8以上餾分72.8 kt。

文章通過建立相應(yīng)的模型對苯抽提系統(tǒng)進行模擬計算，尋求最佳操作狀態(tài)，以達到經(jīng)濟效益最大化的目的。

1 1#芳烴抽提裝置工藝及Aspen Plus軟件建模簡介

1.1 1#芳烴抽提裝置工藝簡介

1#芳烴抽提裝置將加氫汽油經(jīng)預(yù)蒸餾系統(tǒng)分離成C8、苯和甲苯餾分，然后將苯餾分送入苯抽提蒸餾系統(tǒng)苯抽提塔，甲苯餾分送入甲苯抽提蒸餾系統(tǒng)甲苯抽提塔。在抽提系統(tǒng)中苯、甲苯與嗎呋啉溶劑混合進入汽提塔，經(jīng)汽提塔直接分離出產(chǎn)品苯及甲苯。1#芳烴抽提裝置工藝流程見圖1 。

圖1 1#芳烴抽提裝置工藝流程

1.2 Aspen Plus軟件建模簡介

以企業(yè)提供的實際數(shù)據(jù)為依據(jù)進行建模，這些數(shù)據(jù)包括各單元的進料溫度、壓力、流量和各單元模塊操作條件等。通過查找文獻獲得相關(guān)二元交互作用參數(shù)，模型建成后以提供的實際數(shù)據(jù)對模型進行驗證[1]，即將裝置實際操作值與模型計算值作對比，查看誤差是否在允許范圍之內(nèi)。

本單元苯餾分塔、甲苯餾分塔、抽提蒸餾塔、汽提塔、苯塔和溶劑回收塔采用RadFrac模型，換熱器采用Heater模型，泵采用Pump模型，兩相分離器采用FLASH2模型，混合器采用Mixer模型，分流器采用Split模型。在不影響模擬結(jié)果的情況下，對實際流程進行了必要的簡化和變通，具體模擬流程如圖2所示。

圖2 芳烴抽提模擬流程

為了降低1#芳烴抽提裝置苯系統(tǒng)抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)，增加苯的產(chǎn)量，選擇苯抽提蒸餾系統(tǒng)(DA4503和DA4504)作為本次流程模擬重點分析對象。

2 DA4503塔優(yōu)化分析

2.1 NFM溶劑進料溫度的影響

NFM溶劑進DA4503塔的溫度對塔頂抽余油的質(zhì)量及再沸器負荷有一定影響，通過模型模擬，在回流量及塔頂采出量不變的情況下模擬計算貧溶劑進塔溫度(變化范圍為90～120 ℃)對抽余油質(zhì)量的影響，模擬結(jié)果如圖3所示。

圖3 溶劑進料溫度分析

根據(jù)模擬結(jié)果可知：隨著NFM溶劑進DA 4503塔的溫度不斷升高，抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)也逐漸上升，但此時塔底再沸器的負荷不斷減少，能耗降低。溶劑進料溫度從90 ℃升至120 ℃時，抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)從3.281%升至3.425%，上升0.144個百分點；再沸器負荷從8.695 MW降至6.305 MW，降低2.39 MW。目前本裝置溶劑進料溫度在110 ℃左右，若需要降低抽余油中芳烴的質(zhì)量分數(shù)，在能耗允許的情況下可適當降低NFM溶劑進DA4503塔的溫度，但應(yīng)盡量控制在98～111 ℃，最佳為102 ℃。

2.2 苯系統(tǒng)溶劑比的影響

抽提蒸餾的原理是通過加入NFM溶劑，改變芳烴與非芳烴的相對揮發(fā)度，從而通過精餾的方法達到分離的目的[2]，NFM溶劑的流量直接影響了抽余油中芳烴的質(zhì)量分數(shù)。通過模型模擬，在塔頂抽出與回流量不變的情況下增大抽提裝置的溶劑比(變化范圍為2.4～7.2)，觀察抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)與塔釜再沸器負荷的變化關(guān)系(見圖4)。

圖4 溶劑比對抽余油質(zhì)量及再沸負荷的影響

從圖4可以看出：溶劑比為2.92時，抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)超過5.0%；當溶劑比增大時，塔頂抽余油中芳烴的質(zhì)量分數(shù)逐漸減少，芳烴質(zhì)量分數(shù)合格。但溶劑比在6.0以上時芳烴質(zhì)量分數(shù)減少的趨勢變小，同時塔釜再沸器的負荷大幅上升，所以溶劑比控制在5.1～6.0，最佳為5.5。

2.3 苯系統(tǒng)進料溫度分析

2.3.1 苯系統(tǒng)進料溫度對抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)及再沸器負荷的影響

在DA4503塔頂采出量及回流量不變的情況下，分析苯系統(tǒng)進料溫度(變化范圍為70～110 ℃)對抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)及再沸器負荷的變化(見圖5)。

圖5 苯系統(tǒng)進料溫度分析

從圖5可以看出：苯系統(tǒng)進料溫度逐漸增大后，抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)也逐漸上升，但再沸器的負荷逐漸下降，溫度升至110 ℃以后抽余油中芳烴的質(zhì)量分數(shù)幾乎不變。

2.3.2 苯系統(tǒng)進料溫度對苯產(chǎn)品純度的影響

在溶劑比、塔底再沸器量和回流比不變的情況下，苯系統(tǒng)進料溫度(變化范圍為70～90 ℃)與苯產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系見圖6。

圖6 苯系統(tǒng)進料溫度對苯產(chǎn)品純度的影響

由圖6可知：進料溫度為70～78 ℃時，苯產(chǎn)品的純度從99.943%升至99.945%； 進料溫度為78.5～83.5 ℃時，苯產(chǎn)品的純度99.95%左右；溫度為84～90 ℃時，苯產(chǎn)品的純度變差，從99.92%下降到98.75%，產(chǎn)品不合格，所以最佳進料溫度為77.0～83.5 ℃。

綜上所述，目前1#芳烴抽提裝置苯餾分進料溫度為80 ℃，可以通過逐漸降低進料溫度至77 ℃的方法來降低苯系統(tǒng)抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)至3.0%以下。

3 DA4504塔優(yōu)化分析

3.1 貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)對抽余油質(zhì)量的影響

對貧溶劑中芳烴質(zhì)量分數(shù)對抽余油的影響進行模型模擬分析可知，當溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)小于0.6%時，抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)在3.5%以下，幾乎不變。當貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)在0.7%以上，抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)上升趨勢明顯，變化較大(見圖7)，所以應(yīng)將貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)控制在0.6%以下。

圖7 貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)對抽余油質(zhì)量的影響

3.2 DA4504塔塔底溫度的變化對貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)的變化

DA4504塔塔底溫度是控制貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)的重要指標，溫度偏高時貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)減少但能耗增加，溫度偏低時貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)增加但能耗偏小，通過模型模擬確認最佳溫度控制范圍，塔底溫度宜控制在155～205 ℃。

根據(jù)模型模擬可知：確保DA4504塔塔底溫度在180 ℃以上時貧溶劑中苯質(zhì)量分數(shù)在0.6%以內(nèi)，可以滿足DA4503塔塔頂抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)在控制范圍內(nèi)(見圖8)。目前本裝置DA4504塔塔底溫度在198.5 ℃左右，所以可以將DA4504塔的塔底溫度降低，以減少DA4504塔的3.5 MPa蒸汽的使用量。

圖8 DA4504塔塔底溫度與貧溶劑苯質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系

4 應(yīng)用結(jié)果

2013年8月根據(jù)Aspen Plus軟件對芳烴部1#芳烴1#抽提裝置流程模擬優(yōu)化，2014年正式將優(yōu)化措施全部實施，經(jīng)過一段時間的努力，取得了一定的成果，苯抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)在優(yōu)化后減少0.39%(見表1)。

表1 優(yōu)化前后苯抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)

2015年1#抽提裝置年產(chǎn)抽余油17 689 t，2015年抽余油平均價格為3 230元/t，苯產(chǎn)品的平均價格為4 900元/t，按苯抽余油中芳烴質(zhì)量分數(shù)減少0.39%計算，2015年1—5月增效為17 689×(4 900-3 230)×0.39%=11.5萬元。

5 結(jié)論

經(jīng)過Aspen Plus軟件對1#芳烴抽提裝置苯抽提系統(tǒng)的模擬，主要研究了苯系統(tǒng)溶劑進料溫度、溶劑比、苯餾分進料溫度、貧溶劑中芳烴含量等對苯系統(tǒng)抽余油質(zhì)量的影響，根據(jù)模擬結(jié)果對苯抽提蒸餾系統(tǒng)進行了優(yōu)化調(diào)整并取得了一定的效果，具體措施如下：

(1)將苯抽提蒸餾系統(tǒng)溶劑進料溫度控制在(102±1)℃；

(2)將苯系統(tǒng)溶劑比控制在5.4～5.6；

(3)將苯餾分進料溫度控制在(78.5±1)℃；

(4)將苯汽提塔(DA4504)塔底溫度控制在(198±1) ℃。

[1] 朱登磊.基于ASPEN PLUS萃取精餾的概念設(shè)計及優(yōu)化[J].計算機與應(yīng)用化學(xué)，2010，27(6)：791.

[2] 唐振華.提高嗎呋啉抽提裝置芳烴收率[J].煉油技術(shù)工程，2009，12(12)：5-7.

在美中國企業(yè)NWIW擬建甲醇裝置

NWIW擬提升其位于華盛頓州Tacoma地區(qū)的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能，為此，該公司將追加投資費用，使其達到原定投資額的近兩倍，達到340萬美元。此外，該公司還與北美私營公司Stonepeak Infrastructure Partners以及Noble集團簽暑了合作伙伴協(xié)議。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Simulation Application of Aspen Plus Software in Aromatics Extraction Unit

Zhu Lu

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

Process simulation optimization was executed on benzene extraction distillation column (DA4503) and benzene stripper (DA4504) of 1#aromatics unit in Sinopec Shanghai Petrochemical Co., Ltd. with Aspen Plus software. Appropriate optimization measures were developed through model checking, so as to seek the optimal operating conditions and reduce aromatics content in raffinate.

aromatics extraction unit, benzene extraction distillation column, benzene stripper, Aspen Plus software

2015-08-27。

祝錄，男，1987年出生，2010年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，本科，工程師，目前從事的抽提裝置工藝技 術(shù)管理工作。

1674-1099 (2015)06-0027-04

TE624

A