Aspen Plus軟件在延遲焦化主分餾塔上的應用

陳 亮，普 天，趙萌瑩

(新疆化工設計研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830006)

Aspen Plus軟件在延遲焦化主分餾塔上的應用

陳 亮，普 天，趙萌瑩

(新疆化工設計研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830006)

利用Aspen Plus化工流程模擬軟件對國內某煉廠的延遲焦化主分餾塔進行模擬計算，探討了焦化分餾塔的模擬策略以及在模擬過程中反應油氣的組成估算、熱力學方法的選擇、理論塔板數的選取等。對比發現，Aspen Plus的模擬結果與標定數據基本上一致，說明模擬結果切實可靠，模擬結果基本上反應了主分餾塔的運行情況。

焦化主分餾塔；模擬策略；Aspen Plus；模型

延遲焦化工藝是重油加工的主要手段之一，以其原料適應性強、技術成熟、投資低等優勢而得到廣泛應用[1]。其中主分餾塔是實現產品分離的重要單元，從焦炭塔頂來的高溫反應油氣在分餾塔中分離成富氣、汽油、柴油、蠟油等產品。借助于Aspen Plus這種化工流程模擬軟件對國內某煉廠的延遲焦化主分餾塔進行模擬計算。國內外研究者針對不同的研究應用背景對延遲焦化裝置的模擬策略進行過研究探討[2-4]。如楊科，吳宇、顏世闖在反應油氣組成預測上，根據質量守恒原理由主分餾塔出料反推其進料組成。有關焦化分餾塔模擬熱力學方法的選定，Aspen Plus推薦GS、GSE、IGS、SRK和PR等方法模擬計算重油加工過程工藝[3]。針對焦化主分餾塔模擬過程中存在的不精確問題，探討了分餾塔模擬中的方法策略，特別是塔下部脫過熱段的模擬處理策略，從而為焦化裝置的擴容或節能改造，以及操作調優提供必要的理論指導。

1 遲焦化主分餾塔的結構特點

延遲焦化的原料主要來自于減壓渣油(直餾渣油)、二次加工渣油(其中包括催化裂化油漿、減粘裂解渣油、脫油瀝青)以及各種污油廢油[4]。由于延遲焦化所加工的油品屬于重質油品，故焦化主分餾塔在結構上不同于一般的精餾塔。主分餾塔底脫過熱人字擋板的升氣管上段設有重蠟油循環回流，并通過重蠟油循環回流上下返塔量靈活調節脫過熱段油氣及輕蠟油產品抽出蒸發段的溫度，有效控制裝置循環比。在相同條件下 , 下回流流量越大, 過熱蒸發段溫度越低，循環比越大。

2 焦化分餾塔模擬策略

對于延遲焦化主分餾塔的模擬策略，易國剛[5]等人對此進行了研究，分別對延遲焦化主分餾塔進行了整體模擬和分段模擬，并對模擬結果進行了對比分析。經分析發現，相比于將延遲焦化主分餾塔當作一個整體來模擬，在對主分餾塔進行模擬時，將脫過熱段與上部的分離段進行分開處理的策略更加容易收斂，塔底溫度更易控制，且產品質量與標定值能夠很好地相吻合。塔底循環油分為兩部分，實際過程中與高溫反應油氣接觸換熱的主要為循環油上返量，循環油下返量并未參與閃蒸。因此在進行閃蒸處理時，進入閃蒸罐的主要為反應油氣和循環油上返量。離開脫過熱段的氣相被分離成富氣、粗汽油、柴油與蠟油，液相同循環油下返量一起作為塔底油抽出。

脫過熱段以上按照典型的分餾過程進行模擬，而脫過熱段中的循環油與反應油氣接觸換熱則近似看作一個閃蒸過程，采用模擬軟件中的閃蒸模塊。

3 延遲焦化主分餾塔的Aspen Plus模擬實例

3.1 流程描述

以某石化公司50萬t/a的延遲焦化裝置的實際標定數據為基礎。根據以上提出的脫過熱段的閃蒸與混合組合模型處理及焦化分餾塔模擬策略，具體模擬流程如圖1所示。

圖1 延遲焦化主分餾塔Aspen Plus模擬流程圖

3.2 焦化分餾塔模擬

分餾塔的模擬主要涉及中間物流反應油氣的組成估算、模擬中熱力學方法的選定以及塔板效率選取等。

3.2.1 反應油氣的組成估算

焦化高溫反應油氣為中間產物，主要依據質量守恒原理，將反應油氣當作是焦化富氣、含硫污水、焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油以及一部分循環油混合而成的。但由于反應油氣為虛擬組分，僅以最終產品來反推確定油氣組成是不夠的。模擬過程中應根據實際分離產品的物性，適當增減合成反應油氣各對應組分的量和組成來調整反應油氣最終組成以得到所需產品，即反復調整虛擬反應油氣組成使分餾塔側線抽出的物流滿足實際產品流量、溫度、ASTM數據以及分餾塔熱負荷分布的要求。

3.2.2 熱力學方法的選擇

熱力學方法選擇的正確與否直接影響到模擬結果的準確性，選擇合適的熱力學方法是工藝模擬的關鍵因素之一。在運用軟件對某個工藝進行模擬時，一般遵照以下幾個原則：

(1)與現場數據吻合的熱力學方法是最好的熱力學方法，因此有準確的實驗數據或工程現場數據時，應篩選計算結果與實際數據吻合的熱力學方法。

(2)應盡量選用最簡單、最適用的熱力學方法。

(3)選用熱力學方法時，考慮體系主體，而不應重點考慮微量組分，否則計算結果與實際不符。

對于延遲焦化工藝，因為屬于低壓體系，且屬于輕烴及水蒸氣含量較高的體系，比較常用的有兩種方法：GS法和BK10法。分別用兩種熱力學方法對延遲焦化工藝進行模擬計算，通過比較計算結果篩選合適的熱力學方法作為本次模擬的物性方法。

表1 熱力學方法對模擬結果的影響

表1為兩種不同的熱力學方法的計算結果比較，從表中數據可以看出，選用GS與BK10兩種物性方法的計算結果相差不大，均能與標定數據相吻合。對于含有H2的體系，GS方法相對于BK10而言更為準確。鑒于以上原因，本次模擬中選用GS方法對延遲焦化主分餾塔進行模擬。

3.2.3 理論塔板數的選取

按照經驗，對于常壓、催化、焦化等油品加工過程，塔板效率一般為50%～60%[6]。本裝置中的脫過熱段以上實際塔盤數為30塊，因此理論塔板數應該在15～18塊之間。在模擬過程中，塔板效率選取是否得當，主要是通過計算各產品的流量、性質及塔的操作條件是否與實際塔數據相近來判斷的。如果在誤差允許范圍內，在可說明理論塔板數的選取比較合適。本次模擬過程中分別對理論塔板數N=15，N=18兩種情況進行了模擬計算，計算結果如表2所示。

表2 理論塔板數對模擬結果的影響

由表2可以看出，選擇理論塔板數在15～18時(塔板效率為50%～60%)，理論塔板數的選取對模擬結果影響不大，模擬結果基本上與標定值相吻合，誤差在允許范圍內。因此，后面的模擬均采用理論塔板數N=15進行模擬計算。

3.2.4 模擬結果分析與討論

圖3 主分餾塔各塔板溫度分布曲線圖

圖3為延遲焦化主分餾塔各理論塔板的溫度分布圖。由圖3可以看出，溫度在塔內自上而下逐漸升高。在理論板1-2、7-8、9-10、14-15處塔內溫度變化的增幅較其它塔板大，這主要是由延遲焦化主分餾塔的結構決定的，該主分餾塔采用四個回流取熱來取走塔內的熱量，在取熱處塔板之間的溫度會出現大幅度的改變。

為了更加直觀地比較軟件模擬結果與標定值之間的差別，我們對主要產品粗汽油、柴油、蠟油的ASTM D86餾程通過作圖的方式進行分析比較，見圖4～6。

圖4 粗汽油ASTM D86餾程曲線

圖5 柴油ASTM D86餾程曲線

圖6 蠟油ASTM餾程曲線

由圖4～6我們可以看出，蠟油的初餾點與標定值相差比較大，這主要是由于進入主分餾塔中的反應油氣中輕組分比較多，有一部分輕組分未來得及被分離而直接作為蠟油產品抽出的緣故。總的來看，Aspen Plus的模擬結果與標定值基本上一致，粗汽油、柴油及蠟油產品分離精度滿足要求。

4 結論

本章對某煉廠的延遲焦化主分餾塔的結構進行了分析，分析了延遲焦化主分餾塔的模擬策略。并運用了Aspen Plus這種化工流程模擬軟件對該焦化主分餾塔進行了模擬分析，將模擬結果與標定值進行比較。經比較分析我們可以得出以下結論：

(1)對該主分餾塔進行分段處理的模擬策略是可行的，熱力學方法及理論塔板數的選取得當，利用化工流程模擬軟件對焦化主分餾塔進行模擬計算是完全可行的。

(2)Aspen Plus的模擬結果與標定數據基本上一致，模擬結果切實可靠，模擬結果基本上反應了主分餾塔的運行情況。

[1] 瞿國華，黃大智，梁文杰．延遲焦化在我國石油加工中的地位和前景[J]．石油學報，2005，21(3)：50-52．

[2] 楊 科．催化裂化裝置主分餾塔工藝模擬與分析[J]．化工進展，2003，22(9)：988-991.

[3] Wang Chunhua, Chen Qinglin,Hua Ben.Process simulation and analysis of main fractionation column in delayed coking unit[J] . Computers and Applied Chemistry, 2006, 23(12)：1183-1187．

[4] 梁朝林，沈本賢．延遲焦化[M]．北京：中國石化出版社，2007：180-183.

[5] 易國剛，陳清林，張冰劍．延遲焦化主分餾塔的模擬策研究[C]//第十一屆中國化工學會信息技術應用專業委員會年會．北京：化學工業出版社，2007：271-277.

[6] 王洪江．流程模擬計算中關于塔板效率選擇的技巧[J]．石化技術，2003，10(1)：31-33.

(本文文獻格式：陳 亮，普 天，趙萌瑩.Aspen Plus軟件在延遲焦化主分餾塔上的應用[J].山東化工,2017,46(5):104-106,108.)

The Application of Aspen Plus Software on the Main Fraction Column of Delayed Coking

ChenLiang,PuTian,ZhaoMengying

(Xinjiang Chemical Engineering Design Research Institute Co.,Ltd.,Urumchi 830006,China)

The simulation software of domestic refinery delayed coking fractionator was simulated by Aspen Plus chemical process, discusses estimation and simulation strategy of thermodynamic method for Coking Fractionating column and reaction in the simulation process of oil and gas、the number of the oretical plates selection. It is found that the simulation results of Aspen Plus are basically consistent with the calibration data, which shows that the simulation results are reliable and the simulation results basically reflect the operation of the main fractionator.

the main fraction column of delayed coking；simulation strategy；Aspen Plus；model

2017-02-09

陳 亮(1982—)，男，工程師，從事石油化工、煤化工的工程設計工作。

TE82

A

1008-021X(2017)05-0104-03