模擬汽提蒸汽流量、溫度、壓力對C205分離效果的影響

李海朋

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516211）

1 獲取數據

在對原流程進行模擬時，會用到很多的數據，主要包括：C205進料物料餾程、API重度、進塔油以及汽提蒸汽流量、溫度和壓力等，還有一些設備相關的數據，主要為填料類型、填料高度、等板高度以及進料位置等。

通常進塔原料油的組分數據涵蓋了進塔原料油的餾成和密度。對于API重度來說，可根據公式API=141.5/（相對密度60/60℉）-131.5，通過密度得出進塔油的API重度。對于進塔油及汽提蒸汽流量、溫度和壓力來說，可通過中控室DCS查詢到。對于石油油品的分離來說，可使用較為成熟的BK10物性分析法進行。

設備數據情況如下：填料塔是C205、填料類型是SP 200Y金屬波紋規整形填料、填料高度是2 700mm，通過查找相關資料可知填料高度每米就是2～3塊理論板數，由此可知C205塔板高度就相當于5個理論塔板數。

2 原流程搭建

當獲取準確可靠的數據之后便可對原流程實施搭建。本文采用的是82%負荷，物性方法采用的是BK10物性分析法，莫弗利板效率是0.7。

2.1 汽提蒸汽與產品的關系

由表1的數據可知，Aspen模擬數值與中控DCS數值差距很小；產品質量的模擬值極其吻合。這就證明模擬計算選用的汽液平衡模型及物性方法可以準確可靠地體現出分離裝置的實際狀況，進而給優化工作帶來了很大的保障。

表1 產品成分模擬表

2.1.1 Aspen模擬汽提蒸汽的質量流量與初餾點的對應關系

模擬數據為：汽提蒸汽1.5MPa，溫度230℃恒定；進料溫度225℃，流量16 000kg/h，開工負荷82%。當汽提蒸汽用量增加時，產品的初餾點會有所上升。當前裝置生產的工況為：汽提蒸汽質量流量是160kg/h、初餾點是285℃，初餾點在（285±5）℃屬于合格，則汽提蒸汽的最低用量為110kg/h，最高用量為200kg/h。當汽提蒸汽的用量低于110kg/h時，則初餾點會很低，就會導致輕組分無法提走，進而造成產品的閃點不合格。當汽提蒸汽的用量高于200kg/h時，則輕組分會被大量的提走，使產品變重，此時雖然產品的黏度以及閃點會變高，但產品的收率會變低，從而影響經濟效益，使能耗量過大。

2.1.2 Aspen模擬汽提蒸汽的溫度對產品初餾點的影響

在1.5MPa的壓力、160kg/h的汽提蒸汽質量流量、225℃的進料溫度、16 000kg/h的流量、82%的開工負荷下進行模擬。當汽提蒸汽溫度上升時，初餾點也會上升，不過幅度極小。通常蒸汽溫度上漲200℃時，初餾點只會上漲0.5℃，這和當前實際值與設計值相差大的特點相同。本文從理論上分析了該規律的原因，從降低油氣分壓和加熱作用兩方面討論；降低油氣分壓就是降低油料的沸點，加熱作用就是達到油料的沸點，最終都能達到提高輕組分拔出率的目的。一、從汽提蒸汽降低油氣分壓的作用入手，C204塔頂的壓力為-0.009 3MPa，考慮填料3ka壓降C205的絕對壓強僅僅0.001MPa，依據道爾頓氣體分壓定律：某氣體在氣體混合物里所形成的分壓就相當于同溫度下其獨自在容器中所形成的壓力；氣體混合物的壓強就是所有氣體分壓的總和。簡言之，C205的0.001MPa壓強是油氣分壓和蒸汽分壓之和。又因為原料油進塔全部是液態沒有體積的膨脹，而過熱汽提蒸汽從進塔到出塔全部是氣態（如果不全是氣態則就有部分液化，產品就會帶水，而實際產品是不含水的），因此絕壓0.001MPa大部分是蒸汽的分壓，假設蒸汽的分壓為0.000 5MPa則油氣的分壓下降為0.000 5MPa。降低油氣分壓的對揮發度的影響體現在哪？以飽和蒸汽為例，絕壓0.002MPa的飽和蒸汽的溫度17.540 3℃，絕壓0.001MPa的飽和蒸汽的溫度6.949 1℃，壓強減小了一半沸點卻下降了一倍多，對于油氣的分壓同樣如此，0.001MPa下飽和油氣的溫度也會比0.000 5MPa下的飽和油氣的溫度高幾倍，由此可見汽提蒸汽的分壓作用極大地降低了負壓塔內油料的沸點，即使在沒有熱源的情況下，由于分壓的下降（在原來溫度的基礎）上也會沸騰，輕組分自然能夠揮發出去。二、從汽提蒸汽加熱物料的作用入手，汽提蒸汽包含的熱量分為顯熱（沒有相態的變化）和潛熱（由氣態變為液態釋放出的熱量），由于過熱汽提蒸汽自始至終都是氣態所以沒有潛熱的釋放（蒸汽的潛熱遠大于顯熱）。由于沒有相態的變化則蒸汽釋放的熱量等于油料吸收的熱量，即Q=W蒸汽Cp蒸汽Δt1=W油Cp油Δt2（注：W為質量流量 Cp為比熱容 Δt為溫差）

已知W蒸汽=160kg/h，W油=16000kg/h，Cp蒸汽/Cp油=1，則Δt1=100Δt2。

以上公式可以看出：即使蒸汽起到很強的加熱作用被冷卻下降了Δt1=100℃，原料油的溫升Δt2=1℃。可以把蒸汽加熱作用使油料提升的溫度看作是進料溫度的提升，運用Aspen模擬進料溫度提升1℃，初餾點提高了0.8℃。

由此可以得出：汽提蒸汽對汽提塔的作用就是減小油氣分壓進而減小沸點，提升輕組分的揮發度，而物料加熱作用微乎其微可以忽略不計。

2.2 Aspen模擬汽提蒸汽的壓力對產品初餾點的影響

在溫度為230℃，質量流量為160kg/h汽提蒸汽；進料溫度225℃，流量16 000kg/h，開工負荷82%的基礎上進行模擬。當汽提蒸汽的壓力變大時，初餾點并未發生變化。上面已說過汽提蒸汽就是用來減小油氣分壓的，我們通常會覺得汽提蒸汽壓力會決定降低油氣分壓的多少，但事實上并非如此。汽提蒸汽在未進入C205之前處于管徑很細的管道中壓力很高，進入到高4.8m直徑1.8m的C205中后體積迅速地膨脹壓力迅速降低，由于塔C205的塔壓穩定（如上文我們認定的絕壓0.001MPa），即C205的壓力來自蒸汽的分壓和油氣的分壓之和，根據理想氣體的狀態方程p蒸汽V=nRT（注：p蒸汽為汽提蒸汽壓力；V為體積；n表示物質的量；R為氣體常數；T為絕對溫度），已知C205的體積是定值，R為氣體常數，溫度230℃恒定，所以p蒸汽的大小完全取決于n，又因為汽提蒸汽的質量流量為160kg/h，即n也是定值，綜上所述p蒸汽（蒸汽的分壓）沒有變化，C205油氣的分壓就沒有變化，對輕組分的揮發度沒有影響，初餾點不發生變化。質量流量恒定時，汽提蒸汽的壓力大則體積流速小，汽提蒸汽的壓力小則體積流速大，在實際生產中汽提蒸汽的管道直徑固定，體積流速的上限是固定的，汽提蒸汽壓力如果過小則單位時間內進入塔內蒸汽的質量就不能滿足塔的需要，因此壓力和塔的大小是相匹配的。從而得出結論：汽提蒸汽分壓的大小是由汽提蒸汽的質量流量決定的，和壓力無關，不過在實際當中汽提蒸汽的壓力與塔是相匹配的。

3 結語

1）汽提蒸汽主要是減小汽提塔的油氣分壓，進而降低沸點，提升輕組分的揮發度。

2）汽提蒸汽對塔的分離作用主要受汽提蒸汽的質量流量影響，和壓力無關。

3）汽提蒸汽的用量越大，減小油氣分壓的效果越好，但是不能無限制的增大，用量太大會導致輕組分提出過多，使產品變重，收率降低；但用量也不能太小，會使閃點不合格，所以汽提蒸汽用量應保持在合理的范圍。