利用Aspen Hysys模擬提高常減壓裝置噴氣燃料收率

劉 鵬, 王亦成, 蔣志勇

(中國(guó)石油玉門(mén)油田公司，甘肅 酒泉 735200)

1 噴氣燃料生產(chǎn)需求

1.1 根據(jù)成品油利潤(rùn)分析

2011年，某煉化企業(yè)實(shí)施“短流程燃料型”加工方案后，主要產(chǎn)品為汽油、噴氣燃料、柴油，各種牌號(hào)產(chǎn)品價(jià)格差異較大，具體如表1所示。由表1可見(jiàn)，柴油利潤(rùn)較低，為了增加效益，需要在工藝條件允許的范圍內(nèi)多生產(chǎn)汽油、噴氣燃料，減少柴油的產(chǎn)量。

表1 成品油價(jià)格

1.2 根據(jù)成品油市場(chǎng)需求分析

國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入轉(zhuǎn)型期后，對(duì)石油消費(fèi)拉動(dòng)減弱，現(xiàn)成品油需求增速維持低位。新能源汽車(chē)快速發(fā)展，汽油消費(fèi)增速趨緩；主要用油行業(yè)不振，柴油需求繼續(xù)負(fù)增長(zhǎng)，與之對(duì)應(yīng)的是煉油能力不降反增。但國(guó)內(nèi)噴氣燃料需求量持續(xù)高增長(zhǎng)，年均增速8.8%左右，有較好的市場(chǎng)需求；從生產(chǎn)效益分析，生產(chǎn)噴氣燃料的國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售和出口效益均優(yōu)于生產(chǎn)0號(hào)普通柴油[1-2]。

1.3 根據(jù)常減壓裝置生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

查閱車(chē)間技術(shù)臺(tái)賬，得到混合原油噴氣燃料性質(zhì)分析數(shù)據(jù)及2018年10月至2019年3月實(shí)際收率。表2為2018年10月至2019年3月噴氣燃料實(shí)際收率。分析表2，得到裝置加工原油中噴氣燃料組分占比均值為18.13%，即理論最高收率可達(dá)18%，而實(shí)際噴氣燃料收率均值僅為8.43%，遠(yuǎn)低于理論值。

表2 2018年10月至2019年3月噴氣燃料實(shí)際收率(w，%)

常減壓裝置生產(chǎn)的噴氣燃料干點(diǎn)在230 ℃左右，噴氣燃料餾程范圍一般控制在140 ℃～278 ℃，目前生產(chǎn)的煤油干點(diǎn)距上限差距較大，說(shuō)明煤油產(chǎn)量還有提升空間。柴油初餾點(diǎn)溫度225 ℃左右，初餾點(diǎn)普遍偏輕，說(shuō)明噴氣燃料組分未完全拔出，柴油餾分與噴氣燃料餾分有部分重疊，需要優(yōu)化操作將噴氣燃料組分從柴油組分中拔出。

2 分子模擬常壓塔蒸餾模型

2.1 研究方法

本研究利用Aspen Hysys軟件進(jìn)行分子模擬優(yōu)化。根據(jù)原油、產(chǎn)品和操作數(shù)據(jù)建立分子級(jí)常壓塔蒸餾模型進(jìn)行模擬，將模擬數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性[2-4]。然后在驗(yàn)證過(guò)的基礎(chǔ)模型上，進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)合煉油廠需求，提出優(yōu)化方案。

2.2 數(shù)據(jù)收集

在建立模型前需要收集建模所需數(shù)據(jù)才可完成建模，數(shù)據(jù)收集主要包括以下幾個(gè)方面：對(duì)常減壓裝置所加工的原油和生產(chǎn)出的噴氣燃料樣品通過(guò)質(zhì)譜、色譜、超高分辨率顯微等方法取得其分子組成；收集常壓塔進(jìn)料和側(cè)線產(chǎn)品的物料平衡；收集常壓塔塔頂瓦斯和汽油、常一線油、常二線油、常三線油、塔底油產(chǎn)品的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，主要獲取了各側(cè)線產(chǎn)品的密度、餾程、閃點(diǎn)等數(shù)據(jù)；收集常壓塔操作數(shù)據(jù)，主要通過(guò)DCS操作畫(huà)面得到常壓塔內(nèi)的各個(gè)溫度，壓力以及側(cè)線，中段的溫度、壓力、流量等操作參數(shù)[5]。

3 優(yōu)化操作，設(shè)計(jì)提高噴氣燃料收率優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化方案

根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)常壓塔操作進(jìn)行優(yōu)化，并制定實(shí)施方案，如表3所示。

表3 實(shí)施方案

3.2 優(yōu)化調(diào)整

1)調(diào)節(jié)塔頂冷凝器循環(huán)水量，經(jīng)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)勘查判斷塔頂冷卻器冷卻水流量負(fù)荷未達(dá)到最大狀態(tài)，還有調(diào)節(jié)余量，通過(guò)反復(fù)分析計(jì)算，結(jié)合塔頂冷卻器自身特點(diǎn)，多次試驗(yàn)調(diào)整冷卻水流量，最終決定將冷卻水量提高至5 t/h，冷凝器溫度降低2.75 ℃。

2)調(diào)整塔頂回流比車(chē)間通過(guò)分析常壓塔模型模擬數(shù)據(jù)，將運(yùn)算結(jié)果與實(shí)際操作數(shù)據(jù)相對(duì)照，決定將塔頂汽油抽出流量減少10.67%，達(dá)到增大回流比，提高常壓塔分餾效果的目的。

3)增大常一線抽出量為達(dá)到噴氣燃料產(chǎn)品質(zhì)量與收率之間的最佳平衡點(diǎn)，車(chē)間利用模型數(shù)據(jù)反復(fù)計(jì)算驗(yàn)證并多次試驗(yàn)，根據(jù)計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整常一線大塔至提輕塔抽出量，提輕塔返塔流量及出裝置流量等操作參數(shù)，最終將常一線抽出流量較原先提高34.01%。

3.3 效果驗(yàn)證

實(shí)施操作優(yōu)化后，對(duì)常減壓蒸餾裝置2019年7月與10月的噴氣燃料收率及柴汽比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖1所示。

圖1 2019年7月與10月噴氣燃料收率及柴汽比統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由圖1可見(jiàn)，優(yōu)化操作后裝置噴氣燃料收率持續(xù)提高，柴汽比明顯下降，噴氣燃料收率由年初的8.50%提高至10.23%。按每年2.0 Mt加工任務(wù)核算，全年可增產(chǎn)噴氣燃料34.6 kt，柴汽比由1.56降至1.37，優(yōu)化效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)常壓塔各操作條件對(duì)常一線產(chǎn)品收率的影響進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)增產(chǎn)的方法主要有：減少常頂油抽出量，增加常一線產(chǎn)品抽出量，增加常頂冷凝器取熱比例，相應(yīng)降低中段取熱比例。其中，以減少常頂油量影響最大。同時(shí)，在保證常壓塔其他側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)和盡可能減少能耗的基礎(chǔ)上，主要通過(guò)增加常頂循環(huán)取熱比例，相應(yīng)降低常二中取熱比例，保證常一線產(chǎn)品質(zhì)量合格，即冰點(diǎn)保持在-42℃以下。