原油常减压蒸馏塔的流程模拟

V ap Return Stage 16_T S-1 30_T S-1 42_T S-1 50_T S-1
Outlet F low /kg h- 1 2. 012e+ 004 3. 000e+ 004 2. 880e+ 004 3. 100e+ 004
表 3 常压塔中段循环设置
D raw Stage R eturn Stage F low /kg h- 1 Duty /kJ h- 1 T op_R ecycle 12_T S-1 10_TS-1 1. 085e+ 005 - 1. 677e+ 007
分的沸程范围为 450 ~ 700 K, 对于 较重 的馏分 也开 发了专用的方法。 3. 2 收敛算法的选择
U n ismi 软 件提供 了三 类收敛 算法, 其中 Legacy Ins ide-O u t算法、M od ified Ins ide-Ou t算法用于不含化 学 反 应 的 过 程, N ew ton R aph son Ins ide-Ou t 算 法、 Sparse Con tinu at ion Solver算 法 和 S mi u ltan eous Correction算法可用于含 有化学反 应的 过程, OL I So lver 算法用于电解质系统。
初馏塔模拟流程如图 3所示。
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化 工自 动 化 及仪 表
第 37卷
图 3 初馏塔模拟流程图
初 馏塔为 板式蒸馏 塔, 共计 21 层, 进料 原油从 第 18层塔板进入 初馏塔, 在第 11 层塔板 由侧 线抽 出。为了考虑水相对蒸馏塔的影响, 加速收敛, 在第
1层塔板增设水抽出。对原油 蒸馏塔 增加水采 出不 会影响工艺参数。 4. 3 常压蒸馏塔的模拟
图 1 原油常减压蒸馏装置工艺流程图 注: C - 1: 初馏塔; C - 2: 常压塔; C - 4: 减压塔; C - 3, C - 5, C - 6: 汽提塔; F- 1: 常压塔加热炉; F- 2: 减压塔加热炉; D -: 汽液分离罐, P- : 泵
常减压 蒸馏 是原 油加 工的 第 一道 工序 。装 置 是 根据原油 中各组 分的沸点 ( 挥 发度 ) 不同 用加 热 的 方法从原 油 中分 离 出各 种 石油 馏 分。其中 常 压
由于塔顶产品与从塔侧线抽出的产品必然会混 有少量的低沸点物质, 因此, 侧线抽出的液体必须在 汽提塔用水蒸汽把 低沸点 物质汽 提出 来, 才能 得到 合格的侧线产品。 3 流程模拟方法选择 3. 1 物性方法的选择
Braun K 10 状态方 程、CHAO-SEAD 状 态方 程和 GRAYSON 状态方程以及 P eng-R ob in son 状态方程和 Red lich-Kw ong-Soave ( RKS ) 状 态方 程 都 是为 烃 类 和轻气体的混合物 (石油混合物 )而设计的, 在低压 和中压系统中使用 K 值模型和液 体逸度关联 式, 在 高压 系 统 中 使 用 针 对 石 油 而 调 整 的 状 态 方 程。 Braun K 10 状态方程 通常 用于 减压 和低 压 ( 最 多几 个大气 压 ) 应 用, CHAO-SEAD 状 态 方 程 和 GRAYSON 状态方程可 以用在高 压系统。通 过比较, 选用 Braun K 10 状态方程用于常 减压蒸馏 系统的 流程模 拟。 Braun K 10 状态方程采用 Braun K-10 和 K 值关 联式, 该 关联式是由 真实组分和 石油馏分 K10 图而 开发出的。真实组分包括 70 种烃和轻气体, 石油馏
Legacy Ins ide-Ou t算 法和 M od if ied In side-O ut算 法均可 用 于 常减 压 蒸 馏 系 统, 两 种算 法 的 差 别 是 Legacy Ins ide-Ou t算法不能用于蒸馏塔子 流程中, 不 能含有物料混合 器和物 料分 配器。经 过分析 对比, 最终选用 M od ified In side-O u t收敛算法。 4 常减压装置的流程模拟 4. 1 原油的定义
重量累计 收率 /%
2. 49 4. 2 6. 29 7. 17 8. 25 10. 01 12. 11 14. 16 16. 83 17. 84 19. 22
沸点 温度范围
250~ 270 270~ 290 290~ 300 300~ 310 310~ 330 330~ 350 350~ 370 370~ 400 400~ 450 450~ 500
M 1_R ecycle 26_T S-1 M 2_R ecycle 40_T S-1
24 _TS-1 38 _TS-1
5. 186e+ 004 - 8. 499e+ 006 5. 337e+ 004 - 1. 386e+ 007
D raw T / 131. 2 201. 4 276. 8
ReturnT / 67. 22 140. 9 186. 8
常压蒸馏塔为 板式 塔, 共计 55 层, 由 常压 加热 炉来的进料从 第 50 层 塔板进 入。常压 塔设有 4 具 侧线汽提塔, 分别 从第 20、34、46、50 层塔 板液 相抽 出, 汽提塔塔顶油 气由 第 16、30、42、50 层 塔板 返回 主塔。除了塔顶回流 以外, 常压塔 还设 有三个 中段 循环, 分别从第 12 层抽出, 第 10层 返回; 从第 26层 抽出, 第 24 层返回; 从第 40层抽出, 第 38 层返回。
化工过程流程模拟就是借助计算机求解描述整 个化工生产过程的 数学模 型, 通 过计算 机进行 物料 平衡、能量平衡、化学平衡、压力平衡等计算, 对过程 进行估算和 分析, 得 到有关 该化工过 程性能 的相关
信息 [ 2] 。经过二十年 的发 展, 化工 过程 流程模 拟已 被化学工程师普遍采 用, 成 为设计 新装 置和分 析现 有装置性能、改进现有装置操作的有力工具。
第 5期
殷卫兵等. 原油常减压蒸馏塔的流程模拟
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3 和 6层填料下液相抽出, 由第 2和 5层填料上部返 回。根据减压塔 的工艺 流程, 按照表 4和表 5在减
压塔相应填料层设置了至汽提塔和中段循环的侧线 与返塔管线。
蒸馏 蒸馏出 低沸点的 汽油、煤油、柴 油等组 分, 而
收稿日期: 2010-04-01( 修改稿 )
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沸 点较高 的 蜡油 、渣 油 等 组 份 留 在 未被 分 出 的 液 相 中。将常 压 渣 油 经 过 加热 后 , 送 入 减 压 蒸 馏 系 统 , 使常压 渣 油 在避 免 裂 解 的 较 低 温度 下 进 行 分 馏 , 分 离 出 润滑 油 料、催 化料 等 二 次 加工 原 料, 剩 下 减压渣油 。 2. 2 工艺分析
常减压蒸馏装置流程模拟的关键是常压塔和减 压塔, 由于包含多个中段回流, 而且减压塔多为填料 蒸馏塔, 这也成为常减压蒸馏装置流程模拟的难点。 2 工艺流程简介 2. 1 工艺流程
锦西 石化二 套常 减压蒸 馏装置 原设 计能力 50 万吨 /年, 后经多次改造处理能力达到 300 万吨 /年, 为润滑油型常减压蒸馏装置。图 1为该常减压装置 工艺流程图。
原油蒸馏装 置是通 过加热、汽化、分馏、冷 凝和
冷却等传质传热过 程, 将原 油切 割成一 定沸点 范围 的馏分。这种切割在精馏塔内进行。经过预处理的 原油, 用泵输送, 流 经一系 列换热 器, 与 温度较 高的 蒸馏产品换热到 205 ~ 230 去初馏塔, 塔 顶出粗汽 油。初馏塔底油进 一步换 热, 并 在常压 炉里加 热到 360 去常压塔, 其中汽油、煤油、柴 油、重柴 油等较 轻的组分在汽化段汽化成混合油气。蜡油和重油仍 然为液体, 混合油气上升到塔的精馏段, 与回流液体 相接触。混合油气中, 沸点较高的组分被冷凝, 而回 流液体中沸点较 低的 则气化。气 相继 续上升, 并逐 步冷凝, 沸点较高 的柴油、煤油、汽油依 次冷凝 为液 体。这样上升的气体和回流的液体在塔板上充分接 触, 进行传热传质过程。因而, 塔内的温度由下而上 是从高到低分布的, 而油品 的组 分由下 往上是 由重 到轻变化 的。气 液两 相 在一 定的 条件 下 ( 温 度、压 力、组分 ), 由平衡到 不平衡, 再 由不平 衡到平 衡, 按 这一规律交替进行, 如此反复, 最终达到分割产品的 目的。煤油、轻柴油、重柴油在各自对应蒸气压的泡 点温度下从侧线抽 出, 而汽 油和 不凝气 在回流 罐分 别抽出 [ 3]。
研究与应用
化工自动化及仪表, 2010, 37( 5): 88~ 93 Contro l and Instrum ents in Chem ical Industry
原油常减压蒸馏塔的流程模拟
殷卫兵 1, 罗雄麟 1, 史 伟 2
( 1. 中国石油大学 自动化研究所, 北京 102249; 2. 中国石油锦西石化分公司, 辽宁 葫芦岛 125001)
摘要: 常减压蒸馏装置是炼油加工的第 一道工序, 它的运行状况对后续装置乃至全厂都有着 重要影响。针 对初馏塔、常压蒸馏塔和减压蒸馏塔的稳态流 程模拟, 选取适 合的蒸馏塔 中段循环 设定变量和 减压塔模 拟方法, 最终流程模拟结果与实际工艺参数相似度极高, 说明常 减压蒸馏塔的流程模拟能够如实体现实际工艺状态, 可以 作为指导工艺生产、操作优化的有效方法。
重量累计 收率 /%
21. 91 24. 58 26. 22 28. 11 31. 05 34. 46 37. 9 39. 13 51. 73 60. 48
图 2为原油管理器中定义得到的最终原油实沸 点蒸馏曲线和恩氏蒸馏曲线。
图 2 原油管理器定义原油实沸点与恩氏蒸馏曲线
对比原油实沸点数据与原油管理器得到的蒸馏 曲线可知, 原油管理器 定义 的原油 与实 际原油 数据 近似程度极高, 能高度反映实际原油的特性。 4. 2 初馏塔的模拟
图 4 常压塔模拟流程图
4. 4 减压蒸馏塔的流程模拟 减压蒸馏塔为 塔板与 填料混 合的 蒸馏塔, 进料
口以上为 9层高度 各不相 等的填 料层, 进料口 以下 为 4层塔板。减压塔设有 5 具汽提塔, 第 1 ~ 4 汽提
塔分别从第 2、4、5、7 层填料下液 相抽出, 由第 2、3、 4、6层填料 上部 返回 汽相, 第 5 汽 提塔 从 第 9层 填 料下液相抽出, 汽相 返回第 9层填 料下 的第 1层塔 板。此外, 减压塔还设置有两个中段循环, 分别从第
关键词: 原油; 常减压蒸馏; 流程模拟 中图分类号: TE624 文献标识码: A 文章编号: 1000-3932( 2010) 05-0088-06
1引 言
常减压蒸馏是炼油加工的第一道工序。通过蒸 馏可以按产品生产方案将原油分割成相应的直馏汽 油、煤油及各种润滑油馏分等半成品, 这些半成品经 过适当的精制 和调配 等, 即 可成为 合格 产品 [ 1] 。蒸 馏过程中, 也可以根 据不同 生产 方案分 割出二 次加 工原料。常减压蒸馏的效果决定了石油产品的质量 和收率, 对炼油厂有着重要的意义。
根据常压塔的 工艺流 程, 按 照表 2和 表 3 在常 压塔相应塔板设置了至汽提塔和中段循环的抽出与 返塔管线。常压塔模拟流程如图 4所示。
源自文库
S tripper-1 S tripper-2 S tripper-3 S tripper-4
# Stages 6 6 3 1
表 2 常压汽提塔设置
L iq D raw Stage 20_TS-1 34_TS-1 46_TS-1 50_TS-1
根据常 减 压 装 置 所 炼 原油 的 实 沸 点 数 据 ( 表 1) , 在流程模 拟 软件 中的 原油 管 理器 中, 对 原油 进 行了定义。
表 1 原油实沸点蒸馏数据
沸点 温度范围
HK ~ 90 90~ 110 110~ 130 130~ 140 140~ 150 150~ 170 170~ 190 190~ 210 210~ 230 230~ 240 240~ 250