AspenPlus在常减压蒸馏装置中的应用

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图 2 产品恩氏蒸馏的实际值与计算值对比 由以上图表的对比结果可以看出, 物料平衡的 模拟计算值与实际值非常接近, 最大偏差为 0.5%, 产品恩氏蒸馏结果中除常顶油外, 各产品的馏程基 本相符。常顶油重馏分部分的馏程偏差大, 其原因可 能是由于采样时原油轻组分挥发, 进料分析缺少轻
端组分数据, 造成模拟计算时内回流量减少导致常 顶油干点的计算值偏高。比如在进行初馏塔模拟计 算时, 塔顶冷凝器形式由 Total 改为 Partial- Vapor- Liquid 时, 初顶油干点上升了近 30℃, 这样导致常压 塔内特别是常压塔顶的内回流量减少, 造成常顶油 馏程偏重, 尤其是馏程尾部明显偏重。
温 度 /℃ 260 280 300 320 340 360 380 400 450 500 530
收 率 (w)/% 24.17 27.48 30.89 34.65 37.90 41.34 44.77 48.36 60.69 73.63 87.46
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减压系统直接模拟的结果与产品实际馏程偏差 较大, 失去指导意义。初步分析主要有两个原因: 一 个重要的是, 530℃以前的原油实沸点蒸馏数据由实 验得到, 较为准确, 而 530℃以后的蒸馏数据由软件 自动外推, 有一定的误差; 另一个是, 常压塔底的渣 油在减压炉中发生部分高温裂解也是导致减压塔模 拟失真的一个主要原因。目前已有文献报道, 在常减 炉入口通过人为的加入一定组成的轻端组分后较好 的模拟了包括减压塔在内的常减压蒸馏流程。为此, 该模型在减压系统前加入模拟裂解气, 具体裂解气 组分见表 4。
计 算 值 /% 100.00
2.78 97.21 11.91 5.18 14.51 7.15 58.09 17.02 6.17 33.71
偏 差 /% 0.00 0.00 0.01 - 0.32 0.00 0.00 0.00 0.18 0.00 0.00 0.50
注: 偏差= 计算值- 实际值 偏 差 为 0.00 的 对 应 项 是 建 立 模 型 时 的 已 知 输 入项
各产品馏程的实际值与计算值的对比结果见图 2。
表 3 总物料平衡实际值与计算值对比
塔名称
物料
原油
初馏塔
初顶油
拔头油
常顶油
常一线油
常压塔
常二线油
常三线油
常渣油
混蜡
减压塔
减三线油
减渣油
实 际 值 /% 100.00
2.78 97.20 12.23 5.18 14.51 7.15 57.91 17.02 6.17 33.21
3.建立模型 初馏塔和常压塔塔内汽液相连续, 模拟时选用 Aspen Plus 的原油蒸馏 PetroFrac 模块。减压塔的侧 线抽出产品全部供给催化裂化或加氢裂化装置, 与 常规精馏塔相比, 有产品质量控制粗犷、产品间无严 格分离要求、塔内气相连续、液相不连续和内回流量 少的特点, 直接使用 PetroFrac 模拟有很大的误差。 针对减压塔的工艺特征, 汪学军等提出把干式减压 塔作为一个闪蒸过程与多个复杂吸收过程的串联, 但基于此方案的计算完全忽略了塔内回流量, 应用 Aspen Plus 建立的模型难以达到物料平衡, 因此本 论文提出了改进的减压塔模型, 将塔顶部分油返回 至塔底渣油, 可解决物料平衡的问题, 建立的常减压 模型见图 1。
利用建立的模型分别考虑塔顶温度, 汽提蒸汽 量因素, 由图 3, 图 4 可以看出这两个因素对拔出率 有较明显的影响。
5.灵敏度分析 优化方案 运用 Aspen Plus 模拟软件的灵敏度分析工具可 以研究过程参数对常减压产品分布的影响程度, 通 过工况分析, 可以在装置的约束条件范围内确定不 同操作条件下的最优化生产方案。 5.1 提高拔出率 拔出率是指初馏塔、常压塔和减压塔的塔顶以 及侧线产品量的总和占处理原油量的比例。原油一 次拔出率是考核常减压蒸馏装置的重要指标之一, 拔出率提高可以提高原油的利用率, 降低下游装置 的负荷及整个炼油厂对油品的再加工及再运输的 能耗。 本论文对如何提高常压塔的拔出率进行了优 化, 主要考虑对经济效益影响大的常一线和常二线 的拔出率。从操作条件上讲, 需要考虑的几个主要因 素有: 塔顶温度、塔底汽提蒸汽量、塔顶压力和进料 温度, 其中, 塔顶压力和进料温度较为稳定, 主要考 虑前二个因素。提高塔顶温度, 加大汽提蒸汽量有利 于塔内汽液相负荷增加, 有利于提高侧线抽出量。
定自变量范围: 2000kg/h<塔底汽提蒸汽量<10000kg/ h, Δ塔顶温度≤10℃; 为优化目标函数提供相应的 约束条件, 建立完整的优化模型。通过模型计算可知 常一线抽出量可提高 1t/h, 常二线抽出量可提高 3t/ h, 利用模型可确定塔底气体蒸汽量、Δ塔顶温度分 别在 3.2t/h、3℃的工艺操作下, 可实现优化目标。
图 1 改进后的常减压蒸馏模型
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4.计算结果及分析 在建立的常减压蒸馏模型中输入过程参数, 模 型计算时按流程物流方向的顺序逐次进行, 将得出 的结果与实际值进行对比, 在合理范围内调整部分
过程参数, 直至计算结果达到预期的目标值。 物料平衡的实际值与计算值的对比结果见表 3,
5.2 增产柴油 为提高柴汽比以缓解国内消费柴汽比大于生产 柴汽比的局面, 增加柴油产量也是优化常减压来自百度文库置 操作目标之一。其优化问题可表述为: 目标: Max flow( 常二线) 约束: 常一线干点≯240℃, 常二线 95%点≯365℃ 自变量: 塔顶温度, 常一线抽出量, 常三线抽出 量, 常塔底汽提蒸汽量
一部分做石脑油送出装置; 初馏塔塔底油进入常压 炉加热至 365℃左右后进入常压塔。常压塔顶油气经 二级冷却, 一部分打回塔顶作为冷回流, 一部分与初 顶油混合做石脑油送出装置; 常压塔有三个中段回 流, 同时, 常压塔的常一线生产灯煤, 常二线生产轻 柴油, 常三线作为加氢裂化原料, 常压塔底油经减压 炉加热至 380℃左右进入减压塔。减压塔为填料塔, 有 3 个中段回流, 减压塔的 3 条侧线也作为加氢裂 化原料, 其中减一线与减二线混合作为混蜡送出装 置, 减压渣油送去下游焦化装置处理。
本文利用 Aspen Plus 软件, 依照生产装置的现 场流程建立了中国石化天津分公司的 2.5Mt/a 常减 压蒸馏装置的模型, 基于此模型提出了提高拔出率 和增产柴油的优化方案, 可取得一定的经济效益。
1.常减压流程和加工方案简介 罐区原油经换热至 220℃左右后进入初馏塔, 初 馏塔顶油气经冷却后一部分打回塔顶作为冷回流,
图 3 塔顶温度对拔出率影响
图 4 塔底汽提蒸汽量对拔出率影响 确定主要影响因素后, 在保证产品质量合格的前
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提下, 提高常一线和常二线收率, 优化目标可表述为: 目标: Max flow( 常一线+常二线) 约束: 常一线干点≯240℃, 常二线 95%点≯365℃ 自变量: 塔底汽提蒸汽量, 塔顶温度 运用 Aspen Plus 的优化工具定义 目 标 函 数 ; 给
视 点·!流 程 模 拟 专 题
Aspen Plus 在常减压蒸馏装置中的应用
■ 李明 齐艳华 周祥 侯延军
常减压蒸馏装置是原油加工的第一道工序, 一 方面直接提供部分油品, 另一方面为一系列二次石 油炼制工艺过程提供原料, 用来生产多种石油化工 基本原料[], 其操作的好坏对石化企业的经济效益有 直接的影响。利用流程模拟技术建立装置模型, 并以 此来指导生产, 优化生产操作, 进行多方案对比找出 装置的最佳操作工况, 提高经济效益, 可更加快捷和 准确。
同样, 在满足约束条件的前提下, 利用 AspenPlus 提供的 优 化 工 具 可 以 很 快 得 到 常 二 线 抽 出量可增加 5t/h 的结果。
6.结论 ( 1) 用 Aspen Plus 模拟软件对中国石化天津分 公 司2.5Mt/a 常 减 压 装 置 的 流 程 模 拟 得 到 了 与 实 际 生产流程较为一致的结果, 其中减压系统的模拟需 要补充模拟裂解气。 ( 2) 利用灵敏度分析, 最优化工具结合约束模 块, 选取合适的自变量, 基于 Aspen Plus 常减压蒸馏 模型可以较方便快速的得到最优化解决方案, 供企 业生产者参考。在一定约束条件下提出了提高拔出 率和增产柴油的优化方案, 可为企业带来经济效益。 ( 3) 过程参数数据的收集, 要充分考虑到装置的动 态操作, 根据操作记录区线, 判断数据的合理性。
2.模拟基础数据 2.1 原油性质 进 料 为 进 口 混 合 原 油 , 20℃密 度 为 884.8kg/m3, 实沸点蒸馏数据见表 1。
表 1 混合原油实沸点数据
温 度 /℃ 15 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
收 率 (w)/% 0.13 1.15 2.20 4.44 6.06 8.22 10.47 12.89 15.16 17.77 20.72
( 作者李明, 齐艳华, 周祥单位系石油化工科学 研究院; 侯延军单位系中国石化天津分公司炼油部)
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表 2 塔的配置参数
塔名称 初馏塔
常压塔
项目 主塔塔板数 进料板 主塔塔板数 进料板 侧线汽提塔塔板数 常一线汽提塔液相采出/返回 常二线汽提塔液相采出/返回 常三线汽提塔液相采出/返回 常顶循液相采出/返回 常一中液相采出/返回 常二中液相采出/返回
塔板数 18 18 29 29 2 9/8 16/15 20/19 3/2 11/10 18/17
围内调整重要的过程参数可加快模型的收敛速度, 提高模拟计算的准确性。
根据相关文献, 实际塔板效率选用 60%, 汽提塔 为 2 ̄4 块理论板, 减压塔将填料高度换算为相同分 离效果的理论板数。其他如进料板位置、中段回流位 置和抽出板位置按塔板效率做相应的调整, 由此确 定各塔的过程参数。具体配置参数见表 2。
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表 4 模拟裂解气组分
组分名称 C3H8
C4H10- 1 C5H12- 1 C5H12- 2 C5H12- 3 C6H14- 1
含量( W) /% 10 10 10 15 25 30
综合以上分析, 在进行常减压蒸馏装置模拟时, 准确的原油性质数据对模拟结果有很大的影响。其 中, 缺乏轻端组分分析是模拟中遇到的普遍问题, 软 件外推的原油高沸程馏程数据的准确性对模拟结 果, 特别是对减压塔的模拟结果有重要的影响, 减压 系统的模拟通过人为的加入一定量模拟裂解气可得 到具有指导意义的模型。
2.2 过程参数 在进行装置过程参数收集时, 按照先采集操作 数据, 再进行现场取油样的顺序进行。装置的实际操 作是动态的, 过程参数会在一定范围内波动, 因此, 在收集过程参数时, 不仅采集了即时数据, 对重要的 过程参数还收集了一段时间内的数据, 根据数据变 化趋势可以判断即时数据的合理性, 同时在合理范
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