焦化分馏塔模拟分析及改进_张龙

90%
167 209 347 347 432 441
95%
175 223 354 358 438 450
FBP
184 237 363 368 450 491
蜡油与柴油恩氏蒸馏重叠度接近 80℃。蜡油初馏点 及 10%点温度较低，蜡油中含有大量的柴油馏分。 根据模拟计算结果作出分馏塔气液相负荷分布图， 见图 2 所示。
especially asphaltene content. For pre-estimating operating performance of fractionation column after capacity recovery，production data were collected. Its problems in operation were analyzed by building a process calculation model. Moreover，the influence of tower structure on separation accuracy was analyzed. Referring to capacity recovery of fractionation column，improvement suggestions were made
项目
焦化汽油
焦化柴油
焦化蜡油
模拟值 生产值 模拟值 生产值 模拟值 生产值
密度/kg·m-3 742.2 731.6 863.8 859.8 946.7 946.9
馏程/℃
IBP
31
30
124 172
—
269
10%
77
51
217 246 366 341
50%
133 135 286 303 391 389
摘要：某石化公司计划将 2#延迟焦化装置处理量由 140 万吨/年提高到原设计规模 220 万吨/年，将焦化分馏塔由
原来的塔盘堵孔操作恢复到设计负荷。但近年来塔河原油性质已发生较大变化，沥青质含量上升较大。为了对
焦化分馏塔恢复产能后操作性能进行预估，调研收集塔河石化 2#延迟焦化装置生产数据。通过建立其工艺计算
塔河原油密度大，硫、沥青质、重金属含量 高[1]。常规延迟焦化[2-4]装置加工塔河原油减压渣油 会造成加热炉炉管结焦，无法实现正常的生产周期。 因此某石化公司 2#延迟焦化装置设计采用大循环比 方案加工塔河原油常压渣油[5]。设计规模 220 万吨/
年，按“三炉六塔”焦化工艺流程、24h 生焦周期设 计。开工初期，由于焦炭塔的实际加工量只有约 140
收稿日期：2014-02-18；修改稿日期：2014-05-19。 第一作者及联系人：张龙（1973—），男，硕士，高级工程师，从事石 油化工工艺及节能技术研究。E-mail zhanglong.fshy@sinopec.com。
第 11 期
张龙等：焦化分馏塔模拟分析及改进
·3119·
万吨/年，装置按“两炉四塔”生产。分馏、吸收稳定 单元仍按 220 万吨/年配套，对分馏塔浮阀塔盘进行 部分堵孔处理，但在生产中出现焦化蜡油中含有大 量的柴油、柴油与蜡油重叠度较大的现象。近来， 某石化公司计划将 2#延迟焦化装置处理量提高到原 设计规模，恢复焦化分馏塔设计负荷。但塔河原油 沥青质含量上升较大，原油性质与原设计时发生较 大变化。为了对分馏塔恢复产能后稳定生产提供理 论指导，本文对塔河石化 2#延迟焦化装置分馏塔进 行模拟分析，为恢复产能后分馏塔优质生产提出改 进方案。
模型，分析焦化分馏塔操作中的存在的问题；分析影响其分离精度的塔结构问题。针对焦化分馏塔恢复产能提
出了相应的改造建议，并进行了模拟计算和水力学计算验证。为分馏塔的优化操作和改造提供依据，同时为恢
复产能后的分馏塔稳定生产提供理论指导。
关键词：焦化装置；分馏塔；模拟；水力学核算
中图分类号：TE 624.3+2
项目
焦化汽油
焦化柴油
焦化蜡油
设计值 生产值 设计值 生产值 设计值 生产值
密度/kg·m−3 740.0 731.6 860.0 859.8 945.0 946.9
馏程/℃
IBP
42
30
180 172 365 269
10%
78
51
214 246 382 341
50%
123 135 277 303 412 389
·3118·
化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2014 年第 33 卷第 11 期
应用技术
焦化分馏塔模拟分析及改进
张龙 1，赵亚新 2，方向晨 1，杜维谦 3，高景山 1，薄德臣 1
（1 中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001；2 中国石化塔河分公司，新疆 库车 842000；3 中国石油 抚顺石化分公司石油二厂，辽宁 抚顺 113003）
ZHANG Long1，ZHAO Yaxin2，FANG Xiangchen1，DU Weiqian3，GAO Jingshan1，BO Dechen1
（1Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，SINOPEC，Fushun 113001，Liaoning，China；2SINOPEC Tahe Company，Kuche 842000，Xinjiang，China；3No. 2 Refinery of Fushun Petrochemical Company，PetroChina，
Fushun 113003，Liaoning，China）
Abstract It was planned to increase the capacity of 2# DCU (delayed coking unit) in Sinopec a Petrochemical from 1.4Mt/a to originally designed 2.2Mt/a. The blocked holes on trays of fractionation column would be opened. Meanwhile，the properties of crude oil changed greatly in recent years，
在模型计算中，基于焦化分馏塔系统为非极性 物系，模型热力学方法采用 BK-10 物性选择集。汽、 液相的焓值计算采用 Johnson-Grayson，液相密度采 用 API 法计算[7]。模拟计算采用 Refinery 估算方 法[8]。模拟所得的分馏塔侧线产品性质和实际生产 数据对比见表 5 所示。
and verified by simulation and hydraulic calculation to provide the basis for operation optimization and transformation of fractionation tower and the theoretical guidance for fractionation column stable production after capacity recovery. Key words：delayed coking unit；frationation column；analysis；hydraulic calculation
第 11 期
张龙等：焦化分馏塔模拟分析及改进
·3121·
的大量热量还未进入分馏塔的分馏段就直接被新鲜 原料带走。这虽然提高了原料的进料温度，降低了 装置的能耗，但由此也造成进入分馏塔分馏段的油 气热量不足，内回流偏低，这也是导致分馏效果差 的重要因素。
表 1 分馏塔操作参数及设计参数
项目
设计参数
操作参数
塔顶压力（表压）/MPa
0.100
0.092
塔顶温度/℃
131
132
反应油气进料温度/℃
415
410
顶循抽出温度/℃
149
130
顶循返回温度/℃ 柴油抽出温度/℃
109
98
239
235
柴油返回温度/℃
175
160
中段回流抽出温度/℃
306
309
中段回流返回温度/℃
246
203
蜡油抽出温度/℃
363
369
蜡油返回温度/℃
270
277
表 2 焦化装置产品收率及设计收率
项目
设计收率/%
生产收率/%
干气
7.00
7.02
液化气
3.99
3.63
汽油
20.61
18.82
柴油
35.60
33.28
蜡油
1.80
6.33
焦炭
31.00
30.95
合计
100
100
表 3 分馏塔原产品性质对比
1 操作状况
某石化公司 2#常减压-延迟焦化装置的常压渣 油分两路进入延迟焦化单元。一路进入焦化分馏塔 塔底，另一路从分馏塔闪蒸段上部进入分馏塔。来 自焦炭塔的反应油气从分馏塔闪蒸段下部进入焦化 分馏塔，中间设置脱过热人字形洗涤挡板。反应油 气经过分馏塔洗涤板从蒸发段上升，与常压渣油换 热后，进入蜡油集油箱以上的分馏段，分馏出富气、 汽油、柴油和蜡油馏分。常压渣油升温后和循环油 在塔底混合由泵送往焦化加热炉。该分馏塔设置 4 个中段回流，依次为塔顶循环回流、柴油分馏段回 流、中部取热回流段、蜡油回流段。焦化汽柴油混 合进入加氢精制装置，不设柴油汽提塔。设计按循 环比 0.8 操作，出装置蜡油产量很小，不设蜡油汽 提塔。分馏塔操作条件及设计条件见表 1，装置产 品收率及设计收率见表 2，分馏塔原产品性质见 表 3。
90%
162 209 345 347 450 441
95%
170 223 358 358 460 450
FBP
181 237 375 363 475 491
从焦化分馏塔的操作来看，柴油和蜡油馏分间 的重叠度较大，焦化蜡油中含有约 15%～20%的高 附加值柴油。蜡油的侧线抽出量偏大，蜡油收率远 高于设计收率。而汽柴油的收率偏低，小于设计收 率，装置整体液收较低。
馏程/℃ IBP 5% 10% 30% 50% 266 335 378 475 591
注：残炭、芳烃、胶质和沥青质均为质量分数。
图 1 2#焦化装置模拟流程
1—焦化分馏塔；2—进料组合混合器；3—常压渣油分割器；4—塔底缓冲罐；5—蜡油分割器
成；并按照该分馏塔实际生产状况设塔顶循环回流、 柴油回流、中段取热循环回流、蜡油回流；回流取 热温差按生产现状分别设为 39℃、60℃、60℃、 80℃。
从对比结果可以看出：分馏塔模拟结果与实际 生产数据基本一致，表明模型计算和物性方法的选 择能较为准确地反映分馏塔实际操作情况，模拟计 算模型可用于对分馏塔操作现状进行分析；同时， 从模拟计算分析来看，焦化分馏塔分离精度较差， 产品清晰度不够。柴油与汽油的产品重叠度较大，
表 5 分馏塔模拟计算后产品性质对比
2 模拟计算
为了分析分馏塔的操作状况，本研究借助 SimSci/ProⅡ流程模拟软件对分馏塔进行了模拟计 算。模拟以常压渣油设计数据为基础数据，常压渣 油性质设计数据见表 4。针对分馏塔油气进料组成 无法确定的问题，模拟以分馏塔产品分布和产品性 质反推分馏塔进料组成。在模拟中将分馏塔脱过热 段与分馏段分开处理，非平衡级的塔底脱过热段采 用闪蒸设置。该焦化分馏塔分馏段设有 35 层塔盘， 底部蒸发段设有 6 层脱过热人字形洗涤板。根据该 分馏塔设计数据和经验，模拟设置时分馏塔精馏段 取 23 个平衡级来计算，脱过热段按平衡闪蒸来计 算[6]。按分馏塔生产工艺搭建模拟流程进行模拟计 算，模拟流程如图 1 所示。模型由分馏塔、闪蒸罐、 换热器、混合器、常压渣油分流器和蜡油分流器组
文献标志码：A
文章编号：1000–6613（2014）11–3118–07
DOI：10.3969/j.issn.1000-6613.2014.11.047
Simulation analysis and improvement on fractionation column in delayed coking unit
·3120·
化工进展
2014 年第 33 卷
密度（20℃） /kg·m−3 999.7
黏度（80℃） /mm2·s−1 1462
表 4 塔河原油常压渣油性质
凝点 Biblioteka Baidu炭
酸值
闪点 芳烃 胶质
/℃ /%
/mgKOH·g−1
/℃ /% /%
24 20.2
＜0.05
232 32.8 21.7
沥青质 /% 15.5