UniSim 炼油装置模拟-渣油加氢脱硫装置分馏塔优化模拟

表1模型运行结果
项目
实际值模拟值
分馏塔进料温度/℃345345回流罐压力/MPa 0.1250.125空冷冷后温度/℃4545塔顶回流流量/(t ·h -1
)
18.818.8石脑油产量/(t ·h -1
)
4.276 4.03石脑油终馏点温度/℃180169.1柴油产量/(t ·h -1)22.8722.67柴油95%点馏出温度/℃352.8350中段回流返塔温度/℃156156中段回流流量/(t ·h -1)
130
130
1前言
大连石化300×104t/a 渣油加氢脱硫装置一直在较低苛刻度下操作，原料硫含量、残碳等显著低于设计值，造成分馏系统热负荷不足、石脑油和柴油收率低于设计工况。

受分馏塔进料加热炉负荷限制，分馏塔进料温度一般在340～350℃，部分柴油组分进入塔底加氢常渣产品中作为催化进料，既浪费资源，又降低了装置运行效益。

对此，采用Unisim 软件对分馏塔系统进行模拟，取得了较好效果。

2降低塔顶压力、提高中段温度
通过Unisim 模拟软件的测算，将分馏塔顶压力降至0.05MPa ，中段返塔温度提高至189℃，以探索提高柴油收率的可行性。

2.1当前工况下分馏系统操作条件与产品分布
当前工况下分馏塔进料温度为345℃，操作压力为0.125MPa ，汽提蒸汽量为7.85t/h ，塔顶温度为
110℃，中段回流量为130t/h ，中段回流返塔温度为160℃。

分馏塔粗石脑油产量为4.276t/h ，柴油产量为22.87t/h ，常渣产品产量为299.67t/h 。

2.2建立分馏塔系统动态模型
应用Unisim 模拟软件，根据粗石脑油、柴油以及常渣产品的性质和以上产品的质量流率，混合得出分馏塔进料速率和性质，并以塔水力学限制、柴油质量、柴油与精制渣油的分离精度为约束条件建
立模型。

模型运行结果见表1。

2.3改变模拟条件2.
3.1调整塔回流罐压力
保持分馏塔底汽提蒸汽量为7.85t/h ，保持分馏塔进料量和进料温度不变，将分馏塔回流罐压力从
0.125MPa 下调至0.05MPa ，中段回流返塔温度为186.7℃，模拟结果见表2。

由表2可以看出，调整后，柴油产量略有增加，产品质量与实际运行柴油产品质量接近甚至略好。

渣油加氢脱硫装置分馏塔优化模拟
甘彬彬，胡瑞，公丕江
(中国石油大连石化公司，辽宁大连116032)
摘要
以分馏塔进料温度、操作压力和汽提蒸汽流量为自变量，柴油侧线抽出量为因变量，经济效益为优化目标，通过
Unisim 软件对分馏塔系统工艺参数进行模拟。

模拟结果显示，当分馏塔进料温度为349℃，汽提蒸汽流量为11.5t/h 时，可抽出柴油量达32t/h ，此为最佳效益工况，每年可增加效益2044万元，并且满足分馏塔水力学要求，亦为合理运行工况，此工况是提高分馏塔进料温度和增大汽提蒸汽量的协同作用的结果。

模拟显示，单独提高分馏塔进料温度或增大汽提流量以及降低塔顶操作压力均有利于增加柴油收率和经济效益，但也会增加能耗，并受硬件条件制约，还会降低分馏塔设备的利用率。

就大连石化300×104t/a 渣油加氢脱硫装置分馏塔的优化而言，应在不超出限制条件下，以能否增加经济效益为判别依据，根据判断结果调整操作条件。

关键词
柴油收率Unisim 软件分馏塔模拟实施
作者简介：甘彬彬，工程师，2004年毕业于中国石油大学(华东)化学工程与工艺专业，目前在中国石油大连石化公司生产新区
300×104/a 渣油加氢脱硫装置从事工艺管理工作。

E-mail ：ganbb_dl@
SINO-GLOBAL ENERGY ·75·
第11期
2.3.2模拟最大柴油产率时的操作条件
保持分馏塔底汽提蒸汽量为7.85t/h ，分馏塔进料量和进料温度不变，调整分馏塔回流罐压力至
0.05MPa ，当把中段回流返塔温度上调到189℃时，柴油产量增加到28t/h ，模拟结果见表3。

2.4结果与讨论
①建立的分馏塔模型与装置实际运行情况比较接近，可以对调整操作进行模拟和指导。

②通过合理降压和提高中段温度，可以有效提高柴油收率。

3优化分馏塔进料温度和汽提蒸汽量3.1优化方法
本次模拟分析所采用的优化自变量为进料温度、汽提蒸汽量，因变量为柴油收率，为使石脑油干点保持稳定，塔顶温度的调整不作为优化变量。

保持塔顶压力不变，中段回流取热负荷维持不变。

主要考虑的约束条件：塔水力学限制、柴油质量、柴油与精制渣油的分离精度。

阀孔动能因子通常设计在8~11，其操作上限一般在15，调整后的动能因子宜具有一定的安全余量。

柴油质量以95%点馏出温度不超过360℃为限，确保质量合格。

对重馏分的分离，文献通常采用重组分的5%点与轻组分的
95%点的差值来描述分离精度，该差值为负表示分离较差，差值较小则分离适当，为正则分离过度。

考虑到渣油加氢装置分馏塔的渣油收率远大于柴油
收率(相差近10倍)，本文以渣油2%点与柴油95%
点的差值来描述分离精度，以利于柴油的拔出。

精制渣油产品减压馏程的切割点较少(4个切割点数据)，使该油品的表征精度有限，从而使实际运行的收率可能和模拟结果有一定偏差。

相比当前运行工况而言，优化后的工况下气相负荷有所增加，即便在允许范围内，也可能对塔盘的效率产生一定影响，使得实际运行有可能偏离模拟结果。

分析精度以及采样时的装置平稳程度对模拟的精度也有一定影响，模拟结果无法避免这些因素的影响。

经济性分析的相关数据：
模拟得到的进料热容为2.74kJ/(kg ·℃)，当前分馏塔进料量为328t/h 。

假定加热炉效率为90%，按照1kg 燃油热值为1×104kcal(1cal=4.18J)，将热量折算为燃料油，以当前燃料油不含税价格(1372元/t)进行核算。

进料温度降低1℃的效益如下：
效益=328000×2.74/(104×4.18)×1.372/0.9
=32.78(元/h)
蒸汽价格以230元/t 计算。

柴油与渣油的价差的计算方法：考虑到有少量柴油混入加氢渣油中一并进入催化裂化装置作原料而生成低价值的干气和焦炭(约占80%)所造成的效益损失，以当前-10号柴油与工业重油的不含税价格的价差(2060元/t)进行计算。

其余部分不考虑价值的变化，只考虑加工费用(130元/t)。

故多拔出
1t/h 油的效益计算方式如下：
效益=1×10%×2060+1×90%×130=323(元/h)
3.2优化结果
改变蒸汽流量和进料温度，调节柴油产量，使柴油产品质量合格，各工况的流程计算及效益(相对于当前运行工况)分析结果见表4。

表2模拟结果
项目
调整前数据
调整后模拟值
分馏塔进料温度/℃345345回流罐压力/MPa 0.1250.05石脑油产量/(t ·h -1
)
4.03 4.114石脑油终馏点温度/℃169.1169.7柴油产量/(t ·h -1)22.6725柴油95%点馏出温度/℃350350.4中段回流返塔温度/℃
156
186.7
表3模拟结果
项目
调整前数据
调整后模拟值
分馏塔进料温度/℃345345回流罐压力/MPa 0.050.05石脑油产量/(t ·h -1) 4.114 4.064石脑油终馏点温度/℃169.7158.7柴油产量/(t ·h -1)2528柴油95%点馏出温度/℃350.4359中段回流返塔温度/℃
186.7
189
表4分析结果表
工况
自变量
因变量目标蒸汽流量/
(t ·h -1
)
进料温度/℃
柴油产量/
(t ·h -1
)效益/
(万元·a -1)19.00345.0028.001458.05212.00345.0030.001414.0537.00345.0026.001272.0548.00349.0028.001556.93510.50349.0030.001627.936 6.20349.0026.001324.937 6.80347.0026.001252.49当前
7.85
347.00
22.87
0.00
2010年第15卷
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SINO-GLOBAL ENERGY
日期
06-0706-0806-09汽提蒸汽量/(t ·h -1)98.57.8分馏塔进料温度/℃349~351349~351351～353中段回流量/(t ·h -1)
120~130120~130160~170分馏塔顶回流罐压力/MPa 0.110.100.09柴油收率，%(质量分数)9.19.259.33柴油95％点馏出温度/℃
351362373效益/(万元·a -1)
2392
2640
2856
表7塔顶压力和汽提蒸汽量与效益变化表(2009年)
表6分馏塔操作参数变化与效益变化表(2009年)
日期
05-25~05-2705-28~05-3005-31~06-02
汽提蒸汽量/(t ·h -1)7.88.08.5分馏塔进料温度/℃349~351349~351347~349中段回流量/(t ·h -1)
120~130120~130120~130分馏塔顶回流罐压力/MPa 0.10~0.11
0.10~0.11
0.10~0.11
柴油收率，%
(质量分数) 6.58.09.2柴油95％点馏出温度/℃327~344
336~339345左右效益/(万元·a -1)
1475
2590
表5最优工况表
工况自变量
因变量目标蒸汽流量/
(t ·h -1
)进料温度/
℃柴油产量/
(t ·h -1
)效益/
(万元·a -1)
最优11.50349.0032.002044当前
7.85
347.00
22.87
0.00
根据表4分析可知，提高进料温度要比单纯增加汽提蒸汽流量更有利于提高柴油的产量和经济效益；而提高进料温度和适当增加汽提蒸汽量的协同效应更有利于提高柴油产量和经济效益。

考虑到加热炉的负荷限制，进料温度达349℃后再进一步提高有困难。

由于此时的分离精度仍有重叠，故在继续加大汽提蒸汽量达11.5t/h 时得到合格柴油量为32t/h 。

此时的进料温度为349℃，计算得到的相对效益为2044万元/a(见表5)。

表5所示最优工况下的精制渣油2%点馏出温度为357.6℃，而柴油的95%点馏出温度为
358.1℃，已经达到较高的分离精度，可认为柴油基本拔出，故不再增加柴油抽出量。

由于汽提蒸汽量和进料温度的增加会显著增加气相负荷，因此需对该工况下的气相负荷进行核算。

通过水力学计算得到此工况下的最大塔盘气相负荷为2.5×104m 3/h ，模拟采样得到此时的气相密度为4kg/m 3。

分馏塔塔径3.355m ，进料段以上塔盘开孔率为16.6%，故可计算得出此时的阀孔动能因子为9.46，仍在合理范围内，不存在雾沫夹带及冲塔风险；水力学计算得到的塔盘上清液层高度均低于100mm ，而塔盘间距为610mm ，无液泛风险；由于汽液负荷均增加，故无需考虑干板和漏液的可能性。

综上，可认为此工况为最优工况。

3.3结果与讨论
①模拟结果显示，当分馏塔进料温度为349℃、汽提蒸汽量为11.5t/h 时，可抽出柴油量达32t/h ，此为最佳效益工况，可增加效益2044万元/a ；
②同时，模拟结果显示，最佳工况运行时满足塔的水力学要求，为合理运行工况。

4进一步优化汽提蒸汽量
以上分析的最优工况为提高进料温度和增加汽提蒸汽量的协同作用结果。

其中，提高进料温度比增加汽提蒸汽量的作用更大些。

由于目前受分馏塔加热炉负荷限制，提高汽提蒸汽量的余地更大
些，更好操作，更安全，并可增加塔顶热负荷，提高回流比，增加传质传热效果，故在分馏塔进料温度不超过349℃情况下，通过进一步提高汽提蒸汽量来进行优化分馏塔的操作。

表6列出了2009年5月25日~6月2日分馏塔操作参数的变化。

由表6数据看出，柴油收率随汽提蒸汽量的增加而增加，柴油收率最高达到9.2%(质量分数)。

在汽提蒸汽量为8.0t/h 工况下，年创效益1475万元，但装置能耗增加0.15kg 标油/t 原油。

5优化塔顶压力和汽提蒸汽量
为保证装置稳定操作，减小波动，在降低分馏塔操作压力的同时，降低分馏塔的汽提蒸汽量，而柴油产率有所增加(见表7)，说明降压操作有利于提高柴油拔出率。

6结论
本文使用Unisim 软件建立了分馏塔模型，以进料温度、操作压力、塔底汽提蒸汽流量为自变量，柴油侧线抽出量为因变量，经济效益为优化目标，对模型进行分析，并在分馏塔内实施后发现：
①单独提高分馏塔进料温度、增加塔底汽提蒸汽流量和降低塔顶操作压力，均有利于提高柴油
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第11期
甘彬彬等.渣油加氢脱硫装置分馏塔优化模拟
Optimization Modeling for Fractionators of Residue Hydrodesulfurizing Units
Gan Binbin ，Hu Rui ，Gong Pijiang
(PetroChina Dalian Petrochemical Company ，Dalian Liaoning 116032)
[Abstract]To increase economic benefits ，using the charging temperature ，operating pressure and stripper
steam rate of a fractionator as the independent variable and diesel side stream extracted as the dependent variable ，technicians modeled the process parameters of a fractionator system with the help of Unisim software.The modeling results show that when the charging temperature of the fractionator is 349℃and the stripping steam flow is 11.5t/h ，32t of diesel fuel can be extracted per hour.This is the operating conditions that can lead to the best economic results.Revenue could rise by 20.44million Yuan annually as a result of this op -timization.The hydraulic requirements of the fractionator can also be met and these are also good operating conditions.These conditions are a result of the rise in charging temperature of the fractionator as well as the volume of stripper steam combined.The modeling shows that any of such methods as raising the charging temperature for the fractionator ，increasing stripping steam flow and reducing the operating pressure at the top of the fractionator is instrumental in raising the yield of diesel fuel and economic returns.But these methods also increase energy consumption and are limited by hardware.They will also reduce the uptime of fractiona -tor equipment.When optimizing the fractionator of its 300×104t/a residue hydrodesulfurizing unit ，PetroChina Dalian Petrochemical Company should make increasing economic returns a priority in deciding on the unit ′s parameters ，having regard to the unit ′s limitations.
[Keywords]diesel yield ；Unisim software ；fractionator ；modeling ；implementation
产率，增加经济效益。

②提高分馏塔进料温度和增加汽提蒸汽量的协同作用比单独增加汽提蒸汽量作用大；在进料温度达到极限情况下，若再增加柴油收率则可通过进一步提高汽提蒸汽量来实现。

③提高分馏塔进料温度受进料加热炉热负荷限制，会增加燃料消耗；增加汽提蒸汽量受全厂蒸汽平衡制约，也会增加能耗；降压操作受分馏塔处理能力限制，会降低分馏塔设备利用率。

故应在不超出以上限制条件下，以能否增加经济效益为判别依据，根据判断结果调整操作条件。

(编辑常雪红)
2010年第15卷
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中外能源
SINO-GLOBAL ENERGY。