延迟焦化吸收稳定系统流程模拟与优化分析.doc

文 章 编 号 ：（）延迟焦化吸收稳定系统流程模拟与优化分析 阎龙，赵 瑞 峰，张 金 先，申 海 平，范 启 明（中 国 石 化 石油化工科学研究院 ，北 京 ；中 国 石 化 石 家 庄 分 公 司 ，河 北 石 家 庄 ；中 国 石 化 广 州 分 公 司 ，广 东 广 州 ）摘 要 ：针对国内延迟焦化吸收稳定系统普遍存在的分离效果较差的问题 ， 以工业装置为例 ， 通 过 详 细的流程模拟计 算 ， 对影响系统分离效果的主要因素进行了灵敏度分析 ， 考察了解吸塔进料方式 、 解 吸 塔 釜 温 、 稳 定 塔 釜 温 、 稳 定 汽油吸收剂流量 、 液化气回流比等 因 素对系统吸收效果的影响 ， 在此基础上提出了流程的优化方案 。 模 拟 结 果 表 明 ， 改造后的流程能够改善干气不干的问题 ， 增产液化气和提高稳定汽油质量 。关 键 词 ：吸 收稳 定 ； 流 程 模 拟 ； 延 迟 焦 化 ； 催 化 裂 化中 图 分 类 号 ：文 献 标 识 码 ： ， ， ， （ ，；，；，）： ， ， ， ， ：；吸 收 稳 定 系 统 是 催化裂化 与延 迟焦化的后部处 理 过 程 ，目 的 是 利 用吸收和精 馏方 法将分馏塔塔顶 油 气 分 离 器 中 的 富 气 和 粗 汽 油 分 离 成 干 气 （ ）、 液 化 气（、）和 蒸 气 压 合 格 的 稳 定 汽 油 。 随 着 低 碳 化 工 的 快 速 发 展 与 民 用 液 化 气需求量逐渐扩大 ，吸收稳定过程 的 研 究 显得 愈发重要。长 期 以 来 ，国 内吸 收稳定系统中存在干 气 不干 问 题 ，造 成 大 量 、 组 分 的 损 失 ， 严 重 影 响 了 炼 油 厂 的 经 济 效 益 。 目 前有关研究大都是将 解 吸塔 作 为 研 究 重 点， 而从全流程角度 出 发 ， 对 吸 收收 稿 日 期 ：基 金 项 目 ：中国石油化工股份有限公司项目 （）资 助通 讯 联 系 人 ：阎 龙 ， 男 ， 工 程 师 ， 博 士 ， 从事重油加工工艺的研究 ；：；：第 期延迟焦化吸收稳定系统流程模拟与优化分析 稳 定 系 统 进 行 改 造 与 优 化 的 研 究 则 较 少 。 基 于 此 ，笔 者 以 国 内 某 石 油 化 工 企 业 延迟焦化装置为 背 景 ，利 用 软件对其 吸收稳定系统进行 了 模 拟 研 究 ，提出了吸收稳 定 系统的改造 、 优 化 策 略 ，以期 对工业生 产提供一定的参考依据 。准 确 性 。 对 于 烃 类 系 统 ， 通 常 使 用 、 等 热 力 学 方 法进行模拟计算 。 方 法 属 于 经 验 关 联 式 ， 和 属 于 立 方 型 状 态 方 程 。为 比 较 不 同 方 法 对 模 拟 结 果 的 影 响 ， 以 工 业 装 置的 实 际 标 定 数 据 为 基 础 ， 计 算 时 装 置 操 作 压 力 ， 吸 收 塔 、解 吸 塔 与稳定塔的回流量 、 回 流 温 度 及 塔 板采 出位置保持不变 ， 相 关计算结果如表 和 图 所 示 。延迟焦化吸收稳定系统的热力学分析 模 拟 计 算 的 可 靠性取决于 热力 学方法与分析的 表 采用不同热力学方法对延迟焦化吸收稳定过程的模拟结果 （） （）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）；（）由 表 可 知 ， 与 与 方 程 相 比 ，方 法 在 模 拟 计 算 时 ， 干 气 中 （ ）的 摩 尔 分 数 、 液化气回流量 和 稳 定 汽油 馏 程 温 度 等 与 标 定 数 据 存 在 明 显 偏 差 ，最 大 偏 差 达 到 了 ； 与 方程的计算结果 较 为 接 近 ， 与 标 定 数 据 的 偏 差 也 较 小 ，多 数 都 低 于 。 由 图 看 到 ， 采 用 种 热 力 学 模 型 计 算 的 、 和 的 摩 尔 分 数 都 与 标 定 数 据 较 为 近 似 ；采 用 和 方 程 计 算 的 和 的 摩 尔 分 数 与 标 定 数 据 近 似 ，而 方 法 的 计算值存在一定偏差 ； 对 的 摩 尔 分数进行计算时 ， 方程计算的精度最 高 ， 方 法 的计算值存在明显偏 差 。 这 说 明 方 法 在 模 拟 计 算 时 精 度 最 低 ，部 分 参 数 存 在 较 大 偏 差 ，而 和 方 程的预测值与标定 数 据较 图 采用不同热力学方法模拟所得延迟焦化吸收稳定 系统稳定塔产品液化气的组成 石 油 学 报 （石 油 加 工 ）第 卷为 接 近 ， 其 中 方 程 的 结 果 最 好 。 这 是 由 于 体系 中 存 在 一 定 浓 度 的 、 和 ， 导 致 体 系呈 现 非 理 想 性 ， 采 用 方 法 计 算 时 ， 由 于 未 考 虑 上 述 组 分 对 塔 平 衡 的 影 响 而 计 算 精 度 较 低 ， 和 方 程中包含轻组分的二元交互 作 用 参数 ，可 以 修 正 体 系 与理想系统之 间 的偏差 ， 因 而 计 算 精度 较 高 。考 虑 到 使 用 方 程时液化气组 成 的预 测 值 与 标 定 数 据 最 为 接 近 ， 笔 者 推 荐 使 用 方程进 行延 迟焦化吸 收稳定过程的模拟计算 。回 到 吸 收 塔 ， 而 解 吸 塔 塔 底 油 又 是 稳 定 塔 的 进 料 。目 前 解 吸 塔 进 料 方 式 主 要 包 括 热 进 料 、 冷 进 料 和 双 股 进 料 。在 热 进 料 流 程 中 ， 为了降低解吸塔 再 沸器 的 热 负 荷 ，通 常 利 用 稳 定 汽 油 余 热 ， 将 平 衡 罐 罐 底 油 加 热 后 进 入 解 吸 塔 顶 部 。 目前普遍认为这 种 流程 存 在 较 明 显 的 缺 陷 ， 即 进 料 温 度 高 ， 解 吸 气 中 不 仅 含 有 大 量 、 组 分 ， 而 且 解 吸 气 量 大 ， 导 致 以 上 组 分 在 解 吸 塔 和 平 衡 罐 之 间 循 环 ， 使 得 吸 收 塔 负 荷 加 大 ，增 加 了 分 离 难 度 。 因此该流程虽然 能 够利 用 稳 定 汽 油 余 热 ， 使塔底再沸器负荷降低 ， 但 吸 收 效 果 较 差。在冷进料流程中 ， 平 衡 罐 罐 底 油 加 压 后 直 接 进 入 解 压 塔 塔 顶 。 在 双 股 进 料 中 ， 平 衡 罐 罐底 油 分 为 股 ， 一股直接进入解吸塔塔顶 ， 另 一 股 经 换 热 器 加 热 后 再 进 入 解 吸 塔 中 部 。 支 红 利 等提出 ，当 热 物 流 为 总 进 料 流 量 的 且 在 第 块 板 进 料时，该工艺最优。表为延迟焦 化 吸 收 稳 定 系 统 解 吸 塔采用冷进料和双 股 进料时 的 模 拟 结 果 。 由 表延迟焦化吸收稳定系统的模拟计算及讨论 为 了 开 展 系 统 的 改 造 和 优 化 策 略 ， 在 可 靠 热 力学 模 型 的 基 础 上 ， 通过流程模 拟对 过程进行灵敏度 分 析 ，计 算 时 保 持 系 统 压 力 不 变 。解 吸 塔 进 料 方 式 与 釜 温 灵 敏 度 分 析解 吸 塔 是 吸 收 稳 定 系 统 最 重 要 的 单 元 装 置 ， 解 吸 塔 塔 顶 气 中 的 轻 组 分通过富 气平 衡罐作为进料又 表 延迟焦化吸收稳定系统解吸塔采用不同进料方式时的模拟结果 可 知 ，在 干气与液 化气关键组分组成相似的情况下 ，双 股 进 料 时 系 统热负荷比冷 进 料时低 ， 而 系 统 冷 负 荷与稳定汽油雷德蒸气压相差不 大。从组成和能耗两 方面综合考虑，使用双股进料代替现有冷进料方式。图 为 延 迟 焦 化吸收稳定 系统 解吸塔双股进料 时 产 品 组 成 和 稳 定 汽 油 雷 德 蒸 气 压 （）与 釜 温 的关 系 。由 图 可 知 ， 干 气 中 （ ）的 摩 尔 分 数 、液 化 气 中 的 摩 尔 分 数 逐 渐 增 加 ， 前 者 增 加 幅 度 较 小 ；稳 定 汽 油 雷德蒸气压和液 化 气中 的 摩 尔 分 数 快 速 下 降 。 这 是 因 为 随 釜 温 升 高 ， 通 过 塔 顶 气 进 入 吸 收 塔 的 轻 组 分 越 来 越 多 ， 因 此 液 化 气 中 的 摩 尔 分 数 下 降 ， 干 气 中 和 的 摩 尔 分 数 增 加 。另 一 方 面 ， 随 釜 温 升 高 ， 解 吸 塔塔底油会使稳 定 塔 塔 釜 温 度 升 高 ，有利于轻组分在稳定塔的逸出 ， 因 此 液 化 气 中 的 摩 尔 分 数 呈 增 加 趋 势 ， 而 稳 定 汽 油 雷 德 蒸 气 压 下 降 。图 延迟焦化吸收稳定系统解吸塔双股进料时产品组成和 稳定汽油雷德蒸气压 （）与 解 吸 塔 釜 温 （）的 关 系 （） ：第 期延迟焦化吸收稳定系统流程模拟与优化分析 可 见 解 吸 塔 釜 温 不存在一 个最 佳温度可以同时 使 得 干 气 、液 化气和稳定汽 油 中杂质最少 。 由 于 该 装 置 的 液 化 气 、 的 摩尔 分数的设计值都小 于 ，因 此 解 吸 塔 塔 釜 的 操 作 温 度 范 围 可 选 择 为。液 化 气 中 会 迅 速 增 加 。 稳定塔塔釜温度升高 有 利于 轻 组 分 逸 出 ， 使 得 稳 定 汽 油 雷 德 蒸 气 压 快 速 下 降 ， 说 明 稳 定 汽 油 质 量 得 到 改 善 ， 这有利于促进 稳 定汽 油 吸 收 剂 在 吸 收 塔 更 好 地 吸 收 、， 使 干 气 中（）的 摩 尔 分 数 快 速 下 降 。 尽 管 温 度 越 高 越 有 利 于 改 善 干 气 和 稳 定 汽 油 的 质 量 ， 但 此 时 稳 定 塔 塔 釜 热 负 荷 的 需 求 较 大 ， 稳定塔塔釜热负荷主 要 是由 重 蜡 油 换 热 提 供 ， 过高的热负荷较难满足 。 综 合 考 虑选择稳定塔 釜 温 控 制在 范 围 。稳 定 塔 液 化 气 回 流 比 与 釜 温 的 灵 敏 度 分 析在 解 吸 塔 进 料 方 式 和 釜 温 优 化 的 基 础 上 ， 对 稳 定 塔 的 液 化 气 回流比与釜温 进 行分析 ， 计 算 时 选 取解 吸 塔 釜 温 为 ， 产 品 组 成 和 稳 定 汽 油 雷 德 蒸 气 压 与 稳 定 塔 液 化 气 回 流 比 的 关 系 见 图 。 由 图 可 知 ，随 着 液 化气回流比增加 ， 稳 定塔中分离的推 动 力 变 大 ， 因 此 液 化 气 中 、 的 分 离 效 果 的 改 善 较 为 明 显 。 液化气回流比 超过一定范围后 ， 由 于 对 稳 定 汽 油 的质量改善不 再 明显 ， 使 得 吸 收 塔 中 吸 收 推 动 力 变 化 不 大 ， 因 此 干 气 中 （ ）的 摩 尔 分 数 下 降 幅 度 较 小 。 另 外 ， 由于 热 负荷与液化气回 流 比 呈 正 比 关 系 ， 对 回 流 比 进 行 优 化 权 衡 ， 选 择 液 化 气 回 流 比 范 围 为 。图 延迟焦化吸收稳定系统稳定塔塔釜温度 （）对 产 品组成和稳定汽油雷德蒸气压 （）的 影 响 （） ：；：稳 定 汽 油 吸 收 剂 对 干 气 、液 化 气 的 影 响稳 定 汽 油 吸收剂既是稳定塔的产品 ， 又 是 吸 收 塔 的 补 充 吸 收 剂 ， 其流量是重要的操作参数 。 在 前 面 优 化 分 析 的 基 础 上 ， 稳定汽油吸收剂流量 对 产品 组成和稳定汽 油 雷 德 蒸 气压的影响如图 所 示 ， 计 算 时 选 取 稳 定 塔 温 度 为 。 由 图 可 知 ， 随 稳图 延迟焦化吸收稳定系统双股进料时产品组成 和稳定汽油雷德蒸气压 （）与稳定塔液化气 回 流 比 的 关 系 ： ；：定汽油吸收剂 流 量 增 加 ， 干 气 中 （ ）的 摩 尔 分数 逐 渐 下 降 。这 是 因 为 根 据 吸 收 原 理 ，液气 比 增 加有 利 于 提 高 吸 收 推 动 力 ， 会使出塔贫气中 、 含 量 减 少 ， 直至与进塔物流中 、 的 摩 尔 分 数 趋 近 平 衡 。 另 外 ， 稳定汽油吸收剂流量的增加 ， 会 将 大 量 的 携带到解吸塔中 ， 使 得 解 吸 塔 釜 中 的 摩 尔 分 数 增 加 ， 在 液 化 气 回 流 比 不 变 的 情 况下 ，会 导 致 稳 定塔气相流量和温度升高 ， 造 成 液 化 气 中 、 的 摩 尔 分 数 增 加 及 塔 釜 轻 组 分 摩 尔 分 数 降 低 。随 着补充吸 收剂流量的增加 ， 这 种 趋 势 愈 加 明 显 ，因 此 稳 定汽 油雷德蒸气压总体呈 下 降趋 势 。根 据 该 装 置 液 化 气 的 摩 尔 分 数 不 大 于 图 为 延 迟 焦 化 吸收稳定 系统 稳定塔塔釜温度 变 化 对 产 品 组 成和稳定汽油 雷 德蒸气压的影响 ， 计算 时 选 取 液化气回流比为 。 由 图 可 知 ， 稳 定 塔 塔 釜 温 度 低 于 时 ， 液 化 气 中 组 分 变 化 不 大 ；超 过 此 温 度 后 ， 的 摩 尔 分 数 逐 渐 上 升 。 这 是 因 为 温 度 较 低 时 ， 比 容 易 逸 出 ， 此 时 在 液 化 气 中 会 逐 渐 下 降 ； 而 温 度 较 高 时 ， 在石 油 学 报 （石 油 加 工 ）第 卷的 设 计 指 标 ，选 择 稳定汽油吸 收剂 质量流量范围为 。可 以 确 定 改 造 方 案 和 最 佳 操 作 参 数 。 改 造 方 案 和 原流程操作参数 及 吸 收 效果 的 对 比 结 果 分 别 列 于 表 、表 。中 间 冷 却 器 对 吸 收 效 果 的 影 响笔 者 还 考 察 了 吸收塔中间 换热 器对吸收流程的 影 响 ，结 果 如 表 所 示 。 总热负荷和冷负荷分别可 由 解 吸 塔 塔 釜 热 负 荷 与稳定塔 塔釜 热负荷之和以及 吸 收 塔 中 间 换 热 器 、 稳定塔塔 顶与 富气分离罐罐前 换 热 器 冷 负 荷 之 和 表 示。 由 表 可 知 ， 增 加 换 热 器 后 ，系 统 的 冷负荷略有增加 ， 这 有利于降低吸收 温 度 ，改 善 吸 收 效 果 ，因 此 干 气 中 （）摩 尔 分 数 下 降 ，液 化 气 流量有小幅提高 ； 另 外 ， 热 负 荷 变 化 不 大 说 明 增 加 中 间 换 热 器 对 系统能耗影响较小 。考 虑 到 增 至 个 换 热 器 时 ， 液化 气 和干气质量改善 且 系 统 能 耗 变 化 不 大 ，因 此 选 取 个 中 间 换 热 器 。图 延迟焦化吸收稳定系统稳定汽油吸收剂质量流量 延迟焦化吸收稳定系统改 造方案与现有流 对产品组成和稳定汽油雷德蒸气压 （）的 影 响 ：；：程 的 对 比从 上 述 对 影 响 系统的主要 操作 参数的灵敏度分 析 可 以 看 出 ，每种影响因素 都 不是孤立的 ， 单 个 灵 敏 度 分 析 的 结 果必须从全局 综 合分析考虑 ， 这 样 才表 延迟焦化吸收稳定系统吸收塔中间换热器对产品组成和系统负荷的影响 （）表 延迟焦化吸收稳定系统改造流程与原流程操作参数的比较 （） 由 表 可 知 ， 改 造 方 案 中 单 元 装 置 压 力 、 稳 定汽 油 吸 收 剂 流 量和液化气回 流 比保持不变 ， 降 低 了 解 吸 塔 釜 温 ，提高了稳定塔 釜 温 ， 增加了吸收塔中 间 换 热 器 数 量 ，同 时将 解吸塔进料方式从冷 进 料调 整 为 双 股 进 料 。 由 前 面 分 析 可 知 ， 干 气 中 （ ）组 成 对 解 吸 塔 釜 温 变 化 不 敏 感 ， 且 解 吸 塔 釜 温 超 过第 期延迟焦化吸收稳定系统流程模拟与优化分析 一 定 范 围 后 液 化 气 中 组 成 变 化 已 不 明 显 ， 此 时升 高 釜 温 只 会 增 加 能 耗 ， 原 釜 温 偏 高 。 根 据 气 液 平 衡 原 理 ，稳 定 塔 釜 温升高可以 促进 塔内液相中轻组 分 的 分 离 ， 有 利 于 稳 定 汽 油 、 干 气 质 量 的 改 善 ； 低 温 有 利 于 吸 收 ， 而 吸 收 反 应 是 放 热 反 应 ， 增 加 吸 收 塔 中 间 冷 却 器 有利于降低吸 收 温度 ， 改 善 系 统 的 分 离 效 果 ，这些措施 都有效地改善了系统的吸收效果 。由 表 看 到 ，改 造 方 案 中 ， 干 气 中 （ ）的 量 和液 化 气 中 的 分 离 效 果 都 有 改 善 ， 实 现 了 降 低 干 气 中 、 损 失 ， 增产液化气的目的 ； 稳 定 汽 油 雷 德 蒸 气 压 也 出 现 了 下 降 ， 说明稳定汽油质 量 也得 到 了 提 高 ；系 统 的热负荷下降了 ，而 冷 负 荷 增 加 了 ，总 能 耗 下 降 ，因 此 改 造 方 案也具有较好的 节 能 效 果 。表 延迟焦化吸收稳定系统