应用ASPEN PLUS优化气分装置操作条件

李昕益，孙琪



应用ASPEN PLUS优化气分装置操作条件

李昕益，孙琪

（中国石油集团东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院，辽宁 葫芦岛 125001）

应用流程模拟软件ASPEN PLUS对某气分装置进行全流程模拟，在保证产品丙烯纯度的前提下，优化操作条件，降低装置能耗，提高产品收率。

ASPEN PLUS；流程模拟；气分装置；优化

丙烯是一种重要的化工原料，可生产多种有机化工产品。近年来，由于丙烯下游产品的快速发展，极大的促进了中国丙烯需求量的快速增长。炼油厂中，丙烯主要由气体分馏装置生产，因此优化气体分馏装置的操作条件，合理回收丙烯，可为企业带来可观的经济效益。

本文基于某炼厂气分装置，通过ASPEN PLUS对其进行全流程模拟，优化操作条件，在保证产品丙烯纯度的前提下，降低装置能耗，提高产品收率。

1 模型的建立

1.1 流程简述

本气分装置为三塔流程，由外装置来的液化石油气原料经进料预热器E101预热后进入脱丙烷塔C101，塔顶丙烷、丙烯馏分进入脱乙烷塔C102，塔底碳四以上产品出装置。C102顶乙烷馏分送出装置，塔底馏分作为丙烯塔C103/C104进料。丙烯塔顶丙烯馏分与塔底丙烷馏分作为产品送出装置。

图1 流程模拟简图

1.2 原料气的组成

原料气的组成见表1。

1.3 模拟模型的建立本气分装置

应用ASPEN PLUS模型库中的RADFRAC模块分别模拟脱丙烷塔C101、脱乙烷塔C102与丙烯塔C103/C104。脱丙烷塔C101、脱乙烷塔C102的物性方法选择ASPEN PLUS推荐的RK-SOAVE，丙烯塔C103/C104物性方法选择BWR-L-S［1］。模拟计算结果与现场数据吻合较好，证明该模型准确可靠。流程模拟简图见图1，计算结果见表2。

表1 原料气组成

表2 模拟计算结果

b脱乙烷塔模拟计算结果

c 丙烯塔（C103）模拟计算结果

d丙烯塔（C104）模拟计算结果

2 操作条件的优化

2.1 脱丙烷塔的优化

分离精度的优化：脱丙烷塔分离精度要求为塔顶C4含量和塔底C3含量的摩尔分数不大于0.5%，但该气分装置实际分离精度很高，均为0.01%，这样造成能耗增加，通过调整脱丙烷塔回流量可降低塔顶冷却器与塔底重沸器的热负荷。优化后的结果见表3。

进料位置的优化：通过灵敏度分析可确定合适的进料位置，降低塔的能耗。脱丙烷塔进料位置与塔顶冷却器与塔底重沸器的热负荷的关联曲线见图2。由该曲线可得，当进料位置为第40块板时，冷却器与重沸器的热负荷最小。进料位置优化后计算结果见表4。

脱丙烷塔综合调优计算结果见表5。

表3 脱丙烷塔分离精度优化计算结果（与现场数据模拟结果对比）

表4 脱丙烷塔进料位置优化计算结果（与分离精度优化结果对比）

表5 脱丙烷塔综合优化计算结果（与现场数据模拟结果对比）

图2 脱丙烷塔塔顶冷却器/塔底重沸器热负荷与进料位置关联曲线

2.2 脱乙烷塔的优化

分离精度的优化：脱乙烷塔分离精度要求塔底C2的摩尔分率小于0.1%，实际值达到0.01%。优化后的结果见表6。

进料位置的优化：脱乙烷塔进料位置与塔顶冷却器与塔底重沸器的热负荷的关联曲线见图3。由该曲线可得，当进料位置为第22块板时，冷却器与重沸器的热负荷最小。进料位置优化后计算结果见表7。

脱乙烷塔综合调优计算结果见表8。

表6 脱乙烷塔分离精度优化计算结果（与现场数据模拟结果对比）

表7 脱乙烷塔进料位置优化计算结果（与分离精度优化结果对比）

图3 脱乙烷塔塔顶冷却器/塔底重沸器热负荷与进料位置关联曲线

表8 脱乙烷塔综合优化计算结果（与现场数据模拟结果对比）

2.3 丙烯塔的优化

分离精度的优化：丙烯塔分离精度要求塔顶产品中丙烯摩尔分率不小于99.6%，实际值达到99.9%，造成丙烯收率降低。优化后的结果见表9。

表9 丙烯塔分离精度优化计算结果（与现场数据模拟结果对比）

进料位置的优化：丙烯塔塔进料位置与塔顶冷却器与塔底重沸器的热负荷的关联曲线见图4。由该曲线可得，当进料位置为第110块板时，冷却器与重沸器的热负荷最小。进料位置优化后计算结果见表10。

图4 丙烯塔顶冷却器/塔底重沸器热负荷与进料位置关联曲线

脱丙烷塔综合调优计算结果见表11。

优化后丙烯收率的比较见表12。

表10 丙烯塔进料位置优化计算结果（与分离精度优化结果对比）

表11 丙烯塔综合优化计算结果（与现场数据模拟结果对比）

表12 优化前后丙烯收率比较

3 经济分析

优化后，丙烯产量增加为11 326 kg/h，与优化前相比每小时增产119 kg。按年操作时数8 400 h计，每年增产丙烯999.6 t。丙烯与丙烷的差价按2 318元/t计，则每年可增加经济效益231.7万元。

根据模拟计算，优化后减少的冷凝器热负荷共为2.04 Gcal/h，折合为冷却水计价，则节省的水费为137.3万元/年。优化后减少的重沸器热负荷为2.05 Gcal/h，折合为蒸汽计价，则节省的蒸汽费用为538.8万元/年。合计节约676.1万元/年。

4 结论

（1）应用ASPEN PLUS建立了气分装置的全流程模拟模型。通过与现场数据比较，证明该模型能较好的反映装置的运行状况。

（2）通过调整分离精度与进料位置，提高了丙烯的收率，降低了装置的能耗。合计增加经济效益907.8万元/年。

［1］ 杨青云，张厉，张晓光.气体分馏装置丙烯精馏塔三种软件包的计算对比[J].炼油设计,2000,30(8):35-38.

［2］ 杨晓梅，华贲.气体分馏装置操作条件的优化[J].石油化工,200534(增刊)：821-823.

Optimization of Operating Conditions of Gas Fractional Unit by ASPEN PLUS

,

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.,Ltd. Huludao Design Institute, Liaoning Huludao 125001, China）

The whole process simulation of a gas fractional unit was carried out by using process simulation software ASPEN PLUS. Under the premise of guaranteeing the purity of propylene, the operating conditions were optimized to reduce the energy consumption and improve the yield of product.

ASPEN PLUS; process simulation; gas fractional unit; optimization

2017-09-12

李昕益（1984-），男，工程师，辽宁省朝阳市人，2007年毕业于中国石油大学（北京）化学工程与工艺专业，从石油化工工艺设计工作。

TQ 221

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1004-0935（2017）11-1103-04