惠州石化有限公司连续重整装置工艺流程模拟与优化

孟凡辉，纪传佳，杨纪



惠州石化有限公司连续重整装置工艺流程模拟与优化

孟凡辉，纪传佳，杨纪

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

以惠州石化有限公司200×104t/a连续重整装置为研究对象，采用英国先进技术公司KBC的流程模拟软件Petro-SIM，建立了预加氢部分、重整反应部分以及重整全流程模型，以期优化装置操作条件，改善装置的生产瓶颈。应用该模型分别对重整加权平均反应入口温度以及重整装置的3条分馏塔进行了优化分析。模拟结果得出，重整加权平均反应入口温度在520.7～521.7℃时，重整操作条件最优；预加氢产物汽提塔底温度在235℃、塔压在1.01MPa、进料温度在171℃时达到最佳的分离效果；重整脱戊烷塔塔压在1.02MPa、重整脱丁烷塔塔压在1.0MPa时塔的操作最优。通过实施优化措施，将重整加权平均反应入口温度由517.7℃提高至521℃，可增产芳烃2.7×104t/a，氢气1.126×107m3/a；分别将汽提塔塔压、脱戊烷塔塔压以及脱丁烷塔塔压由1.1MPa降至1.0MPa，共节约燃料气3.528×106m3，多回收C6环烷烃2.306×104t/a。核算装置效益，全年可实现节能效益197.9万元，提升装置经济效益3128.8万元。

连续重整装置；模拟；模型；优化；节能

中海油惠州石化有限公司连续重整装置采用美国环球油品公司第三代超低压连续重整专利技术，设计规模为2.0Mt/a。该装置由0.8Mt/a预处理部分、2.0Mt/a重整反应部分及2043kg/h催化剂连续再生部分组成，为芳烃型生产装置。图1为连续重整装置的工艺流程简图。

随着国家对汽油硫含量要求的提高，催化重整作为生产高辛烷值汽油组分的重要手段得到了大力发展，同时连续重整装置与PX联合装置配套生产芳烃已成为主要的趋势，除此以外，催化重整还副产大量廉价的氢气、液化石油气等产品，在国民经济发展中占据重要地位[1]。

惠州石化有限公司装置预加氢部分采用全馏分加氢工艺，加氢后组分通过汽提塔进行分离，塔顶含硫碳五及燃料气送往焦化装置脱硫，塔底精制石脑油送往重整部分作为原料。由于装置预加氢原料严重偏离设计原料，初馏点偏低（27～34℃），塔分离效果变差，塔顶空冷负荷、塔底都严重超负荷。另外，重整部分长期超负荷生产，如何优化反应入口温度，提升芳烃产量尤为重要。同时高负荷生产造成重整后分馏塔操作条件较差，期望利用建立的模型分析主要参数对系统分离效果的影响，优化塔操作条件，消除生产瓶颈[2]。

Petro-SIM系列模型是基于炼油化工的基本原理，以严格的动力学与质能平衡的理论为基础，加上炼油反应工艺专家多年的实际经验及现场数据优化确认从而建立的。惠州石化有限公司根据装置的主要操作参数、产品要求以及关键控制条件，运用KBC公司研究开发的重整反应动力学模型REF-SIM和流程模拟软件Petro-SIM，建立了预加氢部分、重整反应部分以及重整全流程与实际工况相吻合的模型[3]。建模过程数据采用2015年10月标定数据，首先通过Petro-SIM软件模拟计算得出重整反应模型的标定因子，然后将其导入重整全流程模型中进行校核。通过对装置进行模拟优化，可改善重整装置的操作工况，实现装置经济高效运行。图2为建立的重整反应部分模型。

1 模型优化实施项目

1.1 重整反应入口温度优化

反应温度是控制产品质量的主要参数，实际生产中可以进行调整的是反应器的入口温度。反应温度的调整和控制，主要取决于保护催化剂和满足产品质量要求两个方面的因素。在通常情况下，每种类型的铂重整催化剂都有一个较宽的使用温度范围，在这一范围内使用，产品性质、收率和催化剂的稳定性都是比较好的。但是，过高的反应温度会引起裂化反应加剧，使产品液收降低、催化剂生焦速率加快[4]。

本次优化控制重整反应氢油比、苛刻度不变，将重整加权平均反应入口温度由517.7℃增加至528.7℃，通过模型计算优化重整装置操作参数。

1.2 各种分馏塔优化

表1的对比结果表明，预加氢产物汽提塔、重整脱戊烷塔和重整脱丁烷塔的工艺参数实际值与模拟值吻合得比较好，进一步说明建立的模型可以准确地反应实际装置的操作情况，能够用来进行生产装置优化分析[5]。

表1 各塔工艺参数实际值与模拟值比较

1.2.1 汽提塔塔底温度优化

塔底温度是控制塔底油初馏点的主要参数，塔底温度偏低，会造成塔底产品初馏点偏低或带水、硫含量和氮含量不合格。塔底温度过高，也会造成塔底产品初馏点偏高；塔顶产物干点过高，同时对塔底重沸炉的负荷要求也要大，使能耗增加。因此，塔底温度的变化对汽提塔产生重要影响。

本次优化控制汽提塔顶抽出量、塔压不变，将汽提塔底温度由225℃提高至245℃，通过模型计算优化汽提塔操作参数。

1.2.2 汽提塔塔压优化

由于常减压直馏石脑油的初馏点偏低（27～34℃），为达到重整进料馏程要求，汽提塔重沸炉F102的负荷过大，在预加氢满负荷（95t/h）的情况下，F102炉前压力在0.25MPa左右，正常为0.15MPa。在相同分离效果和产品产量的情况下，降低塔压可降低关键组分的分离难度，降低汽提塔塔顶和塔底温度，从而实现降低加热炉负荷。但由于压力降低后，塔内的汽相负荷增加，导致塔盘上的不正常雾沫夹带，对塔的正常操作不利，因此，塔的操作压力不能太低[6]。

本次优化控制汽提塔底精制石脑油产量保持不变，将汽提塔压力由1.1MPa降至0.95MPa，通过模型计算优化汽提塔操作参数。

1.2.3 汽提塔进料温度优化

在一定的操作压力下，原料油进料温度变化影响汽化率的变化。如果进料温度太低，过冷进料将使进料口以下几块塔板的液相负荷增加，分馏效果降低。相反，进料温度过高，将使进料口以上几块塔板的气相负荷增大，严重时造成雾沫夹带，也会影响分馏效率[7]。

本次优化控制汽提塔底温度不变，将汽提塔进料温度由164℃提高至178℃，通过模型计算优化汽提塔操作参数。

1.2.4 脱戊烷塔塔压优化

脱戊烷塔塔压设计值为1.17MPa，一般控制范围是0.75～1.2MPa，本装置通过压力控制器控制塔顶回流罐至重整增压机入口空冷器的排放量来保证脱戊烷塔的压力。脱戊烷塔分离效果要求塔顶苯含量尽量低，塔底C5含量尽量低。

本次优化控制脱戊烷塔底重整生成油产量不变，将脱戊烷塔压力由1.17MPa降至0.95MPa，通过模型计算优化汽提塔操作参数。

1.2.5 脱丁烷塔塔压优化

脱丁烷塔塔压设计值为1.2MPa，一般控制范围是0.75～1.20MPa，本装置通过调整回流罐至燃料气系统的压力调节阀来保证脱丁烷塔的压力。脱丁烷塔分离效果要求塔顶C5含量尽量低，塔底C4含量尽量低[8]。

本次优化控制脱丁烷塔底戊烷油产量不变，将脱丁烷塔压力由1.2MPa降至0.95MPa，通过模型计算优化脱丁烷塔操作参数。

2 优化项目实施结果与讨论

2.1 重整反应入口温度优化结果

图3中随着重整加权平均反应入口温度提高，氢气产量和芳烃产率（质量分数）不断增加，产氢纯度（摩尔分数）和C5+收率（质量分数）不断下降。但是，反应温度过高会引起裂化反应加剧，催化剂生焦速率加快。同时装置生产控制指标要求重整生成油中芳烃产率≥74.81%，C5+收率≥90.03%，综合加权平均反应入口温度对产品收率及催化剂积炭的影响，由图1可看出加权平均反应入口温度在520.7～521.7℃时，重整操作条件最优，这与装置加权平均反应入口温度技术协议规定值521℃相吻合。

2.2 汽提塔底温度优化结果

图4中随着汽提塔底温度提高，汽提塔顶冷凝器负荷增加，塔底重沸炉负荷增加，塔底C6烷烃含量减少，塔顶C6环烷烃含量增加。综合塔底温度对塔顶、塔底负荷以及分离效果的影响，控制汽提塔底温度在235℃时汽提塔的操作最优。

2.3 汽提塔塔压优化结果

从图5中看出，汽提塔压在0.985～1.04MPa时，重沸炉F102负荷和冷凝器负荷较小。

重整原料中C6烷烃不是理想的重整原料，C6烷烃很少能转化为苯，但却有一部分裂解生成气体烃，即使在较苛刻条件下，C6烷烃转化为苯的转化率也是很低的，但是C6烷烃裂解反应却随着重整苛刻度的增加而迅速增加，因此将C6环烷烃从塔顶分离出去有利于重整反应[9]。图5中塔压在1.01MPa左右时，汽提塔底C6烷烃和塔顶C6环烷烃达到最佳操作点，综合塔压对塔顶、塔底负荷以及分离效果的影响，控制塔压在1.01MPa左右时汽提塔的操作最优。

2.4 汽提塔进料温度优化结果

图6中随着进料温度提高，汽提塔顶冷凝器负荷增加，塔底重沸炉F102负荷降低，塔底C6烷烃含量增加，塔顶C6环烷烃含量下降。重沸炉F102的设计负荷为8MW，综合进料温度对塔顶、塔底负荷以及分离效果的影响，控制进料温度在171℃时，重沸炉负荷为6.55MW，冷凝器负荷为–5.116MW，此时汽提塔的操作最优。

2.5 脱戊烷塔塔压优化结果

图7、图8中随着塔压降低，脱戊烷塔顶灵敏板温度、塔底温度同时下降；塔底C5含量和塔顶苯含量同时上涨，塔底炉负荷下降，塔顶冷凝器负荷上涨。重沸炉F205的设计负荷为8MW，实际生产中早已超负荷运行，降压有利于降低重沸炉负荷，改善炉子操作情况。综合塔压对塔顶、塔底负荷以及分离效果的影响，控制脱戊烷塔压在1.02MPa左右时，重沸炉负荷为10.76MW，冷凝器负荷 为–3.75MW，此时脱戊烷塔的操作最优。

2.6 脱丁烷塔塔压优化结果

随着塔压降低，脱丁烷塔顶灵敏板温度、塔底温度、塔顶C5含量、塔底C4含量、塔顶冷凝器负荷、塔底炉负荷都随之降低（图9、图10），说明降压操作不仅有利于塔的分离效果，更有利于装置的节能降耗。但由于压力降低后塔内的汽相负荷增加，导致塔盘上的不正常雾沫夹带，对塔的正常操作不利，因此，塔的操作压力不能太低。可以根据目标产物质量及塔顶塔底负荷选择适宜的操作 塔压。

3 结论

本文通过建立连续重整装置模型，对惠州石化有限公司重整装置反应入口温度以及3条分馏塔的操作条件进行了模拟优化，通过实施相关优化措施，得到以下几点结论。

（1）将重整加权平均反应入口温度由517.7℃提高至521℃，在满足装置生产控制指标的前提下，多生产芳烃27kt/a，多产氢气1.126×107m3/a，去除C5+液收下降造成的影响，核算经济效益全年增效2379.1万元。

（2）自2009年开工以来，根据实际生产情况，汽提塔塔压由1.1MPa降至1.0MPa，最低时达到0.98MPa；脱戊烷塔由1.1MPa降至1.0MPa；脱丁烷塔由1.1MPa降至1.0MPa。全年装置开工时数按8400h计算，降压操作后全年节约燃料气352.8万标立方米，节约1.0MPa蒸汽764×107t。核算经济效益，按目前燃料气价格4645元/t，1.0MPa蒸汽257元/t计算，全年可实现节能效益197.9万元。同时由于优化操作，汽提塔底C6环烷烃多回收2.746t/h，转化为重整生成油中的苯，按照重整生成油和重整C5差价折算，全年可提升装置经济效益749.7万元。

实践表明，利用Petro-SIM建立的模型，能够准确反应装置的实际操作工况，为装置解决生产瓶颈、提高产品质量提供了理论依据，可用于指导装置生产，具有较好的经济效益。

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Process simulation and optimization forCNOOC Huizhou company’s continuous reforming unit

MENG Fanhui，JI Chuanjia，YANG Ji

（CNOOC Huizhou Petrochemical Limited Company，Huizhou 516086，Guangdong，China）

Using the Petro-SIM software，technicians established the pretreatment model，the catalytic reforming reaction model and the complete continuous catalytic reforming（CCR）process model which reflecting the actual operating conditions of 200×104t/a reforming unit in Huizhou company of China national offshore oil corporation（CNOOC）．The results showed that the reforming conditions are optimal when the inlet temperature at 520.7—521.7℃. The hydrogenation product stripper’s bottom temperature at 235℃，the pressure at 1.01MPa and the feed temperature at 171℃. The best separation effect was obtained. The operation of the column is optimal when the reforming depentanizer’s pressure is at 1.02MPa and the reforming butane tower’s pressure at 1.0MPa. The models were applied to the analysis of reactor temperature and three fractionation columns，such as increasing the average weighted temperature from 517.7℃ to 521℃，the aromatics increased by 2.7×104t/a and hydrogen increased by 1.126×107m3/a. The pressures at the top of stripper tower，depentanizer and the butane tower were reduced from 1.1MPa to 1.0MPa respectively. The flue gas was decreased by 3.528×106m3and C6naphthenic increased by 2.306×104t/a. Effective measures have been adopted to improve the operation of reforming unit，energy savings for the unit totaled 1.979 million yuan and annual economic benefits totaled 31.288 million yuan.

continuous reforming unit；simulation；model；optimization；energy saving

TQ021.8

A

1000–6613（2017）07–2724–06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2078

2016-11-14；

2017-01-04。

孟凡辉（1984—），女，硕士，主要从事重整装置工艺技术工作。E-mail：muxinhun@163.com。