Aspen Plus软件在延迟焦化主分馏塔上的应用

陈 亮，普 天，赵萌莹

(新疆化工设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830006)

Aspen Plus软件在延迟焦化主分馏塔上的应用

陈 亮，普 天，赵萌莹

(新疆化工设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830006)

利用Aspen Plus化工流程模拟软件对国内某炼厂的延迟焦化主分馏塔进行模拟计算，探讨了焦化分馏塔的模拟策略以及在模拟过程中反应油气的组成估算、热力学方法的选择、理论塔板数的选取等。对比发现，Aspen Plus的模拟结果与标定数据基本上一致，说明模拟结果切实可靠，模拟结果基本上反应了主分馏塔的运行情况。

焦化主分馏塔；模拟策略；Aspen Plus；模型

延迟焦化工艺是重油加工的主要手段之一，以其原料适应性强、技术成熟、投资低等优势而得到广泛应用[1]。其中主分馏塔是实现产品分离的重要单元，从焦炭塔顶来的高温反应油气在分馏塔中分离成富气、汽油、柴油、蜡油等产品。借助于Aspen Plus这种化工流程模拟软件对国内某炼厂的延迟焦化主分馏塔进行模拟计算。国内外研究者针对不同的研究应用背景对延迟焦化装置的模拟策略进行过研究探讨[2-4]。如杨科，吴宇、颜世闯在反应油气组成预测上，根据质量守恒原理由主分馏塔出料反推其进料组成。有关焦化分馏塔模拟热力学方法的选定，Aspen Plus推荐GS、GSE、IGS、SRK和PR等方法模拟计算重油加工过程工艺[3]。针对焦化主分馏塔模拟过程中存在的不精确问题，探讨了分馏塔模拟中的方法策略，特别是塔下部脱过热段的模拟处理策略，从而为焦化装置的扩容或节能改造，以及操作调优提供必要的理论指导。

1 迟焦化主分馏塔的结构特点

延迟焦化的原料主要来自于减压渣油(直馏渣油)、二次加工渣油(其中包括催化裂化油浆、减粘裂解渣油、脱油沥青)以及各种污油废油[4]。由于延迟焦化所加工的油品属于重质油品，故焦化主分馏塔在结构上不同于一般的精馏塔。主分馏塔底脱过热人字挡板的升气管上段设有重蜡油循环回流，并通过重蜡油循环回流上下返塔量灵活调节脱过热段油气及轻蜡油产品抽出蒸发段的温度，有效控制装置循环比。在相同条件下 , 下回流流量越大, 过热蒸发段温度越低，循环比越大。

2 焦化分馏塔模拟策略

对于延迟焦化主分馏塔的模拟策略，易国刚[5]等人对此进行了研究，分别对延迟焦化主分馏塔进行了整体模拟和分段模拟，并对模拟结果进行了对比分析。经分析发现，相比于将延迟焦化主分馏塔当作一个整体来模拟，在对主分馏塔进行模拟时，将脱过热段与上部的分离段进行分开处理的策略更加容易收敛，塔底温度更易控制，且产品质量与标定值能够很好地相吻合。塔底循环油分为两部分，实际过程中与高温反应油气接触换热的主要为循环油上返量，循环油下返量并未参与闪蒸。因此在进行闪蒸处理时，进入闪蒸罐的主要为反应油气和循环油上返量。离开脱过热段的气相被分离成富气、粗汽油、柴油与蜡油，液相同循环油下返量一起作为塔底油抽出。

脱过热段以上按照典型的分馏过程进行模拟，而脱过热段中的循环油与反应油气接触换热则近似看作一个闪蒸过程，采用模拟软件中的闪蒸模块。

3 延迟焦化主分馏塔的Aspen Plus模拟实例

3.1 流程描述

以某石化公司50万t/a的延迟焦化装置的实际标定数据为基础。根据以上提出的脱过热段的闪蒸与混合组合模型处理及焦化分馏塔模拟策略，具体模拟流程如图1所示。

图1 延迟焦化主分馏塔Aspen Plus模拟流程图

3.2 焦化分馏塔模拟

分馏塔的模拟主要涉及中间物流反应油气的组成估算、模拟中热力学方法的选定以及塔板效率选取等。

3.2.1 反应油气的组成估算

焦化高温反应油气为中间产物，主要依据质量守恒原理，将反应油气当作是焦化富气、含硫污水、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油以及一部分循环油混合而成的。但由于反应油气为虚拟组分，仅以最终产品来反推确定油气组成是不够的。模拟过程中应根据实际分离产品的物性，适当增减合成反应油气各对应组分的量和组成来调整反应油气最终组成以得到所需产品，即反复调整虚拟反应油气组成使分馏塔侧线抽出的物流满足实际产品流量、温度、ASTM数据以及分馏塔热负荷分布的要求。

3.2.2 热力学方法的选择

热力学方法选择的正确与否直接影响到模拟结果的准确性，选择合适的热力学方法是工艺模拟的关键因素之一。在运用软件对某个工艺进行模拟时，一般遵照以下几个原则：

(1)与现场数据吻合的热力学方法是最好的热力学方法，因此有准确的实验数据或工程现场数据时，应筛选计算结果与实际数据吻合的热力学方法。

(2)应尽量选用最简单、最适用的热力学方法。

(3)选用热力学方法时，考虑体系主体，而不应重点考虑微量组分，否则计算结果与实际不符。

对于延迟焦化工艺，因为属于低压体系，且属于轻烃及水蒸气含量较高的体系，比较常用的有两种方法：GS法和BK10法。分别用两种热力学方法对延迟焦化工艺进行模拟计算，通过比较计算结果筛选合适的热力学方法作为本次模拟的物性方法。

表1 热力学方法对模拟结果的影响

表1为两种不同的热力学方法的计算结果比较，从表中数据可以看出，选用GS与BK10两种物性方法的计算结果相差不大，均能与标定数据相吻合。对于含有H2的体系，GS方法相对于BK10而言更为准确。鉴于以上原因，本次模拟中选用GS方法对延迟焦化主分馏塔进行模拟。

3.2.3 理论塔板数的选取

按照经验，对于常压、催化、焦化等油品加工过程，塔板效率一般为50%～60%[6]。本装置中的脱过热段以上实际塔盘数为30块，因此理论塔板数应该在15～18块之间。在模拟过程中，塔板效率选取是否得当，主要是通过计算各产品的流量、性质及塔的操作条件是否与实际塔数据相近来判断的。如果在误差允许范围内，在可说明理论塔板数的选取比较合适。本次模拟过程中分别对理论塔板数N=15，N=18两种情况进行了模拟计算，计算结果如表2所示。

表2 理论塔板数对模拟结果的影响

由表2可以看出，选择理论塔板数在15～18时(塔板效率为50%～60%)，理论塔板数的选取对模拟结果影响不大，模拟结果基本上与标定值相吻合，误差在允许范围内。因此，后面的模拟均采用理论塔板数N=15进行模拟计算。

3.2.4 模拟结果分析与讨论

图3 主分馏塔各塔板温度分布曲线图

图3为延迟焦化主分馏塔各理论塔板的温度分布图。由图3可以看出，温度在塔内自上而下逐渐升高。在理论板1-2、7-8、9-10、14-15处塔内温度变化的增幅较其它塔板大，这主要是由延迟焦化主分馏塔的结构决定的，该主分馏塔采用四个回流取热来取走塔内的热量，在取热处塔板之间的温度会出现大幅度的改变。

为了更加直观地比较软件模拟结果与标定值之间的差别，我们对主要产品粗汽油、柴油、蜡油的ASTM D86馏程通过作图的方式进行分析比较，见图4～6。

图4 粗汽油ASTM D86馏程曲线

图5 柴油ASTM D86馏程曲线

图6 蜡油ASTM馏程曲线

由图4～6我们可以看出，蜡油的初馏点与标定值相差比较大，这主要是由于进入主分馏塔中的反应油气中轻组分比较多，有一部分轻组分未来得及被分离而直接作为蜡油产品抽出的缘故。总的来看，Aspen Plus的模拟结果与标定值基本上一致，粗汽油、柴油及蜡油产品分离精度满足要求。

4 结论

本章对某炼厂的延迟焦化主分馏塔的结构进行了分析，分析了延迟焦化主分馏塔的模拟策略。并运用了Aspen Plus这种化工流程模拟软件对该焦化主分馏塔进行了模拟分析，将模拟结果与标定值进行比较。经比较分析我们可以得出以下结论：

(1)对该主分馏塔进行分段处理的模拟策略是可行的，热力学方法及理论塔板数的选取得当，利用化工流程模拟软件对焦化主分馏塔进行模拟计算是完全可行的。

(2)Aspen Plus的模拟结果与标定数据基本上一致，模拟结果切实可靠，模拟结果基本上反应了主分馏塔的运行情况。

[1] 瞿国华，黄大智，梁文杰．延迟焦化在我国石油加工中的地位和前景[J]．石油学报，2005，21(3)：50-52．

[2] 杨 科．催化裂化装置主分馏塔工艺模拟与分析[J]．化工进展，2003，22(9)：988-991.

[3] Wang Chunhua, Chen Qinglin,Hua Ben.Process simulation and analysis of main fractionation column in delayed coking unit[J] . Computers and Applied Chemistry, 2006, 23(12)：1183-1187．

[4] 梁朝林，沈本贤．延迟焦化[M]．北京：中国石化出版社，2007：180-183.

[5] 易国刚，陈清林，张冰剑．延迟焦化主分馏塔的模拟策研究[C]//第十一届中国化工学会信息技术应用专业委员会年会．北京：化学工业出版社，2007：271-277.

[6] 王洪江．流程模拟计算中关于塔板效率选择的技巧[J]．石化技术，2003，10(1)：31-33.

(本文文献格式：陈 亮，普 天，赵萌莹.Aspen Plus软件在延迟焦化主分馏塔上的应用[J].山东化工,2017,46(5):104-106,108.)

The Application of Aspen Plus Software on the Main Fraction Column of Delayed Coking

ChenLiang,PuTian,ZhaoMengying

(Xinjiang Chemical Engineering Design Research Institute Co.,Ltd.,Urumchi 830006,China)

The simulation software of domestic refinery delayed coking fractionator was simulated by Aspen Plus chemical process, discusses estimation and simulation strategy of thermodynamic method for Coking Fractionating column and reaction in the simulation process of oil and gas、the number of the oretical plates selection. It is found that the simulation results of Aspen Plus are basically consistent with the calibration data, which shows that the simulation results are reliable and the simulation results basically reflect the operation of the main fractionator.

the main fraction column of delayed coking；simulation strategy；Aspen Plus；model

2017-02-09

陈 亮(1982—)，男，工程师，从事石油化工、煤化工的工程设计工作。

TE82

A

1008-021X(2017)05-0104-03