基于HYSYS的脱庚烷塔的模拟与选型

2022-03-07中海油石化工程有限公司济南250101

化工设计 2022年1期

关键词：庚烷塔顶进料

杨越中海油石化工程有限公司济南 250101

芳烃抽提装置根据原理的不同，一般可以分为液液抽提和抽提蒸馏两种工艺方法[1]，两种工艺适用的原料和工况有所不同。两种工艺对比，抽提蒸馏相比液液抽提，需设脱庚烷塔，能耗较低且更适合芳烃含量较高的进料。

某装置的进料脱戊烷油来自催化重整，流量为200 t/h，组成见表1。

表1 脱戊烷油组成

其芳烃含量较高，为88.5%(wt)。若采用液液抽提的工艺，则受限于溶剂环丁砜的选择性，进料需要混兑大量抽余油，以降低芳烃含量，同时需蒸发大量回流反洗液，能耗较大，因此对于该物料,更适合采用抽提蒸馏工艺。

对于抽提蒸馏工艺，在抽提前需设置脱庚烷塔。本文基于HYSYS软件对脱庚烷塔进行模拟及选型。

1 脱庚烷塔的作用与模拟的建立

脱庚烷塔的作用是将上游的脱戊烷油分离为C6/C7馏分油和C8+馏分油。

GB/T 3405～3407[2-4]中对芳烃抽提装置的产品包括苯、甲苯、混合二甲苯的规格要求见表2。

脱庚烷塔作为芳烃抽提装置的第一个塔，为使后续产品满足要求，其塔顶和塔底的产品规格应满足一定的要求。

根据分离目的和产品规格，在HYSYS软件中建立脱庚烷塔的模拟，见图1。

图1 HYSYS流程模拟

脱戊烷油经E-101脱庚烷塔进料预热器加热后进入T-101脱庚烷塔，经塔分馏得到C6/C7馏分油和C8+馏分油。该过程涉及的物料为烃类体系，选择石油炼制模拟中结果十分可靠的PR状态方程作为物性方法。在HYSYS软件中设置脱庚烷塔T-101的塔板数为90，进料位置为第45层塔板(塔板编号自上而下)。T-101的自由度为2，因此需要设置两个规定。为使甲苯产品的杂质含量满足GB/T 3406-2010中Ⅰ号甲苯中C8芳烃不大于0.05%(wt)的要求，规定塔顶组分中混合二甲苯与甲苯的质量之比小于0.0004，同时，为使混合二甲苯满足5℃的馏程要求，规定T-101塔底产品中甲苯与混合二甲苯的质量之比为0.002。运行后，T-101收敛。

2 脱庚烷塔T-101的模拟与选型

2.1 T-101操作压力的选择

在T-101的众多工艺参数中，操作压力是最具决定性的参数，对其他参数的影响较大，而其他参数的变化对操作压力与塔负荷之间的规律影响较小，因此,优先对操作压力进行分析。选择T-101的操作压力为变量，研究其对塔底负荷、温度等的影响规律。当T-101的规定不变，塔顶操作压力在0.05～0.14 MPa(G)的范围内时，T-101均收敛，得出塔底负荷和塔的温度对操作压力曲线，如图2所示。

图2 塔参数随操作压力的变化

通常情况下，塔的负荷和温度随着操作压力的增大而上升，较低的操作压力有利于组分的分离。

由图2分析，在同样的分离要求下，随着操作压力的增大，塔底负荷和回流比逐渐上升，塔底和塔顶温度逐渐上升，符合一般规律。从能耗和设备选型的角度讲，在能完成分离目标的情况下，T-101的操作压力越低，塔底负荷越低，回流比越低，塔的气液相负荷越低，所需塔径越小。因此，T-101常压操作。考虑到塔顶至回流罐维持正压，并保证回流罐中不凝气的排放，塔顶操作压力定为0.05 MPa(G)，此时塔顶温度为109.1℃，塔底温度为181.0℃。

2.2 T-101塔板数的选择

在塔顶操作压力为0.05 MPa(G)的条件下，对T-101的塔板数进行分析，通过模拟可知，由于塔的设定不变，塔板数的多少对塔的回流比和塔底负荷影响较大，对产品的组成、温度没有影响。在塔板数35～100的范围内对T-101进行研究，可以得到塔的回流比和塔底负荷对塔板数的曲线，如图3所示。

图3 回流比、塔底负荷随塔板数的变化

从图3可以观察出，回流比和塔底负荷随塔板数的变化趋势相同，回流比和塔底负荷随着总塔板数的增加先明显减小后逐渐趋于平缓。综合考虑塔的运行成本和投资成本，选择T-101的塔板总数为75层。

2.3 T-101进料位置的选择

在塔顶操作压力为0.05 MPa(G)、总塔板数75层的条件下，调整T-101的进料位置。进料位置过高或过低均会导致不合理的精馏段、提馏段分配以及组分返混，在分离目标不变的情况下，直观表现为塔的负荷会明显增加。在同样的分离要求下，当进料位置在20～55层塔板范围内时，HYSYS模拟均收敛。可以根据模拟数据作出塔底负荷随进料位置的曲线，见图4。

图4 塔底负荷随进料位置的变化

由图4可以得知，T-101的塔底负荷随进料位置的提高，先减小后增大，当进料位置为43层时，塔底负荷取得最小值，因此，选择第43层塔板为进料板。

2.4 T-101进料温度的选择

在塔顶操作压力为0.05 MPa(G)、总塔板数75层。在第43层塔板处进料的条件下，调整T-101的进料温度，当进料温度在80～160℃时，作出塔底负荷、塔底和进料预热总负荷以及回流比随进料温度的变化曲线，见图5。

图5 负荷、回流比随进料温度的变化

从图5中可以发现，随着进料温度的升高，塔底负荷逐渐减小，塔底和进料预热总负荷逐渐增大，回流比逐渐增大，且在泡点温度前后趋势变化明显。从操作费用的角度分析，热量在预热器输入的操作费用更低。在芳烃抽提装置中，低温位热源较为富裕，进料预热同时可用于冷却其他流股，增加预热器负荷不会产生额外的操作费用。而塔底再沸器的温位较高，一般只能采用中压蒸汽或塔顶气相作为热源，塔顶气相有限，若负荷增加只能消耗更多的中压蒸汽。从设备选型的角度分析，泡点进料可以使精馏段与提馏段的气液相负荷一致，从而塔可以采用等径设计，便于加工制作。且冷液进料时，塔的提馏段气液相负荷会比泡点进料时更高，需要更大的提馏段塔径才能满足操作。因此，进料温度为泡点进料(129℃)时，塔的总负荷不高且回流比较低，脱庚烷塔的操作费用和投资费用更低。