PDF《常压分馏过程模拟及优化提高轻重馏分分割精度》

常压分馏过程模拟及优化提高轻重馏分分割精度 刘建山 李荣李正强 中石油克拉玛依石化有限责任公司 摘要以轻质原油为原料, 采用 P R O / I I工艺流程模拟软件, 分别考察常压分馏塔清洗段理论级 数、 汽提段理论级数及过汽化率对常压轻重馏分分割的影响, 确定合适的常压塔设计条件.

结果表明, 中石油克拉玛依石化公司Ⅱ套常减压蒸馏装置常压分馏塔设计的适宜条件为: 清洗段3个理论级数、 汽 提段3个理论级数、 常压塔进料温度3

6 0 ℃.经技术改造后,

3 6

0 ℃前馏分油收率由4 0%( w) 提高至

4 4.

8 1%( w) , 改造效果较为理想. 关键词 分馏 流程模拟 优化 改造 规整填料 常压蒸馏装置 中图分类号: T E

6 2

4 文献标志码: A D O I :

1 0.

3 9

6 9 / j . i s s n .

1 0

0 7 -

3 4

2 6.

2 0

1 7.

0 3.

0 0

4 P r o c e s s s i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o no fa t m o s p h e r i cd i s t i l l a t i o nt o i m p r o v e t h e s e p a r a t i o na c c u r a c yo f l i g h t a n dh e a v yf r a c t i o n s L i uJ i a n s h a n , L iR o n g , L iZ h e n g q i a n g P e t r o C h i n aK a r a m a yP e t r o c h e m i c a lC o. L t d. , K a r a m a y, X i n j i a n g, C h i n a A b s t r a c t :U s i n gt h el i g h tc r u d eo i la s m a t e r i a l , t h ee f f e c to ft h e o r e t i c a ls t a g e so fa t m o s p h e r i c c o l u m nc l e a n i n ga n ds t e a ms t r i p p i n gs e c t o r s a n do v e r - f l a s hr a t i oo n t h e s e p a r a t i o no f a t m o s p h e r i c l i g h t a n dh e a v yf r a c t i o n sw e r ed i s c u s s e dr e s p e c t i v e l yw i t hP R O / I Ip r o c e s sf l o ws i m u l a t i o ns o f t w a r e .T h e s u i t a b l ed e s i g nc o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e d . T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h eo p t i m a l d e s i g nc o n d i t i o n s o f t h e2 n da t m o s p h e r i ca n dv a c u u m d i s t i l l a t i o nu n i ta t m o s p h e r i cc o l u m ni nt h eP e t r o C h i n a K a r a m a y P e t r o c h e m i c a lC o . , L t d . a r e t h en u m b e r so f t h ec l e a n i n gs e c t i o nt h e o r e t i cs t a g e s f o r3, t h en u m b e r s o f t h es t e a ms t r i p p i n gs e c t i o nf o r3a n dt h ea t m o s p h e r i cc o l u m nf e e dt e m p e r a t u r ef o r3

6 0 ℃.A f t e r r e v a m p i n g , t h ea t m o s p h e r i cp u l l r a t ew a ss i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e df r o m4 0w t%t o4 4.

8 1w t%.T h e t r a n s f o r m a t i o ne f f e c tw a ss a t i s f a c t o r y . K e y w o r d s : d i s t i l l a t i o n , p r o c e s s s i m u l a t i o n , o p t i m i z a t i o n , r e v a m p , s t r u c t u r e d p a c k i n g , a t m o s p h e r i cd i s t i l l a t i o nu n i t 常压分馏是炼油加工过程的第1道分离工序, 其 过程和设备的设计是否合理, 操作条件是否良好, 对炼 油厂生产的影响甚为重大.目前, 国内常减压装置常 压拔出收率偏低, 常压重油中含大量柴油组分, 体现在 减一线馏分中仍含有大量3

5 0 ℃以前的馏分, 甚至占

6 0%( w) 以上[

1 - 3] .为此, 有些炼厂采用减一线返回常 压分馏塔以回收减一线中的柴油组分[ 4] .有些炼厂在 减压塔上部设置柴油分馏段以回收常压重油中的柴油 组分[

5 ] .实际上均是将原本应该在常压塔进行的分馏 作用转移到减压塔, 这样会增加减压塔负荷及全塔压 降, 不利于提高减压拔出率.因此, 优化常压分馏塔的 设计与操作具有重要的意义. 本研究通过 P R O / I I工艺流程模拟软件, 分别考 察常压分馏塔清洗段理论级数、 汽提段理论级数及过

7 1 石油与天然气化工第4 6卷第3期CHEM I C A LE N G I N E E R I NG O FO I L &

G A S 作者简介: 刘建山(

1 9

6 9-) , 男, 新疆克拉玛依人, 高级工程师, 现就职于中石油克拉玛依石化有限责任公司, 主要从事炼油技 术工作.E - m a i l : l i u j s 2@p e t r o c h i n a . c o m. c n 汽化率对常压轻重馏分分割的影响, 为常压分馏塔的 技术改造提供了依据.

1 装置现状 克拉玛依石化公司( 以下简称克石化) Ⅱ套常减压 蒸馏装置建于1

9 9 0年7月, 经1

9 9 7年、

2 0

0 6年两次 技术改造后, 加工轻质原油能力由1. 0*1

0 6 t / a扩至 2. 0*1

0 6 t / a .采用闪蒸 - 常压 - 减 压三塔流程.常压 塔共4 8层塔盘, 其中汽提段4层塔盘, 设置4条侧线, 常压塔塔顶为重整原料, 常一线为煤油、 常

二、 三线为 轻柴油, 常四线为重柴油.装置加工的原油性质及加 工方案相对稳定, 运行平稳, 但存在常四线馏分偏重、

3 6

0 ℃前馏分油收率偏低的问题.各侧线馏程切割及 收率情况见表1.由表1可知, 常四线重柴油9 5%馏 出温度为4

1 3 ℃, 无法达到柴油质量要求;

3 6

0 ℃前馏 分油收率( w) 仅为4 0%, 低于设计值近

5 个百分点. 即使通过调整常压炉出口温度、 塔底汽提蒸汽量、 常四 线侧线汽提蒸汽量及侧线抽出温度等措施, 常四线也 不能达到柴油质量要求.为此, 常四线只能作为催化 料, 所带来的后果是常四线中7 0%( w) 的柴油组分进 入催化料中. 表1 各侧线馏程切割及收率情况 T a b l e1 D i s t i l l a t i o n r a n g ea n dy i e l do f d i f f e r e n t s i d es t r e a m s 物流常顶 常一线 常二线 常三线 常四线 收率, w /% 8.

5 1 1.

5 6

1 4

8 馏程( A S TM D

8 6) /℃ 初馏点

5 2.

7 1

0 7.

8 1

4 7.

7 1

6 5.

5 1

7 6.

9 5%

6 7.

4 1

4 7.

7 2

0 8.

2 2

4 7.

9 2

7 6.

7 1 0%

7 2.

8 1

5 7.

6 2

2 2.

8 2

6 5.

2 3

0 2.

1 3 0%

8 5.

5 1

6 9.

9 2

3 8.

5 2

8 6.

8 3

3 6.

1 5 0%

1 0 1.

5 1

8 1.

4 2

4 8.

5 2

9 8.

2 3

5 8.

3 7 0%

1 1 9.

7 1

9 8.

5 2

5 9.

5 3

0 8.

4 3

7 1.

6 9 0%

1 4 1.

2 2

2 0.

0 2

7 8.

4 3

2 7.

4 3

9 9.

5 9 5%

1 5 4.

2 2

3 1.

3 2

8 8.

8 3

3 8.

0 4

1 3.

0 终馏点

1 7 6.

0 2

5 2.

3 3

0 5.

7 3

5 8.

0 4

3 0.

6 2 建立优化模型 模拟过程中将常压塔从上到下需要的理论塔板依 次定义为第

1、

2、 3块……, 设置两个中段循环取热和 3条侧线, 常顶产品为重整原料, 常一线为煤油, 常二 线为轻柴油, 常三线为重柴油[

6 -

8 ] .各段理论精馏板分 布如图1所示. 采用 B K

1 0热力学方法计算 K 值、 焓值和密度, 选择 P E T R O 选项计算导热系数和液体黏度.在模拟 过程中, 常三线以上部分保持不变, 常三线设置为95%点馏出温度为3

6 5 ℃, 采出量可调.通过调节清 洗段理论级数、 汽提段理论级数及进料温度, 考察常三 线的采出率及常压渣油的馏程.原油性质见表2和表3 . 表2 原油性质 T a b l e2 C r u d eo i l p r o p e r t i e s 项目 轻质原油 密度(

2 0 ℃) / ( k g ・m-3 )

8 5 1.

6 酸值/ ( m gKOH・g -1 ) 0.

4 4 运动黏度(

5 0 ℃) / ( mm2 ・s -1 )

1 1.

3 6 凝点/℃ 8.

0 w( 残炭) /% 1.

7 7 w( 蜡) /% 6.

7 6 金属质量分数/ ( μ g ・g -1 ) F e 2.

2 2 N i 3.

2 8 C u 0.

0 4

3 C a 8.

7 2 V 0.

2 7

9 P b

5 6

0 1 8.

2 7

9 8.

9 3

3 结果与讨论 3.

1 清洗段理论级数对改善轻重馏分分割的影响 原油进塔温度3

5 0 ℃, 汽提蒸汽量45

0 0k g / h, 汽 提段理论级数为3, 调节清洗段理论级数, 调节结果见 图2.由图2可知, 当清洗段理论级数较小时, 理论级 数对常三线拔出率的影响较为明显.当清洗段达到3 个理论级数后, 随着理论级数数量的增加, 常三线拔出 率的增加较为缓慢.因此, 对克石化常减压蒸馏I I套 装置而言, 清洗段理论级数3较为合适, 但原设计常压 塔清洗段仅2层塔盘, 相当于1个理论级数, 远没有达 到3个理论级数.优化结果见表4, 常三线拔出率20. 3%( w) , 常压渣油中小于3

6 5 ℃馏分质量分数达 到5%以下. 表4 清洗段理论级数3的调节结果 T a b l e4 A d j u s t m e n t r e s u l t so f c l e a n i n gz o n e t h e o r e t i c a l s t a g e s3 项目 进料 常顶 常一线 常二线 常三线 常底 重油 温度/℃

3 5

0 5

0 1

3 7

2 0

9 2

8 9

3 3

5 压力/ k P a

2 0

0 1

1 0

1 1

2 1

6 9

1 7

5 1

8 0 拔出率, w /%

1 0

0 6.

1 5.

6 1 1.

1 2 0.

3 5

7 馏程( A S TM D

8 6) /℃ 初馏点

7 7.

3 5 5.

3 1

1 0.

6 1

5 2.

8 2

1 4.

7 3

5 0.

5 5%

1 4 7.

1 6 9.

2 1

4 9.

0 1

9 7.

2 2

6 5

3 7 6.

9 1 0%

1 8 4.

9 7

6 1

5 9.

7 2

1 1.

9 2

7 6.

6 3

8 5.

2 3 0%

2 6 5.

2 9

4 1

6 8.

5 2

2 5.

4 2

9 3.

7 4

3 3.

6 5 0%

3 7 2.

41 1 2.

5 1

7 4.

8 2

3 4

3 0

8 4

8 8.

0 7 0%

4 5 9.

21 3 0.

8 1

8 4.

3 2

4 2.

9 3

2 2.

4 5

6 8.

1 9 0%

6 5 2.

21 4 8.

9 1

9 8.

3 2

5 8.

1 3

5 4.

3 7

9 5.

8 9 5%

7 9 0.

91 6 0.

3 2

0 8.

6 2

6 6.

5 3

6 5

8 6 9.

6 终馏点

8 8 8.

71 7 4.

5 2

2 1.

3 2

7 7 7.

7 3

8 3.

0 9

1 6.

0 3.

2 汽提段设计对改善轻重馏分分割的影响 从流体力学条件来看, 常压塔汽提段和精馏段有 较大差别, 汽提段的液相负荷大而气相负荷很小, 尤其 是常压拔出率低的重质原油, 气、 液相负荷的差别更为 悬殊, 需要针对不同的原油进行设计. 原油进塔温度为3

5 0℃, 塔底汽提蒸汽量为45

0 0 k g / h, 清洗段理论级数为3, 调节汽提段理论级数, 考 察汽提段理论级数对常三线拔出率的影响, 结果见图 3.由图3可以看出, 随着汽提段理论级数的增加, 常 三线拔出率逐渐提高, 当汽提段理论级数到3个理论 级数后, 常三线拔出率增加较为缓慢, 增加汽提段的理 论板数, 可使常压拔出率的收率( w) 提高 1% ~3%. 考虑到经济性, 3个理论级数较为理想.但原设计常 压塔汽提段只有4层塔板, 相当于1~2个理论级数, 远没有达到3个理论级数.

9 1 石油与天然气化工第4 6卷第3期CHEM I C A LE N G I N E E R I NG O FO I L &

G A S 3.

3 过汽化率对改善轻重馏分分割的影响 设定汽提蒸汽量为45

0 0k g / h, 汽提段理论级数 为3, 清洗段理论级数为3.调整常压炉出口温度, 也 就是调节常压塔的过汽化率, 结果见图4.当过汽化 率较小时, 过汽化率对常三线拔出率的影响非常明显, 当过汽化率大于1 0%( w) 时, 随着过汽化率的增加, 常 三线拔出率变化较小.因此, 对克石化I I套常减压蒸 馏装置而言, 常压进料温度为3

6 0℃较为合适, 与设计 时常压炉出口温度3

5 0 ℃相比高出1

0 ℃.优化结果 如表5, 常三线拔出率达2 1. 2%( w) , 常压渣油中小于

3 6

5 ℃馏分的质量分数达到2%以下. 表5 过汽化率优化后常三线与常压重油调节结果 T a b l e5 A d j u s t m e n t r e s u l t so f h e a v yg a so i l o fC H A N G 3a n d a t m o s p h e r i c r e s i d u a l o i l a f t e ro p t i m i z i n g t h eo v e r - f l a s h r a t e 物流 进料 常顶 常一线 常二线 常三线 常底 重油 过汽 化油 温度/℃

3 6

0 5

0 1

3 5.

7 2

0 8

2 9 1.

7 3

4 1.

4 3

4 0.

1 压力/ k P a

2 0

0 1

1 0

1 1

2 1

6 9

1 7

5 1

8 0

1 7

7 拔出率( w) /%

1 0

0 6.

1 5.

6 1 1.

1 2 1.

2 5

6 1

3 馏程( A S TM D

8 6) /℃ 初馏点

7 7.

3 5 5.

3 1

0 9.

8 1

5 2.

1 2

1 8.

9 3

6 2.

8 1

9 7.

9 5%

1 4 7.

1 6 9.

2 1

4 8.

9 1

9 7.

0 2

6 7.

5 3

8 3.

4 2

9 6.

4 1 0%

1 8 4.

9 7

6 1

5 9.

7 2

1 1.

8 2

7 7.

8 3

9 0.

0 3

2 4.

5 3 0%

2 6 5.

2 9 4.

0 1

6 8.

5 2

2 5.

2 2

9 4.

9 4

3 6.

8 3

6 7.

2 5 0%

3 7 2.

41 1 2.

6 1

7 4.

8 2

3 3.

5 3

0 9.

5 4

9 1.

4 3

8 4.

2 7 0%

4 5 9.

21 3 0.

8 1

8 4.

2 2

4 2.

5 3

2 3.

9 5

7 0.

8 3 ........