Aspen Hysys在油田凈化商品油蒸餾裝置的應用

孫仁龍 刁建華 嚴文強 孫士平 張 微

(新疆石油勘察設計研究院(有限公司)，新疆 克拉瑪依 834000)

應用Aspen Hysys流程模擬軟件對讓那若爾油田凈化商品油常壓蒸餾塔進行模擬研究[1,2]，確定最佳加工方案和工藝條件。筆者主要進行兩個方面的模擬研究：常壓蒸餾工藝設計條件，包括塔板數、回流比、側線抽出位置、進料溫度、塔底汽提蒸汽用量、側線汽提蒸汽用量及塔頂壓力等單因素對蒸餾效果的影響；常壓蒸餾工藝操作條件，包括進料溫度和回流比的正交試驗分析，以確定冬季加工方案切換到夏季加工方案的最佳操作條件，使其達到產品要求。

本次所研究工程項目的原料為阿克糾賓油氣股份公司讓那若爾油氣處理新廠的凈化商品油，屬含硫輕質原油[3]。

根據實沸點收率調合柴油餾分可知，180～300℃柴油餾分可滿足-35號柴油閃點指標和低溫性能質量指標要求；180～360℃柴油餾分可滿足-10號和0號柴油的閃點指標與低溫性能質量指標要求[4]。

本工程的目標產品僅為柴油。常壓分餾得到的塔頂餾分和常壓渣油餾分質量均不做控制。根據油樣分析數據，油樣中柴油餾分約22.65%～32.69%(質量百分數)，自用柴油需求量80kt/a(其中夏季柴油46kt/a，冬季柴油34kt/a，各按4 000h計)，確定加工量344kt/a[5,6]。考慮到建設地點的氣候特點，裝置流程設計兼顧柴油冬季和夏季產品的要求，通過調整抽出柴油餾分的流程寬度即可實現：夏季執行0號柴油和-10號柴油產品方案，冬季執行-35號柴油產品方案。冬季加工方案抽出180～300℃餾分，條件苛刻，故塔的設計選型以冬季加工方案進行計算；夏季加工方案只需稍加調整操作條件，即可滿足產品質量要求。

2 工藝流程模擬

2.1 原油性質模擬分析

利用Aspen Hysys流程模擬軟件對原油進行模擬切割180～300℃餾分，所得180～300℃柴油餾分質量收率為22.5%，如圖1所示。

圖1 180～300℃餾分質量收率

利用Aspen Hysys流程模擬軟件對原油進行模擬切割得180～360℃餾分，所得180～360℃柴油餾分的質量收率為32.5%，如圖2所示。

圖2 180～360℃餾分質量收率

2.2 流程模擬

軟件模擬流程如圖3所示，脫鹽原油180℃進入閃蒸塔，從塔頂分離出原油中的含水和部分輕組分，閃蒸塔底得到拔頭油。閃蒸塔閃蒸油氣進入常壓塔頂部相同溫位段，拔頭油進入加熱爐，在加熱爐中被加熱，然后進入常壓塔進行常壓分餾。常壓塔塔底設汽提蒸汽。常壓塔自上而下依次分離出汽油餾分、柴油餾分，在塔底得到常壓渣油。為了保證柴油餾分的閃點滿足質量要求，設置了常壓汽提塔，汽提介質為過熱蒸汽(300kPa，350℃)。柴油餾分抽出量根據市場需求分為冬季和夏季兩種方案。

圖3 軟件模擬流程簡圖

3 蒸餾塔單因素變量研究

3.1 塔板數

塔板數對蒸餾效果有重要影響，取10～18塊板，考查塔板數對柴油餾分抽出量和產品質量的影響。模擬條件：進料溫度300℃，塔底汽提蒸汽量800kg/h，側線汽提蒸汽量200kg/h，塔頂壓力130kPa，回流比1.4，模擬結果見表1。

表1 不同塔板數下的模擬結果

可見，隨著塔板數的增加，柴油餾分增大，餾程變窄，分離精度越高產品質量越好；但塔板數過多，則投資巨大，經濟效益下降。因此14塊塔板數可以滿足分離要求，且經濟合理。

3.2 回流比

回流比是蒸餾的關鍵因素，規定塔板數14，側線抽出位置為7板抽出6板返回，取回流比為1.2～1.8，考查回流比對柴油餾分抽出量和產品質量的影響。模擬條件：進料溫度300℃，塔底汽提蒸汽量800kg/h，側線汽提蒸汽量200kg/h，塔頂壓力130kPa，結果見表2。

表2 不同回流比下的模擬結果

可見，隨著回流比增加，柴油餾分抽出量增大，但餾程變寬，輕組分含量增加，產品質量下降，能耗增加。所以，選擇回流比為1.4。

3.3 側線抽出位置

取塔板數14，回流比1.4，考查不同側線抽出位置對柴油餾分抽出量和產品質量的影響。模擬條件：進料溫度300℃，塔底汽提蒸汽量800kg/h，側線汽提蒸汽量200kg/h，塔頂壓力130kPa，模擬結果見表3。

表3 不同側線抽出位置的模擬結果

可見，隨側線抽出位置的下移，柴油餾分增大，餾程變窄，質量越好，但抽出量有所下降。所以7抽出6返回是合適的。

3.4 塔頂操作壓力

取塔頂壓力110～150kPa，考查不同塔頂壓力對柴油餾分抽出量和產品質量的影響。模擬條件：進料溫度300℃，塔底汽提蒸汽量800kg/h，側線汽提蒸汽量200kg/h，回流比1.4，模擬結果見表4。

表4 不同塔頂壓力下的模擬結果

可見，隨著塔頂壓力的降低，產品質量越好，冷凝器負荷越小，但產品抽出量減少。所以，選擇塔頂壓力130kPa是經濟合理的。

3.5 塔底汽提蒸汽量

塔底吹入過熱水蒸氣以使其中的輕餾分汽化后返回精餾段，以提高常壓塔拔出率。 取蒸汽量300～1 000kg/h，考查塔底汽提蒸汽量對柴油餾分抽出量和產品質量的影響。模擬條件：進料溫度300℃，塔頂壓力130kPa，側線汽提蒸汽量200kg/h，回流比1.4，模擬結果見表5。

表5 不同塔底汽提蒸汽量下的模擬結果

可見，增大塔底汽提蒸汽量，柴油餾分質量變好，但抽出量減少且能耗增加。所以，選擇塔底汽提蒸汽量800kg/h是經濟合理的。

3.6 側線汽提蒸汽量

對于側線產品質量的控制常采用側線汽提塔。汽提塔底部吹入少量過熱水蒸氣以降低側線產品的油氣分壓，使混入產品中的輕餾分汽化而返回蒸餾塔內，這樣做既可以達到分離要求，而且方法簡便。取蒸汽量100～300kg/h，考查側線汽提蒸汽量對柴油餾分抽出量和產品質量的影響。模擬條件：進料溫度300℃，塔頂壓力130kPa，塔底汽提蒸汽量800kg/h，回流比1.4，模擬結果見表6。

表6 不同側線汽提蒸汽量下的模擬結果

可見，增大側線汽提蒸汽量，柴油餾分質量越好，但抽出量有所下降且塔頂冷凝器負荷增大，能耗增大。所以，選擇側線汽提蒸汽量200kg/h是經濟合理的。

3.7 進料溫度

進料溫度是指出加熱爐進常壓塔的溫度。進料溫度對蒸餾影響較大，一方面必須保證原油熱裂化程度極低，另一方面也要保證原油進入蒸餾塔后的汽化率達到實沸點切割的產品收率。取進料溫度290～310℃，考查進料溫度對加熱爐負荷、柴油餾分抽出量和產品質量的影響。模擬條件：塔頂壓力130kPa，塔底汽提蒸汽量800kg/h，側線汽提蒸汽量200kg/h，回流比1.4，模擬結果見表7。

表7 不同進料溫度下的模擬結果

可見，隨著進料溫度增加，過汽化度越大，柴油質量越好，分離精度越高，但柴油抽出量減少，加熱爐負荷增加。所以，選擇過汽化率2%～3%(體積百分比)是經濟合理的。

由以上模擬結果可知常壓塔的兩個主要優化目標：常壓塔拔出率(主要是柴油餾分的收率)；柴油的質量控制指標。

優化目標是通過調整操作參數來實現的。第一優化目標實現的主要途徑：降低進料溫度；增加塔底汽提蒸汽用量；減少側線汽提蒸汽用量；增加塔頂壓力；增加回流比。第二優化目標實現的主要途徑：增加進料溫度；增加塔底汽提蒸汽用量；增加側線汽提蒸汽用量；減小塔頂壓力；減小回流比。

4 正交試驗分析與加工方案

夏季加工方案要求柴油餾分180～360℃，相比冬季加工方案，柴油餾分干點由300℃提高到360℃，相應產品抽出量有所增加。通過改變進料溫度和調節回流比實行冬夏季加工方案的切換。

選擇回流比和進料溫度做正交試驗，模擬條件：塔頂壓力130kPa，塔底汽提蒸汽量800kg/h，側線汽提蒸汽量200kg/h，試驗結果見表8。

表8 進料溫度和回流比正交試驗結果

可見，取進料溫度325℃，回流比1.7，單位產品的能耗為0.799kW/kg；取進料溫度330℃，回流比1.8，單位產品的能耗為0.802kW/kg；取進料溫度330℃，回流比1.9，單位產品的能耗為0.805kW/kg。

由以上試驗結果可知，在保證產品質量的情況下，適當降低進料溫度和回流比，經濟效益會更好。

5 結束語

筆者針對讓那若爾油田油氣處理廠自用油需求及氣候等特點，采用Aspen Hysys工藝流程模擬軟件對凈化商品油蒸餾工藝進行模擬，考察了塔板數、側線抽出位置、進料溫度、回流比、塔操作壓力、塔底汽提蒸汽用量和側線汽提蒸汽用量因素對蒸餾效果的影響，并得到了相應影響規律。又通過正交模擬試驗，并結合現場的實際條件，優化了工藝條件，確定了冬夏季不同加工方案的工藝條件。得出的結論是：選擇冬夏季不同的加工方案是正確的，既滿足自用油的需求，又節約了投資。冬季方案優化工藝條件——進料溫度300℃，回流比1.4，塔底汽提蒸汽用量800kg/h，側線汽提蒸汽用量200kg/h，塔頂操作壓力130kPa；夏季方案優化工藝條件——進料溫度325℃，回流比1.7，塔底汽提蒸汽用量800kg/h，側線汽提蒸汽用量200kg/h，塔頂操作壓力130kPa。

[1] 劉家祺.分離工程[M].北京：化學工業出版社，2010.

[2] 羅麗華.原油常壓蒸餾模擬與應用[J].科技資訊，2010,(30):94.

[3] 趙曉軍，陳偉軍，楊敬一，等.用ASPEN PLUS軟件模擬優化卡賓達原油常壓蒸餾的研究[J].煉油技術與工程，2005,35(11):43～48.

[4] 應素霞.常壓塔過汽化率計算和控制[J].石油煉制與化工，2010,30(3)：94.

[5] 劉寒秋.原油蒸餾過程的模擬和優化[D].天津:天津大學,2005.

[6] 李雷.原油常減壓流程的模擬與優化[D].烏魯木齊:新疆大學,2001.