應用ASPEN PLUS優化氣分裝置操作條件

李昕益，孫琪

?

應用ASPEN PLUS優化氣分裝置操作條件

李昕益，孫琪

（中國石油集團東北煉化工程有限公司葫蘆島設計院，遼寧 葫蘆島 125001）

應用流程模擬軟件ASPEN PLUS對某氣分裝置進行全流程模擬，在保證產品丙烯純度的前提下，優化操作條件，降低裝置能耗，提高產品收率。

ASPEN PLUS；流程模擬；氣分裝置；優化

丙烯是一種重要的化工原料，可生產多種有機化工產品。近年來，由于丙烯下游產品的快速發展，極大的促進了中國丙烯需求量的快速增長。煉油廠中，丙烯主要由氣體分餾裝置生產，因此優化氣體分餾裝置的操作條件，合理回收丙烯，可為企業帶來可觀的經濟效益。

本文基于某煉廠氣分裝置，通過ASPEN PLUS對其進行全流程模擬，優化操作條件，在保證產品丙烯純度的前提下，降低裝置能耗，提高產品收率。

1 模型的建立

1.1 流程簡述

本氣分裝置為三塔流程，由外裝置來的液化石油氣原料經進料預熱器E101預熱后進入脫丙烷塔C101，塔頂丙烷、丙烯餾分進入脫乙烷塔C102，塔底碳四以上產品出裝置。C102頂乙烷餾分送出裝置，塔底餾分作為丙烯塔C103/C104進料。丙烯塔頂丙烯餾分與塔底丙烷餾分作為產品送出裝置。

圖1 流程模擬簡圖

1.2 原料氣的組成

原料氣的組成見表1。

1.3 模擬模型的建立本氣分裝置

應用ASPEN PLUS模型庫中的RADFRAC模塊分別模擬脫丙烷塔C101、脫乙烷塔C102與丙烯塔C103/C104。脫丙烷塔C101、脫乙烷塔C102的物性方法選擇ASPEN PLUS推薦的RK-SOAVE，丙烯塔C103/C104物性方法選擇BWR-L-S［1］。模擬計算結果與現場數據吻合較好，證明該模型準確可靠。流程模擬簡圖見圖1，計算結果見表2。

表1 原料氣組成

表2 模擬計算結果

b脫乙烷塔模擬計算結果

c 丙烯塔（C103）模擬計算結果

d丙烯塔（C104）模擬計算結果

2 操作條件的優化

2.1 脫丙烷塔的優化

分離精度的優化：脫丙烷塔分離精度要求為塔頂C4含量和塔底C3含量的摩爾分數不大于0.5%，但該氣分裝置實際分離精度很高，均為0.01%，這樣造成能耗增加，通過調整脫丙烷塔回流量可降低塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負荷。優化后的結果見表3。

進料位置的優化：通過靈敏度分析可確定合適的進料位置，降低塔的能耗。脫丙烷塔進料位置與塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負荷的關聯曲線見圖2。由該曲線可得，當進料位置為第40塊板時，冷卻器與重沸器的熱負荷最小。進料位置優化后計算結果見表4。

脫丙烷塔綜合調優計算結果見表5。

表3 脫丙烷塔分離精度優化計算結果（與現場數據模擬結果對比）

表4 脫丙烷塔進料位置優化計算結果（與分離精度優化結果對比）

表5 脫丙烷塔綜合優化計算結果（與現場數據模擬結果對比）

圖2 脫丙烷塔塔頂冷卻器/塔底重沸器熱負荷與進料位置關聯曲線

2.2 脫乙烷塔的優化

分離精度的優化：脫乙烷塔分離精度要求塔底C2的摩爾分率小于0.1%，實際值達到0.01%。優化后的結果見表6。

進料位置的優化：脫乙烷塔進料位置與塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負荷的關聯曲線見圖3。由該曲線可得，當進料位置為第22塊板時，冷卻器與重沸器的熱負荷最小。進料位置優化后計算結果見表7。

脫乙烷塔綜合調優計算結果見表8。

表6 脫乙烷塔分離精度優化計算結果（與現場數據模擬結果對比）

表7 脫乙烷塔進料位置優化計算結果（與分離精度優化結果對比）

圖3 脫乙烷塔塔頂冷卻器/塔底重沸器熱負荷與進料位置關聯曲線

表8 脫乙烷塔綜合優化計算結果（與現場數據模擬結果對比）

2.3 丙烯塔的優化

分離精度的優化：丙烯塔分離精度要求塔頂產品中丙烯摩爾分率不小于99.6%，實際值達到99.9%，造成丙烯收率降低。優化后的結果見表9。

表9 丙烯塔分離精度優化計算結果（與現場數據模擬結果對比）

進料位置的優化：丙烯塔塔進料位置與塔頂冷卻器與塔底重沸器的熱負荷的關聯曲線見圖4。由該曲線可得，當進料位置為第110塊板時，冷卻器與重沸器的熱負荷最小。進料位置優化后計算結果見表10。

圖4 丙烯塔頂冷卻器/塔底重沸器熱負荷與進料位置關聯曲線

脫丙烷塔綜合調優計算結果見表11。

優化后丙烯收率的比較見表12。

表10 丙烯塔進料位置優化計算結果（與分離精度優化結果對比）

表11 丙烯塔綜合優化計算結果（與現場數據模擬結果對比）

表12 優化前后丙烯收率比較

3 經濟分析

優化后，丙烯產量增加為11 326 kg/h，與優化前相比每小時增產119 kg。按年操作時數8 400 h計，每年增產丙烯999.6 t。丙烯與丙烷的差價按2 318元/t計，則每年可增加經濟效益231.7萬元。

根據模擬計算，優化后減少的冷凝器熱負荷共為2.04 Gcal/h，折合為冷卻水計價，則節省的水費為137.3萬元/年。優化后減少的重沸器熱負荷為2.05 Gcal/h，折合為蒸汽計價，則節省的蒸汽費用為538.8萬元/年。合計節約676.1萬元/年。

4 結論

（1）應用ASPEN PLUS建立了氣分裝置的全流程模擬模型。通過與現場數據比較，證明該模型能較好的反映裝置的運行狀況。

（2）通過調整分離精度與進料位置，提高了丙烯的收率，降低了裝置的能耗。合計增加經濟效益907.8萬元/年。

［1］ 楊青云，張厲，張曉光.氣體分餾裝置丙烯精餾塔三種軟件包的計算對比[J].煉油設計,2000,30(8):35-38.

［2］ 楊曉梅，華賁.氣體分餾裝置操作條件的優化[J].石油化工,200534(增刊)：821-823.

Optimization of Operating Conditions of Gas Fractional Unit by ASPEN PLUS

,

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.,Ltd. Huludao Design Institute, Liaoning Huludao 125001, China）

The whole process simulation of a gas fractional unit was carried out by using process simulation software ASPEN PLUS. Under the premise of guaranteeing the purity of propylene, the operating conditions were optimized to reduce the energy consumption and improve the yield of product.

ASPEN PLUS; process simulation; gas fractional unit; optimization

2017-09-12

李昕益（1984-），男，工程師，遼寧省朝陽市人，2007年畢業于中國石油大學（北京）化學工程與工藝專業，從石油化工工藝設計工作。

TQ 221

A

1004-0935（2017）11-1103-04