中低溫煤焦油加氫產物精制工藝的Aspen Plus 模擬

姚 玨，徐生杰

（蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730030）

在我國煤炭資源中，低階煤儲量大、含油率高，是優良的中低溫熱解原料[1]。2020 年我國原煤產量38.4 億t，其中低階煤產量約達18 億t，以熱解產油率為10%計，可獲得中低溫煤焦油1.8 億t[2]。

中低溫煤焦油的組成和性質不同于高溫煤焦油，其酚類和脂肪族化合物含量較高，其中酚及其衍生物質量分數可達10%～30%，烷烴類質量分數大約20%[3]，重油（焦油瀝青）的含量相對較少，比較適合采用加氫技術生產高附加值產品清潔燃料油[4]。對中低溫煤焦油加氫產物進行精制，是提高煤轉化效益和實現節能減排的有效途徑[5]。

本文采用Aspen Plus 軟件，對中低溫煤焦油加氫產物精制工藝流程進行模擬計算，但由于中低溫煤焦油組成復雜，目前可以鑒定出的組分有500 余種，其化學組分集中度低，大部分組分的質量分數不足1%，造成在Aspen Plus 模擬過程中難以準確輸入組分和進行定量分析。因此采用蒸餾曲線法，即把煤焦油按沸點高低分割成許多窄餾分，在一定沸程內的餾分作為一種虛擬物質，用餾分的一些平均物理性質對中低溫煤焦油進行特性表征，從而確保模擬的準確性。

1 工藝流程

中低溫煤焦油加氫產物精制工藝是將經預處理、加氫、裂化反應后的中低溫煤焦油通過精制獲得汽油、柴油、液化氣和煤瀝青等高附加值化學品，主要包括高低壓分離、分餾和吸收穩定部分[6]。

中低溫煤焦油加氫產物精制工藝流程示意圖見圖1。中低溫煤焦油加氫精制產物經過高低壓分離達到反應產物與循環氫的分離，可實現余熱利用與循環氫回收，之后進入分餾與穩定部分，包括硫化氫汽提、產品分餾和輕質油吸收與穩定部分。硫化氫汽提塔可脫除產物中的H2S、NH3和Cl-，減少對后續工藝的腐蝕影響，并保障了產品質量。分餾塔可切割分餾出汽油餾分、柴油餾分與尾油餾分，尾油經尾油泵與換熱器進行換熱，實現能量綜合利用后分為3 部分：一部分通過分餾塔進料加熱爐升溫后返回分餾塔，一部分作為循環油送至加氫裂化反應，反應后重新經過高低壓分離進入分餾部分，另一部分經換熱冷卻到80 ℃后，作為尾油產品送出裝置。分餾塔切割出的汽油餾分和硫化氫汽提塔頂氣體進吸收穩定塔，可實現液化氣產品的回收，并提升汽油餾分的品質。

2 流程模擬

2.1 中低溫煤焦油的組成

原料內蒙古阿左旗地區中低溫煤焦油的主要性質見表1。從表1 可知，中低溫煤焦油密度略小于1 000 kg/m3，黏度大，含有較多的含氧化合物及鏈狀烴，其中酚類物質含量較多，重油含量相對較少。

圖1 中低溫煤焦油加氫產物精制工藝流程示意圖

中低溫煤焦油蒸餾曲線特征值和虛擬組分組成如表2 所示。

表1 內蒙古阿左旗地區中低溫煤焦油的基本性質

表2 中低溫煤焦油蒸餾曲線特征值和虛擬組分組成

2.2 模型建立

中低溫煤焦油的加氫產物精制工藝主要包含換熱、混合、分餾和分離等單元模塊，涉及多個塔器與分離器。在模擬過程中，針對主要單元設備所選擇的Aspen 操作模塊如表3 所示。

中低溫煤焦油加氫產物精制工藝的Aspen Plus模擬流程示意圖見圖2（物料符號說明見表4），其主要包括4 個模塊，分別為高低壓分離、硫化氫汽提、分餾和吸收穩定。利用工程運行數據包括液化氣、輕質油、瀝青產品、加熱爐進料組成性質及各模塊操作參數對流程進行模擬，其中硫化氫汽提塔、分餾塔、吸收脫吸塔、焦油穩定塔的進料壓力分別為0.95 MPa（G）、0.071 MPa（G）、0.85 MPa（G）和 1.00 MPa（G），裂化產物流量為24 574 kg/h，溫度為404 ℃，精制產物流量為77 000 kg/h，溫度為370 ℃。

表3 主要單元設備的選型

圖2 中低溫煤焦油加氫產物精制工藝的Aspen Plus 模擬流程示意圖

表4 Aspen Plus 模型中物料符號說明

2.3 物性方法的選擇

中低溫煤焦油在精餾的過程中有多種共沸物，考慮到分餾系統的減壓與低壓操作條件，根據體系方程及生產條件，采用更接近油品分餾真實過程的BK10作為煤焦油加氫產物精制工藝流程的物性方法。

3 模擬結果與實際值比較

利用中低溫煤焦油加氫產物精制工藝模型進行全流程模擬，以實際生產數據為例，對所建的模擬流程進行核算，主要模塊的溫度與壓力設定如表5 所示，中低溫煤焦油加氫產物精制工藝物料平衡對比如表6 所示。

由表6 可知，煤焦油加氫產物精制工藝的模擬計算值和實際值相對偏差在5%以內，這說明采用蒸餾曲線表征的虛擬組分進行中低溫煤焦油加氫產物精制的模擬方法能夠較準確地實現對中低溫煤焦油加氫產物分離和分餾過程的動態模擬。

表5 主要模塊的溫度與壓力參數設定

表6 中低溫煤焦油加氫產物精制工藝物料平衡對比 kg/h

4 結 語

用蒸餾曲線表征的虛擬組分進行中低溫煤焦油加氫產物精制的模擬方法可以較好地反應生產實際狀況，實現對中低溫煤焦油加氫產物分離和分餾過程的動態模擬。