食品級白油減壓汽提精制過程模擬研究

李雙濤，倪澤雨，倪嵩波，黃云國，郭超(中建安裝集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210049)

0 引言

白油為無色、無味、無腐蝕性的特種礦物油品，脫除芳烴、硫、氮和氧等雜質(zhì)，主要組分為環(huán)烷烴、烷烴，化學(xué)惰性好、光熱穩(wěn)定性優(yōu)，用途廣泛[1]。國內(nèi)白油按品質(zhì)分工業(yè)級、化妝品級與食品級三類。食品級白油在食品加工、醫(yī)藥、日化和化纖等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用[2]，需求量增長迅速。目前，有關(guān)白油產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的文章主要集中在催化劑的研究和性能測試方面，對分餾工藝的研究相對較少。本文以某煉廠食品級白油生產(chǎn)裝置分餾過程進(jìn)行建模，提出三步建模方法，產(chǎn)品參數(shù)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值，進(jìn)一步分析研究了加氫反應(yīng)初期、末期不同反應(yīng)溫度和減二線采出量對減壓汽提精制過程的影響。

1 減壓汽提精制過程

減壓汽提精制系統(tǒng)，含減壓塔和側(cè)線汽提塔兩套系統(tǒng)，側(cè)線汽提塔用以切割出窄餾程的白油產(chǎn)品。白油加氫生成物進(jìn)入減壓塔的蒸發(fā)段，蒸發(fā)段下部設(shè)置汽提段和干燥段，減壓塔與側(cè)線汽提塔的熱源由汽提蒸汽提供，減壓汽提精制過程工藝流程如圖1所示。

圖1 減壓汽提精制過程工藝流程簡圖

白油加氫反應(yīng)產(chǎn)物原料S1進(jìn)入減壓塔蒸發(fā)段，減壓塔進(jìn)料位置下部設(shè)置汽提與干燥段，采用過熱水蒸汽S2對原料S1汽提脫除輕組分S3，于塔頂移除系統(tǒng)，經(jīng)塔頂冷凝器冷卻緩存于塔頂分液罐。減一線S4抽出分兩股物流，S7返回減壓塔作為中部回流，另一股物流經(jīng)冷卻再細(xì)分為S5、S6兩股物流，S5返回減壓塔頂，控制減壓塔頂溫度。S6作為原料返回至加氫反應(yīng)段。減二線S8分S9、S13兩股，S13返回減壓塔作為減二線回流，S9進(jìn)入側(cè)線汽提塔，側(cè)線汽提塔塔底采用過熱水蒸氣S10汽提，側(cè)線汽提塔頂氣相S12返回減壓塔，側(cè)線汽提塔底油S11經(jīng)冷卻后作為減二線產(chǎn)品送出裝置；減壓塔底白油產(chǎn)品S14經(jīng)冷卻后送出裝置。

2 模型搭建

2.1 進(jìn)料參數(shù)

本研究中所采用的原料油為經(jīng)過兩段加氫后的低黏度等級的工業(yè)白油，具體參數(shù)如表1所示。

根據(jù)表1中給定的密度、黏度、餾程，在流程模擬軟件中對油品組分進(jìn)行表征，然后再結(jié)合進(jìn)料參數(shù)和操作參數(shù)，選擇適用于白油分餾過程的BK10物性方法進(jìn)行模擬，進(jìn)料參數(shù)如表2所示。

表1 油品性質(zhì)

表2 進(jìn)料參數(shù)表

減壓塔、側(cè)線汽提塔操作參數(shù)如表3所示。

表3 減壓塔操作參數(shù)

2.2 模型搭建

圖1所示，考慮流股S13用以調(diào)節(jié)進(jìn)入側(cè)線汽提塔的物料流量，在搭建穩(wěn)態(tài)模型時(shí)將其忽略。同理將S7忽略。因分離過程的復(fù)雜性，本文提出三步搭建模型方法。

Step1：依據(jù)物料平衡，建立減壓塔物料平衡流股，S1、S2、S3、S4-1、S5及S14，運(yùn)行模型。

Step2：繼續(xù)添加減一線采出S6物流以及中段回流S7物流，運(yùn)行模型。

Step3：最后添加側(cè)線汽提塔，采出量設(shè)定值則逐步增大至650 kg/h，運(yùn)行模型。

三步模擬結(jié)果收斂。依據(jù)GB 1886.215—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑白油》[2]，食品級白油共5個(gè)牌號，文章模擬對象為1號白油，模擬結(jié)果如表4所示。

表4 減底油產(chǎn)品參數(shù)模擬值與國家標(biāo)準(zhǔn)值對比

3 模擬分析

3.1 加氫反應(yīng)溫度對產(chǎn)品指標(biāo)的影響

因加氫催化劑活性隨反應(yīng)進(jìn)行性能降低，故加氫反應(yīng)初期反應(yīng)溫度較低為214 ℃，末期則需提高反應(yīng)溫度以保證反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)溫度為267 ℃。通過比較產(chǎn)品指標(biāo)數(shù)值，分析加氫反應(yīng)初期、末期反應(yīng)溫度不同的操作工況對減壓汽提精制系統(tǒng)的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 加氫反應(yīng)溫度對產(chǎn)品指標(biāo)的影響

表5結(jié)果顯示，加氫反應(yīng)初期、末期的反應(yīng)溫度升高，減壓汽提精制系統(tǒng)的產(chǎn)品除減二線終餾點(diǎn)溫度(FBP)降低外，減二線和減底油產(chǎn)品的其他指標(biāo)均提高，即減壓汽提精制系統(tǒng)能夠適應(yīng)加氫反應(yīng)末期的溫度升高工況。

3.2 減二線產(chǎn)品采出量對產(chǎn)品各指標(biāo)的影響

前述1節(jié)過程工藝分析內(nèi)容已介紹，減壓汽提精制過程共有3股物流采出，分別為減一線(S6)、減二線(S11)與減底油(S14)。減底油作為目標(biāo)產(chǎn)品，而減二線的采出量則對減底油的產(chǎn)量、產(chǎn)品指標(biāo)皆有影響，針對該點(diǎn)，模擬分析如圖2所示。

圖2結(jié)果顯示，減二線采出量增加，則減底油產(chǎn)量減少，且除減二線終餾點(diǎn)溫度在一定情況下不滿足產(chǎn)品指標(biāo)外，其他各產(chǎn)品參數(shù)均滿足指標(biāo)。因此，以目標(biāo)產(chǎn)品減底油產(chǎn)量最大化原則，減壓汽提精制過程的采出操作參數(shù)，應(yīng)在滿足各產(chǎn)品指標(biāo)的情況下盡量降低減二線產(chǎn)品的采出量。圖2(a)結(jié)果顯示，減二線采出量為370 kg/h時(shí)，減二線的終餾點(diǎn)溫度臨近標(biāo)準(zhǔn)值。因此，減壓汽提精制過程的減二線采出量操作參數(shù)應(yīng)控制在接近370 kg/h，塔底減底油產(chǎn)量為5 427 kg/h。

圖2 減二線采出量對各產(chǎn)品指標(biāo)影響圖

4 結(jié)語

(1)文章采用三步逐級建立了減壓汽提精制過程的計(jì)算模型，且產(chǎn)物指標(biāo)模擬計(jì)算值滿足GB 1886.215—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑白油》[3]，為白油減壓汽提精制過程模型建立提供了參考，同時(shí)對復(fù)雜精餾過程建模提供一定的指導(dǎo)意義。

(2)利用模型分析了加氫反應(yīng)初期、末期工況和側(cè)采量對減壓汽提精制過程的影響，所得結(jié)果可指導(dǎo)實(shí)際工業(yè)操作。