基于Aspen Plus的重整液分離塔模擬優化及應用

李佳峻，任國慶，李鳳德，王朝陽

(中國石油吉林石化公司 煉油廠，吉林 吉林132001)

某煉油廠50萬t/a聯合芳烴裝置重整單元為芳烴型重整。為將各種芳烴分離成符合質量標準要求的產品，在重整裝置流程后部設有重整液分離塔[1]。重整液分離塔原料主要來自脫戊烷塔底的重整生成油。塔頂采出輕重整油作為抽提裝置進料，塔底采出重重整油作為二甲苯裝置進料。由于目的產品不同，各重整裝置精餾塔的構成方式不同[2]。中國對重整液分離塔的研究較少[3-5]，作者利用Aspen Plus流程模擬軟件V9版本，對該塔建模方法進行探索，并進行模擬優化。依據模擬結果調整實際生產的操作參數，以實現節能降耗的目的。

1 流程簡介

聯合芳烴裝置重整液分離塔為浮閥塔，共60塊塔板，進料板為第17塊塔板。該塔為常壓塔，進料為重整脫戊烷塔底的重整生成油。塔頂組分經空冷器冷卻后，進入塔頂受槽。塔頂受槽氣相可通過調節閥排出以調節塔壓力，正常生產時無流量。塔頂受槽液相一部分作為回流，另一部分經過水冷器冷卻后，作為富含C6、C7芳烴的輕重整油產品采出。塔底分離出富含C8、C9芳烴的重重整油產品，去二甲苯塔。該塔塔底再沸器采用2.0 MPa蒸汽作為熱源。流程簡圖見圖1。

圖1 重整液分離塔流程簡圖

2 模型建立與驗證

利用優化前連續運行7 d生產數據的平均值作為生產運行的實際值對該塔進行建模。由于進料、塔頂采出、塔底采出的具體組分未知，僅已知油品的碳原子數量及每個碳原子數量下的族組成，無法明確到每一個同分異構體的含量，故采用同分異構體中的典型物質作為代表物質進行模擬計算。由于模型中組分屬于非極性或極性較弱的混合物體系，是比較理想的物系，物性方法一般選擇Peng-Rob或SRK。Peng-Rob在預測液相體積方面較SRK方程更有優勢[6]。由于裝置DCS中與該塔相關的流量采用體積流量，模擬計算時也均采用體積流量，故選擇Peng-Rob[7]。

模型建立后，主要操作條件模擬值與實際值見表1，塔頂采出組成模擬值與實際值見表2，塔底采出組成模擬值與實際值見表3。

表1 主要操作條件模擬值與實際值對比 t/℃

表2 塔頂采出組成模擬值與實際值對比 w/%

表3 塔底采出組成模擬值與實際值對比 w/%

由表1～表3可知，該模型主要參數與實際工況吻合較好，塔頂塔底采出組成，尤其是關鍵組分w(C7芳烴)和w(C8芳烴)與實際工況吻合較好，模擬結果可以用于指導實際生產的優化和改造[8]。

3 模型優化及成效

降低精餾塔操作能耗的主要方法包括降低回流比、降低塔頂壓力、改變進料位置或更換高效塔盤等方式[9-12]。由于該重整液分離塔為常壓塔，故降低塔壓力的方式較難實現。改變進料位置和更換高效塔盤均需要對塔進行改造，而此次優化擬在不改變現有裝置的前提下，通過調整工藝參數進行，主要考慮通過降低回流比的方式降低能耗。

精餾塔操作的主要能耗為塔底加熱能耗。利用所建立的重整液分離塔模型，以重整液分離塔塔底熱負荷為優化目標，限定約束條件，從優化回流比方面進行模擬計算。優化過程中，將回流比和塔頂采出量2個操作條件作為變量。降低回流比將造成分離精度的下降，重整液分離塔塔頂w(C8芳烴)和塔底w(C7芳烴)是體現精餾塔分離精度的關鍵組分，正常生產時指標要求塔頂w(C8芳烴)≤5%，塔底w(C7芳烴)≤3%。將重整液分離塔塔頂w(C8芳烴)和塔底w(C7芳烴)作為約束條件，為避免優化后卡底線操作，計算時設置約束條件為塔頂w(C8芳烴)≤4%，塔底w(C7芳烴)≤2%，利用優化器搜索符合約束條件的塔底熱負荷最低的操作條件。根據模擬計算，優化前、后的主要操作條件和塔底熱負荷見表4。

表4 優化前、后對比

由表4可知，優化后塔底熱負荷將下降7.3%。

根據模擬計算結果，逐步調整塔頂采出量、塔頂回流量及塔底加熱蒸汽量，調整至塔頂采出量、塔頂回流量與模擬優化結果相同為止。采集優化后7 d的生產數據，塔頂塔底產品均合格，塔底2.0 MPa加熱蒸汽量由10.69 t/h降至9.93 t/h，節約蒸汽0.76 t/h，降幅為7.1%。該結果與表4模擬計算結果相吻合。2.0 MPa蒸汽無成本價，以1.0 MPa蒸汽147元/t、開工8 400 h/a計算，節約93.84萬元/a。

4 結 論

利用Aspen Plus流程模擬軟件對重整液分離塔進行建模，合理選擇物性方法和組分輸入方法，可以得出與實際生產吻合較好的模型。在該模型基礎上，根據生產要求合理設置約束條件，利用優化器功能對塔底熱負荷進行優化，得出優化后的操作條件。根據軟件計算結果調整實際生產操作，降低了塔底加熱蒸汽量，節約了操作費用。