汽油加氫裝置分餾部分模擬優化

吳 瓊，潘 超，袁 飛，陳 娟

?

汽油加氫裝置分餾部分模擬優化

吳 瓊，潘 超，袁 飛，陳 娟

（中國寰球工程公司 遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

隨著國家新一輪汽油質量升級的實施，國內研發了多種催化汽油加氫技術。應用PROII軟件，利用Distillation、Flash及Simple HX模塊，模擬了120萬t/a汽油選擇性加氫裝置的輕、重餾分分餾，并對分餾塔的控制因素、操作因素進行研究，最終確定了裝置的設計操作條件，實現了生產合格低硫汽油產品以及減少設備投資及操作費用的目的。

汽油加氫；PROII；分餾塔；優化

隨著時代的發展，我國的汽車普及率越來越高，2014年已達到11%，2020年預計能夠達到20%。作為燃料大量汽油的使用帶來了一系列環境問題，因此國內開發了多種工藝用來生產超低硫汽油，以減少有害氣體排放造成的環境污染。

Gardes工藝即為其中的一種，其運行的總體流程為：選擇性脫雙烯/硫醇→預加氫處理→輕、重餾分分餾→重餾分選擇性加氫脫硫→重餾分辛烷值恢復［1］。輕、重餾分分餾作為其工藝的重要組成部分其作用為分餾“選擇性脫雙烯/硫醇”后的輕重汽油，使硫醇硫與二烯烴反應生成的重餾分硫醚與硫醇硫含量較低，總硫含量也較低，可直接用于汽油產品的調和的輕汽油進行分離。分餾系統的設計重點在于輕重汽油的切割比例及切割是否清晰。硫醚未完全切割至重汽油中輕汽油中硫含量不合格，達不到產品要求。重汽油切割比例過大，產品輕汽油損失大，后續流程的設備投資及操作費用高。本論文主要應用PROII軟件對Gardes工藝的“輕、重餾分分餾”做模擬及優化，以確定最優的設計操作條件［2,3］。

1 分餾部分的模擬

1.1 分餾模型的建立

以120萬t/a汽油選擇性加氫裝置為基礎，基礎數據包由中國石油大學（北京）提供。

分餾部分的原料為催化汽油經過加氫預處理后的反應產物，主要為輕質硫重質化后的汽油、反應生成的少量C1-C4、H2S，以及未反應的氫氣及新氫中所含有的雜質氣體。這部分的汽油性質，詳見表1。

表1 原料性質表

續表

項 目單位預加氫汽油 10%49 50%88 90%168 FBP198 研究法辛烷值（RON）89.5

分餾塔的設計采用Distillation模塊，根據經驗設有26層理論板，建模時勾選塔頂冷凝器（Condenser，板1）及塔底再沸器（Reboiler，板26）。全塔模擬采用PR狀態方程，I/O算法，回流為全回流［4-6］。塔頂設有后冷器（Simple HX），冷凝液返回塔頂回流罐（由Flash模擬得到），不凝氣外排。輕汽油自分餾塔的上部抽出，重汽油自塔底流出。分餾模型見圖1。

圖1 分餾塔設計模塊

1.2 分餾塔的設計控制方案

分餾塔的主要作用為切割輕重汽油，塔頂不凝氣排出物主要為H2、H2S及輕烴。分餾塔在實際生產中，控制方案以輕汽油硫含量合格為標準。在塔壓一定的條件下，調整重沸器出口溫度，改變輕汽油抽出溫度，從而控制輕汽油的餾程，達到輕汽油產品硫含量合格的目的。在模擬中，分餾塔的控制 體現在控制輕汽油的終餾點，以及重汽油的抽出量上。分餾塔的模擬，控制約束條件可以有很多，比如控制塔的回流與進料比，控制重汽油的初餾點等，這些條件均可在設計中靈活選擇。在本次建模中選擇的約束條件為控制輕汽油的98%蒸餾點溫度為70 ℃（D86數據）；控制重汽油的抽出量為100 000 kg/h（輕重汽油比例為3：7）；塔頂回流溫度為50 ℃。自變量為塔頂冷凝器及塔底重沸器的熱負荷以及輕汽油抽出量，詳見圖2。

圖2 分餾塔控制參數

2 分餾塔的操作因素研究

在分餾塔的控制中，影響產品質量的操作有很多，如塔的操作壓力，進料的溫度及位置，塔的回流比等。

2.1 分餾塔塔壓

在本裝置中，分餾塔位于預加氫反應器的下游，塔頂回流罐排出的不凝氣及酸性水均需送至下游裝置。因此在分餾塔的設計中塔的壓力操作上限為預加氫反應器的出口壓力，操作下限為酸性水及不凝氣外送所需最小壓力較高者。在滿足產品質量要求的前提下，提高塔壓，會使塔的操作溫度增高，冷凝器及再沸器的熱負荷加大，增加操作成本；而降低塔壓，大量的不凝氣將自塔頂排出，造成產品液收降低，經濟損失大。因此，通過模擬計算，確定分餾塔的操作壓力為0.45 MPa(G)。

2.2 分餾塔的回流

本裝置的分餾塔采用全回流操作，因此衡量回流量的大小可參考回流進料比。通過模擬計算可知回流量小，輕重汽油切割不清晰，達不到應有的分餾效果。回流量大，塔內存在反混，塔頂冷凝器及塔底重沸器的熱負荷大，操作費用高。參考傳統汽油加氫工藝，結合模擬計算結果，分餾塔的回流進料比應控制在0.55～0.8。

2.3 分餾塔的進料位置

分餾塔的進料溫度及進料位置，均對分餾塔的操作有影響。在本裝置中，分餾塔的進料為預加氫出口產物，該物流在與預加氫反應進料換熱后進入分餾塔，溫度基本確定。進料板位置無限制，可作一定的調整。利用PROII自帶Optimizer模塊對分餾塔進料位置進行優化計算：設置進料位置在板6至20間變化，在其它控制條件不變的條件下，求塔底熱負荷最小，詳見圖3。

圖3 Optimizer參數設置

Optimizer的計算結果如表2及圖4所示，塔底熱負荷在進料位于第16塊板時最小，第10塊板后變化緩慢。結合塔的輕重汽油切割清晰程度等計算結果，最終選取塔的進料位置為第15塊板。

表2 Optimizer計算結果

圖4 進料位置對重沸器熱負荷的影響

2.4 分餾部分模擬結果

分餾塔的設計至此結束：全塔理論板數為26（含1塊冷凝器，1塊再沸器），操作壓力為0.45 MPa(G)，進料溫度141 ℃，進料位置為15塊理論板，回流模式為全回流，回流溫度為50 ℃，控制輕汽油終餾點為70 ℃，輕重汽油比例為3:7，切割后的輕、重汽油性質見表3。

表3 產品性質表

3 結 論

本文對汽油加氫裝置輕重汽油分離部分進行模擬，通過對分餾塔控制因素、操作因素的分析最終確定了分餾塔的設計操作條件，為裝置生產合格的低硫汽油提供了有力的保障，節約了后續流程的設備投資及操作成本。

參考文獻：

［1］ 石岡，范煜，鮑曉軍，王廷海．催化裂化汽油加氫改質GARDES技術的開發及工業試驗[J]. 石油煉制與化工， 2013，44(9)：66-71．

［2］ 董元成，段永生，王文波．FCC汽油加氫技術現狀及發展趨勢[J].廣州化工，2010，38(4)：21-22．

［3］ 趙樂平，胡永康，龐宏，等．FCC汽油加氫脫硫/降烯烴新技術的開發[J]. 工業催化，2004(4)：24-26．

［4］ 楊友麒．化工過程模擬[J]. 化工進展， 1996(5)：65-70．

［5］ 劉燕萍．流程模擬優化技術在石油化工工業的應用[J]. 石油煉制與化工，1997，28(6)：48-51．

［6］ 趙明，張樹增．汽柴油加氫精制過程動態模擬[D]. 北京：北京化工大學，2003．

Simulation and Optimization of Fractionation of Gasoline Hydrogenation Unit

，，，

（HQCEC Liaoning Company, Liaoning Fushun 113006，China）

With implementation of gasoline quality upgrading, a variety of hydrogenation technologies for catalytic gasoline have been researched and developed. In this paper, distillation, flash and simple HX modules in PROII software were used to simulate light and heavy distillate fractionations of 1.2 Mt/a gasoline selective hydrogenation unit, and the control factors and operating factors of the fractionator were researched, the design and operating conditions of the unit were ultimately determined.

gasoline hydrogenation；PROII；fractionator；optimization

TE 624

A

1671-0460（2016）09-2171-03

2016-07-26

吳瓊（1983-），女，遼寧省沈陽人，工程師，碩士學位，2015 年畢業于北京化工大學化學工程專業，研究方向：石油化工工藝設計。E-mail：cinderella-mint@163.com。