催化裂化主分馏塔和吸收稳定系统的全流程模拟与优化

2022-09-20

石油作为重要的能源物质, 是含有多种物质的混合物, 其加工过程通常分为一次加工与二次加工, 其中二次加工的主要目目的是实现油品的轻质化。催化裂化是将重油轻质化的二次加工过程之一, 此工艺通过采用催化剂促进理想反应的进行, 具有较高转化率, 轻油收率比较高。

1 催化裂化主分馏塔和吸收稳定系统的全流程模拟

1.1 催化裂化主分馏塔的流程模拟

主分馏塔装置流程简介

此炼厂催化裂化分馏塔的流程 (图1) 图可见, 主分馏塔一共有30块塔板, 塔底有8块人字形挡板。反应油气进入分流塔底后, 经过人字挡板和循环油浆换热后, 洗涤催化剂并脱出过热量, 并向上通过每层塔板分离, 从而得到富气、柴油、油浆、回炼油等。主分馏塔的顶循环回流、部分回炼油循环及中段循环回流等, 可以有效取走塔内过剩热量。

1.2 流程模拟

通过分析主分馏塔的情况, 可以为工艺参数的优化及设计提供参考数据。厂家结合自身情况, 改造主分馏塔可以获得不同的馏分。通过建立模拟流程, 可以准确反映实际生产的情况降低分析成本。模拟策略主要有两种, (1) 目前, 分馏塔底部脱过热段有8层人字形挡板, 上返塔循环油浆可以经挡板顶部进入, 并将油气携带的焦炭粉末清除掉, 分离部分重质油, 将其作为循环油应用, 同时, 循环油下回流也可以有效避免塔底温度较高引起的结焦问题。在实际模拟操作中, 可以将8层人字形当做2层实际塔板, 1块理论板。 (2) 结合物料平衡的原理, 将水蒸气、柴油、油浆及液化石油气等出料作为反应油气并进行计算。此次模拟流程采用可以闪蒸的Flash模块、分流的Fsplit模块、可以换热的Heater模块、可以进行石油组分分离的Petro Frac模块。因Petro Frac模型计算精度精密, 并自带汽提塔, 因此更适用于石油模拟。采用模拟软件Aspen plus建立的主分馏塔流程图如下所示 (图2) 。

1.3 吸收稳定系统的流程模拟

吸收稳定系统流程具体见图3。

对吸收稳定系统进行模拟的实验是基于主分馏塔模拟的前提下建立起来的, 且主分馏塔的模型、操作参数以及物性方法等都不存在差异。对于吸收稳定系统的解吸塔、吸收塔、以及稳定塔等, 都可以选择Radfrace模型, 换热器可以使用Heater模型, 油气分离器可以采用Flash2模型, 加压可以采用Comper模型。

模拟策略:主要对催化裂化的分流过程进行模拟分析, 催化裂化的分馏系统环节比较多, 对多重循环进行模拟计算有较难收敛, 可采用下列措施处理流程中的循环。一是保留再吸收塔出来的富吸收柴油和主分馏塔的循环;二是保留补充吸收剂循环, 将塔底稳定汽油送到塔顶, 增强吸收效果;三是直接打断分馏塔与再吸收塔直接的柴油循环, 将裂化柴油的组成性质作为再吸收塔进料的依据。

2 催化裂化主分馏塔和吸收稳定系统的优化分析

2.1 主分馏塔的优化分析

(1) 汽油产品的质量控制。汽油是催化裂化的主要产品, 对分馏塔进行实际操作时, 无法用领回流调节热平衡, 增加了操作成本及设备费用。因此, 可以通过调节塔顶循环回流量和返回温度控制汽油干点温度, 模拟结果显示, 顶循环回流量和返回温度都会对汽油干点温度带来影响。 (2) 柴油产品的质量控制。进行分离操作时, 可以对柴油抽出量、中段回流取热等进行调节, 从而控制柴油干点温度。模拟结果显示, 柴油抽出量增加后, 柴油95%馏出点温度也会有相应增加。固定分馏塔中段循环返回温度情况下, 中段循环抽出量越大, 柴油95%馏出点温度越低。此外, 分馏塔中段循环抽出量为恒值的情况下, 其返回温度越高, 柴油95%馏出点温度也会越高。

2.2 吸收稳定系统的优化分析

吸收稳定系统流程比较复杂, 各个塔直接存在密切关系, 互相影响, 对吸收效果、产品质量等带来较大影响。 (1) 吸收塔受吸收温度及压力的影响比较大, 低温虽然利于吸收, 但温度受冷却水的限制, 温度不是很低。吸收压力受多种因素的限制, 压力加大后, 不利于解吸。因此吗, 为了提高解吸塔效果, 需要将吸收塔液气比控制在合理范围内。 (2) 解吸塔的操作过程中, 对解吸效果具有较大影响的因素是解析塔进料温度, 解吸效果良好的情况下, 可以在一定程度上确保塔顶不出不凝气。 (3) 稳定塔的关键因素是要深度稳定, 不仅可以回收液化石油气, 还可以提高补充吸收剂的质量, 获得良好的吸收效果。

3 结语

通过模拟主分馏塔, 可以看出其余热分配对柴油或者汽油的质量具有较大影响, 且主分馏塔的顶循环热量越大, 汽油干点越低, 柴油95%馏出点温度越高。通过模拟吸收稳定系统, 可以看出适当补充吸收剂用量, 可以提高增强吸收效果。因主分馏塔和吸收稳定系统具有一定的关联性, 因此, 将两者联合起来进行全流程模拟, 具有重要价值, 对催化裂化分离系统的设计、生产等有重要意义。

摘要：催化裂化是炼油工业中必不可少的二次加工工艺, 可以有效提高企业轻质油品收率及经济效益。本文以谋联唱催化裂化装置的设备及生产数据为主要参考依据, 对此炼厂的催化裂化主分馏塔以及吸收稳定系统进行全流程模拟。

关键词：催化裂化,主分馏塔,吸收稳定系统,流程模拟