王東升(中機(jī)國(guó)能煉化工程有限公司,天津 300350)

蠟油加氫裝置的全流程模擬與變工況氫耗計(jì)算

王東升(中機(jī)國(guó)能煉化工程有限公司,天津 300350)

為了了解變工況條件下加氫處理裝置中氫耗和全流程參數(shù)變化中的關(guān)系，本文先是簡(jiǎn)單介紹了蠟油加氫裝置全流程模擬的工藝流程，使用ASPEN Plus進(jìn)行了蠟油加氫裝置的全流程模擬；然后使用某個(gè)石化企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證；最后在全流程模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)加氫處理裝置的變工況氫耗進(jìn)行了計(jì)算。目的是驗(yàn)證全流程模擬的作用。

蠟油加氫裝置；全流程模擬；經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

目前加氫處理工藝作為煉廠(chǎng)中非常重要的加工過(guò)程，其中的加氫脫硫和脫氮以及烯烴和芳烴的飽和等反應(yīng)過(guò)程中的氫耗是煉廠(chǎng)高效利用氫氣資源的關(guān)鍵，加氫反應(yīng)過(guò)程對(duì)于系統(tǒng)中氫氣的消耗以及工藝參數(shù)的影響是目前煉廠(chǎng)面臨的核心問(wèn)題，而目前解決這個(gè)問(wèn)題最好的方法就是采用全流程模擬的方式來(lái)深入研究加氫裝置中氫氣的消耗情況。

1 蠟油加氫裝置的全流程模擬

1.1 蠟油加氫裝置全流程模擬概述

蠟油加氫裝置是將減壓塔二線(xiàn)或者三線(xiàn)的蠟油作為原材料，使蠟油和氫氣在高溫高壓的環(huán)境下在滴流床反應(yīng)器里進(jìn)行加氫反應(yīng)，脫除掉重質(zhì)餾分油中的硫和氮，反應(yīng)物就是催化裂化裝置所需的優(yōu)質(zhì)原料。具體的工藝流程如下：第一，反應(yīng)的流出物要經(jīng)過(guò)高壓分離器和低壓分離器進(jìn)行氣液分離；第二，經(jīng)過(guò)高壓分離器分離出來(lái)的氣體要經(jīng)過(guò)胺液進(jìn)行脫硫處理，在循環(huán)壓縮機(jī)的作用下送回反應(yīng)器中進(jìn)行循環(huán)利用，經(jīng)過(guò)低壓分離器分離出來(lái)的氣體會(huì)送到提純裝置來(lái)進(jìn)行氫氣的回收；第三，冷熱低壓分離器中的油相會(huì)進(jìn)入到分餾部分，首先將溶解于油相中的H2S汽提出來(lái)，然后從分餾塔的塔頂提取出柴油、石腦油以及輕烴等輕組分，最后留在塔底的精制蠟油就是催化裂化裝置所需的原料。

蠟油加氫裝置的原料和產(chǎn)品主要是一系列的環(huán)烷烴、烷烴、芳烴以及少量的雜環(huán)硫化物和雜環(huán)氮化物，可以看做是非極性或者弱極性的物質(zhì)。根據(jù)該工藝中壓力變化比較大以及富含氫氣的特點(diǎn)，選用Grayson物性方法，對(duì)應(yīng)ASPEN Plus單元操作模塊選取合適的單元設(shè)備進(jìn)行全流程模擬。根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究出的劃分多集總的方法和渣油加氫的相關(guān)結(jié)論，將硫化氫、氮?dú)?、氨氣以?0個(gè)碳原子以下的烴類(lèi)排除掉，本文從輕到重把硫化物、氮化物以及芳烴劃分成了4個(gè)集總。每個(gè)集總采取的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是相同的，但是動(dòng)力學(xué)的參數(shù)是不同的，一共有41個(gè)化學(xué)反應(yīng)[1]。

1.2 蠟油加氫裝置全流程模擬的驗(yàn)證

本文將某個(gè)石化企業(yè)的2.6×106t/a蠟油加氫裝置的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，對(duì)上述全流程模擬模型進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證。根據(jù)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，全流程模擬可以很好地反映出蠟油加氫裝置的實(shí)際工作情況，但是模擬計(jì)算出的反應(yīng)器出口溫度會(huì)大于實(shí)際值，分餾塔底的溫度要小于實(shí)際值，這是因?yàn)榉磻?yīng)器模型的轉(zhuǎn)化率會(huì)比實(shí)際裝置略高一些。

對(duì)蠟油加氫裝置進(jìn)行全流程模擬，既可以顯示出主要設(shè)備的輸出結(jié)果，又可以獲得各個(gè)單元設(shè)備的虛擬組分分布、溫度分布和熱負(fù)荷以及塔內(nèi)流體等多種物性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以為加氫反應(yīng)中的氫耗計(jì)算提供較為深入的理解[2]。

2 蠟油加氫裝置的變工況氫耗計(jì)算

煉廠(chǎng)中原料的性質(zhì)以及原料的加工量等條件經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，這些條件和氫氣的消耗息息相關(guān)，加氫裂解、加氫脫硫和脫氮以及烯烴和芳烴的飽和等多種化學(xué)反應(yīng)均會(huì)消耗氫氣，而且，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對(duì)于氫耗的影響也比較大。另外，一般蠟油中所含的烯烴量都比較少，芳烴對(duì)于氫耗的影響要小于硫含量的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，硫含量以及加工負(fù)荷的變化是影響蠟油加氫裝置氫耗的主要因素。大部分研究學(xué)者都認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式比較適用于重質(zhì)油加氫反應(yīng)中的氫耗計(jì)算，具體的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式如下：

式中：HChen為單位體積進(jìn)料化學(xué)反應(yīng)氫耗；ΔS為進(jìn)料和生成

油硫質(zhì)量分率間差值；ΔN為進(jìn)料和生成油氮質(zhì)量分率間

差值；ΔC為進(jìn)料和生成油中溴價(jià)單位間差值；ΔA為進(jìn)

料和生成油芳烴體積含量間差值；a，b，c，d系數(shù)值，a=20，

b=62，c=1.18，d=4.8；e裝置系數(shù)。

為了了解變工況條件下氫耗以及保證加氫裝置的長(zhǎng)久運(yùn)行，本文將蠟油加氫裝置的全流程模擬作為基礎(chǔ)，對(duì)加工負(fù)荷、硫含量和氫耗之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了研究分析：首先是加工負(fù)荷和氫耗之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究，研究結(jié)果顯示：加工負(fù)荷降低40%的時(shí)候，模擬計(jì)算的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式所計(jì)算的氫耗都呈現(xiàn)出類(lèi)似線(xiàn)性下降的趨勢(shì)。模擬計(jì)算的結(jié)果在110%負(fù)荷時(shí)，比經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的高值小2748m3/h，大約降低了8.8%；模擬計(jì)算的結(jié)果在70%負(fù)荷時(shí)，比經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的高值小822m3/h，大約降低了4.4%。由此可以看出：模擬計(jì)算的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式所計(jì)算的結(jié)果比較接近。然后是硫含量和氫耗之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究，研究結(jié)果顯示：模擬計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算的氫耗都會(huì)隨著硫含量的增加而增加，但是模擬計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)更加接近。當(dāng)原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)是2.5%的時(shí)候，模擬計(jì)算的結(jié)果和實(shí)際氫耗之間的誤差是-1.2%,經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式高值和實(shí)際氫耗之前的誤差是-3.2%；當(dāng)原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)是1.5%的時(shí)候，模擬計(jì)算的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的高值非常接近，而且模擬結(jié)算的結(jié)果更接近實(shí)際生產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)蠟油加氫裝置的全流程模擬與變工況氫耗計(jì)算的研究可知，全流程模擬可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出原料的性質(zhì)以及操作參數(shù)對(duì)于氫耗的影響，從而優(yōu)化蠟油加氫裝置的操作參數(shù)，有效提高加氫裝置的運(yùn)行效率，降低生產(chǎn)成本。

[1]楊云平,鄧茂廣.蠟油加氫裝置流程設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].中外能源,2014,1909:71-74.

[2]張彬,呂建新,陳玉石.流程模擬技術(shù)在加氫裂化裝置上的應(yīng)用[J].中外能源,2016,2104:73-77.

王東升(1986- )，漢，男，山東人，碩士，工程師 研究方向或主要工作性質(zhì)：煉油廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì)。