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)

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中非常重要的加工過程，其中的加氫脫硫和脫氮以及烯烴和芳烴的飽和等反應(yīng)過程中的氫耗是煉廠高效利用氫氣資源的關(guān)鍵，加氫反應(yīng)過程對(duì)于系統(tǒng)中氫氣的消耗以及工藝參數(shù)的影響是目前煉廠面臨的核心問題，而目前解決這個(gè)問題最好的方法就是采用全流程模擬的方式來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或者三線的蠟油作為原材料，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)過高壓分離器和低壓分離器進(jìn)行氣液分離；第二，經(jīng)過高壓分離器分離出來的氣體要經(jīng)過胺液進(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)過低壓分離器分離出來的氣體會(huì)送到提純裝置來進(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，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?？偟膩碚f，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)出類似線性下降的趨勢(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

通過對(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)：煉油廠工藝設(shè)計(jì)。