Aspen Plus在柴油加氫中循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)工藝模擬優(yōu)化

隗小山 余柳麗 賈金鋒 趙克 邱愛珍 佟鳳宇 羅言 薛金召

摘 要：以某煉化公司240萬t/年的柴油加氫裝置中循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)的工藝為基礎(chǔ)，進(jìn)行Aspen Plus軟件的工藝模擬，模擬參數(shù)與生產(chǎn)參數(shù)對比，其相對誤差最大4.1%，在誤差允許范圍內(nèi)，表明該模型能較好說明實(shí)際生產(chǎn)情況。通過該模型，對循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，研究了貧胺液進(jìn)塔溫度、吸收液濃度和溶劑流量等因素對脫硫效果的影響。結(jié)果表明：貧胺液進(jìn)塔溫度從生產(chǎn)時(shí)的48 ℃優(yōu)化到44 ℃，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.544×10-5；吸收液質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)化在30%，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.195×10-5；溶劑流量增至原來的33%，循環(huán)氫出塔H2S含量只減小2%。

關(guān)鍵詞：Aspen Plus軟件；柴油加氫；脫硫；循環(huán)氫；優(yōu)化

中圖分類號：TQ028.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）04-0125-04

Simulation and optimization of Aspen Plus in diesel hydrogenation cycle hydrogen desulfurization system process

KUI Xiaoshan，YU Liuli，JIA Jinfeng，ZHAO Ke，QIU Aizhen，TONG Fengyu，LUO Yan，XUE Jinzhao

（Hunan Petrochemical Vocational Technology College，Yueyang 414000，China）

Abstract：The Aspen Plus software is simulated based on the process of circulating hydrogen desulfurization parts in a 2.4 million tons/year of diesel hydrogenation device for a refinery company.The simulation parameters are compared with production parameters.The relative error is 4.1% at most.Within the allowable range，it indicates that the model can better explain the actual production situation.Through this model，the circulating hydrogen desulfurization section is optimized，and the effects of the poverty-stricken tower inlet temperature，the concentration of absorbing liquid，and solvent flow on the desulfurization effect is studied.The results show that the tower temperature of lean amine solution is optimized from 48 ℃ to 44 ℃ at the time of production and the H2S content of circulating hydrogen outlet tower is 1.544×10-5.The concentration of absorption solution is optimized at 30wt%.The H2S content of circulating hydrogen outlet tower is 1.195×10-5.When increasingthe solvent flow rate by 33%，the H2S content of circulating hydrogen outlet tower only decreases by 2%.

Key words：Aspen Plus software;diesel hydrogenation;desulfurization;circulating hydrogen;optimization

隨著車用柴油國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，煉廠需要對柴油產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量升級，而循環(huán)氫中硫化氫的含量過高將影響柴油產(chǎn)品的質(zhì)量，還會降低催化劑活性、腐蝕裝置設(shè)備以及污染環(huán)境等，所以需要對柴油加氫中的循環(huán)氫進(jìn)行脫硫處理，使其影響降到最小 ［1-6］。當(dāng)前，醇胺法脫硫因其具有溶劑再生、可連續(xù)、處理量大、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)被普遍應(yīng)用于化工生產(chǎn)中。醇胺法脫硫主要是在吸收塔中操作，以醇胺為吸收劑，與含硫氣體進(jìn)行逆向接觸充分反應(yīng)，含硫物質(zhì)被脫除［7-14］。本文基于柴油加氫循環(huán)脫硫部分的醇胺法工藝，進(jìn)行Aspen Plus軟件模擬，考察了貧胺液的進(jìn)塔溫度、吸收液的濃度、循環(huán)氫進(jìn)塔流量等因素，對循環(huán)氫脫硫效率、生產(chǎn)成本以及發(fā)泡現(xiàn)象等方面的影響。

1 循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)模擬

1.1 模型工藝說明與建立

本文以某煉化公司240萬t/年的柴油加氫裝置中循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)的工藝為基礎(chǔ)，進(jìn)行Aspen Plus軟件模擬，其模擬流程圖如圖1所示。

本部分的核心設(shè)備為循環(huán)氫脫硫塔（T-101），其原理是甲基二乙醇胺（MDEA，分子式為C5 H13 NO2）選擇性吸收H2S，采用16層浮閥塔盤。自冷高壓分離器（V-101）來的循環(huán)氫先經(jīng)循環(huán)氫脫硫塔入口分液罐（V-102）除去小于15 μm的液滴，再從循環(huán)氫脫硫塔（T-101）塔底進(jìn)入， MDEA貧液自貧胺液緩沖罐（V-103），經(jīng)循環(huán)氫脫硫塔貧溶劑泵（P-101）送至T-101塔頂，與循環(huán)氫進(jìn)行逆向接觸脫除混合物中的H2S。脫硫后的循環(huán)氫由塔頂采出，送至循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐（V-104）。MDEA富液由塔底抽出，經(jīng)富液閃蒸罐，液相送至溶劑再生裝置，氣相并入低分氣送至延遲焦化裝置。

Aspen Plus軟件對胺類吸收劑脫酸性氣體有專用數(shù)據(jù)包，用于循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)的模擬比較合適?；谘h(huán)氫脫硫系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)（如表1、表2所示）進(jìn)行初步模擬，物性方法選擇AMINES方法；基于Kent-Eisenberg模型，用于胺體系模擬計(jì)算，將H2S作為亨利組分；模型中循環(huán)氫脫硫塔（T-101）選用的是塔模塊Rad Frac，空冷器選用的是換熱器模塊Aircooler；分液罐選用的是閃蒸Flash2模塊［15-20］。

1.2 模型可行性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述計(jì)算模型的可行性，隨機(jī)選取某天某裝置柴油加氫循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)的標(biāo)定數(shù)據(jù)作為Aspen plus軟件的初始模擬數(shù)據(jù)，對該模型進(jìn)行模擬運(yùn)行，得到的結(jié)果是可收斂的；生產(chǎn)參數(shù)與模擬參數(shù)對比如表2所示。

表2 生產(chǎn)參數(shù)與模擬參數(shù)對比一覽表

由表2可知，二者的相對誤差最高為4.1%，在誤差允許范圍內(nèi)；這表明該模擬模型，可以較好反映實(shí)際生產(chǎn)情況。

2 模型分析與優(yōu)化

為了提高了循環(huán)氫脫硫效率、減少生產(chǎn)成本以及減少發(fā)泡現(xiàn)象產(chǎn)生，在該模型的基礎(chǔ)上，對循環(huán)氫脫硫部分進(jìn)行優(yōu)化，研究了貧胺液的進(jìn)塔溫度、吸收液的濃度、循環(huán)氫進(jìn)塔流量等因素對循環(huán)氫出塔H2S含量的影響。

2.1 貧胺液進(jìn)塔溫度的影響

循環(huán)氫脫硫塔是一個(gè)吸收塔，因此溶劑的溫度對于吸收操作而言極其重要。本節(jié)以貧胺液的進(jìn)塔溫度為變量，其他條件不變，研究其對于循環(huán)氫出塔H2S含量的影響。將貧胺液的進(jìn)塔溫度從24～64 ℃進(jìn)行模擬，其結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著貧胺液的進(jìn)塔溫度升高，循環(huán)氫出塔H2S含量逐漸升高，當(dāng)溫度大于44 ℃時(shí)，曲線斜率變大。這是因?yàn)樨毎芬何誋2S主要發(fā)生化學(xué)吸收過程，且正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，脫硫效率下降。此外，還有一個(gè)原因是氣體的溶解度隨著溫度的升高而降低。但是，吸收溫度也不能太低，因?yàn)槿軇┑酿ざ葧S著溫度降低而增大，從而增加能耗。

圖3為根據(jù)文獻(xiàn)［7］得出關(guān)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%貧胺液黏度隨溫度變化曲線。

從圖3可以看出，在溫度為60 ℃時(shí)曲線的斜率迅速下降，此外，貧胺液的進(jìn)塔溫度過低，這會帶走循環(huán)氫中的重組分，當(dāng)積累到一定程度會導(dǎo)致溶劑發(fā)泡［8］，降低脫硫效果。綜合上述，適宜的吸收溫度為44～60 ℃，表明不宜過高也不宜過低；為此在這個(gè)區(qū)間選脫硫效率最高的點(diǎn)，選44 ℃進(jìn)行優(yōu)化，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.544×10-5。

2.2 吸收液濃度的影響

本節(jié)探討吸收塔吸收液的含量變化對循環(huán)氫脫硫效果的影響，保持貧胺液的進(jìn)塔溫度、溶劑流量等參數(shù)不變，調(diào)節(jié)吸收塔溶劑的含量，從10%～40%進(jìn)行模擬優(yōu)化，分析吸收塔溶劑的含量變化對循環(huán)氫出塔H2S含量的影響，其結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著貧胺液含量的增大，循環(huán)氫出塔H2S含量逐漸減小，說明含量的增大有利于循環(huán)氫脫硫。在貧胺液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%時(shí)，曲線的斜率最大，當(dāng)高于30%時(shí)，減幅下降；由此可見，并非貧胺液含量越大越好，原因是當(dāng)含量越大，溶劑的成本越高。此外，貧胺液含量越大越容易引起發(fā)泡現(xiàn)象，導(dǎo)致循環(huán)氫脫硫效果低?？紤]經(jīng)濟(jì)成本和脫硫效率，一般貧胺液質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在30%左右，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.195×10-5。

2.3 溶劑流量的影響

根據(jù)吸收塔的物料衡算方程可以看出，當(dāng)溶劑的量越大時(shí)，循環(huán)氫脫硫的效果越好。本節(jié)探討吸收塔溶劑流量對循環(huán)氫脫硫效果的影響，其他條件不變，改變?nèi)軇┝髁?，選取貧胺液流量為59 692、64 692、69 692、74 692和79 692 kg/h進(jìn)行模擬，分析貧胺液流量對循環(huán)氫脫硫效果的影響，其結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，溶劑流量的大小對于循環(huán)氫出塔H2S含量的影響較小，貧胺液流量為59 692 kg/h，其循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.2×10-5，當(dāng)流量增大到79 692 kg/h，其循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.176×10-5，流量增大33.5%，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)減小2%。由此可見，增加溶劑流量對于循環(huán)氫脫硫效果的作用不大。此外，溶劑的流量增大會加大溶劑回收的難度，增加生產(chǎn)成本。因此，在滿足脫硫效果的基礎(chǔ)上，溶劑流量的選取還要考慮生產(chǎn)成本。

2.4 優(yōu)化結(jié)果

（1）循環(huán)氫脫硫塔的溶劑進(jìn)料溫度的選取，溫度不是越低越好，還要綜合考慮低溫下溶劑的黏度和發(fā)泡問題，吸收溫度控制在44～60 ℃，在溫度為44 ℃時(shí)，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.544×10-5；

（2）貧胺液含量的增大，利于循環(huán)氫脫硫，但含量不宜過大；若其過大會增加生產(chǎn)成本和發(fā)泡現(xiàn)象，一般MDEA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在30%左右，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)為1.195×10-5；

（3）溶劑流量的增大對于循環(huán)氫脫硫效果增強(qiáng)不明顯，當(dāng)流量增大33.5%，循環(huán)氫出塔H2S摩爾分?jǐn)?shù)僅僅減小2%。此外，大溶劑流量會增加再生難度，增大生產(chǎn)成本。

3 結(jié)語

本文基于Aspen Plus軟件對某煉化公司240萬t/年的柴油加氫裝置中循環(huán)氫脫硫技術(shù)進(jìn)行工藝模擬，并對該部分進(jìn)行優(yōu)化模擬，發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫脫硫塔的溶劑進(jìn)料溫度控制在44 ℃左右，貧胺液質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在30%，可以有效提高循環(huán)氫的脫硫效率，還可以減少生產(chǎn)成本和減少發(fā)泡現(xiàn)象產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)；而增加貧胺液含量則對脫硫效率影響不大。在實(shí)際生產(chǎn)中可以應(yīng)用Aspen plus軟件模擬，解決實(shí)際生產(chǎn)中的難題，及時(shí)調(diào)整工藝，保障循環(huán)氫脫硫高效運(yùn)行。

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