AspenPlus在常减压蒸馏装置中的应用
常减压蒸馏装置是原油加工的第一道工序，一方面直接提供部分油品，另一方面为一系列二次石油炼制工艺过程提供原料，用来生产多种石油化工基本原料［］，其操作的好坏对石化企业的经济效益有直接的影响。利用流程模拟技术建立装置模型，并以此来指导生产，优化生产操作，进行多方案对比找出装置的最佳操作工况，提高经济效益，可更加快捷和准确。
本文利用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件，依照生产装置的现场流程建立了中国石化天津分公司的２．５Ｍｔ／ａ常减压蒸馏装置的模型，基于此模型提出了提高拔出率和增产柴油的优化方案，可取得一定的经济效益。
１．常减压流程和加工方案简介
罐区原油经换热至２２０℃左右后进入初馏塔，初馏塔顶油气经冷却后一部分打回塔顶作为冷回流，一部分做石脑油送出装置；初馏塔塔底油进入常压炉加热至３６５℃左右后进入常压塔。常压塔顶油气经二级冷却，一部分打回塔顶作为冷回流，一部分与初顶油混合做石脑油送出装置；常压塔有三个中段回流，同时，常压塔的常一线生产灯煤，常二线生产轻柴油，常三线作为加氢裂化原料，常压塔底油经减压炉加热至３８０℃左右进入减压塔。减压塔为填料塔，有３个中段回流，减压塔的３条侧线也作为加氢裂化原料，其中减一线与减二线混合作为混蜡送出装置，减压渣油送去下游焦化装置处理。
２．模拟基础数据
２．１原油性质
进料为进口混合原油，２０℃密度为８８４．８ｋｇ／ｍ３，实沸点蒸馏数据见表１。
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ在常减压蒸馏装置中的应用
■李明齐艳华周祥侯延军
温度／℃１５６０８０１００１２０１４０１６０１８０２００２２０２４０收率（ｗ）／％
０．１３
１．１５
２．２０
４．４４
６．０６
８．２２
１０．４７
１２．８９
１５．１６
１７．７７
２０．７２
温度／℃
２６０
２８０
３００
３２０
３４０
３６０
３８０
４００
４５０
５００
５３０
收率（ｗ）／％
２４．１７
２７．４８
３０．８９
３４．６５
３７．９０
４１．３４
４４．７７
４８．３６
６０．６９
７３．６３
８７．４６
表１混合原油实沸点数据
２．２过程参数
在进行装置过程参数收集时，按照先采集操作数据，再进行现场取油样的顺序进行。装置的实际操作是动态的，过程参数会在一定范围内波动，因此，在收集过程参数时，不仅采集了即时数据，对重要的过程参数还收集了一段时间内的数据，根据数据变化趋势可以判断即时数据的合理性，同时在合理范围内调整重要的过程参数可加快模型的收敛速度，提高模拟计算的准确性。
根据相关文献，实际塔板效率选用６０％，汽提塔为２￣４块理论板，减压塔将填料高度换算为相同分离效果的理论板数。其他如进料板位置、中段回流位置和抽出板位置按塔板效率做相应的调整，由此确定各塔的过程参数。具体配置参数见表２。
项目
主塔塔板数
进料板
主塔塔板数
进料板
侧线汽提塔塔板数
常一线汽提塔液相采出／返回常二线汽提塔液相采出／返回常三线汽提塔液相采出／返回常顶循液相采出／返回
常一中液相采出／返回
常二中液相采出／返回塔板数１８
１８
２９
２９
２
９／８
１６／１５２０／１９３／２
１１／１０１８／１７
塔名称
初馏塔
常压塔
表２塔的配置参数
３．建立模型
初馏塔和常压塔塔内汽液相连续，模拟时选用
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ的原油蒸馏ＰｅｔｒｏＦｒａｃ模块。减压塔的侧
线抽出产品全部供给催化裂化或加氢裂化装置，与
常规精馏塔相比，有产品质量控制粗犷、产品间无严
格分离要求、塔内气相连续、液相不连续和内回流量
少的特点，直接使用ＰｅｔｒｏＦｒａｃ模拟有很大的误差。
针对减压塔的工艺特征，汪学军等提出把干式减压
塔作为一个闪蒸过程与多个复杂吸收过程的串联，
但基于此方案的计算完全忽略了塔内回流量，应用
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ建立的模型难以达到物料平衡，因此本
论文提出了改进的减压塔模型，将塔顶部分油返回
至塔底渣油，可解决物料平衡的问题，建立的常减压
模型见图１。
图１改进后的常减压蒸馏模型
４．计算结果及分析
在建立的常减压蒸馏模型中输入过程参数，模型计算时按流程物流方向的顺序逐次进行，将得出的结果与实际值进行对比，在合理范围内调整部分过程参数，直至计算结果达到预期的目标值。
物料平衡的实际值与计算值的对比结果见表３，各产品馏程的实际值与计算值的对比结果见图２。
物料
原油初顶油拔头油常顶油常一线油常二线油常三线油常渣油
混蜡减三线油减渣油实际值／％
１００．００
２．７８
９７．２０
１２．２３
５．１８
１４．５１
７．１５
５７．９１
１７．０２
６．１７
３３．２１
计算值／％
１００．００
２．７８
９７．２１
１１．９１
５．１８
１４．５１
７．１５
５８．０９
１７．０２
６．１７
３３．７１
偏差／％
０．００
０．００
０．０１
－０．３２
０．００
０．００
０．００
０．１８
０．００
０．００
０．５０
塔名称
初馏塔
常压塔
减压塔
表３总物料平衡实际值与计算值对比
注：偏差＝计算值－实际值
偏差为０．００的对应项是建立模型时的已知输入项
由以上图表的对比结果可以看出，物料平衡的模拟计算值与实际值非常接近，最大偏差为０．５％，产品恩氏蒸馏结果中除常顶油外，各产品的馏程基本相符。常顶油重馏分部分的馏程偏差大，其原因可能是由于采样时原油轻组分挥发，进料分析缺少轻端组分数据，造成模拟计算时内回流量减少导致常顶油干点的计算值偏高。比如在进行初馏塔模拟计算时，塔顶冷凝器形式由Ｔｏｔａｌ改为Ｐａｒｔｉａｌ－Ｖａｐｏｒ－Ｌｉｑｕｉｄ时，初顶油干点上升了近３０℃，这样导致常压塔内特别是常压塔顶的内回流量减少，造成常顶油馏程偏重，尤其是馏程尾部明显偏重。
减压系统直接模拟的结果与产品实际馏程偏差较大，失去指导意义。初步分析主要有两个原因：一个重要的是，５３０℃以前的原油实沸点蒸馏数据由实验得到，较为准确，而５３０℃以后的蒸馏数据由软件自动外推，有一定的误差；另一个是，常压塔底的渣油在减压炉中发生部分高温裂解也是导致减压塔模拟失真的一个主要原因。目前已有文献报道，在常减炉入口通过人为的加入一定组成的轻端组分后较好的模拟了包括减压塔在内的常减压蒸馏流程。为此，该模型在减压系统前加入模拟裂解气，具体裂解气组分见表４。
图２产品恩氏蒸馏的实际值与计算值对比
综合以上分析，在进行常减压蒸馏装置模拟时，准确的原油性质数据对模拟结果有很大的影响。其中，缺乏轻端组分分析是模拟中遇到的普遍问题，软件外推的原油高沸程馏程数据的准确性对模拟结果，特别是对减压塔的模拟结果有重要的影响，减压系统的模拟通过人为的加入一定量模拟裂解气可得到具有指导意义的模型。
５．灵敏度分析优化方案
运用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ模拟软件的灵敏度分析工具可以研究过程参数对常减压产品分布的影响程度，通过工况分析，可以在装置的约束条件范围内确定不同操作条件下的最优化生产方案。
５．１提高拔出率
拔出率是指初馏塔、常压塔和减压塔的塔顶以及侧线产品量的总和占处理原油量的比例。原油一次拔出率是考核常减压蒸馏装置的重要指标之一，拔出率提高可以提高原油的利用率，降低下游装置的负荷及整个炼油厂对油品的再加工及再运输的能耗。
本论文对如何提高常压塔的拔出率进行了优化，主要考虑对经济效益影响大的常一线和常二线的拔出率。从操作条件上讲，需要考虑的几个主要因素有：塔顶温度、塔底汽提蒸汽量、塔顶压力和进料温度，其中，塔顶压力和进料温度较为稳定，主要考虑前二个因素。提高塔顶温度，加大汽提蒸汽量有利于塔内汽液相负荷增加，有利于提高侧线抽出量。
利用建立的模型分别考虑塔顶温度，汽提蒸汽量因素，由图３，图４可以看出这两个因素对拔出率有较明显的影响。
确定主要影响因素后，在保证产品质量合格的前
组分名称Ｃ３Ｈ８Ｃ４Ｈ１０－１Ｃ５Ｈ１２－１Ｃ５Ｈ１２－２Ｃ５Ｈ１２－３Ｃ６Ｈ１４－１含量（Ｗ）／％
１０
１０
１０
１５
２５
３０
表４模拟裂解气组分
图３塔顶温度对拔出率影响
图４塔底汽提蒸汽量对拔出率影响
提下，提高常一线和常二线收率，优化目标可表述为：目标：Ｍａｘｆｌｏｗ（常一线＋常二线）
约束：常一线干点≯２４０℃，常二线９５％点≯３６５℃自变量：塔底汽提蒸汽量，塔顶温度
运用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ的优化工具定义目标函数；给定自变量范围：２０００ｋｇ／ｈ＜塔底汽提蒸汽量＜１００００ｋｇ／ｈ，Δ塔顶温度≤１０℃；为优化目标函数提供相应的约束条件，建立完整的优化模型。通过模型计算可知常一线抽出量可提高１ｔ／ｈ，常二线抽出量可提高３ｔ／ｈ，利用模型可确定塔底气体蒸汽量、Δ塔顶温度分别在３．２ｔ／ｈ、３℃的工艺操作下，可实现优化目标。
５．２增产柴油
为提高柴汽比以缓解国内消费柴汽比大于生产柴汽比的局面，增加柴油产量也是优化常减压装置操作目标之一。其优化问题可表述为：
目标：Ｍａｘｆｌｏｗ（常二线）
约束：常一线干点≯２４０℃，常二线９５％点≯３６５℃
自变量：塔顶温度，常一线抽出量，常三线抽出量，常塔底汽提蒸汽量
同样，在满足约束条件的前提下，利用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ提供的优化工具可以很快得到常二线抽出量可增加５ｔ／ｈ的结果。
６．结论
（１）用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ模拟软件对中国石化天津分公司２．５Ｍｔ／ａ常减压装置的流程模拟得到了与实际生产流程较为一致的结果，其中减压系统的模拟需要补充模拟裂解气。
（２）利用灵敏度分析，最优化工具结合约束模块，选取合适的自变量，基于ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ常减压蒸馏模型可以较方便快速的得到最优化解决方案，供企业生产者参考。在一定约束条件下提出了提高拔出率和增产柴油的优化方案，可为企业带来经济效益。
（３）过程参数数据的收集，要充分考虑到装置的动态操作，根据操作记录区线，判断数据的合理性。
（作者李明，齐艳华，周祥单位系石油化工科学研究院；侯延军单位系中国石化天津分公司炼油部）