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基于Aspen Plus的原油常减压蒸馏装置的模拟
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系统集成方法在几个典型工艺中的应用研究
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系统集成方法在几个典型工艺中的应用研究
官方公共微信基于AspenPlus的原油常减压装置的优化计算；摘要：本文以改造后的标定数据和现有装置运行参数作；某炼油厂于2006年对Ⅱ套常减压装置进行了适应性；ASPENPlus是美国ASPEN技术公司开发的；本文以改造后的标定数据和现有装置运行参数作为基础；2流程模拟2.1流程简述；图1常减压蒸馏装置模拟流程图；本装置采用初馏塔-常压塔-减压塔三级汽化工艺，其；计算
基于Aspen Plus 的原油常减压装置的优化计算
摘要：本文以改造后的标定数据和现有装置运行参数作为基础数据，运用Aspen plus软件建立原油常减压装置流程模型，依据对工况的灵敏度分析，优化流程结构，达到降低装置能耗和提高轻质油收率的目的。 关键字： Aspen Plus；常减压蒸馏；灵敏度分析；优化 1 引言
某炼油厂于2006年对Ⅱ套常减压装置进行了适应性改造，设计加工东疆原油、哈萨克斯坦进口原油、彩南原油和吐哈原油组成的混合原油，产品生产方案为航空煤油生产方案。常减压蒸馏装置是原油加工的第一道工序，蒸馏装置的好坏对炼油和石化企业的产品质量、收率及对原油的有效利用都有很大影响，虽然原油常减压蒸馏装置是简单的蒸馏装置，不涉及反应过程，但因加工原油品种繁多，多变，其产品耦合性强，为保证产品质量，产品的产量多处于较低水平，所以有必要对装置做到卡边优化，提高轻质油收率[1]。
ASPEN Plus是美国ASPEN技术公司开发的大型化工模拟软件，由于其丰富的单元模块和内置的大量物性数据库、准确地物性计算方法，以及工况分析、灵敏度分析、优化计算等强大的功能，特别适用于化学、石油化工、炼油、天然气气体分离和合成燃料等行业的流程模拟，优化节能，而广泛用于过程流程的模拟与优化[4-8]。
本文以改造后的标定数据和现有装置运行参数作为基础数据，运用Aspen plus软件建立原油常减压装置流程模型，运用灵敏度分析模拟块分析操作压力、汽提蒸汽对轻质油收率的影响，以此为优化依据，以操作压力、汽提蒸汽流量、进料温度和中段回流温度等操作条件为变量，调节流程结构，降低装置能耗，提高轻质产品收率。
2 流程模拟 2.1 流程简述
图1 常减压蒸馏装置模拟流程图
本装置采用初馏塔-常压塔-减压塔三级汽化工艺，其中初馏塔和常压塔顶产品为石脑油，提供芳烃原料，常压塔主产品为航空煤油和轻柴油，减压塔原产润滑油，经过调整，生产催化裂化原料。图1流程为模拟流程图，与装置流程基本相符，只是略去了换热网络和控制系统。 2.2 基础数据
计算中用到的原油数据为混合前各产区原油的馏程为IBP―500℃实沸点蒸馏数据，见表1。轻烃组分因缺少实验室数据，采用对初顶瓦斯气和常顶瓦斯气的成分和流量进行逆向均衡反推得到。同样对减压炉产生的裂解气含量的计算也采用此方法对减顶瓦斯气进行计算得到，见表2。
产品的质量要求主要以恩氏蒸馏数据为依据，主要产品的质量控制指标如下：石脑油：ASTM D86 EP≯170℃，做为重整原料；常一线：ASTM D86 10%≯205℃，ASTM D86 EP≯300℃，比重d（20/4）不大于0.84做为航空煤油组分；常二线和常三线：ASTM D86 50%≯300℃，ASTM D86 90%≯355℃，ASTM D86 95%≯365℃做为柴油加氢精制原料。
各种原油实沸点收率
样品名称 东疆原油 彩南原油 哈萨克斯坦原油 吐哈原油 混合比例 IBP~100 100~120
7.78% 2.45 4.06
22.22% 2.98 5.54
66.67% 8.35 12.55
3.33% 10.15 15.02
120~140 140~160 160~180 180~200 200~220 220~240 240~260 260~280 280~300 300~320 320~340 340~350 350~400 400~450 450~500
5.82 7.6 9.46 11.23 13.47 15.71 18.79 21.59 24.91 28.22 31.79 35.53 41.84 50.22 60.07
7.84 10.38 13.21 15.71 19.44 23.42 28.27 33.18 33.21 44.46 49.29 55.49 63.84 73.36 82.71
16.2 19.87 23.32 26.44 29.64 34.05 37.03 40.38 44.08 47.52 50.9 54.73 59.85 67.18 75.32
20.02 22.93 26.02 30.13 37.23 42.47 46.73 54.51 59.13 65.5 70.4 72.03 73.67 78.52 81.83
轻烃组成及减压炉裂解气组成计算
初常顶瓦斯
(v/v)%=(w/
甲烷 乙烷 乙烯 丙烷 丙烯 异丁烷 正丁烷 丁烯＋异丁烯 反丁烯 顺丁烯
24.93 14 6.79 5.83 5.01 3 1.46 1.55 0.25 0.3
不凝气流量(kg/h) 27 27 27
单组分流量(kg/h)
平均质量分率
减顶瓦斯(v/v)%=(w/w)% 28.6 0.12 15.02 0 30.96 10.24 0 13.73 0.08 0.05 0
629.512 353.78
171.412 147.354 126.304 75.81 36.5 6. 4.8013
0......000012
碳五以上 0.19
表3 初馏塔、常压塔和减压塔板数及侧线位置 名
称 初馏塔总板数 初侧油抽出 常压塔总板数 常一线返 常一线抽 常二线返
实际板数 板效率(修正) 理论板 15 11 53 13 15 27
0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65
减压塔总板数 减顶中返
减顶中抽/减顶抽出 减一中返/减一线返 减一中抽/减一线抽 减二线返
实际板数 板效率(修正) 19 填料 填料 填料 1 2
常二线抽 常三线返 常三线抽 常四线抽 常一中返 常一中抽 常二中返 常二中抽 初底油进料 常底汽提位 初进常进料
29 39 41 49 17 19 31 33 50 53 17
0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65
减二中返 减二中抽 减二线抽
减三中返/减三线返 减三中抽 减三线抽 减四线返 减四线抽 减五线抽 常底油进料 减底油
4 5 6 8 9 11 12 16 填料 17 19
0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55
4 蒸馏模型的建立
依据基础数据，选择BK10性质方法建立原油常减压蒸馏模型，为分析优化提供依据。通过对比分析物料表和产品恩氏蒸馏数据，可以得出建立的模型能够比较准确的反映装置流程，其中初馏塔和常压塔数据准确性度较高，减压塔模型准确度较差。
表4装置物料平衡模拟值与标定值的对比
产品物流 原油 初顶不凝气 初顶石脑油 初侧油 初底拔头油 常顶油气 常一线航煤 常二线轻质柴油 常三线重质柴油 常四线蜡油
标定收率% 计算收率% 差值%
1 0 0.12 0.11 0.77 0.04 0.12 0.13 0.12 0.02
1 0.12 0.11 0.77 0.04 0.12 0.13 0.12 0.02
产品物流 标定收率% 计算收率% 差值%
0.44 0 0.01 0.02 0.05 0.05 0.05 0.01 0.23
0.44 0.01 0.02 0.05 0.05 0.05 0.01 0.23
0 0 0 0 0 0 0 0
0 常底渣油 0.01 减顶抽出回流油 0 减一线蜡油 0 减二线蜡油 0 减三线蜡油 0 减四线蜡油 0 减五线蜡油 0 减底渣油 0
0.01 -0.22 减塔油气(除水) 0 -6.36
图2产品恩氏蒸馏数据的模拟值和标定值的对比图(○代表标定值，●代表计算值)
灵敏度分析
本文利用apsen plus灵敏度分析模块分析操作压力和汽提蒸汽流量的变化对轻质油收率的影响。
0.600.590.580.57
0.560.550.540.530.520.510.500.490.480.470.460.450.90.70.60.245
图3操作压力对拔出率的影响
0.150.050.950.850.
图4汽提蒸汽流量对拔出率的影响
灵敏度分析结果认为，操作压力的降低和汽提蒸汽流量的提高均会增加轻质油的收率，一方面操作压力的降低是通过降低总压使原料的汽相分率提高，另一方面汽提蒸汽流量的增加是通过增加水蒸汽分压来提高油气分压，提高汽相分率。进料温度的提高可以有效的提高原料中的汽相分率，增加轻质油产品的产量。
依据灵敏度分析结果，以产品设计规定和操作上限为限定条件，运用aspen plus优化模块，卡边优化流程，达到提高轻质油收率的目的。
6.1 卡边要求的设定
依据操作压力对各塔的影响及全冷凝压力限定，设定初馏塔的塔顶操作压力定为100kpa,常压塔的塔顶操作压力定为110kpa,减压塔顶塔操作压力因受抽真空系统限制，保持不变。
初馏塔设计规定：初顶回流油干点温度170℃（卡上限），变量：塔顶回流量。
常压塔设计规定：常顶回流油干点温度170℃（卡上限），变量：塔顶回流量；常一线干点255℃，变量：常一线抽出量；常三线95%馏出温度为365℃（卡上限）。
减压塔产品为蜡油原料，不做卡边设定。 6.2 优化参数的设定
目标： Minimize（常底重油 kg/h）；限定条件:以设计规定为主，不做限定；变量：塔底汽提蒸汽：，常一中回流温度：100-160℃，常二中回流温度：190-220℃。
目标：Minimize（减底渣油 kg/h）；限定条件:无；变量：塔底汽提蒸汽：0-7000，减压炉出口温度：395-410 ℃，减顶回流温度：50-100℃，减一中回流温度：50-200℃，减二中回流温度：150-250℃减三中回流温度：180-300℃。
6.3 优化结果
收率冷凝负荷级间换热汽提蒸汽用炉子负荷进料温度增量 增量W 量增量W 量增量kg/h 增量W 增量℃
初馏塔 2.20% -1611055
常压塔 2.25% -68908 减压塔 9.32%
1）Aspen Plus 流程模拟软件可以准确的模拟常减压蒸馏装置。
2）Aspen Plus 流程模拟软件的灵敏度分析模块可以准确的分析影响装置拔出率和能耗的影响因素，为进行优化计算依据。
3）Aspen Plus 流程模拟软件的优化模块可以优化常减压蒸馏装置产能结构，增加原油的利用率。
三亿文库包含各类专业文献、文学作品欣赏、外语学习资料、各类资格考试、高等教育、应用写作文书、幼儿教育、小学教育、基于Aspen Plus 的原油常减压装程的优化计算70等内容。
基于ASPEN+PLUS和窄点技术... 暂无评价 3页 2财富值 PLUS的常减压装置过程模拟...特别是对于炼油过 程,加工不同产地的原油要求采用不同的生产方案,即使同一种... 基于Aspen Plus 的炼油厂酸性水汽提的模拟及优化 随着环保要求的不断提高,需要对原油加工过程中产生的酸性水(如重油催化裂化装置 的分馏塔顶冷凝水、常减压装置的... 常减压装置原油中断处理预案 事故现象: 1、原油总进料流量骤降,两路进料中断; 2、电脱盐罐压力下降; 3、两路换热温度升高; 4、初馏塔液位快速下降; 5、因冷... 基于Aspen Plus的甲醇塔的热量及物料衡算_能源/化工_工程科技_专业资料。ASpen Plus 案例,甲醇塔物料衡算工程计算算法及软件应用 工程计算算法及软件应用 题 目:... 和优化的大型通用流 程模拟系统 Aspen Plus 是大型...计算、设计一个新的工艺过程、查找一个原油加工装置...Aspen OLI 接口: 基于 OLI 系统的先进技术, 使 ... 原油常减压蒸馏装置设计_能源/化工_工程科技_专业资料...填料的基础上开发了 Mllapakplus 和 Optiflow 高效...校核的方法是作绝热闪蒸过 程的热平衡计算以求得炉... 原油常减压蒸馏装置工艺设计毕业设计(论文)开题报告(...工艺计算; (4) 对常压塔进行塔板结构设计和优化...参考文献 [1] 程丽华主编. 石油炼制工艺学[M]. ... 原油常减压蒸馏生产工艺流程及其操作中的危险因素(1)原油常减压蒸馏工艺流程:原油蒸馏中,常见的是三段汽化。现以目前燃料 -润滑油型炼厂应用最为广泛的初馏常压-...第24卷 第6期石化技术与应用 Vol.24 No.6
2006年11月 PetrochemicalTechnology&Application Nov.2006
工业技术(484～486)
流程模拟技术在常减压蒸馏装置上的应用
邓岗,孙琳娟,段永静
(中国石油兰州石化分公司自动化研究院,甘肃兰州730060)
摘要:针对常减压蒸馏的工艺特点,利用AspenPlus流程模拟软件的速率模型PetroFrac单元模块,通过构建基本模型来模拟初馏塔、常压塔和减压塔的实际运行工况。同时,考虑装置物流的压力和热量变化,配合Fsplit物流分离模块、Heater换热模块、Flash简单气液分离模块和Pump压力改变模块,共同构建了常减压装置的稳态模型。结果表明,建立的模型可以较为准确地模拟常压工艺,但对于减压工艺存在一定误差;根据增产柴油的实际生产要求,用稳态模型对生产方案进行了模拟,发现常压三线的产品质量有一定裕度可以调节,因此可适当提高常压三线的侧线采出量。
关键词:工艺流程;计算机模拟;软件;常压蒸馏;减压蒸馏;工艺计算
中图分类号:TE624.4 文献标识码:B 文章编号:06)06-0484-03
20世纪90年代,国外石化企业普遍使用流程模拟技术对生产装置的日常操作进行指导,并在单装置或联合装置上进行全流程离线或在线模拟优化。年,国内各企业逐步引进国外流程模拟软件,将其用于设计、工艺计算、装置改造等工作中。中国石油兰州石化分公司自动化研究院利用AspenPlus流程模拟软件,对常减压蒸馏装置进行了模拟研究。通过对模拟结果分析,发现操作中存在着问题,同时找出了装置的“瓶颈”所在,为技术改造提供了依据。1 流程模拟稳态模型的建立①
分离操作的因素,这样做增加了模型收敛的难度,但是计算结果更符合装置的实际运行状况。
常减压蒸馏工艺虽然比较成熟,但由于存在进料复杂,侧线产品切割馏分重叠等问题,若要非常精确地进行流程模拟难度较大,同时各个单元模块的进出物料相互关联,因此对全流程工艺模拟要分步进行。
在流程模拟中,板效率的改动或各塔操作条件的变动都会使计算难以收敛。因此需要不断的实验,使最终的计算结果既能很好地收敛,也能尽量与所参照的实际数据相吻合。2 流程模拟计算结果分析
针对常减压蒸馏工艺的特点,本工作利用AspenPlus流程模拟软件的速率模型PetroFrac单
利用建立好的模型,可以对常减压装置进行流程模拟、物料衡算,也可以通过塔板水力学计算,得出各塔每层塔盘的泛点因子,塔板液相流速,以及气液相对密度、黏度和表面张力等结果。本工作对常减压装置操作温度和馏程进行了模拟计算(见表1和表2)。
元模块,通过构建基本模型来模拟初馏塔、常压塔和减压塔的实际运行工况。同时考虑装置物流的压力和热量变化,配合其他单元模块:Fsplit物流分离模块、Heater换热模块、Flash简单气液分离模块和Pump压力改变模块,共同构建了常减压装置的稳态模型。其模拟工艺流程见图1。
构建的稳态模型没有利用单元模块本身所假设的塔顶冷凝器的操作条件,而是考虑到实际操作过程中,塔顶冷凝器不是在泡点温度下进行
①收稿日期:;修回日期:
作者简介:邓岗(1976—),男,甘肃武威人,学士,工程师。已
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第6期 邓岗等1
流程模拟技术在常减压蒸馏装置上的应用
CRUDE—原油;WATER1—初馏塔顶冷凝水;T2STM—常压塔底吹汽;VACFEED—减压炉进料;T3STM—减压塔底吹气;T3VAP—减压塔顶油气;T3GAS—减压塔顶瓦斯;VAC-COLD—减顶冷却油;T3STM1—减压一线;T3STM2—减压二线;T3STM3—减压三线;T3STM4—减压四线;T3BTM—减压渣油
图1 常减压装置流程模拟
表1 3塔操作温度
塔名初馏塔
项目塔顶温度侧线采出温度塔底采出温度
塔顶温度一线采出温度二线采出温度三线采出温度塔底采出温度
塔顶温度塔顶采出温度一线采出温度二线采出温度三线采出温度四线采出温度五线采出温度塔底采出温度
129...144...8
确地模拟常压工艺,但是对于减压工艺却存在一
定的误差。误差产生的原因有以下几点:(1)为简化流程,方便计算收敛,整个减压塔的计算以Mellapak型填料为基准,将各段填料对应的理论塔板数进行换算,多次的估算造成误差产生并累加;(2)在模拟计算中,没有考虑到减压物料本身有一定程度的裂化;(3)连续流程计算中,前期的计算误差累积。
另外,还可以利用软件本身所带的一些功能作进一步的研究。例如:利用基础模型,添加设计规定,以某个或者某些产品的质量指标作为控制目标,确定影响产品的调节变量和每个调节变量的操作范围。在此基础上,寻找满足控制目标的最佳操作条件,通过指导现场操作,获取潜在的经济效益。利用已有的基础模型,通过改变可调节的变量,进行过程的敏感性分析,得到相应变量的变化趋势。
90%144.99.8
208.4148.7
95%～98%终馏点97%
由表1和表2可知,建立的模型可以较为准
表2 产品馏程实测值和模拟值
初馏塔塔顶采出石脑油初馏塔侧线采出物料
结果实测值模拟值实测值模拟值
10%66.060.
30%90.580.
50%107.79.0
70%122.87.1
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石 化 技 术 与 应 用 第24卷
50%105.86.39.34.29.8
70%123.96.54.58.
90%147.09.76.90.
314.7.10.83.0
396.49.22.
95%～98%终馏点97%
常压塔塔顶采出石脑油常压一线采出物料常压二线采出物料常压三线采出物料减压塔塔顶冷却油减压塔塔顶采出物料减压一线采出物料减压二线采出物料减压三线采出物料减压四线采出物料减压五线采出物料
结果实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值实测值模拟值
10%65.067.32.95.56.16.
30%89.78.21.07.63.
3 工业应用
由表3可知,与实际情况对比,发现常压三线的产品质量有一定裕度可以调节,因此适当提高常压三线的侧线采出量,既保证了产品质量,又达到了增产柴油的目的。4 结论
a.针对常减压蒸馏工艺的特点,利用AspenPlus流程模拟软件的速率模型PetroFrac单元模
根据增产柴油的实际生产要求,用稳态模型对生产方案进行了模拟,在满足常压三线柴油95%馏程不大于37510℃的条件下,最大量生产柴油的实际工况与模拟工况对比见表3。
表3 模拟增产柴油的方案(常压塔计算结果)
塔顶温度/℃
塔顶不凝汽量/(m3?h-1)常顶汽油量/(m3?h-1)一线采出温度/℃
一线采出量/(m3?h-1)二线采出温度/℃
二线采出量/(m3?h-1)三线采出温度/℃
三线采出量/(m3?h-1)塔底采出温度/℃
塔底采出量/(m3?h-1)馏程/℃ 初馏点 5% 10% 30% 50% 70% 90% 95%
增产柴油方案模拟结果
.6.45...319.330.341.362.374.
实际工况模拟结果
.7.42...317.327.336.354.363.
块,通过构建基本模型来模拟初馏塔、常压塔和减压塔的实际运行工况。同时考虑装置物流的压力和热量变化,配合其他单元模块:Fsplit物流分离模块、Heater换热模块、Flash简单气液分离模块和Pump压力改变模块,共同构建了常减压装置的稳态模型。
b.建立的模型可以较为准确地模拟常压工
艺,对于减压工艺存在一定误差。
c.根据增产柴油的生产要求,用稳态模型对
生产方案进行了模拟。发现常压三线的产品质量有一定裕度可以调节,因此适当提高常压三线的侧线采出量,既保证了产品质量,又达到了增产柴油的目的。
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