蜡油加氢装置的全流程模拟与变工况氢耗计算

2017-11-06王东升中机国能炼化工程有限公司天津300350

化工管理 2017年31期

王东升(中机国能炼化工程有限公司,天津 300350)

王东升(中机国能炼化工程有限公司,天津 300350)

为了了解变工况条件下加氢处理装置中氢耗和全流程参数变化中的关系，本文先是简单介绍了蜡油加氢装置全流程模拟的工艺流程，使用ASPEN Plus进行了蜡油加氢装置的全流程模拟；然后使用某个石化企业的实际生产数据对模拟结果进行了验证；最后在全流程模拟的基础上，对加氢处理装置的变工况氢耗进行了计算。目的是验证全流程模拟的作用。

蜡油加氢装置；全流程模拟；经验关联式

目前加氢处理工艺作为炼厂中非常重要的加工过程，其中的加氢脱硫和脱氮以及烯烃和芳烃的饱和等反应过程中的氢耗是炼厂高效利用氢气资源的关键，加氢反应过程对于系统中氢气的消耗以及工艺参数的影响是目前炼厂面临的核心问题，而目前解决这个问题最好的方法就是采用全流程模拟的方式来深入研究加氢装置中氢气的消耗情况。

1 蜡油加氢装置的全流程模拟

1.1 蜡油加氢装置全流程模拟概述

蜡油加氢装置是将减压塔二线或者三线的蜡油作为原材料，使蜡油和氢气在高温高压的环境下在滴流床反应器里进行加氢反应，脱除掉重质馏分油中的硫和氮，反应物就是催化裂化装置所需的优质原料。具体的工艺流程如下：第一，反应的流出物要经过高压分离器和低压分离器进行气液分离；第二，经过高压分离器分离出来的气体要经过胺液进行脱硫处理，在循环压缩机的作用下送回反应器中进行循环利用，经过低压分离器分离出来的气体会送到提纯装置来进行氢气的回收；第三，冷热低压分离器中的油相会进入到分馏部分，首先将溶解于油相中的H2S汽提出来，然后从分馏塔的塔顶提取出柴油、石脑油以及轻烃等轻组分，最后留在塔底的精制蜡油就是催化裂化装置所需的原料。

蜡油加氢装置的原料和产品主要是一系列的环烷烃、烷烃、芳烃以及少量的杂环硫化物和杂环氮化物，可以看做是非极性或者弱极性的物质。根据该工艺中压力变化比较大以及富含氢气的特点，选用Grayson物性方法，对应ASPEN Plus单元操作模块选取合适的单元设备进行全流程模拟。根据相关学者研究出的划分多集总的方法和渣油加氢的相关结论，将硫化氢、氮气、氨气以及10个碳原子以下的烃类排除掉，本文从轻到重把硫化物、氮化物以及芳烃划分成了4个集总。每个集总采取的反应动力学是相同的，但是动力学的参数是不同的，一共有41个化学反应[1]。

1.2 蜡油加氢装置全流程模拟的验证

本文将某个石化企业的2.6×106t/a蜡油加氢装置的实际生产数据为例，对上述全流程模拟模型进行了相关验证。根据数据的分析结果显示，全流程模拟可以很好地反映出蜡油加氢装置的实际工作情况，但是模拟计算出的反应器出口温度会大于实际值，分馏塔底的温度要小于实际值，这是因为反应器模型的转化率会比实际装置略高一些。

对蜡油加氢装置进行全流程模拟，既可以显示出主要设备的输出结果，又可以获得各个单元设备的虚拟组分分布、温度分布和热负荷以及塔内流体等多种物性数据，这些数据可以为加氢反应中的氢耗计算提供较为深入的理解[2]。

2 蜡油加氢装置的变工况氢耗计算

炼厂中原料的性质以及原料的加工量等条件经常会发生变化，这些条件和氢气的消耗息息相关，加氢裂解、加氢脱硫和脱氮以及烯烃和芳烃的饱和等多种化学反应均会消耗氢气，而且，硫质量分数的变化对于氢耗的影响也比较大。另外，一般蜡油中所含的烯烃量都比较少，芳烃对于氢耗的影响要小于硫含量的影响。总的来说，硫含量以及加工负荷的变化是影响蜡油加氢装置氢耗的主要因素。大部分研究学者都认为经验关联式比较适用于重质油加氢反应中的氢耗计算，具体的经验关联式如下：

式中：HChen为单位体积进料化学反应氢耗；ΔS为进料和生成

油硫质量分率间差值；ΔN为进料和生成油氮质量分率间

差值；ΔC为进料和生成油中溴价单位间差值；ΔA为进

料和生成油芳烃体积含量间差值；a，b，c，d系数值，a=20，

b=62，c=1.18，d=4.8；e装置系数。

为了了解变工况条件下氢耗以及保证加氢装置的长久运行，本文将蜡油加氢装置的全流程模拟作为基础，对加工负荷、硫含量和氢耗之间的关联关系进行了研究分析：首先是加工负荷和氢耗之间的关联关系的研究，研究结果显示：加工负荷降低40%的时候，模拟计算的结果和经验关联式所计算的氢耗都呈现出类似线性下降的趋势。模拟计算的结果在110%负荷时，比经验关联式的高值小2748m3/h，大约降低了8.8%；模拟计算的结果在70%负荷时，比经验关联式的高值小822m3/h，大约降低了4.4%。由此可以看出：模拟计算的结果和经验关联式所计算的结果比较接近。然后是硫含量和氢耗之间的关联关系的研究，研究结果显示：模拟计算和经验关联式计算的氢耗都会随着硫含量的增加而增加，但是模拟计算的结果与实际生产更加接近。当原料中硫质量分数是2.5%的时候，模拟计算的结果和实际氢耗之间的误差是-1.2%,经验关联式高值和实际氢耗之前的误差是-3.2%；当原料中硫质量分数是1.5%的时候，模拟计算的结果和经验关联式的高值非常接近，而且模拟结算的结果更接近实际生产。