闫 雨

(中石化天津分公司研究院，天津 300271)



催化裂化装置分馏塔的Aspen模拟优化

闫 雨

(中石化天津分公司研究院，天津 300271)

为了改进催化裂化装置的生产操作，提高经济效益，本文利用Aspen plus流程模拟软件对装置的分馏塔进行建模和优化，通过模型模拟值和装置数据的对比，验证了该模型的准确性。在模型的基础上利用灵敏度分析功能找到该装置的可调节变量，对分馏部分多个优化点进行讨论分析，通过对分馏塔顶部循环流量、第一中段流量和顶循返塔温度的调节，可以提高粗气油干点，减小汽油/柴油重叠度，最大限度的增产汽油。

Aspen plus；催化裂化；建模；优化

催化裂化[1]是重质石油烃类在催化剂的作用下反应生成液化气、汽油和柴油等轻质油品的主要过程，在汽油和柴油等轻质油品的生产中占有重要的地位，是我国最主要的重质油轻质化手段，催化裂化装置由反应单元、分馏单元和吸收稳定单元组成。提高催化裂化轻质油品收率对于提高炼油行业的经济效益具有至关重要的作用，这在油气资源紧张的今天尤为重要。随着国内外原油的重质化和劣质化，催化裂化已成为炼油企业油品轻质化和获取化工原料的重要加工手段，发展潜力很大。本文是利用Aspen plus[2]软件对某催化裂化装置分馏单元的分馏塔进行模拟优化，计算得到了分馏塔顶部循环和一中段循环的最佳工艺条件，加强工艺人员对工艺机理的掌握，从而改善操作，提高企业竞争力，达到了操作优化，节能降耗的目的。

1 分馏系统工艺流程简介

从催化裂化装置反应系统来的460～510 ℃的高温油气，夹带少量粉末，进入分馏塔下部的脱过热段，与冷却到260 ℃左右的油浆在人字挡板上逆流接触换热，脱除油气过热并洗涤催化剂粉末，然后进入分馏塔上部，将冷凝到饱和状态的油气混合物在分馏段分成几个中间产品。塔顶为粗汽油和富气，侧线有轻柴抽和回炼油，塔底为油浆。富气与粗气油进入下游吸收-稳定进行处理，最终形成稳定汽油出装置。柴油先通过汽提塔，再经换热冷却后出装置。为取走分馏塔内的过剩热量，设有顶循环回流、两个中段循环回流和塔底油浆循环回流。

2 模型的建立和验证

利用AspenPlus软件进行建模，手动输入各馏分段馏程，物性方法选择MXBONNEL[3](适合重油催化裂化)，分馏塔用PetroFrac模块通过进料数据和模块的设定，经过调试和计算，模型收敛。模型可以对催化裂化装置分馏过程的物料平衡、能量平衡、相平衡进行模拟，模型流程图如图1所示。

图1 催化裂化装置分馏塔模拟流程图

模拟所得各部温度、产品质量及各物流抽出率与实际值基本相符(误差小于5%视为数据合格)，两者数据比较如表1所示。

表1 分馏塔模拟温度与实际温度对照表

3 灵敏度分析

分馏塔的剩余热量大而且产品的分离精确度要求比较容易满足，因此一般设有塔顶循环回流、1～2个中段循环回流和油浆回流，寻找合适的循环回流工艺条件是分馏塔操作的一个关键因素，使用Aspen Plus软件中sensitivity[4]即灵敏度分析功能对催化裂化分馏塔的工艺条件进行灵敏度分析，确定可以调节的变量和可调范围。

表2 分馏塔顶部循环和一中循环计算结果表

3.1 顶循流量对粗汽油干点[5]及流量的灵敏度分析

通过分析和量化分馏塔顶循环回流量与汽油干点及流量的对应关系，可知对汽油干点的调节可以通过顶部循环回流量来控制调节，对粗汽油干点操作具有较好的指导性。在石化企业大力降低柴汽比的形势下，适当降低回流量，以某炼厂催化裂化装置为例：如图2所示，塔顶循环流量由223 t/h降低至215 t/h，粗气油干点从202 ℃增大至204 ℃，粗气油流量从60 t/h增加到61 t/h，一年可增产汽油约8000 t(装置开工按8000 h计)，降低柴汽比效果明显。

图2 分馏塔顶循流量对粗气油干点和粗气油流量的灵敏度分析

3.2 分馏塔第一中段循环流量对柴油95%点的灵敏度分析

图3 分馏塔第一中段循环量对柴油馏分干点(95%点)的灵敏度分析

通过分析和量化分馏塔第一中段循环流量与柴油干点(95%)点的对应关系(第一中段返塔温度不变)，可知对柴油干点(95%)的调节主要通过第一中段循环回流量控制来调节，增大第一中段循环流量,柴油干点(95%)会下降,对柴油干点(95%)操作具有较好的指导性，以某炼厂催化裂化装置为例：如图3所示，分馏塔第一中段循环流量由95 t/h增大至115 t/h时，柴油干点(95%)降低3 ℃，减少柴油馏分的流量有效果明显，减少的柴油馏分可进入回炼油馏分，重新循环进入催化裂化装置，提高汽油组分产量。

3.3 顶部循环返塔温度对粗汽油干点灵敏度分析

图4 分馏塔顶部循环返塔温度对粗气油干点的灵敏度分析

通过模型分析可知，提高顶部循环返塔温度会使汽油干点上升，我们可以通过选择合适的顶部循环返塔温度，最大限度的增产汽油。以某炼厂催化裂化装置为例：如图4所示，分馏塔顶部循环返塔温度由67.5 ℃提高到71 ℃，粗气油干点由202 ℃提高到204 ℃，计算粗气油产量增加1 t/h，降低柴汽比效果明显。

3.4 汽柴油重叠度灵敏度分析

由于汽柴油价格的波动，通过对影响汽柴油重叠度的控制手段的量化灵敏度分析，可以更加明晰地掌握汽柴油的分离程度以及各自的质量。此分析中两路回流的变化范围选定符合实际。

图5 分馏塔顶部循环流量对汽油/柴油重叠度的灵敏度分析

以某炼厂催化裂化装置为例：粗气油干点203 ℃，柴油初馏点193 ℃，汽油/柴油重叠度为10 ℃，对应顶部循环流量215 t/h，如图5所示，适当增大顶部循环流量可以减小汽油/柴油重叠度；第一中段流量105 t/h，如图6所示，适当减小第一中段循环流量可减小汽油/柴油重叠度。通过模型分析可知，我们可以选择合适的分馏塔顶循环流量和第一中段循环流量降低汽油柴油的重叠度，最大限度的多产汽油组分，减少分馏塔汽柴油的重叠。

图6 分馏塔第一中段循环流量对汽油/柴油重叠度的灵敏度分析

4 结 论

(1)以某炼厂催化裂化装置分馏塔为研究对象，建立ASPEN模型，模型计算结果基本与实际工艺数据相符合。

(2)该模型可在装置的不同层面上进行过程分析，研究调整产品分布的可能性和各种操作方案，还可通过工况研究来改进流程和操作条件，提高生产效率、增加效益。

(3)在国内降低柴汽比的环境下，催化裂化装置分馏塔的优化显得格外突出，适当降低分馏塔顶部循环流量、提高分馏塔顶部循环返塔温度、提高第一中段循环流量均可达到减产柴油、增加汽油的效果。

[1] 徐春明,杨朝合.石油炼制工程.4版[M].北京:石油工业出版社,2009,第四章:294-296.

[2] 熊杰明,李江保.化工流程模拟Aspen plus实例教程.2版[M].北京:化学工业出版社,2015,第一章:1-5.

[3] 熊杰明,李江保.化工流程模拟Aspen plus实例教程.2版[M].北京:化学工业出版社,2015,第三章:20-22.

[4] Aspen Plus User Guide [M].US: Aspen Technology Inc., 2001,chapter 20:1-2.

[5] 徐春明,杨朝合. 石油炼制工程.4版[M].北京：石油工业出版社,2009,第三章:56.

Aspen Modeling and Optimization of Fractionation Column of Catalytic Cracking Unit

YANYu

(Research Institute of SINOPEC Tianjin Petrochemical Company,Tianjin 300271, China)

In order to improve the production operation of catalytic cracking unit and the economic efficiency, using Aspen plus process simulation software to model and optimize the distillation column, by comparing the model simulation value and the data of the device, the accuracy of the model was verified. Based on the model, the adjustable variables of the device were found by using the sensitivity analysis function, discussion and analysis on several optimization points of fractionation, adjusting the top circulating flow rate, the first segment flow rate and the top circulating temperature, can improve the coarse oil dry point, reduce the gasoline/diesel overlap and the maximum yield of gasoline.

Aspen plus; catalytic cracking;modeling;optimization

闫雨(1979-)，男，高级工程师，主要从事石油化工工艺优化应用。

生产技术

TE

B

1001-9677(2016)022-0125-03