安娜
中石化股份有限公司天津分公司炼油部 天津市 300271
摘要：石化盈科和天津分公司联合开发一套用于天津分公司焦化气分装置的AspenPlus工艺模型，项目完成后需达到如下目标：在满足产品质量指标情况下，离线寻找优化的操作条件；通过研究单个设备，以提高其生产能力或改善其性能；为工艺技术人员的离线调优提供平台，使参与本项目的工艺人员对所建模型具备维护能力。
关键词：气体分馏；AspenPlus；优化操作
为了对天津分公司焦化气分装置的运行状况进行进一步的优化，提高经济效益，降低装置运行成本，2015年3月22日至2015年4月4日，石化盈科信息技术有限责任公司上海分公司（以下简称石化盈科）和天津分公司在石化盈科实验室，采用美国AspenTech公司的流程模拟软件AspenPlus，实施SINOPEC科技开发部下达的2015年流程模拟项目的计划，共同完成天津分公司焦化气分装置流程模拟项目。
该项目的应用将有助于寻找装置生产瓶颈，优化装置的操作条件，降低能耗，提高经济效益，并且能离线培训操作人员，加强工艺人员对工艺机理的掌握，满足模型应用和今后开发的需要。
1.模型简介
模型采用两塔流程，脱丙烷塔（T-101）、脱丙烯塔（T-103）均采用RadFrac模型，塔底均选择热虹吸重沸器，脱丙烷塔塔顶选择部分气相冷凝器，脱丙烯塔塔顶选择全凝器。泵采用Pump模型。
两塔中均引入塔板Murphree效率来拟合理论塔板与真实塔板之间的差异，塔板效率依据各塔测温点的位置分段设置。
为了满足产品指标，脱丙烯塔以塔底热负荷为变量对塔顶产品纯度做了设计规定。
建模数据主要取操作条件和分析数据的典型值。
2.模型开发
2.1模型涉及物流组分及装置进料组成表
表-1物流组分及进料组成表
其中纯组分物性均可从AspenPlus的数据库中得到。
2.2模型验证
2.2.1气分装置物料平衡
2.2.2 测量点温度对比
2.2.3物流流量对比
2.2.4 物流组分对比
2.3建模成果
经过天津分公司和石化盈科的共同努力，建立了脱丙烷塔（T-101）、脱丙烯塔（T-103）流程模型，模拟结果和实际生产过程基本吻合，生产过程的关键质量指标均能满足，说明我们所建立的模型是真实可靠的，初步能够用于指导实际生产。
3.模型分析
3.1脱丙烷塔T-101顶压对再沸器热负荷的影响分析
模型给定塔顶底质量，保证其他条件不变，以T-101顶压为变量对重沸器热负荷做灵敏度分析，结果见图-1。
图-1 T-101顶压与再沸器热负荷的关系
模拟结果表明T-101塔底重沸器热负荷随塔顶压力升高而升高，成近似正比关系。生产中按照模型降低塔的操作压力有利于精馏塔的节能，降低塔底热源消耗。
随着塔的控制压力的降低，塔底温度随之降低，塔顶压力的变化对塔顶温度影响不大。
3.2脱丙烷塔T-101回流量对塔顶低热负荷、塔底质量影响的分析
改变T-101操作回流，观察回流与塔底产品质量以及再沸器、冷凝器负荷的关系，模拟结果如下：
图-2 脱丙烷塔回流对塔顶底热负荷、塔底质量灵敏度分析图
通过模拟结果我们发现，现有操作压力下回流量为13t/h时，塔底液化气中C3含量为3.5%，回流量15t/h时，塔底C3含量达到2.5%，回流量再提高，塔底C3含量已基本没有变化。天津石化焦化气分装置脱丙烷塔目前回流量为25t/h左右，在原料组分稳定的情况下，T-101回流量还有进一步优化的空间。
3.3由灵敏度分析寻找脱丙烷塔最佳进料位置
在规定了脱丙烷塔T-101底产品质量的情况下，即T-101底C3含量不大于5%，考察进料位置的变化对全塔热负荷和回流影响如图3曲线数据所示：
图-3 T-101进料位置对全塔热负荷和回流影响图
部分数据如下：
除去理论板，塔顶、底热负荷最低的位置，即是最佳的进料位置，由图-3可以看出，丙烷塔模拟进料的最佳位置在35层至45层之间。而目前实际的操作进料位置在30层，从保证产品质量、降低热负荷的角度看，可以考虑把目前丙烯塔的进料位置进一步优化，在现有的实际情况下往下移至34层。而且最佳进料位置与最小回流比是对应的，所以优化进料位置的操作与降低回流比的优化最好同步进行，在实践中进一步进行尝试。
3.4脱丙烯塔T-103塔底出料对塔顶丙烯产量、纯度影响的分析
模型规定了丙烯塔T-103顶、底丙烷质量，观察T-103底出料对塔顶丙烯质量、塔底丙烷质量纯度的影响，模拟结果见下图4：
图4 脱丙烯塔底出料与丙烷、丙烯质量关系图
由图4中可以看出，脱丙烷塔底采出量对丙烷、丙烯质量影响较大，T-103底采出的量与塔顶丙烯产品纯度成正比，与塔底丙烷产品纯度成反比。塔底采出量6.9t/h为丙烯质量与丙烷质量的拐点。
3.5脱丙烯塔T-103回流比对塔顶、塔底质量影响的分析
图5 脱丙烯塔回流量与丙烷、丙烯质量关系图
由图5中可以看出，脱丙烷塔回流量与丙烷、丙烯质量成正比，回流量达到92以后，丙烯、丙烷产品纯度都达到99%以上，出现质量过剩。
4.模型验证结论
模型较好的模拟了装置的实际工况，大部分温度测量点和物流及其组分都能与实际吻合，但也存在不足之处。主要是物流流量的模拟值和实际值存在偏差，个别温度测量点模拟值和实际值存在偏差。
物流流量的模拟值和实际值存在偏差的原因是模型未考虑物料损失，并且实际生产中T-101、T-103顶、底物流是根据塔顶压力间断采出，这对模拟的物流流量结果有一定影响，丙烯的流量是采用回流罐液位控制，模拟量与实际采出量之间有一定差别。
由于气分置进料组成变化较大，建立模型时取的是典型值，且AspenPlus模拟是静态分析，不可能完全与实际一致，用户使用模型时，需要根据进料的变化调节操作条件，方可通过模型指导生产。
AspenPlus的工况和灵敏度研究等功能，对改善工厂操作及确定改善操作的方法非常有用，用户可以根据需要利用模型指导生产，通过改进流程或调整操作条件，得到一定的经济效益。
作者简介：安娜，工程师，2003年毕业于长春工业大学（化学工程与工艺专业），长期从事气体分流装置工艺管理工作。
论文作者: 安娜
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第24期
论文发表时间:2018/11/17
标签：丙烷论文; 丙烯论文; 模型论文; 进料论文; 塔顶论文; 负荷论文; 操作论文; 《建筑模拟》2018年第24期论文;