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降低催化干气中含量的Aspen plus模拟

更新时间:2009-03-28

1 装置概况

中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司炼油厂催化车间Ⅰ套催化裂化装置建成于1977年11月,为高低并列式提升管蜡油催化裂化装置,是炼油厂重要的二次加工装置,是由独山子炼油厂自行设计安装、试车,并一次开车成功的国家优质工程。装置设计原料为常压馏分油、减压馏分油以及焦化馏分油。产品为汽油、柴油、液态烃、干气。经过多次升级改造,装置现阶段加工能力为800 kt/a,加工原料是蜡油加氢装置的加氢精制产物。

1.1 工艺流程

催化裂化装置的干气是由吸收稳定系统再吸收塔塔顶排出,如图1所示。

  

1 催化裂化吸收稳定系统工艺流程Fig.1 Flow chart of FCC absorption stabilization system

分馏塔顶油气经油气分离器分离出富气和粗汽油,富气由气压机压缩后送入吸收稳定系统,在吸收塔根据富气中各组分在吸收剂中溶解度的不同,用粗汽油和稳定汽油作吸收剂,吸收富气中的C3,C4以上的组分,贫气进入再吸收塔,用柴油吸收贫气中携带的少量汽油,干气出装置去硫磺回收装置,富吸收汽油由吸收塔出来进入解吸塔,解吸出其中的C2组分,脱乙烷汽油进入稳定塔,稳定塔塔顶出液态烃,塔底出稳定汽油。

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1.2 Aspen plus流程模型的建立

用Aspen plus搭建催化裂化吸收稳定系统的流程模型,在搭建过程中,采用物料反推的原则,将产物干气、液态烃和稳定汽油作为混合原料进料进行搭建。吸收稳定系统中的凝缩油罐采用模拟软件的中的Flash2模块,吸收塔和再吸收塔分别采用RadFrac中的ABSBR1和ABSBR2模块,解吸塔采用RadFrac中的STRIP1模块,稳定塔采用RadFrac中的FRACT1模块。

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2 问题分析

蜡油加氢装置改造之前,催化裂化装置的加工原料主要是原油蒸馏装置产出的蜡油和焦化装置的重蜡油。催化裂化原料油较重,装置加工负荷大,尤其是对吸收稳定系统的加工操作影响更大,使得干气中体积分数达到了近4%,干气中组分含量偏高,降低了装置的总液体收率。表1是2016年催化裂化原料油蜡油加氢前干气中组分的百分含量,统计的是2016年1月到10月的各组分数据。

 

1 催化裂化干气中组分含量的数据统计Table 1 Statistical data on C3+ content in FCC dry gas

  

φ(组分),%1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月平均值丙烷0.480.420.550.540.810.921.000.971.391.290.84丙烯2.902.532.141.922.891.681.531.671.672.202.11异丁烷0.490.430.420.300.390.350.330.370.420.420.39正丁烷-------0.04--0.04丁烯-------0.41--0.41C+5组分0.060.040.030.060.050.060.050.060.030.100.05总计3.933.423.142.824.143.012.913.523.514.013.44

由表1可以看出,2016年1月至10月原料加氢改质前,干气中组分平均体积分数达到了3.44%,最高超过了4%,造成丙烯等资源的浪费。所以需要借助Aspen plus流程模拟软件对相关工艺参数及工艺流程进行模拟优化,将体积分数降到2%以下。

3 原料性质的改善

2016年11月,独山子石化分公司对蜡油加氢装置进行改造后,催化裂化的原料全部由加氢蜡油来提供,原料的性质发生了变化,质量优于以前掺炼部分重质油的原料,因此对降低干气中的组分有一定的作用。表2中列出了蜡油加氢前后的性质变化。

蜡油加氢装置改造之前,Ⅰ套催化裂化装置的原料较重,在加工的过程中反应再生系统温度过高,生焦量太大,原料在反应过程中热裂化现象严重,直接导致了气相负荷增大,吸收稳定系统干气的排出量明显增大,使干气中更多的组分被排出,降低了液态烃的收率,影响了总液体收率,装置的整体效益下降。

 

2 催化裂化原料各组分含量的变化Table 2 Content changes of components in FCC feedstock

  

项 目加工加氢蜡油前加工加氢蜡油后差值w(残炭),%0.950.20-0.75w(硫),%0.950.17-0.79w(总氮)/(μg·g-1)1450.6830.4-620.2w(碱性氮)/(μg·g-1)665.0344.5-320.5族组成,% 烷烃70.4678.267.80 芳烃21.2614.02-7.24 胶质和沥青质8.287.72-0.56C87.0085.77-1.23H7.9913.275.28

从图2中可以看出,随着补充吸收剂量的逐渐增大,干气中含量呈逐渐减小的趋势。当补充吸收剂的量增加到39.8 t/h时,组分的质量分数为1.3%,降到了2%以下,并且发现,当补充吸收剂的量大于38.8 t/h时,继续增大吸收剂的量,组分含量下降幅度减小。

4 工艺优化及参数调整

下文主要讨论补充吸收剂的量、吸收温度、贫吸收油量及贫吸收油入塔温度的调整优化来分析如何降低干气中组分的含量。

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4.1 补充吸收剂量的影响

改变补充吸收剂的量就是改变吸收塔的液气比,增大液气比有助于提高吸收塔的推动力,提高吸收速率,改善吸收效果[1]。对于催化裂化吸收塔,进入塔内的液体由粗汽油和稳定汽油组成,其中稳定汽油作为补充吸收剂。一般来说,从分馏塔来的粗汽油全部打入吸收塔,所以粗汽油的变化量不大,对整个吸收塔液气比的影响较小。因此可以采取增加补充吸收剂的量来增大吸收塔的液气比,改善吸收塔对组分的吸收效果。

所以在对补充吸收剂的量进行调节时,不能一直增大补充吸收剂的量,因为当补充吸收剂的量逐渐增大时,在降低组分的同时,会使解吸塔和稳定塔再沸器的热负荷增大。同时,补充吸收剂的量过大会影响吸收塔的中段取热,影响吸收塔的吸收效果,严重时会造成吸收塔或解吸塔发生冲塔现象,补充吸收剂的量过大,还会造成吸收塔、解吸塔、稳定塔之间的循环流体输送的动力能耗增加。

  

2 补充吸收剂量对干气中含量的影响Fig.2 Supplementary absorbent versus content in dry gas

2016下半年蜡油加氢装置投用,Ⅰ套催化裂化装置原料的性质大为改善,原料组分变轻。从表2中可以看出,蜡油经过加氢之后,催化裂化的原料性质发生了明显的变化。其中残炭的质量分数由0.95%下降到0.20%,下降了0.75百分点,重组分芳烃和胶质沥青质质量分数分别下降了7.24和0.56百分点,轻组分烷烃的质量分数由原来的70.46%上升到了78.26%,上升了7.8百分点。整体上使得催化裂化混合原料的性质得到了改善。因此,在反应再生系统进行反应时,再生床层的温度也有所下降,反再系统的生焦量降低,同时降低了热裂化反应,从而降低了干气的生成量,因此吸收稳定系统有足够的余量可供调整和优化。

在征得患者、家属同意的情况下,随机抽取2016年11月—2017年12月在本科室住院接受治疗的肺栓塞患者中的43例作为观察组,给予细节护理干预。观察组中,男26例,女17例;年龄为36~81岁,平均(57.9±1.6)岁。抽取同期患者43例患者作为对照组,给予常规护理。对照组中,男27例,女16例;年龄为37~79岁,平均(58.5±1.4)岁。两组在入选者一般资料及病情对比,差异不具有统计学意义(P>0.05),具有可比性。

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4.2 吸收塔温度的影响

但是粗汽油的温度也不能过多地降低,因为过多地降低粗汽油的温度会使装置的总体能耗增加,不利于整体效益的提高。

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下文分别对粗汽油的入塔温度和补充吸收剂的入塔温度进行调节,降低吸收塔内的温度,改善吸收塔的吸收效果,对干气中组分的含量进行分析优化。

4.2.1 粗汽油入塔温度的优化调节

目前Ⅰ套催化裂化装置的粗汽油入塔温度为40 ℃左右。根据现场标定的数据,通过Aspen plus模拟软件对粗汽油的入塔温度进行调节,分析吸收塔内塔板温度的变化,再根据吸收塔内温度的变化,记录并分析干气及干气中组分含量的变化,见图3。

  

3 粗汽油入塔温度对干气中含量的影响Fig.3 Temperature of naphtha into tower versus content in dry gas

从图3中可以看出,随着粗汽油入塔温度的逐渐降低,吸收塔塔顶的温度由44.1 ℃降到了41.4 ℃,塔底的温度由50.6 ℃降到了49.4 ℃。整个吸收塔的吸收温度降低,有利于吸收效率的提高。干气中组分的含量逐渐减少,体积分数降低了约2.3百分点。综上所述,可以通过调节粗汽油的入塔温度来降低整个吸收塔的吸收温度,从而降低干气中的组分含量。

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吸收塔吸收是一个放热的过程,所以采用低温高压有利于吸收过程的进行。在一定的吸收压力下,当吸收塔的吸收温度过高时,会使得吸收过程中的吸收传质推动力减小,大大弱化吸收的效果,从而也会使贫气组分含量过高,影响干气中含量的控制指标。但是,吸收塔内的吸收温度不能过低,温度过低会吸收过多的C1,C2组分,这样会导致解吸塔的处理负荷过高,不利于解吸塔的解吸过程,对稳定塔的产品质量造成不利的影响[2]

4.2.2 补充吸收剂入塔温度的优化调节

贫吸收油的温度对再吸收塔的吸收效果也有一定的影响,如果贫吸收油的入塔温度过高,则会增大干气中组分含量,并且使干气带油,影响干气的产品质量。而如果入塔温度过低,则又会对其本身的性质产生不良的影响,温度过低会使贫吸收油的黏度增大,流动性减弱,增加冷却轻柴油的循环水能耗。

从图4可以看出,当吸收塔的温度通过调节补充吸收剂入塔温度降低后,吸收塔塔顶和塔底的温度都降低,干气中的组分体积分数也降低,由原来的4%以上降低到3.6%。

吸收塔的温度不能降到太低,否则将会增加解吸塔和稳定的的处理负荷,解吸塔的解吸气量增大,稳定汽油的C5含量又增大,将又会反过来影响吸收塔的吸收效果。

  

4 补充吸收剂的入塔温度对干气中含量的影响 Fig.4 Temperature of supplementary absorbent into tower versus content in dry gas

4.3 贫吸收油量和贫吸收油入塔温度的影响

贫吸收油的主要作用是吸收贫气带入再吸收塔的汽油组分,同时吸收少量的组分从而提高产品质量。而单独调节贫吸收油的入塔温度及入塔量对降低干气中组分的效果不是很好,因此在模拟优化的过程中,同时对入塔温度和入塔量进行调节,逐渐降低组分的含量。

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增加贫吸收油的入塔量也就是增加了液气比,从而有利于吸收效果的改善,所以通过已经搭建的流程模型来合理增加贫吸收油的入塔量,观察干气中组分的变化趋势。

补充吸收剂从第1块塔板进入吸收塔,补充吸收剂的入塔温度能够在很大程度上影响吸收塔塔顶的温度,从而对整个吸收塔的吸收温度产生影响。

将方法 1.3.1所提取到的花桥板栗淀粉配置成质量分数为10%的淀粉悬浊液,置于90 ℃热水中加热糊化30 min后,分别移装于平皿(90×15 mm)中并在室温条件下冷却,即得相态转变次数0次的淀粉凝胶样品。再将剩余淀粉凝胶依次移装密封置于-18 ℃的冰箱中进行冷冻处理,冷冻 22 h之后,将其放入30 ℃温水中进行融化,融化时间为2 h。至此获得水分子相态转变1次后的花桥板栗淀粉凝胶。按此方法依次制备相态转变次数为1、2、3、4、5、6、7次的淀粉凝胶样品,备用。

降低贫吸收油的温度有利于降低干气中组分的含量,但是贫吸收油的入塔温度对干气中的影响较其他参数要小。从图5可以发现,当温度从40 ℃调节至30 ℃,入塔量从27.7 t/h调节至32.7 t/h时,干气中组分体积分数由4%以上降低到了3.2%,所以通过调节贫吸收油的入塔量和入塔温度可以降低干气中

  

5 贫吸收油对干气含量的影响Fig.5 Lean absorption oil versus content in dry gas

5 优化结果

通过Aspen plus流程模拟软件进行综合工艺模拟优化,降低了干气中含量,表3是优化后干气中组分的模拟数据和生产数据。

 

3 干气中组分的模拟和生产数据Table 3 Simulation and production data of components in dry gas

  

φ(组成),%C3C4C5C+3模拟数据1.400.0901.49生产数据1.430.170.041.64

将补充吸收剂的入塔量调节至37.8 t/h,补充吸收剂的入塔温度下调至32 ℃,粗汽油的入塔温度调节至38 ℃,贫吸收油的入塔量调节至30.7 t/h,贫吸收油的入塔温度调节至36 ℃,使得干气中体积分数降至1.5%左右,降到了2%以下。

6  

(1)当原料、反应工艺条件发生较大变化时,催化干气中含量会发生较大波动,如调整不及时,干气中可能会带有较多的组分。

(2)调整补充吸收剂、贫吸收油和粗汽油的入塔流量和入塔温度,是降低催化干气中含量的有效手段,但需要结合装置具体情况,灵活使用以上手段才能降低催化干气中含量。

(3)通过适当提高补充吸收剂和贫吸收油的量以及适当降低补充吸收剂、粗汽油和贫吸收油的入塔温度,能有效降低催化干气中的含量。

综上所述,采用Aspen plus流程模拟软件对吸收稳定系统的模拟优化,调整相关工艺参数,降低了催化干气中含量,达到了工艺优化目标。

参考文献

[1] 李晓伟.降低催化裂化干气中组分含量[J].四川化工.2014,17(1):40-42.

[2] 裴贵彬,王志涛,刘广方,等.降低催化裂化干气中C3含量,提高液化气收率[J].河南化工,2014,31(9):55-57.

 
全瀛寰,张其鹏,陈君丽,李广伟
《炼油技术与工程》 2018年第04期
《炼油技术与工程》2018年第04期文献

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