Aspen Plus软件在芳烃抽提装置的模拟应用

祝 录

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部，上海 200540)

Aspen Plus软件在芳烃抽提装置的模拟应用

祝 录

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部，上海 200540)

运用Aspen Plus软件对中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部1#芳烃1#抽提装置苯抽提蒸馏塔(DA4503)和苯汽提塔(DA4504)进行了流程模拟优化，通过模型校核制定相应的优化措施，寻求最佳操作状态，减少抽余油中芳烃的质量分数。

芳烃抽提装置 苯抽提蒸馏塔 苯汽提塔 Aspen Plus软件

中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部1#芳烃抽提装置是根据德国克虏伯公司提供的N-甲酰吗啉(NFM)抽提蒸馏专利技术进行设计的国产化芳烃抽提装置，其以加氢汽油为原料，改造后设计处理能力为420 kt/a(以8 000 h计)，年产纯苯191.1 kt、甲苯98 kt；副产抽余油58.8 kt、C8以上馏分72.8 kt。

文章通过建立相应的模型对苯抽提系统进行模拟计算，寻求最佳操作状态，以达到经济效益最大化的目的。

1 1#芳烃抽提装置工艺及Aspen Plus软件建模简介

1.1 1#芳烃抽提装置工艺简介

1#芳烃抽提装置将加氢汽油经预蒸馏系统分离成C8、苯和甲苯馏分，然后将苯馏分送入苯抽提蒸馏系统苯抽提塔，甲苯馏分送入甲苯抽提蒸馏系统甲苯抽提塔。在抽提系统中苯、甲苯与吗呋啉溶剂混合进入汽提塔，经汽提塔直接分离出产品苯及甲苯。1#芳烃抽提装置工艺流程见图1 。

图1 1#芳烃抽提装置工艺流程

1.2 Aspen Plus软件建模简介

以企业提供的实际数据为依据进行建模，这些数据包括各单元的进料温度、压力、流量和各单元模块操作条件等。通过查找文献获得相关二元交互作用参数，模型建成后以提供的实际数据对模型进行验证[1]，即将装置实际操作值与模型计算值作对比，查看误差是否在允许范围之内。

本单元苯馏分塔、甲苯馏分塔、抽提蒸馏塔、汽提塔、苯塔和溶剂回收塔采用RadFrac模型，换热器采用Heater模型，泵采用Pump模型，两相分离器采用FLASH2模型，混合器采用Mixer模型，分流器采用Split模型。在不影响模拟结果的情况下，对实际流程进行了必要的简化和变通，具体模拟流程如图2所示。

图2 芳烃抽提模拟流程

为了降低1#芳烃抽提装置苯系统抽余油中芳烃质量分数，增加苯的产量，选择苯抽提蒸馏系统(DA4503和DA4504)作为本次流程模拟重点分析对象。

2 DA4503塔优化分析

2.1 NFM溶剂进料温度的影响

NFM溶剂进DA4503塔的温度对塔顶抽余油的质量及再沸器负荷有一定影响，通过模型模拟，在回流量及塔顶采出量不变的情况下模拟计算贫溶剂进塔温度(变化范围为90～120 ℃)对抽余油质量的影响，模拟结果如图3所示。

图3 溶剂进料温度分析

根据模拟结果可知：随着NFM溶剂进DA 4503塔的温度不断升高，抽余油中芳烃质量分数也逐渐上升，但此时塔底再沸器的负荷不断减少，能耗降低。溶剂进料温度从90 ℃升至120 ℃时，抽余油中芳烃质量分数从3.281%升至3.425%，上升0.144个百分点；再沸器负荷从8.695 MW降至6.305 MW，降低2.39 MW。目前本装置溶剂进料温度在110 ℃左右，若需要降低抽余油中芳烃的质量分数，在能耗允许的情况下可适当降低NFM溶剂进DA4503塔的温度，但应尽量控制在98～111 ℃，最佳为102 ℃。

2.2 苯系统溶剂比的影响

抽提蒸馏的原理是通过加入NFM溶剂，改变芳烃与非芳烃的相对挥发度，从而通过精馏的方法达到分离的目的[2]，NFM溶剂的流量直接影响了抽余油中芳烃的质量分数。通过模型模拟，在塔顶抽出与回流量不变的情况下增大抽提装置的溶剂比(变化范围为2.4～7.2)，观察抽余油中芳烃质量分数与塔釜再沸器负荷的变化关系(见图4)。

图4 溶剂比对抽余油质量及再沸负荷的影响

从图4可以看出：溶剂比为2.92时，抽余油中芳烃质量分数超过5.0%；当溶剂比增大时，塔顶抽余油中芳烃的质量分数逐渐减少，芳烃质量分数合格。但溶剂比在6.0以上时芳烃质量分数减少的趋势变小，同时塔釜再沸器的负荷大幅上升，所以溶剂比控制在5.1～6.0，最佳为5.5。

2.3 苯系统进料温度分析

2.3.1 苯系统进料温度对抽余油中芳烃质量分数及再沸器负荷的影响

在DA4503塔顶采出量及回流量不变的情况下，分析苯系统进料温度(变化范围为70～110 ℃)对抽余油中芳烃质量分数及再沸器负荷的变化(见图5)。

图5 苯系统进料温度分析

从图5可以看出：苯系统进料温度逐渐增大后，抽余油中芳烃质量分数也逐渐上升，但再沸器的负荷逐渐下降，温度升至110 ℃以后抽余油中芳烃的质量分数几乎不变。

2.3.2 苯系统进料温度对苯产品纯度的影响

在溶剂比、塔底再沸器量和回流比不变的情况下，苯系统进料温度(变化范围为70～90 ℃)与苯产品质量的关系见图6。

图6 苯系统进料温度对苯产品纯度的影响

由图6可知：进料温度为70～78 ℃时，苯产品的纯度从99.943%升至99.945%； 进料温度为78.5～83.5 ℃时，苯产品的纯度99.95%左右；温度为84～90 ℃时，苯产品的纯度变差，从99.92%下降到98.75%，产品不合格，所以最佳进料温度为77.0～83.5 ℃。

综上所述，目前1#芳烃抽提装置苯馏分进料温度为80 ℃，可以通过逐渐降低进料温度至77 ℃的方法来降低苯系统抽余油中芳烃质量分数至3.0%以下。

3 DA4504塔优化分析

3.1 贫溶剂中苯质量分数对抽余油质量的影响

对贫溶剂中芳烃质量分数对抽余油的影响进行模型模拟分析可知，当溶剂中苯质量分数小于0.6%时，抽余油中芳烃质量分数在3.5%以下，几乎不变。当贫溶剂中苯质量分数在0.7%以上，抽余油中芳烃质量分数上升趋势明显，变化较大(见图7)，所以应将贫溶剂中苯质量分数控制在0.6%以下。

图7 贫溶剂中苯质量分数对抽余油质量的影响

3.2 DA4504塔塔底温度的变化对贫溶剂中苯质量分数的变化

DA4504塔塔底温度是控制贫溶剂中苯质量分数的重要指标，温度偏高时贫溶剂中苯质量分数减少但能耗增加，温度偏低时贫溶剂中苯质量分数增加但能耗偏小，通过模型模拟确认最佳温度控制范围，塔底温度宜控制在155～205 ℃。

根据模型模拟可知：确保DA4504塔塔底温度在180 ℃以上时贫溶剂中苯质量分数在0.6%以内，可以满足DA4503塔塔顶抽余油中芳烃质量分数在控制范围内(见图8)。目前本装置DA4504塔塔底温度在198.5 ℃左右，所以可以将DA4504塔的塔底温度降低，以减少DA4504塔的3.5 MPa蒸汽的使用量。

图8 DA4504塔塔底温度与贫溶剂苯质量分数的关系

4 应用结果

2013年8月根据Aspen Plus软件对芳烃部1#芳烃1#抽提装置流程模拟优化，2014年正式将优化措施全部实施，经过一段时间的努力，取得了一定的成果，苯抽余油中芳烃质量分数在优化后减少0.39%(见表1)。

表1 优化前后苯抽余油中芳烃质量分数

2015年1#抽提装置年产抽余油17 689 t，2015年抽余油平均价格为3 230元/t，苯产品的平均价格为4 900元/t，按苯抽余油中芳烃质量分数减少0.39%计算，2015年1—5月增效为17 689×(4 900-3 230)×0.39%=11.5万元。

5 结论

经过Aspen Plus软件对1#芳烃抽提装置苯抽提系统的模拟，主要研究了苯系统溶剂进料温度、溶剂比、苯馏分进料温度、贫溶剂中芳烃含量等对苯系统抽余油质量的影响，根据模拟结果对苯抽提蒸馏系统进行了优化调整并取得了一定的效果，具体措施如下：

(1)将苯抽提蒸馏系统溶剂进料温度控制在(102±1)℃；

(2)将苯系统溶剂比控制在5.4～5.6；

(3)将苯馏分进料温度控制在(78.5±1)℃；

(4)将苯汽提塔(DA4504)塔底温度控制在(198±1) ℃。

[1] 朱登磊.基于ASPEN PLUS萃取精馏的概念设计及优化[J].计算机与应用化学，2010，27(6)：791.

[2] 唐振华.提高吗呋啉抽提装置芳烃收率[J].炼油技术工程，2009，12(12)：5-7.

在美中国企业NWIW拟建甲醇装置

NWIW拟提升其位于华盛顿州Tacoma地区的甲醇生产装置产能，为此，该公司将追加投资费用，使其达到原定投资额的近两倍，达到340万美元。此外，该公司还与北美私营公司Stonepeak Infrastructure Partners以及Noble集团签暑了合作伙伴协议。

(中国石化有机原料科技情报中心站供稿)

Simulation Application of Aspen Plus Software in Aromatics Extraction Unit

Zhu Lu

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

Process simulation optimization was executed on benzene extraction distillation column (DA4503) and benzene stripper (DA4504) of 1#aromatics unit in Sinopec Shanghai Petrochemical Co., Ltd. with Aspen Plus software. Appropriate optimization measures were developed through model checking, so as to seek the optimal operating conditions and reduce aromatics content in raffinate.

aromatics extraction unit, benzene extraction distillation column, benzene stripper, Aspen Plus software

2015-08-27。

祝录，男，1987年出生，2010年毕业于南京工业大学化学工程与工艺专业，本科，工程师，目前从事的抽提装置工艺技 术管理工作。

1674-1099 (2015)06-0027-04

TE624

A