基于Aspen Plus的重整液分离塔模拟优化及应用

李佳峻，任国庆，李凤德，王朝阳

(中国石油吉林石化公司 炼油厂，吉林 吉林132001)

某炼油厂50万t/a联合芳烃装置重整单元为芳烃型重整。为将各种芳烃分离成符合质量标准要求的产品，在重整装置流程后部设有重整液分离塔[1]。重整液分离塔原料主要来自脱戊烷塔底的重整生成油。塔顶采出轻重整油作为抽提装置进料，塔底采出重重整油作为二甲苯装置进料。由于目的产品不同，各重整装置精馏塔的构成方式不同[2]。中国对重整液分离塔的研究较少[3-5]，作者利用Aspen Plus流程模拟软件V9版本，对该塔建模方法进行探索，并进行模拟优化。依据模拟结果调整实际生产的操作参数，以实现节能降耗的目的。

1 流程简介

联合芳烃装置重整液分离塔为浮阀塔，共60块塔板，进料板为第17块塔板。该塔为常压塔，进料为重整脱戊烷塔底的重整生成油。塔顶组分经空冷器冷却后，进入塔顶受槽。塔顶受槽气相可通过调节阀排出以调节塔压力，正常生产时无流量。塔顶受槽液相一部分作为回流，另一部分经过水冷器冷却后，作为富含C6、C7芳烃的轻重整油产品采出。塔底分离出富含C8、C9芳烃的重重整油产品，去二甲苯塔。该塔塔底再沸器采用2.0 MPa蒸汽作为热源。流程简图见图1。

图1 重整液分离塔流程简图

2 模型建立与验证

利用优化前连续运行7 d生产数据的平均值作为生产运行的实际值对该塔进行建模。由于进料、塔顶采出、塔底采出的具体组分未知，仅已知油品的碳原子数量及每个碳原子数量下的族组成，无法明确到每一个同分异构体的含量，故采用同分异构体中的典型物质作为代表物质进行模拟计算。由于模型中组分属于非极性或极性较弱的混合物体系，是比较理想的物系，物性方法一般选择Peng-Rob或SRK。Peng-Rob在预测液相体积方面较SRK方程更有优势[6]。由于装置DCS中与该塔相关的流量采用体积流量，模拟计算时也均采用体积流量，故选择Peng-Rob[7]。

模型建立后，主要操作条件模拟值与实际值见表1，塔顶采出组成模拟值与实际值见表2，塔底采出组成模拟值与实际值见表3。

表1 主要操作条件模拟值与实际值对比 t/℃

表2 塔顶采出组成模拟值与实际值对比 w/%

表3 塔底采出组成模拟值与实际值对比 w/%

由表1～表3可知，该模型主要参数与实际工况吻合较好，塔顶塔底采出组成，尤其是关键组分w(C7芳烃)和w(C8芳烃)与实际工况吻合较好，模拟结果可以用于指导实际生产的优化和改造[8]。

3 模型优化及成效

降低精馏塔操作能耗的主要方法包括降低回流比、降低塔顶压力、改变进料位置或更换高效塔盘等方式[9-12]。由于该重整液分离塔为常压塔，故降低塔压力的方式较难实现。改变进料位置和更换高效塔盘均需要对塔进行改造，而此次优化拟在不改变现有装置的前提下，通过调整工艺参数进行，主要考虑通过降低回流比的方式降低能耗。

精馏塔操作的主要能耗为塔底加热能耗。利用所建立的重整液分离塔模型，以重整液分离塔塔底热负荷为优化目标，限定约束条件，从优化回流比方面进行模拟计算。优化过程中，将回流比和塔顶采出量2个操作条件作为变量。降低回流比将造成分离精度的下降，重整液分离塔塔顶w(C8芳烃)和塔底w(C7芳烃)是体现精馏塔分离精度的关键组分，正常生产时指标要求塔顶w(C8芳烃)≤5%，塔底w(C7芳烃)≤3%。将重整液分离塔塔顶w(C8芳烃)和塔底w(C7芳烃)作为约束条件，为避免优化后卡底线操作，计算时设置约束条件为塔顶w(C8芳烃)≤4%，塔底w(C7芳烃)≤2%，利用优化器搜索符合约束条件的塔底热负荷最低的操作条件。根据模拟计算，优化前、后的主要操作条件和塔底热负荷见表4。

表4 优化前、后对比

由表4可知，优化后塔底热负荷将下降7.3%。

根据模拟计算结果，逐步调整塔顶采出量、塔顶回流量及塔底加热蒸汽量，调整至塔顶采出量、塔顶回流量与模拟优化结果相同为止。采集优化后7 d的生产数据，塔顶塔底产品均合格，塔底2.0 MPa加热蒸汽量由10.69 t/h降至9.93 t/h，节约蒸汽0.76 t/h，降幅为7.1%。该结果与表4模拟计算结果相吻合。2.0 MPa蒸汽无成本价，以1.0 MPa蒸汽147元/t、开工8 400 h/a计算，节约93.84万元/a。

4 结 论

利用Aspen Plus流程模拟软件对重整液分离塔进行建模，合理选择物性方法和组分输入方法，可以得出与实际生产吻合较好的模型。在该模型基础上，根据生产要求合理设置约束条件，利用优化器功能对塔底热负荷进行优化，得出优化后的操作条件。根据软件计算结果调整实际生产操作，降低了塔底加热蒸汽量，节约了操作费用。