Aspen Plus在柴油加氢中循环氢脱硫系统工艺模拟优化

隗小山 余柳丽 贾金锋 赵克 邱爱珍 佟凤宇 罗言 薛金召

摘 要：以某炼化公司240万t/年的柴油加氢装置中循环氢脱硫系统的工艺为基础，进行Aspen Plus软件的工艺模拟，模拟参数与生产参数对比，其相对误差最大4.1%，在误差允许范围内，表明该模型能较好说明实际生产情况。通过该模型，对循环氢脱硫系统进行优化，研究了贫胺液进塔温度、吸收液浓度和溶剂流量等因素对脱硫效果的影响。结果表明：贫胺液进塔温度从生产时的48 ℃优化到44 ℃，循环氢出塔H2S摩尔分数为1.544×10-5；吸收液质量分数优化在30%，循环氢出塔H2S摩尔分数为1.195×10-5；溶剂流量增至原来的33%，循环氢出塔H2S含量只减小2%。

关键词：Aspen Plus软件；柴油加氢；脱硫；循环氢；优化

中图分类号：TQ028.3

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）04-0125-04

Simulation and optimization of Aspen Plus in diesel hydrogenation cycle hydrogen desulfurization system process

KUI Xiaoshan，YU Liuli，JIA Jinfeng，ZHAO Ke，QIU Aizhen，TONG Fengyu，LUO Yan，XUE Jinzhao

（Hunan Petrochemical Vocational Technology College，Yueyang 414000，China）

Abstract：The Aspen Plus software is simulated based on the process of circulating hydrogen desulfurization parts in a 2.4 million tons/year of diesel hydrogenation device for a refinery company.The simulation parameters are compared with production parameters.The relative error is 4.1% at most.Within the allowable range，it indicates that the model can better explain the actual production situation.Through this model，the circulating hydrogen desulfurization section is optimized，and the effects of the poverty-stricken tower inlet temperature，the concentration of absorbing liquid，and solvent flow on the desulfurization effect is studied.The results show that the tower temperature of lean amine solution is optimized from 48 ℃ to 44 ℃ at the time of production and the H2S content of circulating hydrogen outlet tower is 1.544×10-5.The concentration of absorption solution is optimized at 30wt%.The H2S content of circulating hydrogen outlet tower is 1.195×10-5.When increasingthe solvent flow rate by 33%，the H2S content of circulating hydrogen outlet tower only decreases by 2%.

Key words：Aspen Plus software;diesel hydrogenation;desulfurization;circulating hydrogen;optimization

随着车用柴油国Ⅵ排放标准的实施，炼厂需要对柴油产品进行质量升级，而循环氢中硫化氢的含量过高将影响柴油产品的质量，还会降低催化剂活性、腐蚀装置设备以及污染环境等，所以需要对柴油加氢中的循环氢进行脱硫处理，使其影响降到最小 ［1-6］。当前，醇胺法脱硫因其具有溶剂再生、可连续、处理量大、脱硫效率高等优点被普遍应用于化工生产中。醇胺法脱硫主要是在吸收塔中操作，以醇胺为吸收剂，与含硫气体进行逆向接触充分反应，含硫物质被脱除［7-14］。本文基于柴油加氢循环脱硫部分的醇胺法工艺，进行Aspen Plus软件模拟，考察了贫胺液的进塔温度、吸收液的濃度、循环氢进塔流量等因素，对循环氢脱硫效率、生产成本以及发泡现象等方面的影响。

1 循环氢脱硫系统模拟

1.1 模型工艺说明与建立

本文以某炼化公司240万t/年的柴油加氢装置中循环氢脱硫系统的工艺为基础，进行Aspen Plus软件模拟，其模拟流程图如图1所示。

本部分的核心设备为循环氢脱硫塔（T-101），其原理是甲基二乙醇胺（MDEA，分子式为C5 H13 NO2）选择性吸收H2S，采用16层浮阀塔盘。自冷高压分离器（V-101）来的循环氢先经循环氢脱硫塔入口分液罐（V-102）除去小于15 μm的液滴，再从循环氢脱硫塔（T-101）塔底进入， MDEA贫液自贫胺液缓冲罐（V-103），经循环氢脱硫塔贫溶剂泵（P-101）送至T-101塔顶，与循环氢进行逆向接触脱除混合物中的H2S。脱硫后的循环氢由塔顶采出，送至循环氢压缩机入口分液罐（V-104）。MDEA富液由塔底抽出，经富液闪蒸罐，液相送至溶剂再生装置，气相并入低分气送至延迟焦化装置。

Aspen Plus软件对胺类吸收剂脱酸性气体有专用数据包，用于循环氢脱硫系统的模拟比较合适。基于循环氢脱硫系统的现场数据（如表1、表2所示）进行初步模拟，物性方法选择AMINES方法；基于Kent-Eisenberg模型，用于胺体系模拟计算，将H2S作为亨利组分；模型中循环氢脱硫塔（T-101）选用的是塔模块Rad Frac，空冷器选用的是换热器模块Aircooler；分液罐选用的是闪蒸Flash2模块［15-20］。

1.2 模型可行性验证

为了验证上述计算模型的可行性，随机选取某天某装置柴油加氢循环氢脱硫系统的标定数据作为Aspen plus软件的初始模拟数据，对该模型进行模拟运行，得到的结果是可收敛的；生产参数与模拟参数对比如表2所示。

表2 生产参数与模拟参数对比一览表

由表2可知，二者的相对误差最高为4.1%，在误差允许范围内；这表明该模拟模型，可以较好反映实际生产情况。

2 模型分析与优化

為了提高了循环氢脱硫效率、减少生产成本以及减少发泡现象产生，在该模型的基础上，对循环氢脱硫部分进行优化，研究了贫胺液的进塔温度、吸收液的浓度、循环氢进塔流量等因素对循环氢出塔H2S含量的影响。

2.1 贫胺液进塔温度的影响

循环氢脱硫塔是一个吸收塔，因此溶剂的温度对于吸收操作而言极其重要。本节以贫胺液的进塔温度为变量，其他条件不变，研究其对于循环氢出塔H2S含量的影响。将贫胺液的进塔温度从24～64 ℃进行模拟，其结果如图2所示。

从图2可以看出，随着贫胺液的进塔温度升高，循环氢出塔H2S含量逐渐升高，当温度大于44 ℃时，曲线斜率变大。这是因为贫胺液吸收H2S主要发生化学吸收过程，且正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱硫效率下降。此外，还有一个原因是气体的溶解度随着温度的升高而降低。但是，吸收温度也不能太低，因为溶剂的黏度会随着温度降低而增大，从而增加能耗。

图3为根据文献［7］得出关于质量分数30%贫胺液黏度随温度变化曲线。

从图3可以看出，在温度为60 ℃时曲线的斜率迅速下降，此外，贫胺液的进塔温度过低，这会带走循环氢中的重组分，当积累到一定程度会导致溶剂发泡［8］，降低脱硫效果。综合上述，适宜的吸收温度为44～60 ℃，表明不宜过高也不宜过低；为此在这个区间选脱硫效率最高的点，选44 ℃进行优化，循环氢出塔H2S摩尔分数为1.544×10-5。

2.2 吸收液浓度的影响

本节探讨吸收塔吸收液的含量变化对循环氢脱硫效果的影响，保持贫胺液的进塔温度、溶剂流量等参数不变，调节吸收塔溶剂的含量，从10%～40%进行模拟优化，分析吸收塔溶剂的含量变化对循环氢出塔H2S含量的影响，其结果如图4所示。

从图4可以看出，随着贫胺液含量的增大，循环氢出塔H2S含量逐渐减小，说明含量的增大有利于循环氢脱硫。在贫胺液质量分数为20%～30%时，曲线的斜率最大，当高于30%时，减幅下降；由此可见，并非贫胺液含量越大越好，原因是当含量越大，溶剂的成本越高。此外，贫胺液含量越大越容易引起发泡现象，导致循环氢脱硫效果低。考虑经济成本和脱硫效率，一般贫胺液质量分数控制在30%左右，循环氢出塔H2S摩尔分数为1.195×10-5。

2.3 溶剂流量的影响

根据吸收塔的物料衡算方程可以看出，当溶剂的量越大时，循环氢脱硫的效果越好。本节探讨吸收塔溶剂流量对循环氢脱硫效果的影响，其他条件不变，改变溶剂流量，选取贫胺液流量为59 692、64 692、69 692、74 692和79 692 kg/h进行模拟，分析贫胺液流量对循环氢脱硫效果的影响，其结果如图5所示。

从图5可以看出，溶剂流量的大小对于循环氢出塔H2S含量的影响较小，贫胺液流量为59 692 kg/h，其循环氢出塔H2S摩尔分数为1.2×10-5，当流量增大到79 692 kg/h，其循环氢出塔H2S摩尔分数为1.176×10-5，流量增大33.5%，循环氢出塔H2S摩尔分数减小2%。由此可见，增加溶剂流量对于循环氢脱硫效果的作用不大。此外，溶剂的流量增大会加大溶剂回收的难度，增加生产成本。因此，在满足脱硫效果的基础上，溶剂流量的选取还要考虑生产成本。

2.4 优化结果

（1）循环氢脱硫塔的溶剂进料温度的选取，温度不是越低越好，还要综合考虑低温下溶剂的黏度和发泡问题，吸收温度控制在44～60 ℃，在温度为44 ℃时，循环氢出塔H2S摩尔分数为1.544×10-5；

（2）贫胺液含量的增大，利于循环氢脱硫，但含量不宜过大；若其过大会增加生产成本和发泡现象，一般MDEA的质量分数控制在30%左右，循环氢出塔H2S摩尔分数为1.195×10-5；

（3）溶剂流量的增大对于循环氢脱硫效果增强不明显，当流量增大33.5%，循环氢出塔H2S摩尔分数仅仅减小2%。此外，大溶剂流量会增加再生难度，增大生产成本。

3 结语

本文基于Aspen Plus软件对某炼化公司240万t/年的柴油加氢装置中循环氢脱硫技术进行工艺模拟，并对该部分进行优化模拟，发现循环氢脱硫塔的溶剂进料温度控制在44 ℃左右，贫胺液质量分数控制在30%，可以有效提高循环氢的脱硫效率，还可以减少生产成本和减少发泡现象产生等优点；而增加贫胺液含量则对脱硫效率影响不大。在实际生产中可以应用Aspen plus软件模拟，解决实际生产中的难题，及时调整工艺，保障循环氢脱硫高效运行。

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