【正文】 焦化富氣的流程模擬和改進摘 要在石油加工過程中產(chǎn)生的碳二組分（C2）、液化氣組分（LPG）等組分，加以回收會對經(jīng)濟效益和社會效益產(chǎn)生很大的影響。各煉油廠近年來逐漸對CLPG等有用組分的回收技術進行改造,通過采用新工藝和新型催化劑，使產(chǎn)氣率大幅度提高，取得了顯著的經(jīng)濟效益。某廠采用吸收穩(wěn)定系統(tǒng)回收焦化富氣，由于擴產(chǎn)原因，該廠存在著嚴重的“干氣不干”問題。主要表現(xiàn)在兩方面：該吸收穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)出的干氣中LPG組分嚴重超標，干氣中LPG濃度平均在10%左右，遠超過設定濃度指標，導致液化氣損失增大。解析塔底富液中C2含量超標，導致穩(wěn)定塔塔頂產(chǎn)生大量不凝氣。穩(wěn)定塔頂不凝氣流量約1700Nm3/h，含有大量的LPG組成，返回壓縮機前入口，增加了整個系統(tǒng)的負荷，進一步導致干氣不干的現(xiàn)象。所以有必要對該系統(tǒng)進行改進以克服以上問題。本文采用HYSYS模擬軟件，對該富氣吸收穩(wěn)定流程進行流程模擬和流程改進，并通過流程調(diào)整，確定優(yōu)化流程。本論文在模擬原流程的基礎上，采用了低溫/冷凝精餾過程改進原流程，使干氣中碳三以上組分（C3+）含量降至5%；針對減少干氣中LPG的損失率、增加C2的吸收率的目標，確定解吸塔的塔底溫度控制在160℃為宜；針對C2作為產(chǎn)品從新增精餾塔產(chǎn)出的要求，為提高C2和LPG在新增塔的收率，優(yōu)化新流程，吸塔塔底溫度控制在155℃為宜，經(jīng)濟性顯著增加。 關鍵詞：焦化富氣；干氣回收；延遲焦化；HYSYS模擬52 / 56目 錄摘 要 I第1章 引 言 1 焦化富氣回收流程改進及模擬的重要意義 1 國內(nèi)外的發(fā)展狀況 2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 3 各公司發(fā)展現(xiàn)狀 3 中國石油加工工藝技術的發(fā)展 5 延遲焦化 5 焦化富氣處理系統(tǒng) 7 焦化富氣 7 吸收穩(wěn)定系統(tǒng) 7 吸收穩(wěn)定過程同傳統(tǒng)吸收過程比較 9 選擇適當?shù)奈諚l件 9 解吸塔的進料方式 10 控制合適的解析溫度 10 分析吸收和解析過程 11 焦化產(chǎn)品的介紹 12 HYSYS的介紹 12 HYSYS模擬計算系統(tǒng)的特點和功能 13 HYSYS模擬計算系統(tǒng)的主要物性計算方法 15 HYSYS模擬計算系統(tǒng)中的不足 16 設計的總體構想 16第2章 流程模擬 18 設計任務 18 原流程圖的介紹 18 原流程的設計參數(shù) 20 新流程的介紹 28 經(jīng)濟評價 31 環(huán)境影響 31第3章 流程的優(yōu)化 32 優(yōu)化干氣組分 32 參數(shù)調(diào)節(jié)對系統(tǒng)的影響 32 結(jié)果分析 43 優(yōu)化CLPG的收率 44 參數(shù)對系統(tǒng)的影響 44 結(jié)果分析 50結(jié) 論 51參 考 文 獻 52致 謝 53第1章 引 言 焦化富氣回收流程改進及模擬的重要意義煉油工業(yè)中，延遲焦化是一個重要的原油二次加工過程。吸收穩(wěn)定過程在催化裂化中的作用是將富氣、粗汽油分離成干氣、液化氣和蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油。各煉油廠近年來逐漸對反應再生系統(tǒng)進行技術改造，通過采用新工藝和新型催化劑，使產(chǎn)氣率大幅度提高，取得了顯著的經(jīng)濟效益。與此同時，各煉廠還試圖進一步提高催化加工量，由于產(chǎn)氣量和處理量的增加，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)往往不能適應這種變化，取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益[1]。近年來，為了面向市場需求進一步提高產(chǎn)品的綜合經(jīng)濟效益，又以生產(chǎn)液化石油氣和柴油為主要產(chǎn)品的生產(chǎn)方案組織生產(chǎn)，要求熄滅火炬，減少干氣中C3 及其較重組分(C3 及其較重組分含量≯3 %(V) )。這就要求吸收穩(wěn)定系統(tǒng)必須進行優(yōu)化操作技術，優(yōu)化控制條件，以增加目的產(chǎn)品，最大限度的節(jié)能增產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益。焦化富氣回收流程，加工催化裂化分餾塔塔頂油氣分離器的粗汽油和富氣，將干氣(C2和C2以下) 分離，得到蒸汽壓滿足要求的汽油和殘留物指標合格的液化氣。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和平穩(wěn)操作，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)需達到以下指標：①干氣盡可能干，C3含量不大于3%(體積分數(shù)) 。 ②液化氣中C2 含量不大于2 %(體積分數(shù)) 。以往，我們比較注重系統(tǒng)操作對總液收(汽油+ 柴油+ 液化氣收率) 的影響，忽視了吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的操作對于總液收的影響。事實上，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)不僅決定汽油、液化氣的產(chǎn)品質(zhì)量， 及其以上組分， 所謂干氣“不干”， 其對裝置液收的影響沒有引起足夠的重視。某廠從目前現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)顯示，由于實際操作中的富氣和粗汽油的處理量遠大于設計能力，導致吸收塔，解析塔的分離效率遠低于設計值，雖將塔板形式進行了改進，仍達不到理想的效果。目前系統(tǒng)效果差主要表現(xiàn)在兩方面：干氣不干，該吸收穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)出的干氣中液化氣（LPG）組分嚴重超標，干氣中LPG濃度平均在10%左右，遠超過設定濃度指標。解析塔底富液中C2含量超標，導致穩(wěn)定塔塔頂產(chǎn)生大量不凝氣。穩(wěn)定塔頂不凝氣流量約1700Nm3/h，含有大量的LPG組成，返回壓縮機前入口。所以，需對該廠的裝置進行改造。 國內(nèi)外的發(fā)展狀況石油加工工藝的研究可以追溯到19世紀90年代，當時煉油界先驅(qū)者McAfee在實驗室發(fā)現(xiàn)采用三氯化鋁作催化劑可以促進裂化反應，從而提高汽油產(chǎn)率。Gulf石油公司據(jù)此于1915年建立了第一套工業(yè)化裝置。采用固體酸性催化劑的Huodry催化裂化工藝的開發(fā)是煉油技術中的一個空前成就。美國的Vacuum石油公司利用這一技術于1931年建成3500t/a的中型裝置，取得了工業(yè)化數(shù)據(jù)。1936年4月6日，第一套100kt/a的固定床催化裂化工業(yè)裝置開始運轉(zhuǎn)。固定床催化裂化存在無法克服的缺點:設備結(jié)構復雜，操作繁瑣，控制困難。為克服固定床工藝的缺點，實現(xiàn)催化劑在反應和再生操作之間的循環(huán)，移動床催化裂化工藝應運而生[2]。1948年HPC公司開發(fā)了Huodriflow移動床催化裂化過程，并于1950年投產(chǎn)了第一套350kt/a工業(yè)化裝置。其主要特點是反應器放在再生器頂部。然而移動床忽視了催化劑顆粒過大帶來的傳質(zhì)阻力，因此被流化催化裂化逐漸取代。流化催化裂化的開發(fā)最初是從螺旋輸送粉劑這一開發(fā)項目開始的，粉劑的應用是發(fā)明流化催化裂化和各種流化床的關鍵。早在本世紀二十年代，“利用磨粉催化劑沉降分離的特性，采用一種密相流化床”。第一套工業(yè)流化催化裂化裝置于1942年建成投產(chǎn)，到1952年W型流化催化裂化裝置投產(chǎn)。50年代前后不少大的石油公司推出了自己的兩器配置形式，使采用密相流化床反應器的催化裂化技術趨向成熟。50年代中期，UOP公司就推廣直提升管高低并列式裝置設計，這種裝置已接近于現(xiàn)代的提升管裝置，它可采用密相操作，也可以在催化劑床層低到汽提段內(nèi)的情況下操作。隨著沸石催化劑的推出，這種型式演變成全提升管催化裂化工藝[3]。 國內(nèi)外發(fā)展狀況 各公司發(fā)展現(xiàn)狀1）Kellogg公司重油催化裂化(HOC)是Kellogg公司推出的技術，這種裝置和垂直外提升管經(jīng)橫管與分離器相通，出口有粗旋風分離器。再生器裝有內(nèi)取熱盤管和外取熱器。2）UOP公司UOP公司設計的高效再生流化催化裂化裝置特點是:提升管出口裝有催化劑和油氣的快速分離設施，減少其接觸時間，降低反應器內(nèi)旋風分離器的催化劑負荷。形狀獨特的快速床再生器(燒焦罐)能使空氣和催化劑接觸良好，大幅度地提高了燒焦強度。這種裝置減少了催化劑藏量，為維持催化劑活性所需加入的新鮮催化劑量可以減少。RCC技術也是以UOP公司為主開發(fā)的一種工藝。其技術特點是:再生器為兩段逆流再生，第一段采用逆流燒焦不完全再生，焦炭中的全部氫和80%一90%的碳被燒掉。第二段采用高氧完全再生，使再生催化劑含炭量降低。催化劑上的重金屬是通過高溫烴類氣流和水蒸汽作用而達到鈍化的；采用新的霧化噴嘴，較低的反應壓力，注入稀釋劑，盡量縮短反應時間，以減少生焦，提高液體產(chǎn)品收率。提升管出口設有效果較好的彈射式快分，減少二次反應；再生器設置有下流式外取熱器。90年代初UOP公司又推出了CCC工藝(可控制的催化裂化)。可控制的催化裂化集工藝設計、催化劑配方和工藝操作條件之大成，以生產(chǎn)質(zhì)量最好的產(chǎn)品。3）Shell石油公司投產(chǎn)的第一套重油催化裂化裝置特點為:采用高效進料催化劑混合系統(tǒng)以及短接觸時間的提升管反應器，使之降低焦炭和氣體生成量，同時使用了鈍化劑。采用分段汽提，包括從分離出來的催化劑中迅速汽提出烴類和第二段汽提器中高效地解吸出剩余的烴類。采用高效再生器限制焦炭的放熱量，允許熱量以C0的形式傳遞給C0鍋爐。采用性能可靠的取熱器，調(diào)節(jié)裝置的熱平衡。4）Stoneamp。Wbester公司建成投產(chǎn)的重油催化裂化裝置，增設了第二再生器，摻煉渣油的比例提高到30%一40%。1982年又將同軸式催化裂化裝置改成重油催化裂化工藝，新設疊置式兩段再生器及反應器，采用了先進的進料噴嘴及其它技術成果特點有：(1)認為原料中的殘?zhí)颗c生焦率無關，當處理殘?zhí)吭蠒r，生焦率為6%一7%，裝置不設取熱設施。(2)采用兩個再生器進行再生。催化劑從第一再生器到第二再生器，兩個再生器的煙氣自成系統(tǒng)。第二再生器的旋風分離器設在器外，再生器內(nèi)無其它構件，可承受高溫。(3)使用金屬鈍化劑，效果較好。(4)要求原料中氫含量在12%較好，最低為8%。(5)使用了高效霧化噴嘴。(6)推薦采用超穩(wěn)沸石(USY)催化劑。5）其他公司Lumus公司開發(fā)的催化裂化裝置1998年已有13套建成投產(chǎn)。在設計中采用了先進的反應系統(tǒng)和高效催化劑汽提器，以及專有的進料噴嘴。再生系統(tǒng)為快速床單段再生。一種采用被稱為下一代催化裂化(NExcc)技術的催化裂化裝置在芬蘭的Nesteoy公司實現(xiàn)工業(yè)化，它采用兩個組合的循環(huán)流化床反應器，其中一個作為裂化反應器，另一個作為催化劑再生器，兩個流化床反應器同用一個承壓外殼，并且裂化反應器放在再生反應器之內(nèi)。另外，用多入口旋分器取代了常規(guī)旋分器[4]。NEXCC裝置的反應溫度為600~650℃，汽油和輕烴產(chǎn)率可達85%～90%，設備尺寸只有同等規(guī)模的催化裂化裝置的三分之一左右，建設費用估計低40%～50%。 中國石油加工工藝技術的發(fā)展1965年5月5日，我國第一套流化催化裂化裝置在撫順石油二廠建成投產(chǎn)，兩器型式采用同高并列式。1977年12月，在洛陽石油化工工程公司(LPEC)實驗廠建成投產(chǎn)了我國第一套50kt/a同軸式器內(nèi)兩段再生的催化裂化裝置。1978年武漢石油化工廠()、烏魯木齊石油化工總廠()和鎮(zhèn)海石油化工總廠( Mt/a)相繼建成高低并列式提升管催化裂化裝置。北京設計院和荊門石油化工總廠合作把該廠原有的催化裂化裝置改造成提升管快速床再生催化裂化裝置，采用了具有外循環(huán)管的燒焦罐，取得了很好的效果。為了進一步增加再生系統(tǒng)的處理能力，洛陽石油化工工程公司為高橋石油化工公司煉油廠和錦州煉油廠的裝置改造設計中采用了后置燒焦罐式的兩段再生，提高了裝置處理能力。我國原油大多偏重，因此，重油催化裂化早就引起我國煉油界的重視。大慶常壓渣油催化裂化技術的攻關成功，推動了我國渣油催化裂化技術的發(fā)展，并且已擴展應用于其它原油的常壓渣油和高殘?zhí)吭?。我國渣油催化裂化技術，經(jīng)過多年的研究和生產(chǎn)實踐，已經(jīng)掌握了原料霧化、內(nèi)外取熱、提升管出口快速分離、重金屬鈍化、催化劑預提升等整套渣油催化裂化的基本技術，同時系統(tǒng)地積累了許多成功的操作經(jīng)驗[5]。 延遲焦化延遲焦化與熱裂化相似，只是在短時間內(nèi)加熱到焦化反應所需溫度，控制原料在爐管中基本上不發(fā)生裂化反應，而延緩到專設的焦炭塔中進行裂化反應，“延遲焦化”也正是因此得名。延遲焦化裝置主要由8個部分組成：（1）焦化部分，主要設備是加熱爐和焦炭塔。有一爐兩塔、兩爐四塔，也有與其它裝置直接聯(lián)合的。（2）分餾部分，主要設備是分餾塔。（3）焦化氣體回收和脫硫，主要設備是吸收解吸塔，穩(wěn)定塔，再吸收塔等。（4）水力除焦部分。（5）焦炭的脫水和儲運。（6）吹氣放空系統(tǒng)。（7）蒸汽發(fā)生部分。（8）焦炭焙燒部分。國內(nèi)選定爐出口溫度為495～500℃，～ Mpa。延遲焦化原料可以是重油、渣油、甚至是瀝青。延遲焦化產(chǎn)物分為氣體、汽油、柴油、蠟油和焦炭。對于國產(chǎn)渣油，～10%，～%，～%，～%，～%，外甩油為1～%。焦化汽油和焦化柴油是延遲焦化的主要產(chǎn)品，但其質(zhì)量較差。焦化汽油的辛烷值很低，一般為51～64（MON），柴油的十六烷值較高，一般為50～58。但兩種油品的烯烴含量高，硫、氮、氧等雜質(zhì)含量高，安定性差，只能作半成品或中間產(chǎn)品，城經(jīng)過精制處理后，才能作為汽油和柴油的調(diào)和組分。焦化蠟油由于含硫、氮化合物、膠質(zhì)、殘?zhí)康群扛?，是二次加工的劣質(zhì)蠟油，目前通常摻煉到催化或加氫裂化作為原料。石油焦是延遲焦化過程的重要產(chǎn)品之一，根據(jù)質(zhì)量不同可用做電極、冶金及燃料等。焦化氣體經(jīng)脫硫處理后可作為制氫原料或送燃料管網(wǎng)做燃料使用[6]。正是由于延遲焦化的上述優(yōu)點，使得延遲焦化在我國得到了迅速的發(fā)展，這主要是因為：（1）延遲焦化是解決柴汽比供需矛盾的有效手段。這是由于我國原油普遍偏重，且含蠟量高，柴油的收率低，國內(nèi)原油的柴油餾分收率比國外原油平均低5～7百分點。因此目前我國每年大約進口80104t柴油，同時不得不出口30104t汽油，以求國內(nèi)供需平衡。其次是由于我國煉油企業(yè)二次加工均以催化裂化為主，柴汽比低（，），因此發(fā)展延遲焦化是解決柴汽比供需矛盾，增產(chǎn)柴油的有效辦法。（2）延遲焦化與加氫裂化相比，延遲焦化盡管存在輕質(zhì)油產(chǎn)品安定性差、操作費用低（加工費約為加氫裂化操作費用的1/2～1/3），使其具有較強的競爭力。由于延遲焦化具有投資少，操作費用低，轉(zhuǎn)化深度高等優(yōu)點，延遲焦化已發(fā)展成為渣油輕質(zhì)化最主要的加工方法之一。因此，在目前我國資金緊張，輕油產(chǎn)品尤其是柴汽比供需矛盾突出的情況下，延遲焦化是解決這一矛盾的較理想的手段之一[7]。由于延遲焦化工藝原料適應范圍廣、輕油收率高、投資和操作費用低，已成為當今石油加工的主要手段。根據(jù)2003 年美國SFA 太平洋公司統(tǒng)計，世界渣油加工能力約占原油一次加工能力的20%，其中焦化加工能力占渣油加工能力的31%， 熱裂化和減黏裂化占26%，渣油加氫占17%， 渣油催化裂化占24%， 剩余為溶劑脫瀝青?？梢娧舆t焦化是世界上最主要的加工工藝之一。隨著原油供應的劣質(zhì)化、重質(zhì)化，我國延遲焦化加