催化裂化装置分馏塔的流程模拟及优化开题报告

一、选题背景与意义

催化裂化装置是炼油厂最重要的二次加工装置之一，是炼油厂中使重油转化为轻质油的核心装置，对于炼油厂节能降耗、挖潜增效至关重要。流程模拟作为切合实际、适用范围广、受约束因素少的技术手段，能够从技术上直接挖潜增效，日益成为开展催化裂化装置设计、分析、优化的必要手段。

主分馏塔是催化裂化装置中将反应油气分离为液化气、汽油、柴油等产品的重要单元，与一般分馏塔相比，催化裂化主分馏塔具有以下特点：(1)进料为带有催化剂粉尘的过热催化裂化反应油气，设有脱过热段，不设提馏段；全塔余热量大，一般设有四个循环回流以保证全塔热平衡，即油浆循环、二中循环回流(或回炼油循环)、一中循环回流和顶循环回流；产品质量易于控制；系统压降要求小。

由于涉及不同温位能量的综合利用，主分馏塔操作及其能量利用状况直接影响到整个催化裂化装置的操作和能耗水平。因此，对主分馏塔的准确模拟和合理优化是降低催化裂化装置能耗、改进操作的有效措施之一。

二、课题关键问题及难点

关键：

1.学习掌握催化裂化分馏塔装置工艺流程及参数；

2.选择合适的方法并建立AspenPlus模型；

3.根据工艺流程图设计数据验证物性方法和AspenPlus模型；

4.根据生产实际参数调整AspenPlus模型；

5.分析分馏产品质量、产量和能耗的主要影响因素；

6.进行模拟试运行，确定模型；

7.分析和总结模型，构思优化方案。

难点：

1.对AspenPlus软件相关知识的熟练掌握；

2.分馏塔工艺条件复杂，其中反应油气数据难以准确分析；

3.选择合适的物性方法并建立模型

4.对所建立模型进行准确性调整

5.分析温度、压力、回流比、塔顶塔底采出量等操作因素的改变对装置分馏效果影响

6.提出具有可行性的优化方案

三、文献综述（或调研报告）

1.分馏系统工艺流程简介及其特点

催化裂化分馏系统主要是由主分馏塔、塔顶油气冷凝冷却系统、柴油汽提塔、回炼油罐及中段循环回流组成。其中主分馏塔分上下两段,上段的精馏段是精馏塔主体,下段为脱过热段。脱过热段常用人字型挡板或工字型挡板而不用塔扳。典型的分馏系统工艺流程如图1.3,从反应器顶部出来的450-510℃的高温反应油气混合物,夹带少量催化剂粉末,进入主分馏塔下段的脱过热段,在人字挡扳上与250℃左右的油浆逆流接触换热,脱过热并洗去夹带的催化剂粉末,随后进入分馏塔主体。在主分馏塔内,冷凝到饱和状态的油气混合物被分离成几个中间产品。塔顶产物为粗汽油富气和水蒸气的混合物,侧线抽出柴油和回炼油产品,塔底为油浆。从分馏塔顶出来的粗汽油、富气及水蒸气混合物,经过空冷和水冷冷凝后进入分馏塔顶油气分离器进行油气分离,未冷凝的富气经加压后进入吸收稳定系统进一步分离,冷凝的粗汽油用泵送往吸收塔作为吸收剂,有时也可作塔顶冷回流。柴油从主分馏塔侧线采出后进入汽提塔的上段,再经水蒸气汽提后用泵抽出,其中一部分送至再吸收塔作为吸收油,另一部分则作为产品送出装置。回炼油从侧线采出后进入回炼油罐进行闪蒸,经加热炉加热后与原料一起进入提升管反应器;在有的工艺流程中,回炼油塔底油浆抽出后分为三个部分,第一部分作为油浆回炼,进入反应-再生系统的提升管反应器;第二部分经换热后作为循环油浆返回至分馏塔;第三部分经换热后作为外甩油浆。

催化裂化分馏系统的流程特点有:

(1)催化裂化主分馏塔的进料为过热油气混合物,温度一般在450℃以上,且带有催化剂粉末,故分馏塔底设脱过热段,就是用作脱除油气过热,且洗漆油气夹带的催化剂粉生,以防止催化剂粉末污染侧线产品和堵塞塔盘。

(2)全塔余热量大。所以分馏系统除了设有油浆循环脱过热段,还设有顶循环回流和中段循环回流以取走主分馏塔内的过剩热量。

(3)塔顶不用冷回流而是采用顶循环回流。因为进入主分馏塔的反应油气含有大量的惰性气体及不凝气,影响塔顶冷凝器效果;采用顶循环回流,可以降低从主分馏塔压降,提高气压机进口压力,降低气压机的功率消耗。

(4)用中段循环回流量来控制轻柴油抽出板下方的气相温度,最大的限度的回收高温位热量。

(5)塔底温度由塔底循环油浆抽出量和返塔温度来控制,油浆循环取热量是随着进塔反应油气温度和油架回炼量的变化而变化的。

(6)轻柴油作为吸收稳定系统再吸收塔的吸收剂,而富吸收油返回至主分馏塔,回收吸收塔顶贫气带出的C3、C4及少量汽油组分。

2.主分溜塔存在的问题及解决办法

分馏系统一直存在着一些典型的问题,包括分馏塔底及油浆循环系统结焦和塔顶结盐。分馏塔防焦措施一般有:(1)调节塔底油浆循环量和返塔温度,控制分馏塔塔底温度在360℃-380℃之间。(2)控制塔底油浆停留时间。一般要控制油浆停留时间在5min内以保持油浆处于合适的循环量,最小油浆循环量根据进塔反应油气和操作方案给出。(3)控制油浆1.0左右的相对密度。(4)保持油浆循环系统较高的流速,通常情况下要大于1.4m/s。(5)回炼油、油浆脱除富芳组分。(6)重油催化裂化要保持一定的油浆外甩量等。防止塔顶结盐的措施:(1)根据不同的塔顶压力,调整塔顶温度,确保塔顶温度高于水在塔顶分压下的露点温度,防止塔顶形成液态的水从而造成冲塔和结盐。(2)及时清除沉积在塔盘上的铵盐(主要是NH4CL和(NH4)2S04),防止铵盐和FeS等与塔盘表面紧密结合,堵塞阀孔。

3.AspenPlus流程模拟软件简介及其应用

AspenPlus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大型通用模拟软件。它起源于20世纪70年代后期,由美国AspenTech公司于1982年推向市场,将其商品化。AspenPlus用严格的和最新的计算方法,进行单元和全过程的计算,为企业提供准确的单元操作模型,还可以已有装置的进行优化分析。AspenPlus拥有完整的单元操作模型库。可以模拟各种操作过程,从单塔至整个工艺装置的模拟。AspenPlus中关于精僧的模块有:a.简法模型,包括DSTWU(简捷设计模块)、Distl(简捷校核模块)、SCFrac(简洁法多塔蒸馏模块);b.严格模型,包括RadFrac(精馏的核算与设计)、PetroFrac(石油蒸馏模块)、MultiFrac(多塔蒸馏模块)、RateFrac(非平衡级速率模块)。其中RadFrac模块可以模拟精馏、吸收、萃取等操作。PetroFraco模块可以模拟预闪蒸塔、常减压塔、FCCU主分馏塔、延迟焦化主分馏塔等操作。对于一个模拟过程来讲,选择准确无误的物性是模拟结果正确与否的关键。AspenPlus具有工业上最适用且完备的物性系统,包括含多种有机物、无机物、固体、水溶电解质的基本物性参数。AspenPlus还提供了几十种用于计算传递性质和热力学性质的模型方法,其含有的物性常数估算系统PCES能够通过输入分子结构和易测性质来估算缺少的物性参数。并且AspenPlus拥有两个通用数据AspenCD(AspenTech公司自己开发的数据库)和DIPPR(美国化工协会物性数据设计院设计的数据库),还有多个专用的数据库。这些数据库结合拥有的一些专用状态方程和专用单元操作模块使得AspenPlus软件可使用于固体加工电解质等特殊领域,极大地拓宽了AspenPlus的应用范围。

赵华等人利用AspenPlus流程模拟软件,对中石化洛阳分公司RFCCU主分馏塔进行模拟计算,找出主分馏塔存在塔顶粗汽油产品干点高、顶循环抽出温度低、低温热利用率低等问题的原因,并提出优化和改造方案。实施改造后,主分馏塔的操作弹性增加,装置处理能力由1.4Mt/a增大到1.6Mt/a,产品质量得到了改善且容易控制。侯和乾等人针对济南石化1号FCCU主分馏塔顶循环油一热媒水取热能力不足的问题,利用AspenPlus流程模拟软件对主分馏塔热负荷进行核算和优化。通过顶循环-气体分馏装置热联合,使得气分装置丙踪塔底再沸器l.OMPa蒸汽消耗下降4.5t/h,且顶循环冷却水消耗量降低80t/h,全年创效338万元,达到了节能、降耗、增效的目的。

4.总结

本课题运用AspenPlus软件对催化裂化装置分馏塔进行流程模拟,并结合实际生产数据对模型进行调整和优化，对降低催化裂化装置能耗、改进操作有重要意义。

参考文献：

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四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）论证

熟悉催化裂化分馏塔工艺流程及其主要参数并绘制催化裂化分馏塔工艺流程图。运用Aspenplus软件对催化裂化分馏工艺进行建模，收集实际生产数据，对模型压力、温度、回流比、塔顶塔底采出量，进行准确性调整，使其符合实际工艺参数。最后根据所建立的模型进行过程优化，得出可行有效的优化方案。

五、工作计划

1月5日至1月9日：查找外文文献，完成任务书。

1月12日至1月16日：翻译外文文献，完成开题报告。

1月19日至1月23日：汇报开题报告。

3月2日至3月6日：复习和巩固AspenPlus软件的使用方法。

3月9日至3月13日：查找催化裂化装置分馏系统的工艺资料，熟悉催化裂化装置分馏系统的工艺流程、主要控制参数和产品质量要求，绘制带控制点的工艺流程图。

3月16日至3月20日：收集相关生产数据，用AspenPlus软件建立催化裂化装置分馏系统的基础模型。

3月23日至3月27日：对模型进行调试和修改，确定最终版的基础模型。

3月30日至4月3日：中期汇报。

4月6日至4月10日：利用AspenPlus分析工具进行模型分析，找出产品质量、产量、能耗的主要影响因素。

4月13日至4月17日：利用AspenPlus优化工具进行模型优化，提出一至两项生产优化建议。

4月20日至4月24日：完善分析和优化内容，完成模型的最终版。

4月27日至5月1日：撰写毕业论文初稿。

5月4日至5月8日：修改毕业论文。

5月11日至5月15日：完成毕业论文终稿，准备答辩。

5月18日至5月22日：毕设答辩。