张铁晶
中国石油大庆石化分公司化工一厂 黑龙江 大庆 163314
摘要：本文针对大庆石化公司化工一厂芳烃抽提三套运行中存在汽提塔液泛、能耗偏高等问题，运用VMGSim流程模拟软件建立模型，分析实际运行与设计存在偏差，提出运行优化措施。
关键词：芳烃抽提 能耗 VMG流程模拟 溶剂 返洗
1 引言
VMG 采用美国 NIST 的热力学研究中心的最新研究成果，经过多位世界级芳烃工艺技术专家的精心研究, 突破性的解决了萃取体系物性表征的难题, 开发完成了芳烃抽提装置专用的热力学方法，以及二元交互作用参数建立芳烃抽提装置完美的智能工厂模型。
2 芳烃装置运行中存在问题
装置自投产以来，主要存在以下问题：
2.1 汽提塔液泛
开工过程中，运行负荷接近85%时，汽提塔会发生气液负荷增加，塔压降急剧上升，极易发生液泛，造成装置严重波动。液泛严重时，装置被迫停工调整，成为装置开工、长周期运行的瓶颈。
2.2 第二、三溶剂无法达到设计NNF
自回收塔底贫溶剂分出三股，经过换热和流量控制与汽提塔进料一同进入汽提塔中，为第二溶剂；经过换热和流量控制与抽提进料进入抽提塔中，为第三溶剂。二者设计指标为NNF，实际运行优化调整后，第二溶剂大约在25t/h,第三溶剂大约在12t/h,与设计偏差较大。
2.3 实际运行能耗偏高
S19蒸汽单耗在总体占比较高，设计占比约为85%，实际运行占比达到88%以上，其次占比较大是装置用电和循环水，循环水设计在总体能耗中占比约为2.55%，实际运行中达到3%以上。S19、循环水均比设计用能高。
3 芳烃装置工艺流程简介
以环丁砜作为溶剂液-液萃取，产品为苯，副产抽余油和芳烃调和组分，工艺流程主要分为切割单元、抽提单元、干苯精制单元，其中抽提单元操作是装置核心部分，分为油循环、水循环和溶剂循环三大主线。
加氢汽油进入切割塔中进行蒸馏，塔底碳七及以上组分作为芳烃调和组分送往罐区，塔顶碳六及以上轻组分进入抽提塔，抽提塔分为抽提段和返洗段，塔顶非芳组分进入抽余油水洗塔，水洗后送往原料罐区；塔底富溶剂进入汽提塔，经过蒸馏除去全部非芳烃，并为抽提塔提供返洗液，汽提塔底富溶剂进入回收塔，回收塔塔顶粗苯进入干苯精制单元精制后，合格苯产品送往罐区，回收塔底贫溶剂循环进入抽提塔和汽提塔。回收塔和干苯塔回流罐脱水包中的水为水系统提供水洗水循环使用。
4 应用VMGSim软件建立装置模型
采用VMGSim推荐的专用物性包Extraction，以设计时的流程数据为准，主要对各塔等设备进行模拟，建立装置流程模拟图。具体建立过程以抽提塔（上部）搭建为例：
.png)
由图2可以看出，选用软件中Liq Liq Extractor模型，输入进料物流的温度、压力、组成、流量参数等指标，能够得到采出物流流量、压力、流量、气相分率组成等关键参数值。
.png)
由图3可以看出，通过模拟得到抽提塔上部各塔盘温度分布图，因此可以通过改变输入物流的参数指标，得到不同的输出结果图，实现研究溶剂进料温度或流量改变，对萃取效果的影响。对所有设备和物流的模拟搭建连接，得到装置流程简图。
5 针对流程模拟结果的详细分析
将模型计算结果与收集到的数据进行对比分析，评估模型精度。在模型精度要求不低于95%，偏差不大于5%情况下，只有汽提塔的塔顶和塔底温度相对误差分别为10.1%、6.6%，其余各塔的主要操作条件均在考核精度范围，确认模拟结果可信，据此展开详细分析并得出如下结论：
5.1 VMGSim流程模拟结果纠正设计与运行偏差
.png)
根据表1可以看出，计算值与设计值之间最大的差距在于第一富溶剂中的非芳含量。当原料经过环丁砜萃取后，设计值中富溶剂只带正戊烷，而不含其它非芳。而在模型计算结果中，富溶剂不只带有正戊烷，还带有一定量的正己烷、环戊烷和环己烷。根据萃取原理，环烷烃要比直链烷烃更难与芳烃分离，因此不可能存在富溶剂中只带有烷烃而没有环烷烃这一情况。因此导致模型计算结果与设计值存在误差。
5.2 VMGSim流程模拟结果解释了实际运行参数与设计的偏差原因
返洗液是由富溶剂经过汽提塔汽提后循环至抽提塔中，其组成主要是富溶剂中的非芳和一定量的芳烃。由于富溶剂组成的设计值存在错误，因此也进一步的导致了汽提塔温度分布和返洗液组成的设计值存在错误，使模型计算值与装置设计值之间存在较大偏差。例如汽提塔塔底温度的设计值为167.1℃，模型计算值为156℃。在装置实际操作过程中，塔底温度值更接近153℃，这也反映出模型的计算结果与实际情况是相符的。
6 依据VMGSim流程模拟提出的技术改造方向
芳烃装置由于汽提塔进料组分和返洗液组分设计偏差，使得汽提塔内气相上升量急剧增加，液体被夹带到上一层塔盘，因此易发生液泛。为减少上升气相量，在进料组分固定情况下，必须增加第二溶剂和投用第三溶剂，以降低汽提塔烃负荷。但是第二、三溶剂的投用也导致循环溶剂增大，汽提塔和回收塔底S19蒸汽用量增加，因此能耗增大。建议从以下方面进行参数优化和技术改造：
6.1适当降低抽提塔溶剂进料温度和溶剂中水含量
溶剂的性能与温度和含水量等因素有关。溶剂含水多，选择性大，溶解性低。因此，适当降低液液萃取塔的溶剂进料温度和含水量，增加溶剂的选择性，降低溶解度，这样对于减少汽提塔的负荷是有利的，但是溶剂的温度不要低于 65℃，目标温度控制在72℃。减少环丁砜溶剂中水的含量至小于1wt%,目标值控制在 0.6~0.8wt%。
6.2提高返洗液品质，控制返洗比
返洗比过大，芳烃产品的纯度高，但是加重了抽提塔返洗段负荷，降低了富溶剂在塔底停留时间，甚至影响抽提界面；返洗比过小，富溶剂中的重质非芳烃置换不彻底，进入汽提塔中，需要增加塔底的加热量，才能将其除去。
装置长时间运行后，循环返洗物流中碳五非芳及烯烃类物质累计，返洗液质量下降，目前可采取适量打开上返洗，控制在2吨/时左右。但是上返洗打开后，将会降低抽提处理原料能力，因此可增加快速移除返洗液组分管线，增加返洗品质。确定返洗比目标值在0.4左右，能保证苯产品品质。
6.3优化回流比，减少蒸汽消耗
根据进料组成的变化，进行动态调整回流量，减少塔底蒸汽用量。回收塔回流比控制在0.3，切割塔回流比控制在1.2。
6.4对汽提塔进行扩孔改造
通过流程模拟发现设计和运行中主要问题集中在汽提塔部分，因此可考虑对汽提塔进行改造。针对实际气相量增大的情况，核算汽提塔塔盘能动因子12.59大于10。为保证传质效率，应增大汽提塔升气孔面积，设计升气孔总面积与塔截面积之比为8.86%，核算增大开孔率13%，符合设计标准8~15%的标准。
7 结论
针对芳烃抽提装置运行中出现的问题，通过VMGsim软件的模拟计算，找到了基础设计中存在问题的主要原因是汽提塔进料组分的设计偏差。根据工艺流程修正后的物流参数，提出了装置工艺参数优化调整指标，制订了明确的技术改造方案。实际应用效果上降低装置能耗9.81千克标油/吨，同时保证了芳烃装置大负荷连续运行的稳定性。
流程模拟软件确实能在工艺技术分析上发挥重要的作用，从工艺原理上找出生产问题的根源，并能提供有价值的优化方向和技术改造措施，是技术人员提高分析解决生产问题的有力工具。
参考文献：
[1]陈博.芳烃联合装置关键单元过程优化研究[D]. 浙江大学 2006.
[2]马艳春.芳烃装置抽提塔界位波动原因分析及处理措施[J]. 化工管理，2014,9：135.