1.引言
大连石化公司是一个年炼油能力高达2050万吨/年的大型炼油化工企业。在公司生产丙烯的流程中，催化装置生产的液化气进入气体分馏装置进行精馏分离，将高附加值的丙烯产品从液化气中分离出来。大连石化三套催化装置总计能力580万吨/年，气体分馏装置总设计能力120万吨/年，装置处理量大，且丙烯产品与液化气产品价格差异巨大，使气体分馏装置稳定高效的运行对公司的效益影响非常大。而普通的工艺管理关注的是一般运行指标，缺乏对装置运行经济性的要求，使得装置的优化潜力没有得到发挥。因此，利用流程模拟软件建立吸收稳定和气体分馏装置的模型，对气体分馏装置与催化装置吸收稳定系统运行进行联合优化，从定量分析的角度，为生产操作的改善指明方向，获得合理的操作条件，突破装置生产的效益瓶颈具有十分重要的意义。
2.解决方案
大连石化公司OTS（操作员培训系统）项目的工艺模型计算由Unisim软件提供。该流程模拟软件是国际上主流的流程模拟软件之一，具有热力学机理建模的强大功能，可进行复杂流程的建模，对生产过程进行定量分析和研究。
为了使工艺模型与实际操作条件进行相互印证比对，明确模型优化的实际效果，选择350万吨/年催化裂化装置与60万吨/年气体分馏装置作为研究对象。
通过建立60万吨/年气体分馏装置的工艺模型，定量地分析进料中乙烷的成分对气体分馏装置运行经济性的影响，并将模拟结果与实际运行情况进行对比，校正模型参数，使其准确反映生产实际，获得运行参数的定量敏感性分析数据。
建立350万吨/年催化裂化装置吸收稳定系统的工艺模型，通过吸收稳定的操作优化，改善效益敏感性参数的状况，从而获得装置联合优化的经济效益。
3．气体分馏模型研究
根据60万吨/年气体分馏装置的设计资料，结合装置的实际运行状况，建立了气体分馏装置的工艺模型。建立模型的意义在于进行工艺研究，因此在搭建模型的时候并没有拘泥于某固定的流程，采用虚拟换热器来表示换热器，以利于模型的收敛和稳定性。
根据化验室50个气体分馏进料样本的分析结果，取其平均值作为气体分馏装置模拟采用的进料。通过调整模型参数，所建立的模型主要运行指标与实际运行指标相差很小，可作为工艺研究之用。
气体分馏流程中，脱乙烷塔用于脱除液化气中的乙烷以确保丙烯产品的纯度。原料中的乙烷只能从脱乙烷塔塔顶排出，根据模型的计算结果，脱乙烷塔的塔顶外排气体中丙烯浓度高达64%，排放乙烷的过程便会伴随着高浓度丙烯气体的排放，造成丙烯的大量损失。
根据一般工况下的模拟计算，在设计工况下，丙烯损失的80% 都是在脱乙烷塔发生。因此降低脱乙烷塔的丙烯损失，是提高丙烯吸收率的关键手段。但是由于丙烯纯度的要求，原料中的乙烷如果不脱除将严重影响丙烯纯度，不能满足丙烯的质量要求，因此要降低丙烯损失必须降低原料中的乙烷含量。
利用工艺模型，进行进料乙烷浓度对外排丙烯量影响的工况研究得到如图1所示曲线。
由图1可知，乙烷的浓度每增加0.1个百分点，将导致气体分馏中77kg/h的丙烯损失。如果带入大量乙烷，一旦达到脱乙烷塔塔顶外排能力的极限，将会导致塔压增加，严重影响分离的精度，从而影响到丙烯的质量，由此会带来更大的经济损失。因此原料中的乙烷含量的控制是气体分馏装置运行经济性的关键所在。提高催化裂化装置吸收稳定系统操作稳定性，降低液化气中乙烷含量，才能使气体分馏高效运行。
4．催化裂化装置吸收稳定部分模型研究
以350万吨/年催化装置吸收稳定系统设计数据为基础，建立模型，对模型进行调校，保证模型的准确性，然后以典型的生产实际数据为基准，对建立的模型进行修订，使之与实际工况相吻合，所用装置物料平衡数据取自装置标定期间的数据，完成的工艺模型完全收敛。
根据实际经验及理论分析，筛选出若干可能的影响因素，在建立的模型上依次进行敏感工况研究。研究的方法：进行研究对象变量与液化气乙烷纯度及干气丙烯含量的工况研究。对象变量的测试范围均为设计允许范围，以观察不同变量对关键指标的影响方向和影响程度。
如上筛选方法获得主要敏感因素为：稳定塔底重沸器温度，稳定塔顶回流比，解吸塔底重沸器温度。故建立模型优化器（该优化器为Unisim自带优化工具），以液化气中C2含量最小化为目标，稳定塔底重沸器温度、稳定塔顶回流比和解吸塔底重沸器温度作为调节手段，对工艺模型进行寻优，获得的优化操作条件，见右表。
根据模型的优化结果，在实际装置中，确保装置生产平稳、产品质量合格的前提下，缓慢调整到优化操作条件，并跟踪观察，同时考察改变操作条件对吸收稳定系统的产品结构和能耗的影响，持续跟踪各相关产品的化验成绩，进行综合评价后，得出以下结论：
（1）稳定塔底重沸器温度、解吸塔底重沸器温度和稳定塔顶液化气回流比按优化后条件进行调整，未对装置的生产造成影响，产品质量合格。
（2）操作条件优化后，液化气中乙烷含量较优化前有了较大幅度的下降，1～4月份液化气中乙烷的平均含量为0.684%(v)，从5月份模拟优化结果实施开始，至11月份，液化气中乙烷的平均含量为0.061%(v)，下降了0.623%(v)。化验成绩具体见图2。
（3）操作条件优化后，干气中丙烯含量较优化前有了一定的下降，1～4月份干气中丙烯平均含量为0.238%(v)，从5月份模拟优化结果实施开始，至11月份，干气中丙烯的平均含量为0.136%(v)，下降了0.102%(v)，具体见图3。
如上所述，持续半年的化验成绩的跟踪，表明优化的操作在装置上获得很好的执行，操作调整的效果非常明显，得到了理想的结果。
5．效益计算
根据气体分馏装置的模型研究结论，乙烷的浓度每增加0.1个百分点，将导致77kg/h的丙烯损失，吸收稳定部分通过优化操作条件后，液化气中乙烷含量较优化前下降了0.623%，干气中丙烯含量较优化前下降0.102%，共减少丙烯损失超5600吨/年，按照丙烯与液化气市场价差约3566元/吨（税后）计算，一年可获得的效益超2000万元。
如果气体分馏装置带入大量乙烷，达到塔顶外排能力的极限，将会导致塔压的增加，影响分离的精度，从而影响到丙烯的质量，将带来更大的经济损失。这个现象通常出现在夏季冷却负荷不足的情况下。本项目的实施经历了整个夏季，而液化气中的乙烷含量没有如以往般超高，可以控制在非常理想的状态，使气体分馏装置脱乙烷塔塔顶阀门长期处于关闭状态，基本无需外排。
6．结论
利用流程模拟软件建立较高精度的装置工艺模型，对350万吨/年催化装置吸收稳定系统及60万吨/年气体分馏装置进行联合优化。通过模型研究获得关键的效益敏感参数，并利用模型的优化器对众多参数的影响因素进行较高精度的分析和运行条件的优化，根据优化结果指导操作，实现经济效益明显。
责编/杨芳