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基于 HYSYS 软件的连续重整装置模拟分析

周庆舟;刘春柳;秦卫龙

【摘 要】 利用 HYSYS 软件对连续重整反应进行数据标定,得到较为准确的反应模 型,测算值与实际值相差 1％;对不同反应温度生成油各类参数进行测算,C5+液收随 着温度升高下降,反应温度上升 5℃,液收下降约 1％;辛烷值上升 1 个单位,反应温度 需提高 4~5℃,反应温度上升 5℃,总芳收率上升 0.7％ .对重整系统进行全流程模拟, 模拟结果与实际一致,此模型可用于不同工况下的模拟测算.
【期刊名称】 《天津化工》
【年(卷),期】 2019(033)004

【总页数】 4 页(P31-34)

【关键词】 连续重整;HYSYS 模拟;反应系统
【作 者】 周庆舟;刘春柳;秦卫龙

【作者单位】 中国石化青岛炼油化工有限责任公司, 山东青岛 266500;中国石化青 岛炼油化工有限责任公司,山东青岛 266500;中国石化青岛炼油化工有限责任公司, 山东青岛 266500
【正文语种】 中 文
【中图分类】 TQ062

1 连续重整装置现状
某公司连续重整装置处理量 180 万 t/a ，装置生产高辛烷值汽油调和组分( RON

为 102 )及混合二甲苯和苯等芳烃产品，同时副产纯度大于 90%的氢气、脱异戊 烷油、 C6 抽余油、液化气及燃料气等产品。装置由预处理、重整、催化剂再生和 苯抽提四个部分组成。利用 HYSYS 软件对连续重整装置建立模型，并对模型进行 验证分析。
2 工艺流程简介
精制石脑油与氢气混合后经与反应产物换热、进料加热炉加热后进入重整反应器， 反应产物经冷凝冷却后进入反应产物分离罐进行气液分离，罐顶含氢气体经重整循 环氢压缩机升压后，一部分在重整反应系统中循环使用，其余部分进入重整氢增压 机进行二级压缩。经过压缩的重整氢气与来自重整产物分离罐的液相物料混合再接 触，混合物料进入再接触罐中进行气液分离。再接触罐顶氢气进入氢气系统，罐底 液相进入稳定塔进行后续的产品分离。
3 重整反应系统模型标定
HYSYS 软件针对连续重整反应有单独的计算标定模块，对特定装置反应进行标定， 可以得到适用于此装置的计算因子，进而用于重整反应的全流程模拟。利用 HYSYS 软件对装置数据进行标定，建立可靠的重整反应器模型。对现场实际采样 样品进行色谱分析，其重整反应进料组成如表 1 所示。
表 1 重整原料性质表项目 设计值 标定值 1 标定值 2 项目 设计值 标定值 1 标定值 2 ASTM D－86 馏程/℃初馏点 75 78.0 78.0 PONA C4- 0 0 0 10% 84 93.5 93.5 C5 0.49 0.17 0.21 50% 119 120.0 119.5 C6 20.15 17.03 17.65 90% 147 154.5 153.5 C7 23.14 23.26 23.25 终馏点 164 174.5 173.0 C8 26.68 24.70 24.59 族组成分析/%正构烷烃 27.88 31.53 31.14 C9 19.19 22.48 22.66 异构烷 烃 35.21 37.50 37.47 C10＋ 10.37 11.52 10.96 环烷烃 25.86 20.70 21.22 密度 密度(20℃) kg/m3 740 726.2 716.1 芳烃 10.56 9.44 9.49 芳潜( N＋A) /% 36.42 28.9 29.4

HYSYS 软件中重整反应模型物性方法为 PR 方程[1] ，模型收敛误差设定为 1e- 004 ，收敛次数为 150 次，蠕变计算次数为 30 次，步长为 1e-002。
对反应系统标定，需要对目标函数的精确度进行调整，目标函数中 sigma 越小表 示其精确程度越高，模型目标函数 sigma 数值如表 2 所示。
经两次系统性标定，部分操作参数如表 3 所示。
表 2 模型目标函数 sigma 数值项目 sigma 项目 sigma C5＋ 0.1 A9 0.2 Total Aromatics 0.2 P9 0.1 Total 5-Ring Naphthenics 0.1 A10 0.2 Total 6-Ring Naphthenics 0.1 P10 0.1 H2 1.00E-02 Isomer Ratio P1 1.00E-02 C6＋Iso to Normal 1.00E-02 P2 0.1 C6＋Single to Multiple Branch 1.00E-02 P3 5.00E- 02 Net Gas IP4 0.1 Flow[STD_m3/h] 100 NP4 0.1 Recycle Gas 5N5 0.2 H2 Purity, mole fraction 5.00E-03 P5 0.15 Flow[STD_m3/h] 1440 A6 0.1 Reactor Temperature Drops P6 0.15 Reactor 1[C] 0.5 A7 0.15 Reactor 2[C] 0.5 P7 0.1 Reactor 3[C] 0.5 A8 0.2 Reactor 4[C] 0.5 P8 0.1
表 3 重整反应系统操作参数项目 设计值 标定数据 1 标定数据 2 WAIT/℃ 529 515.5 518.3 温降(一反/二反/三反/四反)/℃ 90/72/57/41 88.4/57.3/41.0/28.7 92.7/60.7/43.1/30.0 循环气量/m3/h-1 129349 123716 120247 氢油比/mol· mol-1 2.5 2.11 2.05 催化剂装填量/t 106.98 114.0 114.0 催 化剂装填比例 15/20/25/40 15/20/25/40 15/20/25/40
3.1 HYSYS 反应模型验证
对模拟计算数据与实际工业数据进行比较，结果如表 4 所示： HYSYS 模型计算值 与实际数据偏差较小，其中， C5＋液收模拟值与实际值相差仅 0.0590% ，总芳收 率二者相差 0.6457% ，氢气纯度相差 0.0055% ，重整反应器温度实际值与模拟值 误差在 0.5℃之内，其余项目误差均较小。对于模型中误差较大的 P2、 P5、 P10 组分，其原因主要是装置标定过程中化验分析次数较少，样品分析结果可能存在误

差[2]。
表 4 模型预测值与实际对比项目装置标定值 模型预测值 误差 C5＋ 88.8329 88.8919 0.0590 Total Aromatics 63.2725 63.9182 0.6457 H2 3.3653 3.3041 - 0.0613 P1 0.5540 0.5470 -0.0070 P2 1.4587 1.8637 0.4050 P3 1.5702 1.5378 -0.0324 IP4 1.9150 1.7341 -0.1810 NP4 2.2387 2.0563 -0.1824 5N5 0.2289 0.2467 0.0178 P5 4.8688 3.3968 -1.4720 A6 4.6323 4.7002 0.0678 P6 10.8958 11.2348 0.3390 A7 14.5887 14.7746 0.1859 P7 5.8437 5.9275 0.0837 A8 20.9188 21.0165 0.0976 P8 1.1308 1.1851 0.0543 A9 14.7846 14.7371 -0.0475 P9 0.0970 0.1518 0.0548 A10 8.1792 8.2150 0.0359 P10 0.0887 0.3439 0.2553 H2 Purity 0.8800 0.8745 -0.0055 Reactor 1[C] 104 103.6405 -0.3595 Reactor 2[C] 65.7 65.3449 -0.3551 Reactor 3[C] 44.7
44.3497 -0.3503 Reactor 4[C] 29.9 29.5574 -0.3426
3.2 重整反应温度对生成油的影响
利用标定完成的重整反应模型对不同反应温度下生成油各类参数进行模拟测算，分 析连续重整反应系统各参数随温度变化规律，见表 5 ，图 1~3。
C5＋液收随着温度升高下降，反应温度上升 5℃，液收下降约 1% ，符合一般经验 规律，液收下降程度与催化剂、原料油等性质有关。
表 5 不同反应温度下各类参数变化重整反应温度/℃总芳收率/ %517 88.66 84.66 99.12 63.29 518 88.51 84.45 99.34 63.43 519 88.36 84.24 99.54 63.56 520 88.21 84.04 99.74 63.69 521 88.07 83.85 99.93 63.8 522 87.94 83.66 100.1
63.91 C5＋液收/%C6＋液收/ %生成油辛烷值
图 1 C5＋液收与反应温度关系
图 2 辛烷值与反应温度关系
图 3 总芳收率与反应温度关系

对于重整生成油辛烷值，在温度范围为 510~530℃时，辛烷值上升 1 个单位，重 整反应温度需要提高 4~5℃，对此模型，生成油辛烷值由 99 上升至 100 ，反应 温度由 517℃上升至 521℃，符合一般经验规律。
生成油总芳收率随温度上升而升高，反应温度上升 5℃，总芳收率上升 0.7% ，同 时随温度上升，总芳收率上升逐渐平缓[3]。
4 重整反应系统全流程模拟
将标定的重整反应模型导入 HYSYS 软件中，进行装置 HYSYS 全流程模拟，重整 反应部分至反应产物换热器为 PR 方程，再接触至稳定塔部分利用 EO 模块对其进 行建模[3] ，以便在以后的生产模拟中实现多参数变量的优化调节，物性方法选择 为 Aspen 流体包中的 SRK 方程[4]。重整反应进料族组成见表 6 所示。
装置进料情况与目前的操作参数见表 6 及表 7 所示。
表 6 重整反应进料族组成子数 名称 含量/% C 原 C 原子数 名称 含量/%5 IP5 9.28E-05 8 SBP8 6.13E-02 5 NP5 1.39E-03 8 NP8 6.30E-02 5 5N5 2.40E-03 8 5N8 1.50E-02 6 22DMC4 5.44E-04 8 ETHYLBEN 1.22E-02 6 23DMC4 3.98E- 03 8 O-XYLENE 1.07E-02 6 2MC5 2.80E-02 8 M-XYLENE 2.18E-02 6 3MC5 2.39E-02 8 P-XYLENE 6.39E-03 6 NP6 7.36E-02 8 6N8 4.08E-02 6 5N6 2.34E-02 9 IP9 5.94E-02 6 A6 6.77E-03 9 NP9 4.34E-02 6 6N6 1.57E-02 9 5N9 1.44E-02 7 22DMC5 7.57E-04 9 A9 2.93E-02 7 23DMC5 9.81E-03 9 6N9 6.35E-02 7 24DMC5 2.67E-03 10 IP10 5.52E-02 7 MBP7 6.96E-04 10 NP10 1.88E-02 7 2MC6 2.39E-02 10 A10 4.47E-03 7 3MC6 3.17E-02 10 6N10 1.62E-02 7 3EC5 2.76E-03 11 IP11 1.67E-02 7 NP7 7.99E-02 11 NP11 1.96E-03 7 DMCP 2.74E-02 11 A11 2.99E-04 7 A7 2.02E-02 11 6N11 4.72E- 04 7 6N7 3.66E-02 12 P12 3.96E-04 8 MBP8 2.79E-02 12 N12 2.03E-04
表 7 连续重整操作条件项目数据 项目数据进料量/t · h-1 218 反应产物分离罐压

力/KPa 341 WAIT/℃ 525 增压机一级出口压力,/KPa 1216 循环气量/NM3· H-1 120247 增压机一级出口温度/℃ 109.5 氢油体积比/mol· mol-1 2.38 增压机二级 出口压力/KPa 2238 稳定塔塔底温度/℃ 216.5 增压机二级出口温度/℃ 94.7
将物料组成与反应操作条件数据输入 HYSYS 模型当中，对连续重整反应进行模拟 测算， HYSYS 模拟值与实际值对比如表 8 所示。
表 8 连续重整模拟与实际值对比项目模拟值 实际值 误差生成油辛烷值 100.6 101 -0.4 C5＋液收/% 87.57 86.92 -0.65 C5＋芳含量/% 73.04 73.5 0.46 温降(一反 /二反/三反/四反)/℃稳定塔 C201 底油组成 环构烷烃 0.8 0.80 0 0.13/0.24/1.5/1.06 正构烷烃 5.0 5.17 0.17 异构烷烃 11.5 12.13 0.63 烯烃 1.1 1.24 0.14 99.37/63.34/44.82/28.86 99.5/63.6/43.3/27.8
对目前重整系统进行模拟，生成油、 C5＋液收、总芳收率误差较小误差在 1%之内， 对于稳定塔 C201 底油组成来说，各种组成实际值与模拟值误差较小，芳烃的误差 较大，主要是因为化验分析数据采样存在误差，不能实现在线分析导致。
综上所述，利用 HYSYS 建立的连续重整模型可靠性较高，可用于装置不同条件工 况下的模拟。
5 结论
5.1 对重整反应系统进行标定，模拟值与实际值误差较小，误差在 1%之内，标定 结果具有可信性。
5.2 对不同反应温度下生成油各类参数进行测算， C5＋液收随着温度升高下降，反 应温度上升 5℃，液收下降约 1% ，辛烷值上升 1 个单位，重整反应温度需要提高 4~5℃，生成油总芳收率随温度上升而升高，反应温度上升 5℃，总芳收率上升 0.7% ，同时随温度上升，总芳收率上升逐渐平缓。
5.3 对重整系统进行模拟，生成油、 C5＋液收、总芳收率、稳定塔底油组成误差在 1%之内，利用 HYSYS 建立的连续重整模型可靠性较高，可用于连续重整装置不

同条件工况下的模拟测算。

【相关文献】

[ 1 ]侯卫锋.催化重整流程模拟与优化技术及其应用研究[D].浙江大学,2006.
[ 2 ]侯卫锋，苏宏业，胡永有,等.基于 ASPENPLUS 用户模型技术的催化重整全流程模拟[J].化工 学报,2005,56(9)： 1714-1720.
[ 3 ]严钧,胡国银.连续重整再接触工艺过程模拟[J].石化技术与应用,2007,25(6)： 531-534.
[ 4 ]向明燕 .重整含氢气体和生成油再接触流程对氢气纯度的影响 [J].炼油技术与工程 ,2006,36(2) ： 13-18.