CN110069889A - 一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法 - Google Patents
一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，适用于具有柴油加氢装置、脱硫系统、瓦斯系统的典型炼厂，其工艺流程为：加氢反应后的产物油进入汽提塔，塔底通入蒸汽，汽提出H2S和非柴组分，塔顶油气经冷却进入回流罐，油气分离，含硫干气经脱硫系统后进入瓦斯系统。本发明通过对柴油加氢装置汽提塔及后路系统进行梳理统计，然后建模，测算回流罐‑脱硫系统‑瓦斯系统及管线等后路的压力需求，即测算管路、脱硫系统压力损失，并根据瓦斯系统压力，反推确定汽提塔操作压力，最终确定汽提蒸汽适配压力、流量，满足汽提塔产品质量要求，减少蒸汽品质过剩的目的，实现系统稳定、节能增效。
Description
技术领域
本发明涉及绿化种植设备技术领域，具体为一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法。
背景技术
随着国家环保要求趋于严格，机动车污染排放的防治工作受到越来越严格的控制，车用柴油产品质量向国Ⅵ标准升级，柴油加氢精制或加氢改质成为典型炼厂的基础工艺。但产品质量的提高，伴随而来的是能耗的增加，企业效益被进一步压缩，如何降低能耗成为炼化企业不得不面对的命题。
柴油加氢精制或加氢改质如采取蒸汽汽提分馏工艺，则汽提塔是分馏工序的重要组成部分，担负着分离H2S和非柴组分的作用。汽提塔通入的过热蒸汽，可降低H2S和非柴组分的气相分压，将H2S和非柴组分从柴油中析出并分离，满足质量要求。但汽提塔操作压力在设计时，往往出于稳定考虑，后路测算安全系数取值大，设计过高，与实际存在一定的偏离，需求的蒸汽压力等级、量往往过大，这样就造成了一定的压力能过剩。炼厂低压蒸汽管网压力一般设置为 0.75-1.1MPa，如设计的蒸汽压力等级高于炼厂的低压蒸汽管网压力，则需要高等级的蒸汽减温减压至相应压力使用，这样的情况下，能量浪费更为严重。同时，炼厂高温高压操作条件，造成炼厂的低温热源较多，而低温热阱较少，汽提塔蒸汽压力等级设计过高，更会加大能耗。
柴油加氢装置汽提塔的操作压力主要是由其后路系统压损及压力需求所决定的，因此对其进行测算，确定汽提塔操作压力，最终确定汽提蒸汽适配压力、流量，减少蒸汽品质过剩，对于实现系统稳定、节能增效，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就是通过对柴油加氢装置汽提塔及后路系统进行梳理统计，并且建立测算模型，得到回流罐-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路的压力需求，从而确定汽提塔操作压力，最终确定汽提蒸汽适配压力、流量，满足汽提塔产品质量要求，达到充分利用炼厂低压蒸汽、减少蒸汽品质过剩的目的，实现系统稳定、节能增效。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)柴油加氢装置汽提塔及后路系统梳理统计：梳理柴油加氢装置汽提塔及后路系统流程，采集装置设备参数、运行参数、压力需求数据；
2)柴油加氢装置汽提塔及后路系统建模：进行系统建模，测算柴油加氢装置汽提塔顶-回流罐-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路的压力损失；
3)汽提蒸汽适配参数确定：根据步骤1)确定的瓦斯系统压力及步骤2)确定的压力损失，反推汽提塔操作压力，以满足汽提塔产品质量要求为基础，最终确定汽提蒸汽适配压力、流量。
进一步地，所述的梳理柴油加氢装置汽提塔及后路系统流程，主要流程与设备为反应后汽提塔-回流罐-干气脱硫系统-干气胺液回收器-瓦斯系统。
进一步地，所述的加氢(改质)反应后汽提塔，其顶部设有冷却器，冷却器连接回流罐，所述回流罐底部设管线输送回流物料至汽提塔、设分水包分离含硫污水、设顶部出口管线输送含硫干气进干气脱硫系统，顶部出口管线设压力控制仪表及阀门，塔顶通入汽提蒸汽。
进一步地，所述的干气脱硫系统，设干气缓冲罐，其顶部有管线连接干气脱硫塔，塔顶设管线连接干气胺液回收器，所述干气胺液回收器顶部设管线输送净化干气进炼厂瓦斯系统。
进一步地，所述的瓦斯系统，是指负责给炼厂装置燃烧炉及动力锅炉提供燃料气的系统，主要由液化气球罐、气柜、火炬、高低压瓦斯管网组成，其中，柴油加氢装置汽提塔产出的干气经净化后一般送入高压瓦斯管网，其压力控制在 0.35～0.50MPa，可根据实际情况进行调节。
进一步地，步骤1)所述的采集装置设备参数，包括汽提塔顶-回流罐-脱硫系统-瓦斯系统之间的管线长度、管线管径、管道材质及管件参数，包括弯头类型、弯头角度、弯头数量、阀门类型、阀门数量、安全阀高限等，所述的装置运行参数，包括阀门开度、罐液位、脱硫塔液位等，所述压力需求数据，主要指高瓦系统设置的高限压力、脱硫塔操作压力等。
进一步地，步骤2)所述的柴油加氢装置汽提塔及后路系统建模，是根据步骤1)收集的设备信息对汽提塔顶-回流罐-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路的压力损失进行测算，总压力损失为直管管道压力损失、局部阻力损失、罐及塔的压力损失的总和，如式(1)所示：
ΔP＝ΔPf+ΔP′f+ΔP″f (1)
其中，
ΔPf---直管管道压力损失，Pa；
---局部管道压力损失，Pa；
---罐及塔压力损失之和，Pa；
直管管段压力损失其遵循范宁公式，如式(2)所示：
其中，
λ---摩擦系数，无量纲；
ρ----流体密度，kg/m3；
l---直管段长度，m；
d----管道直径，m；
u---流体在管道中的流速，m/s，
直管道压力损失计算中，摩擦系数λ的确定至关重要，与流体的流动状态息息相关，可参阅文献及现场实测反推综合确定，
局部压力损失一般采用局部阻力系数法进行测量，如式(3)所示：
其中，
ξ---局部阻力系数，无量纲，
同样的，局部压力损失计算中，确定局部阻力系数ξ极为重要，与管件、阀件的类型及运行状态(如阀门开度)有关，可参阅文献及现场实测反推综合确定，罐及塔的压力损失与罐、塔的设计参数、运行状态有关，因此可查阅设备设计参数、现场实测综合确定。
需要特殊说明的是，本专利所提的基本原理可应用于化工专业模拟软件，利用专业模拟软件对本系统进行建模，其将摩擦系数、局部阻力系数、流体运行状态通过编程进行集成，可大大节省人员的重复工作量。
进一步地，步骤3)所述的汽提蒸汽适配参数确定，根据以下原理：
柴油加氢装置反应器产生的混合产物中的H2S和非柴组分，其与汽提蒸汽，在汽提塔气态状态下遵循道尔顿分压定律，如式(4)所示：
其中，
P---汽提塔操作压力；
Pi---H2S和非柴组分气相分压；
PH2O---通入的汽提蒸汽的气相分压，
同时，因H2S和非柴组分在产物油中含量较少，与柴油混合的规律可用亨利定律描述其趋势，如式(5)所示：
Pi＝Ex (5)
其中，
Pi---H2S和非柴组分气相分压；
x---溶质在液相中的摩尔分率；
E---亨利系数，kPa，
从公式(4)(5)可看出，总压P越小、通入的汽提蒸汽的气相分压PH2O越大， H2S和非柴组分气相分压Pi越小，H2S和非柴组分在柴油中的溶解度越小，也就是说，H2S和非柴组分越易析出，柴油产品的质量越好，
其中，总压P受到步骤2)中测算的压力损失和高瓦系统的压力限制，可用公式 (6)描述：
P＝Pt+1.1ΔP (6)
其中，
Pt---高瓦系统控制压力高限，Pa，
式(6)中，1.1为安全系数，防止因操作波动、计算误差等原因，造成净化干气无法进入高瓦系统，
因此，由式(6)确定汽提塔操作压力P，而汽提蒸汽入口压力应大于操作压力，用公式(7)描述：
PH2Oin＝P+ΔPsep (7)
其中，
PH2Oin---汽提蒸汽入口压力，Pa；
ΔPH2Oin---汽提塔压降，Pa；
汽提塔压降可通过查阅设计说明得到，由公式(7)得到汽提蒸汽入口压力，然后以此压力通入汽提塔，调节其流量，稳定塔压。
本发明针对的柴油加氢装置汽提塔及后路系统，其后路中的所述的最终去向，主要为高瓦系统，但实际运行中，可根据实际运行情况，将其引入低压瓦斯系统、加热炉、制氢系统或PSA系统等，此时，最终压力需求以实际排放的系统要求为准。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过对柴油加氢装置汽提塔及后路系统进行梳理统计，采集装置设备参数、运行参数、压力需求数据，并且建立测算模型，得到回流罐-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路的压力需求，从而确定汽提塔操作压力，最终确定汽提蒸汽适配压力、流量，满足了汽提塔产品质量要求，同时充分利用炼厂低压蒸汽、减少蒸汽品质过剩，达到系统稳定、节能低成本运行的目的。
附图说明
图1为本发明的柴油加氢装置汽提塔及后路系统示意图。
图中：1、产物油来自柴油加氢精制或加氢改质工段，2、汽提塔；3.塔底油进分馏塔；4.塔顶冷却器；5.塔顶回流罐；6.回流罐分水包；7.含油污水；8. 回流泵；9.控压阀；10.干气脱前缓冲分液罐；11.凝缩油；12.干气脱硫塔；13.贫胺液进塔；14.富胺液出塔；15.胺液回收罐；16.回收胺液；17.高瓦系统。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，而不能用来限制本发明的范围。
请参阅图1，按照本发明方法步骤，对某典型炼化企业柴油加氢改质装置汽提塔蒸汽进行适配，达到节能增效的目的。
步骤1)柴油加氢装置汽提塔及后路系统梳理统计，梳理柴油加氢装置汽提塔及后路系统流程。
步骤1)柴油加氢装置汽提塔及后路系统梳理统计，采集装置设备参数、运行参数、压力需求数据。
步骤2)柴油加氢装置汽提塔及后路系统建模：进行系统建模，测算柴油加氢装置汽提塔2顶-回流罐5-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路的压力损失；根据步骤1)收集的设备信息对汽提塔顶-回流罐-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路系统进行建模，本实例采用某化工专业软件进行建模，依次建立汽提塔2顶- 回流罐5-脱硫系统-瓦斯系统等全流程，在其中定义物料组成、温度、物性方法，并定义管线长度、管线管径、管道材质及管件参数，包括弯头类型、弯头角度、弯头数量、阀门类型、阀门数量、安全阀高限等，并输入装置运行参数，包括阀门开度、罐液位、脱硫塔液位等。以终端压力需求数据为计算依据，即以高瓦系统设置的高限压力为依据。
需要特殊说明的是，专业软件进行建模计算，仅为了计算方便，其仍然遵循以下基本原理：
总压力损失为直管管道压力损失、局部阻力损失、罐及塔的压力损失的总和，如式(1)所示。
ΔP＝ΔPf
ΔP′f+ΔP″f (1)
其中，
ΔPf---直管管道压力损失，Pa；
---局部管道压力损失，Pa；
---罐及塔压力损失之和，Pa；
直管管段压力损失其遵循范宁公式，如式(2)所示。
其中，
λ---摩擦系数，无量纲；
ρ----流体密度，kg/m3；
l---直管段长度，m；
d----管道直径，m；
u---流体在管道中的流速，m/s。
直管道压力损失计算中，摩擦系数λ的确定至关重要，与流体的流动状态息息相关，可参阅文献及现场实测反推综合确定。
局部压力损失一般采用局部阻力系数法进行测量，如式(3)所示。
其中，
ξ---局部阻力系数，无量纲。
同样的，局部压力损失计算中，确定局部阻力系数ξ极为重要，与管件、阀件的类型及运行状态(如阀门开度)有关，可参阅文献及现场实测反推综合确定。
罐及塔的压力损失与罐、塔的设计参数、运行状态有关，因此可查阅设备设计参数、现场实测综合确定。
通过步骤2)计算得到综合压力损失ΔP＝0.19MPa。
进一步地，步骤3)所述的汽提蒸汽适配参数确定，根据以下原理：
汽提塔总压P受到步骤2)中测算的压力损失和高瓦系统的压力限制，用公式(4) 描述。
P＝Pt+1.1ΔP (4)
其中，
Pt---高瓦系统控制压力高限，Pa。
式(4)中，1.1为安全系数，防止因操作波动、计算误差等原因，造成净化干气无法进入高瓦系统。
代入通过步骤2)计算得到综合压力损失ΔP＝0.19MPa，终端高瓦系统压力需求0.44MPa，得到总压P＝0.649MPa。
因此，确定汽提塔操作压力P后，汽提蒸汽入口压力应大于操作压力，利用公式(5)计算。
PH2Oin＝P+ΔPsep (5)
其中，
PH2Oin---汽提蒸汽入口压力，MPa；
ΔPH2Oin---汽提塔压降，MPa；
通过查阅设计文件，汽提塔压降约为0.08MPa，汽提蒸汽入口压力最低值为0.729 MPa。
由此可知，某炼化企业柴油加氢改质装置汽提塔汽提蒸汽入口压力0.95 MPa，存在品质过剩现象，可考虑降低其压力等级。而其低压蒸汽管网压力维持 0.75-0.85MPa，高于汽提蒸汽入口压力最低值0.729MPa，可直接通入，减少3.5 MPa蒸汽减温减压的压力损失。
同时，柴油加氢装置反应器产生的混合产物中的H2S和非柴组分，其与汽提蒸汽气态状态下遵循道尔顿分压定律，H2S和非柴组分与柴油混合的规律可用亨利定律描述其趋势，也就是说，总压P越小、通入的汽提蒸汽的气相分压 PH2O越大，H2S和非柴组分气相分压Pi越小，H2S和非柴组分在柴油中的溶解度越小，也就是说，低的操作压力，有利于H2S和非柴组分析出，柴油产品的质量越好。
确定汽提塔汽提蒸汽入口压力，以此压力通入汽提塔，调节其流量，稳定汽提塔操作压力，可实现节能增效的目的。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，包括产物油输入工段（1）、汽提塔（2）、塔底油进分馏塔（3）、塔顶冷却器（4）、塔顶回流罐（5）、回流罐分水包（6）、含油污水（7）、回流阀（8）、控压阀（9）、干气脱前缓冲分液罐（10）、凝缩油（11）、干气脱硫塔（12）、贫胺液进塔（13）、富胺液出塔（14）、胺液回收罐（15）、回收胺液（16）、高瓦系统（17），其特征在于：包括以下步骤，
1）柴油加氢装置汽提塔及后路系统梳理统计：梳理柴油加氢装置汽提塔及后路系统流程，采集装置设备参数、运行参数、压力需求数据；
2）柴油加氢装置汽提塔及后路系统建模：进行系统建模，测算柴油加氢装置汽提塔（2）顶-回流罐（5）-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路的压力损失；
3）汽提蒸汽适配参数确定：根据步骤1）确定的瓦斯系统压力及步骤2）确定的压力损失，反推汽提塔操作压力，以满足汽提塔产品质量要求为基础，最终确定汽提蒸汽适配压力、流量。
2.根据权利要求1所述的一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：所述的梳理柴油加氢装置汽提塔及后路系统流程，主要流程与设备为反应后汽提塔（2）-回流罐（5）-干气脱硫系统-干气胺液回收器（15）-瓦斯系统。
3.根据权利要求1所述的一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：所述的加氢（改质）反应后汽提塔（2），其顶部设有冷却器（4），冷却器（4）连接回流罐（5），所述回流罐（5）底部设管线输送回流物料至汽提塔（2）、设分水包分离含硫污水、设顶部出口管线输送含硫干气进干气脱硫系统，顶部出口管线设压力控制仪表及阀门，塔顶通入汽提蒸汽。
4.根据权利要求1所述的一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：所述的干气脱硫系统，设干气缓冲罐，其顶部有管线连接干气脱硫塔（12），塔顶设管线连接干气胺液回收器（15），所述干气胺液回收器（15）顶部设管线输送净化干气进炼厂瓦斯系统。
5.根据权利要求1所述的一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：所述的瓦斯系统，是指负责给炼厂装置燃烧炉及动力锅炉提供燃料气的系统，主要由液化气球罐、气柜、火炬、高低压瓦斯管网组成，其中，柴油加氢装置汽提塔产出的干气经净化后一般送入高压瓦斯管网，其压力控制在0.35~0.50 MPa，可根据实际情况进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：步骤1）所述的采集装置设备参数，包括汽提塔顶-回流罐-脱硫系统-瓦斯系统之间的管线长度、管线管径、管道材质及管件参数，包括弯头类型、弯头角度、弯头数量、阀门类型、阀门数量、安全阀高限等，所述的装置运行参数，包括阀门开度、罐液位、脱硫塔液位等，所述压力需求数据，主要指高瓦系统设置的高限压力、脱硫塔操作压力等。
7.根据权利要求1所述的一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：步骤2）所述的柴油加氢装置汽提塔及后路系统建模，是根据步骤1）收集的设备信息对汽提塔顶-回流罐-脱硫系统-瓦斯系统及管线等后路的压力损失进行测算，总压力损失为直管管道压力损失、局部阻力损失、罐及塔的压力损失的总和，如式（1）所示：
+ （1）
其中，
ΔPf---直管管道压力损失，Pa；
---局部管道压力损失，Pa；
---罐及塔压力损失之和，Pa；
直管管段压力损失其遵循范宁公式，如式（2）所示：
（2）
其中，
λ---摩擦系数，无量纲；
ρ----流体密度，kg/m3；
l---直管段长度，m；
d----管道直径，m；
u---流体在管道中的流速，m/s，
直管道压力损失计算中，摩擦系数λ的确定至关重要，与流体的流动状态息息相关，可参阅文献及现场实测反推综合确定，
局部压力损失一般采用局部阻力系数法进行测量，如式（3）所示：
（3）
其中，
ξ---局部阻力系数，无量纲，
同样的，局部压力损失计算中，确定局部阻力系数ξ极为重要，与管件、阀件的类型及运行状态（如阀门开度）有关，可参阅文献及现场实测反推综合确定，罐及塔的压力损失与罐、塔的设计参数、运行状态有关，因此可查阅设备设计参数、现场实测综合确定。
8.根据权利要求1所述的一种基于后路测算的柴油加氢装置汽提塔蒸汽适配方法，其特征在于：步骤3）所述的汽提蒸汽适配参数确定，根据以下原理：
柴油加氢装置反应器产生的混合产物中的H2S和非柴组分，其与汽提蒸汽，在汽提塔气态状态下遵循道尔顿分压定律，如式（4）所示：
（4）
其中，
P---汽提塔操作压力，kPa；
Pi---H2S和非柴组分气相分压，kPa；
PH2O---通入的汽提蒸汽的气相分压，kPa，
同时，因H2S和非柴组分在产物油中含量较少，与柴油混合的规律可用亨利定律描述其趋势，如式（5）所示：
（5）
其中，
Pi---H2S和非柴组分气相分压，kPa；
x---溶质在液相中的摩尔分率；
E---亨利系数，kPa，
从公式（3）（4）可看出，总压P越小、通入的汽提蒸汽的气相分压PH2O越大，H2S和非柴组分气相分压Pi越小，H2S和非柴组分在柴油中的溶解度越小，也就是说，H2S和非柴组分越易析出，柴油产品的质量越好，
其中，总压P受到步骤2）中测算的压力损失和高瓦系统的压力限制，可用公式（6）描述：
（6）
其中，
Pt---高瓦系统控制压力高限，Pa，
式（6）中，1.1为安全系数，防止因操作波动、计算误差等原因，造成净化干气无法进入高瓦系统，
因此，由式（6）确定汽提塔操作压力P，而汽提蒸汽入口压力应大于操作压力，用公式（7）描述：
（7）
其中，
PH2Oin---汽提蒸汽入口压力，Pa；
ΔPH2Oin---汽提塔压降，Pa；
汽提塔压降可通过查阅设计说明得到，由公式（7）得到汽提蒸汽入口压力，然后以此压力通入汽提塔，调节其流量，稳定塔压。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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