吸收法回收油气工艺优化模拟计算.pdf

第 3 9 卷第 6 期 2 0 1 0 年 1 2月 V o1 ．3 9，N o．6 De c em be r， 201 0 吸收法回收油气工艺优化模拟计算 廖昌建，王明星，刘忠生 抚顺石 油化 工研究 院 ，辽宁 抚顺1 1 3 0 0 1 摘 要系统研究了 w s 柴 油馏分油吸收油气的工艺条件 。采用 B o x B e n h n k e n中心组合实验设计原理，拟 合得到 了油气吸收温度、液气 比及理论板数对油气吸收影 响的关联方程 ，求解得到了使用 w s柴油馏分油吸收 油气 的最佳工艺条件 吸收温度 1 0 ． 6℃、液气 比 5 6 ． 2 5 L ／ m 、理论板 3块 ，烃回收率达 9 8 ． 4 ％ 。油气 回收模 拟计算结果已应用于工业装置设计，设计装置运转效果 良好 。 关键词油气回收；吸收法；A S P E N P L U S ；模拟计算 中图分类号 T E 6 2 6 ． 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 0 0 6 0 6 7 8 0 3 Opt i mi z a t i o n a nd S i mu l a t i o n o f Oi l Va p o r Re c o v e r y by Abs o r pt i o n M e t ho d L MO C h a n g -j i a n , W A N G Mi n g - x i n g ，L I UZ h o n g - s h e n g F u s h u n Re s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m a n d P e t r o c h e mi c a l s ， L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 01 ，Ch i n a Ab s t r a c t Te c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s f o r r e c o v e r y o f o i l V a D o r wi m W S d i e s e 1 a s a b S O r b e r we r e s t u d i e d ． A c o r r e l a t i o n e q u a t i o n o f o i l v a p o r r e c o v e r y r a t e wi t h a b s o r p t i o n t e mp e r a t u r e ， l i q u i d g a s r a t i o a n d t h e o r e t i c a l p l a t e n u mb e r wa s e s t a b l i s h e d b y b o x b e h n k e n c e n t r a l c o mp o s i t e d e s i g n me t h o d ． T h r o u g h s o l v i n g t h i s e q u a t i o n， t h e o p t i mu m t e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s we r e o b t a i n e d a s f o l l o ws t e mp e r a t u r e 1 0 ． 6 ℃ ， l i q u i d ／ g a s r a t i o 5 6 ． 2 5 L／ m ． t h e o r e t i c a l p l a t e n u mb e r 3 ．h y d r o c a r b o n r e c o v e r y r a t e c a n r e a c h 9 8 ．4 ％ u n d e r a b o v e c o n d i t i o n s ．T h e s i mu l a t i o n r e s u l t h a s b e e n a p p l i e d i n i n d u s t r y ． a n d e f f e c t i S v e r y g o o d ． Ke y wo r d s Oi l V a p o r r e c o v e r y Ab s o rpt i o n ； AS P E N P L US S i mu l a t i o n 炼油厂酸性水罐区排放废气中含有油气、有机 硫化物、硫化氢和氨等，其中酸性废气中烃含量大 于 4 0 0 g ／ m ，烃浓度远大于油气排放浓度 2 5 g ／ m ， 若废气直接排放一方面导致大量的油气资源浪费， 降低企业 的经济效益 ，另一方面导致严重环境污 染。另外 ，由于油气和空气容易形成爆炸性混合物 爆炸下限一般为 1 ％ ～6 ％ ，油气逸散将导致相应 设施周围的油气浓度容易达到爆炸极限，聚集在地 面的油气给企业和消费者带来极大的安全隐患，危 及企业的安全生产，直接影响操作人员及周围环境 人员的健康。因此，回收废气中油气不仅可以减少 烃的排放量，降低污染，同时回收部分轻烃，节约 能源 。 传统的油气 回收技术主要有 冷凝法、吸收 法 、吸附法、膜分离法等 。本文 以某炼油厂酸性 水罐区排放油气为研究对象，采用吸收法回收油气 。 ” ，利用 A S P E N P L U S模拟软件 ，以柴油馏分油为 吸收剂，系统研究 了 w s柴油馏分油吸收油气的工 艺条件。 1 油气组成 某炼油厂酸性水罐区排放的含烃废气量为 3 0 0 1T I 。 ／ h ，总烃浓度 4 1 3 g ／ m ，组成见表 1 。 表 1某炼油厂酸性水罐排放油气组成 油气组成 p 体积分数 ， ％ 油气组成 p 体积分数 ， ％ 甲烷 7 2 6 1 0 甲硫醇 1 4 6 1 0 ‘9 乙烯 3 3 3 1 0 ‘ 乙硫醇 7 6 3 1 0 。 乙烷 O ．0 0 2 甲硫 醚 1 X1 0 丙烷0 ．0 0 6 二 甲二硫 1 5 1 0 ’ 丙烯0 ． 0 0 3 C 0 ． 1 1 7 苯0 ． 0 0 2 氮气0 ． 7 2 3 甲苯4 2 4 l 0 氧 气0 ． 1 】 8 二 甲苯 6 1 0 ‘ 水蒸汽0 ．0 2 9 乙苯 21 0 收稿日期 2 0 1 0 - 1 卜0 1 作者简介 廖昌建 1 9 8 4 - ，男，四川达州人，硕士研究生，2 0 0 9毕业于西北大学化学工艺专业，从事石油化工工艺技术研究 电话0 4 1 3 - 6 3 8 9 3 5 5 ，E - m a i 1 1 i a o c h a n g j i a n ． f s h y s i n o p e c ． c o m 。 第 3 9 卷第 6 期 廖昌建， 等 吸收法回收油气工艺优化模拟计算 6 7 9 2 工艺过程研 究 本文采用 AS P E N P L US模拟软件，选用 S R K 热力学方程 ，在常压条件下 ，对吸收剂不同吸收温 度 ，不同液气比以及不同吸收理论板数等单个因素 考 察 的 基 础 上 ，采 用 响 应 面 设 计 实 验 ，根 据 B o x B e n h n k e n的中心组合实验设计原理， 对吸收温 度、液气比和理论板数做响应面分析实验，以烃回 收率为判断标准，确定柴油馏分油吸收油气过程的 最佳优化工艺条件 ，烃回收率按公式 1 计算 。 1 ， 二 1 0 0 ％ 1 ； 式 中v 一烃 回收 率 ，％ W l 一烃进 口质 量流 量， k g ／ h ； w 2 烃 出 [ j 质量 流量 ， k g ／ h 。 3 结果与讨论 3 ． 1单个因素模拟计算 3 ． 1 ． 1不同吸收温度对油气回收的影响 在 1 0 1 ． 3 2 5 k P a ，液气比为 5 0 L ／ mj 条件下 ，取 3块理论板，采用 WS柴油馏分油为吸收剂 ，针对 不 同吸收温度进行模拟计算 ，计算结果见表 2 。由 表 2可知，吸收温度提高，烃回收率降低 ，油气排 放浓度增加，当吸收温度超过 4 0℃时，烃回收率 将2 5 1 T I 3 。 表 2不同吸收温度对烃回收率的影响 Ta bl e 2 Ef f ec t o f t e m pe r a t ur e o n r e c o ve r y r a t e 3 ． 1 ． 2不同液气比对油气回收的影响 在吸收温度 2 0℃、常压下吸收油气，取 3块 理论板，对不 同液气 比进行模拟计算。计算结果见 表 3 。 表 3不同气液 比对烃回收率的影响 Ta bl e 3 Ef f ec t o f l i qu i d／ ga s r a tio o n r e c ov e r y r a t e 随液气 比增加 ，烃回收率提高，油气排放浓度 减小，当液气比达到 2 5 L ／ m 时，烃回收率增加缓 慢 。 3 ． 1 - 3不同理论板数对油气回收的影响 在吸收温度 2 O℃， 液气比 5 0 L ／ m 条件下， 对 不同理论板数吸收油气进行模拟计算，计算结果见 表 4 。随理论板数增加，烃回收率提高。 表 4不 同理论板数对烃回收率的影响 Ta bl e 4 Ef f e c t of t he o r e tic a l pl a t e num b er o n r e c ov e r y r a t e 3 ． 2 优化模拟计算 3 ． 2 ． 1 响应面分析因素水平的选取 在单因素模拟计算结果的基础上，根据B o x B e n h n k e n 的中心组合实验设计原理 ，设计的三因素 三水平实验因素与水平见表5 。 表5响应面分析 因素 与水平 Tabl e 5 Exp e r i me nt a s s i gnm e n t o f t he l e v e l a nd f a c t o r 注 Xl 吸收温度℃一 2 0 ／ 1 0 ； 液气比 L m- 3 - 5 0 ／ 2 5 理论板数 3 ／ 1 3 ． 2 ． 2 响应面分析方案及结果 响应面分析方案及模拟计算结果和方差分析 分别见表6 和7 。 表6响应面分析方案及模拟计算结果 Ta bl e 6 Pr o gr a m and e x pe r i me nt a l re s ul t o f RSM 当 代 化 工 2 0 1 0 年 1 2 月 序号l ～1 2 是析因实验，序号1 3 ～1 7 中心实验 。 1 7 个实验点分为析因点和零点，其中析因点为 自变 量取值在X、 、 、所构成的三维顶点；零点为区 域的中心点。 表7回归模型方差分析表 Ta bl e 7 Va r i a nc e a na l y s i s o f i t e ms o f r e gr e s s i o n e qua t i o n on 残差 失拟 误差 纯误差 总误差 0 ． 4 4 7 0 ． 4 4 7 O ． O o 0 41 ． 8 2 2 0 ．0 6 4 0． 1 4 9 O R S M 软件对所得数据进行回归分析， 经过回归 拟合后，所得到回归方程 R 97 ． 21 1 ． 0 8 5 3 1 1 ． 5 77 5 0． 9 0 5 3 0 ． 3 5 7 5 X1 X2 0． 2 6 2 5 X, X3 0． 61 2 5 X2 X3 ． 0 ． 0 8 3 7 5 X1 2 _ 0 ．6 7 3 75 X2 2 - 0 ．49 8 7 5 式中 一烃回收率，％； 温度系数，局 吸收温度℃一 2 0 ／ 1 0 ； 一 液气比系数， 液气比L ／ m 3 - 5 o n5 玛一理论板系数， 理论板数． 3 ／ 1 。 从表 7可 以看出，用上述回归方程描述各因素 与响应值之间的关系时，其因变量和全体 自变量之 间的线性关系显著 4 1 ． 3 7 6 ／ 4 1 ． 8 2 20 ． 9 9 。模型 的显 著 水 平 p - v a l u e P r 0 b 远 远 0 ． 0 5，此 时 Q u a d r a t i c 回归方差模型是高度显著的， 从另一种意 义上讲，这种拟合方法是可靠的，可用该回归方程 近似计算烃回收率。 由R S M 回归方程求偏导， 计算得到 一 0 ． 9 4 、 X 2 0 ． 2 5 、 x 3 0 ． 0 9 4 ，即吸收温度 1 0 ． 6℃、液气比 5 6 ． 2 5 L ／ m 、理论版 3块。烃回收率 9 8 ． 4 ％与实际模 拟计算结果一致。 4 结 论 1 通过对吸收法回收油气工艺模拟计算 ， 采用 WS柴油馏分油常压吸收油气的最佳工艺条件 为吸收温度 1 0 ． 6℃、液气 比5 6 ． 2 5 L ／ m3 、理论板 3块，烃回收率达 9 8 ．4 ％。 2 本文油气回收模拟计算结果对吸收法回 收油气工艺设计提供了一定的理论依据，以此设计 的工业装置运转效果 良好。 参考文献 [ 1 ]刘忠生， 郭兵兵． 炼油厂酸性水罐区排放气量分析计算 [ J ] ． 当代化 工 ， 2 0 0 9 ． 3 8 2 4 8 ～ 2 51 ． [ 2 ] 周 大 勇 ． 吸 收法 回 收 油气 工 艺研 究 [ J 】 ． 精 细 石 油 化 工 进 展 ， 2 0 0 8 ， 3 8 4 2 4 5 ． [ 3 ]董军波． 黄维秋． 油气 回收过程优化模拟 [ J ] ． 炼油技术与工程， 2 0 0 6 ． 6 2 1 2 4． [ 4 ] d a t s u m u r a I k u l o s h i ． E v a p o r a t i o n l o s s o f h y d r o c a r b o n i n h a n d i n g p e t r o l e u m [ J ] ． B u l 1 J p n I n s t ，1 9 7 4 ， 1 6 1 3 2 1 3 9 ． 上接第 6 7 7页 升温到 2 9 0℃；再以 1 0℃／ } 1 的速度升温到 3 7 5℃，节省了开工时间。 3 抚顺石油化工研究院开发的新一代灵活型 加氢裂化催化剂 F C ． 3 2 B，具有中油选择性 ，产 品质量好等特点。 本周期柴油收率达到 5 1 ． 6 4 ％，比 上一周期提高了 3个百分点，产品质量也获得了进 一 步的改善。 参考文献 [ 1 ]王风来，关明华． 灵活型加氢裂化催化剂的开发及应用 加氢裂化 协作组第六节年会报告论文选集[C】 ． 河南洛阳炼油设计编辑部， 1 9 9 9 3 2 8 - 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