中低温煤焦油加氢产物精制工艺的Aspen Plus 模拟

姚 珏，徐生杰

（兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730030）

在我国煤炭资源中，低阶煤储量大、含油率高，是优良的中低温热解原料[1]。2020 年我国原煤产量38.4 亿t，其中低阶煤产量约达18 亿t，以热解产油率为10%计，可获得中低温煤焦油1.8 亿t[2]。

中低温煤焦油的组成和性质不同于高温煤焦油，其酚类和脂肪族化合物含量较高，其中酚及其衍生物质量分数可达10%～30%，烷烃类质量分数大约20%[3]，重油（焦油沥青）的含量相对较少，比较适合采用加氢技术生产高附加值产品清洁燃料油[4]。对中低温煤焦油加氢产物进行精制，是提高煤转化效益和实现节能减排的有效途径[5]。

本文采用Aspen Plus 软件，对中低温煤焦油加氢产物精制工艺流程进行模拟计算，但由于中低温煤焦油组成复杂，目前可以鉴定出的组分有500 余种，其化学组分集中度低，大部分组分的质量分数不足1%，造成在Aspen Plus 模拟过程中难以准确输入组分和进行定量分析。因此采用蒸馏曲线法，即把煤焦油按沸点高低分割成许多窄馏分，在一定沸程内的馏分作为一种虚拟物质，用馏分的一些平均物理性质对中低温煤焦油进行特性表征，从而确保模拟的准确性。

1 工艺流程

中低温煤焦油加氢产物精制工艺是将经预处理、加氢、裂化反应后的中低温煤焦油通过精制获得汽油、柴油、液化气和煤沥青等高附加值化学品，主要包括高低压分离、分馏和吸收稳定部分[6]。

中低温煤焦油加氢产物精制工艺流程示意图见图1。中低温煤焦油加氢精制产物经过高低压分离达到反应产物与循环氢的分离，可实现余热利用与循环氢回收，之后进入分馏与稳定部分，包括硫化氢汽提、产品分馏和轻质油吸收与稳定部分。硫化氢汽提塔可脱除产物中的H2S、NH3和Cl-，减少对后续工艺的腐蚀影响，并保障了产品质量。分馏塔可切割分馏出汽油馏分、柴油馏分与尾油馏分，尾油经尾油泵与换热器进行换热，实现能量综合利用后分为3 部分：一部分通过分馏塔进料加热炉升温后返回分馏塔，一部分作为循环油送至加氢裂化反应，反应后重新经过高低压分离进入分馏部分，另一部分经换热冷却到80 ℃后，作为尾油产品送出装置。分馏塔切割出的汽油馏分和硫化氢汽提塔顶气体进吸收稳定塔，可实现液化气产品的回收，并提升汽油馏分的品质。

2 流程模拟

2.1 中低温煤焦油的组成

原料内蒙古阿左旗地区中低温煤焦油的主要性质见表1。从表1 可知，中低温煤焦油密度略小于1 000 kg/m3，黏度大，含有较多的含氧化合物及链状烃，其中酚类物质含量较多，重油含量相对较少。

图1 中低温煤焦油加氢产物精制工艺流程示意图

中低温煤焦油蒸馏曲线特征值和虚拟组分组成如表2 所示。

表1 内蒙古阿左旗地区中低温煤焦油的基本性质

表2 中低温煤焦油蒸馏曲线特征值和虚拟组分组成

2.2 模型建立

中低温煤焦油的加氢产物精制工艺主要包含换热、混合、分馏和分离等单元模块，涉及多个塔器与分离器。在模拟过程中，针对主要单元设备所选择的Aspen 操作模块如表3 所示。

中低温煤焦油加氢产物精制工艺的Aspen Plus模拟流程示意图见图2（物料符号说明见表4），其主要包括4 个模块，分别为高低压分离、硫化氢汽提、分馏和吸收稳定。利用工程运行数据包括液化气、轻质油、沥青产品、加热炉进料组成性质及各模块操作参数对流程进行模拟，其中硫化氢汽提塔、分馏塔、吸收脱吸塔、焦油稳定塔的进料压力分别为0.95 MPa（G）、0.071 MPa（G）、0.85 MPa（G）和 1.00 MPa（G），裂化产物流量为24 574 kg/h，温度为404 ℃，精制产物流量为77 000 kg/h，温度为370 ℃。

表3 主要单元设备的选型

图2 中低温煤焦油加氢产物精制工艺的Aspen Plus 模拟流程示意图

表4 Aspen Plus 模型中物料符号说明

2.3 物性方法的选择

中低温煤焦油在精馏的过程中有多种共沸物，考虑到分馏系统的减压与低压操作条件，根据体系方程及生产条件，采用更接近油品分馏真实过程的BK10作为煤焦油加氢产物精制工艺流程的物性方法。

3 模拟结果与实际值比较

利用中低温煤焦油加氢产物精制工艺模型进行全流程模拟，以实际生产数据为例，对所建的模拟流程进行核算，主要模块的温度与压力设定如表5 所示，中低温煤焦油加氢产物精制工艺物料平衡对比如表6 所示。

由表6 可知，煤焦油加氢产物精制工艺的模拟计算值和实际值相对偏差在5%以内，这说明采用蒸馏曲线表征的虚拟组分进行中低温煤焦油加氢产物精制的模拟方法能够较准确地实现对中低温煤焦油加氢产物分离和分馏过程的动态模拟。

表5 主要模块的温度与压力参数设定

表6 中低温煤焦油加氢产物精制工艺物料平衡对比 kg/h

4 结 语

用蒸馏曲线表征的虚拟组分进行中低温煤焦油加氢产物精制的模拟方法可以较好地反应生产实际状况，实现对中低温煤焦油加氢产物分离和分馏过程的动态模拟。