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摘 要：催化裂化是石油二次加工的主要方法之一，是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。主要反应有分解、异构化、氢转移、芳构化、缩合、生焦等，相较于热裂化，催化裂化轻质油产率高汽油辛烷值高，柴油安定性較好，并副产富含烯烃的液化气。主分馏塔在催化裂化装置中的职能是把反应油气分别分离成液化气、汽油、柴油等产品。本文首先阐述了催化裂化装置主分馏塔的特点及其工作原理，其次提出了催化裂化装置主分馏塔工艺模拟策略。
关键词：催化裂化装置 主分馏塔 工艺模拟
在催化裂化装置中，主分馏塔属于对产品进行分离的核心单元，因实际中牵涉各种温位能量的综合利用，优化主分馏塔的设计与操作参数时将会加剧装置的能耗，所以必须准确的进行主分馏塔的模拟，以防止催化裂化装置能耗的大量消耗。我国在主分馏塔工艺模拟方面的研究工作目前还很少，尤其是主分馏塔模拟计算中还有各种问题未得到解决，比如反应油气组成的预测、热力学方法的选择等。本文主要以催化裂化装置主分馏塔的特点及其工作原理为切入点，对催化裂化装置主分馏塔工艺模拟策略进行了分析。
1.催化裂化装置主分馏塔的特点及其工作原理
1.1特点
首先，主分馏塔的进料主要是存在催化剂粉尘的过热催化裂化反应油气，实际存在脱过热和洗涤粉尘的油浆换热段，也就是我们所说的脱过热段，并不包括提馏段；其次，主分馏塔存在较大的余热量，实际涵盖了油浆循环、一中循环回流、二中循环回流（或回炼油循环）、顶循环回流，从而使主分馏塔整体上达到热平衡；再有，可以有效控制产品质量；另外，不会有太高的系统压降要求；脱过热段主要任务是通过油浆及时冷却反应油气防止出现结焦情况，并且全面清理反应油气夹带的催化剂粉尘，通常存在八到十层人字挡板。可见，催化裂化装置主分馏塔的模拟策略和一般的分馏塔有着很大的差别。
1.2工作原理
分馏塔的原理是利用了液体的饱和蒸汽压的不同而实现液态物质的分离。在有限的空间内，尽可能的增大液相混合物的热交换面积，一般用于精馏分馏的混合物为有机共沸物，共沸物从反应釜内首先受热上升至分馏段，沸点低的继续上升，因为塔顶在受到低沸点物的传热后温度和低沸点物一致，所以低沸点物被分馏出来，而较高沸点物因为没有达到相应的沸点，故会受冷却后回流至反应釜内或分馏柱下半部分，待低沸点物被完全馏出后，较高沸点物相继被分馏，然后是高沸点物的馏出，最后反应釜底部是残渣。
2.催化裂化装置主分馏塔工艺模拟策略
2.1反应油气的工艺模拟策略
催化裂化反映最显著的特征就是存在各种类型的参与反应的分子以及反应机理繁琐。实际中，采用关联模型与集总模型都可以对试验数据进行有效的集合，对反应转化率及产品分布情况予以科学的预测，而在以热力学分析为核心位置的分馏过程模拟，通过这两种模型进行计算反应油气的组成还具有一定的繁琐性，必要性不高。工程实践过程中，常常会因为催化裂化反应油气具有较大的温度、馏程宽，并且还存在着无法凝结的气体、水蒸气以及各种可凝性的烃类，所以要想对其组成进行准确的分析困难重重。
由于流进主分馏塔中的反应油气不会发生化学变化，所以遵循总物料平衡的原则，通过产物倒推的策略，采用FLASH模型把干气、油浆、柴油等各类产品进行一番等温闪蒸混合，然后当做主分馏塔的进料。需要注意的是，在通过流程模拟软件PRO/II模拟过程中，将严格根据产品比例混合的分馏塔进行分离后，由于模型选择和计算精准度要求间存在较大的差距，致使其模拟产品的分布达不到标定值。所以实际模拟过程中，必须严格遵循物料平衡的原则来适当的调整反应油气的组成。
反应油气组成会对最终产品的采出量、产品的恩氏蒸馏点、整个塔温度分布、中段循环环取热量造成影响。所以对油气组成进行调整时，必须对产品的采出量、产品性质、塔底温度等各类因素予以充分的考虑，以达到标准要求，这样其反应油气组成就能够当做后续装置优化改造的的基础数据投入实际中使用。
2.2热力学方法的选择
催化裂化主分馏塔具有百分之十八以上的内轻烃质量分数，具有百分之九以上的水蒸气质量分数。在对这种类型的轻烃与水蒸气含量高的低压体系进行计算时，通常会采用Grayson Streed（GS）法与SRK法。实际计算时通过APL法对液体密度进行计算，同时采用GS法与SRK法做相应的修正，在运用GS法过程中，应通过LK法代替CP法来准确计算焓与熵，对产生的模拟结果进行一番改进。通过GS法与SRK法计算出的结果没有太大的差距，与工程计算的精度要求完全相符。从计算过程上看，GS法要比SRK法更加的容易收敛，所以用该方法计算催化裂化装置主分馏塔模拟较为理想，具有较快的速率、最后的结果与具体要求相符。不过，如果存在大量的塔顶轻组分含量，使用SRK法较为理想。
GS法计算的误差在百分之五范围内，与规范要求相一致，而且该方法的计算过程具有较好的收敛效果，所以本文下列牵涉到的模拟计算都以修正的GS法对平衡常数进行计算，通过APT法对液体密度进行计算，通过LK法对熵与焓进行计算。
2.3塔段的划分与塔板效率的选择
通过PRO/II软件开展流程模拟工作时，一般都会遵循理论平衡级，所以在准备模拟计算之前，把具体的塔板数折算为理论板数。在各种模拟中，对催化裂化装置主分馏塔理论板数进行折算过程中，整个分馏塔选取一固定塔板效率，一般按经验取百分之五十。
实际中，如果塔板效率固定在百分之五十，那么就会严重影响到产品的采出量以及整个主分馏塔温度分布，其中，外甩油浆流量误差在百分之十范围内，中段抽出温度与规定数据相差甚远。所以通过固定塔板效率模拟催化裂化主分馏塔，最后得出的效果与实际不相一致。
由于主分馏塔受到了气液负荷变化等各类因素的影响，其塔板效率并不是只有一个固定值，塔底与塔顶之间存在较大差异。存于分馏塔下部的人字型挡板的阻力较小、具有较快的响应，当温度高的反应油气与循环油浆在此及时接触后，那么就实现了及时降温脱过热并清理油气中夹带的粉尘的目标，不过没有较高的分离效果，所以我们应把人字挡板折成一块理论板。将处于所有中段回流进出料地方的塔板当做换热板无法实现平衡分离，这里不对理论板数加以计算。
3.结论
综上所述可知，主要遵循总物料平衡的原则，实际通过产品物流闪蒸混合，同时结合产品分布及其质量、塔温度分布等各类因素的要求，适当的调整了组成，从而得到与模拟相匹配的油气组成数据，通过这一策略对反应油气及其运行过程进行模拟，得到了较好的结果。在采用馏程模拟软件PRO/II开展模拟计算时，要充分考虑各类体系具有的物性及操作条件确立相匹配的热力学方法，将经过休修正的GS法用于催化裂化装置主分馏塔单元中，具有较好的收敛效果，最后所得的模拟结果也十分的理想。采用PRO/II软件可以对催化裂化装置主分馏塔的分馏过程很好的模拟。
参考文献
[1]胡有元.延迟焦化主分馏塔的模拟与设计[D].中国石油大学，2010年.
[2]王锐.催化裂化主分馏塔模拟、优化与质量控制[D].中国石油大学，2011年.
[3]陈微，杜才万.运用流程模拟技术优化焦化装置分馏塔用能[J].石油炼制与化工，2009年10期.
关键词：催化裂化装置 主分馏塔 工艺模拟
在催化裂化装置中，主分馏塔属于对产品进行分离的核心单元，因实际中牵涉各种温位能量的综合利用，优化主分馏塔的设计与操作参数时将会加剧装置的能耗，所以必须准确的进行主分馏塔的模拟，以防止催化裂化装置能耗的大量消耗。我国在主分馏塔工艺模拟方面的研究工作目前还很少，尤其是主分馏塔模拟计算中还有各种问题未得到解决，比如反应油气组成的预测、热力学方法的选择等。本文主要以催化裂化装置主分馏塔的特点及其工作原理为切入点，对催化裂化装置主分馏塔工艺模拟策略进行了分析。
1.催化裂化装置主分馏塔的特点及其工作原理
1.1特点
首先，主分馏塔的进料主要是存在催化剂粉尘的过热催化裂化反应油气，实际存在脱过热和洗涤粉尘的油浆换热段，也就是我们所说的脱过热段，并不包括提馏段；其次，主分馏塔存在较大的余热量，实际涵盖了油浆循环、一中循环回流、二中循环回流（或回炼油循环）、顶循环回流，从而使主分馏塔整体上达到热平衡；再有，可以有效控制产品质量；另外，不会有太高的系统压降要求；脱过热段主要任务是通过油浆及时冷却反应油气防止出现结焦情况，并且全面清理反应油气夹带的催化剂粉尘，通常存在八到十层人字挡板。可见，催化裂化装置主分馏塔的模拟策略和一般的分馏塔有着很大的差别。
1.2工作原理
分馏塔的原理是利用了液体的饱和蒸汽压的不同而实现液态物质的分离。在有限的空间内，尽可能的增大液相混合物的热交换面积，一般用于精馏分馏的混合物为有机共沸物，共沸物从反应釜内首先受热上升至分馏段，沸点低的继续上升，因为塔顶在受到低沸点物的传热后温度和低沸点物一致，所以低沸点物被分馏出来，而较高沸点物因为没有达到相应的沸点，故会受冷却后回流至反应釜内或分馏柱下半部分，待低沸点物被完全馏出后，较高沸点物相继被分馏，然后是高沸点物的馏出，最后反应釜底部是残渣。
2.催化裂化装置主分馏塔工艺模拟策略
2.1反应油气的工艺模拟策略
催化裂化反映最显著的特征就是存在各种类型的参与反应的分子以及反应机理繁琐。实际中，采用关联模型与集总模型都可以对试验数据进行有效的集合，对反应转化率及产品分布情况予以科学的预测，而在以热力学分析为核心位置的分馏过程模拟，通过这两种模型进行计算反应油气的组成还具有一定的繁琐性，必要性不高。工程实践过程中，常常会因为催化裂化反应油气具有较大的温度、馏程宽，并且还存在着无法凝结的气体、水蒸气以及各种可凝性的烃类，所以要想对其组成进行准确的分析困难重重。
由于流进主分馏塔中的反应油气不会发生化学变化，所以遵循总物料平衡的原则，通过产物倒推的策略，采用FLASH模型把干气、油浆、柴油等各类产品进行一番等温闪蒸混合，然后当做主分馏塔的进料。需要注意的是，在通过流程模拟软件PRO/II模拟过程中，将严格根据产品比例混合的分馏塔进行分离后，由于模型选择和计算精准度要求间存在较大的差距，致使其模拟产品的分布达不到标定值。所以实际模拟过程中，必须严格遵循物料平衡的原则来适当的调整反应油气的组成。
反应油气组成会对最终产品的采出量、产品的恩氏蒸馏点、整个塔温度分布、中段循环环取热量造成影响。所以对油气组成进行调整时，必须对产品的采出量、产品性质、塔底温度等各类因素予以充分的考虑，以达到标准要求，这样其反应油气组成就能够当做后续装置优化改造的的基础数据投入实际中使用。
2.2热力学方法的选择
催化裂化主分馏塔具有百分之十八以上的内轻烃质量分数，具有百分之九以上的水蒸气质量分数。在对这种类型的轻烃与水蒸气含量高的低压体系进行计算时，通常会采用Grayson Streed（GS）法与SRK法。实际计算时通过APL法对液体密度进行计算，同时采用GS法与SRK法做相应的修正，在运用GS法过程中，应通过LK法代替CP法来准确计算焓与熵，对产生的模拟结果进行一番改进。通过GS法与SRK法计算出的结果没有太大的差距，与工程计算的精度要求完全相符。从计算过程上看，GS法要比SRK法更加的容易收敛，所以用该方法计算催化裂化装置主分馏塔模拟较为理想，具有较快的速率、最后的结果与具体要求相符。不过，如果存在大量的塔顶轻组分含量，使用SRK法较为理想。
GS法计算的误差在百分之五范围内，与规范要求相一致，而且该方法的计算过程具有较好的收敛效果，所以本文下列牵涉到的模拟计算都以修正的GS法对平衡常数进行计算，通过APT法对液体密度进行计算，通过LK法对熵与焓进行计算。
2.3塔段的划分与塔板效率的选择
通过PRO/II软件开展流程模拟工作时，一般都会遵循理论平衡级，所以在准备模拟计算之前，把具体的塔板数折算为理论板数。在各种模拟中，对催化裂化装置主分馏塔理论板数进行折算过程中，整个分馏塔选取一固定塔板效率，一般按经验取百分之五十。
实际中，如果塔板效率固定在百分之五十，那么就会严重影响到产品的采出量以及整个主分馏塔温度分布，其中，外甩油浆流量误差在百分之十范围内，中段抽出温度与规定数据相差甚远。所以通过固定塔板效率模拟催化裂化主分馏塔，最后得出的效果与实际不相一致。
由于主分馏塔受到了气液负荷变化等各类因素的影响，其塔板效率并不是只有一个固定值，塔底与塔顶之间存在较大差异。存于分馏塔下部的人字型挡板的阻力较小、具有较快的响应，当温度高的反应油气与循环油浆在此及时接触后，那么就实现了及时降温脱过热并清理油气中夹带的粉尘的目标，不过没有较高的分离效果，所以我们应把人字挡板折成一块理论板。将处于所有中段回流进出料地方的塔板当做换热板无法实现平衡分离，这里不对理论板数加以计算。
3.结论
综上所述可知，主要遵循总物料平衡的原则，实际通过产品物流闪蒸混合，同时结合产品分布及其质量、塔温度分布等各类因素的要求，适当的调整了组成，从而得到与模拟相匹配的油气组成数据，通过这一策略对反应油气及其运行过程进行模拟，得到了较好的结果。在采用馏程模拟软件PRO/II开展模拟计算时，要充分考虑各类体系具有的物性及操作条件确立相匹配的热力学方法，将经过休修正的GS法用于催化裂化装置主分馏塔单元中，具有较好的收敛效果，最后所得的模拟结果也十分的理想。采用PRO/II软件可以对催化裂化装置主分馏塔的分馏过程很好的模拟。
参考文献
[1]胡有元.延迟焦化主分馏塔的模拟与设计[D].中国石油大学，2010年.
[2]王锐.催化裂化主分馏塔模拟、优化与质量控制[D].中国石油大学，2011年.
[3]陈微，杜才万.运用流程模拟技术优化焦化装置分馏塔用能[J].石油炼制与化工，2009年10期.