白油加氫裝置分餾塔加熱方案研究

張文祖(神木富油能源科技有限公司，陜西 神木 719319)

1 白油加氫裝置及工藝技術(shù)

白油又稱(chēng)為石蠟油、白色油、礦物油，是由石油所得精煉液態(tài)烴的混合物，主要為飽和的環(huán)烷烴與鏈烷烴混合物，原油經(jīng)常壓和減壓分餾、溶劑抽提和脫蠟，加氫精制而得。其表現(xiàn)為無(wú)色、無(wú)味，主要用于合纖、化纖、精密儀器、合成樹(shù)脂等。白油有很多種類(lèi)，例如食品級(jí)白油、工業(yè)級(jí)白油、醫(yī)用級(jí)白油和化妝品白油等。加氫法生產(chǎn)白油過(guò)程中使用的工藝包括一段加氫、一段串聯(lián)加氫等。主要使用中性油、減壓餾分油、合成油等原料，生成的產(chǎn)品為食品級(jí)白油、化妝級(jí)白油和工業(yè)級(jí)白油。具體內(nèi)容如下：第一，一段加氫法制取白油。一段加氫法主要用SSOT尾油或者加氫裂化尾油在經(jīng)過(guò)溶劑脫蠟油為原料，在高壓條件下加氫并使用還原性金屬作為催化劑，以此得到的產(chǎn)品便符合標(biāo)準(zhǔn)。該產(chǎn)品相關(guān)性質(zhì)如下：在用SSOT尾油為原料的情況下，原料的黏度為35.12、閃點(diǎn)為219 ℃，產(chǎn)品黏度為34.2、閃點(diǎn)210 ℃、傾點(diǎn)-10。第二，二段加氫法制取白油。該種方法所使用的原料更加廣泛，例如合成油、中性油等。在二段中采用還原型催化劑，經(jīng)過(guò)高壓加氫后獲取食品級(jí)、化妝級(jí)白油。第三，一段串聯(lián)制取白油。在本項(xiàng)工藝中，一般情況下以常三線(xiàn)、減三線(xiàn)等為原料，首先將原料中所含有的雜質(zhì)利用催化劑進(jìn)行分離，其次向其添加催化劑進(jìn)行深度飽和，通過(guò)高壓條件制作出較高品質(zhì)的工業(yè)級(jí)白油。第四，加氫異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制制取白油[1]。將加氫裂化尾油作為制作工藝中的原料，經(jīng)過(guò)高壓一段串聯(lián)，通過(guò)加氫異構(gòu)脫蠟-加氫補(bǔ)充精制過(guò)程，加氫生成油再經(jīng)過(guò)常減壓蒸餾，由此能夠生產(chǎn)出食品級(jí)白油產(chǎn)品。異構(gòu)脫蠟過(guò)程通過(guò)將加氫裂化尾油中的蠟分子轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴，保留在脫蠟油中，再經(jīng)加氫補(bǔ)充精制飽和剩余芳烴，通過(guò)蒸餾制得食品級(jí)白油產(chǎn)品，加氫異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制工藝制取白油。加氫裝置設(shè)計(jì)有氣體進(jìn)料理單元、液體進(jìn)料單元、反應(yīng)單元及采集單元。原料氣和原料液按一定比例混合預(yù)熱后進(jìn)入固定床反應(yīng)器，原料氣同質(zhì)量流量控制器進(jìn)行計(jì)量，原料液通過(guò)計(jì)量泵進(jìn)行計(jì)量，反應(yīng)器利用三段式電加熱爐進(jìn)行加熱，反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)單元出來(lái)后先進(jìn)行氣液分離，液態(tài)物料進(jìn)入液體儲(chǔ)罐，尾氣則進(jìn)行過(guò)濾排空或接入在線(xiàn)分析儀。其主要設(shè)備有五個(gè)：(1)加氫反應(yīng)器：該反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，加氫反應(yīng)屬于氣-液-固三相涓流床反應(yīng)，加氫反應(yīng)器分冷壁反應(yīng)器和熱壁反應(yīng)器兩種。(2)高壓換熱器。反應(yīng)器出料溫度相對(duì)高，具有很高熱焓，應(yīng)盡量把這部分熱量回收。(3)高壓分離器。該分離器的主要用途是將氣-油-水進(jìn)行分離，其操作條件為高壓、臨氫，操作溫度較低，在水和硫化氫存在的情況下，物料腐蝕性加大，使用過(guò)程中必須引起足夠重視。便會(huì)產(chǎn)生高壓竄低壓的情況，低壓分離器中迅速進(jìn)入大量的循環(huán)氫。若這個(gè)時(shí)候不能及時(shí)打開(kāi)安全閥或排放量不足就會(huì)發(fā)生安全事故。(4)反應(yīng)加熱爐。該裝置的操作條件為：高溫、高壓、有明火。大多采用純輻射室雙面輻射加熱爐以增加輻射管熱強(qiáng)度。(5)新氫壓縮機(jī)。該設(shè)備工作壓力范圍大，選用不同型號(hào)的泵可獲得不同的壓力區(qū)域，調(diào)節(jié)輸入氣壓輸出氣壓相應(yīng)得到調(diào)整，并且易于控制，從簡(jiǎn)單的手動(dòng)控制到完全的自動(dòng)控制均可滿(mǎn)足要求。在對(duì)氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，采用的是氣體驅(qū)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生電弧或者火花，相對(duì)其他設(shè)備來(lái)說(shuō)更加安全。其作用就是將氫氣送進(jìn)反應(yīng)系統(tǒng)[2]。

2 分餾塔加熱方案

分餾塔是一種用來(lái)蒸餾的塔型氣液裝置，主要有填料塔和板式塔兩種類(lèi)型。進(jìn)行分餾塔主體布置時(shí)要按照以下方式進(jìn)行：第一，經(jīng)過(guò)資料以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，小型分餾塔不適合使用室外布置。主要因?yàn)樾⌒头逐s塔的操作閥門(mén)、控制儀表等制造廠(chǎng)原設(shè)計(jì)都是就地工作的，冷箱結(jié)構(gòu)也按室內(nèi)安裝設(shè)計(jì)；若將小型分餾塔布置到室外，反而需要增加措施而操作維護(hù)又不是很方便。第二，室外安裝的分餾塔，在室外主控室和保冷箱中間的寬度可以依據(jù)實(shí)際情況自定，一般情況下將其設(shè)置寬度在2 m以上。若他們之間的寬度過(guò)小，那么就會(huì)影響到分餾塔周?chē)幕A(chǔ)排液管地溝及架空的氧、氮和空氣管道的布置，與此同時(shí)，還能夠影響分餾塔平臺(tái)上一次儀表柜的設(shè)置情況以及操作人員行走暢通。兩套分餾塔之間的距離與車(chē)間內(nèi)部設(shè)備布置方式有直接關(guān)系，當(dāng)進(jìn)行相同類(lèi)型發(fā)熱設(shè)備集中布置時(shí)，相鄰分餾塔之間的距離不應(yīng)該設(shè)置過(guò)大。而且在分餾塔四周進(jìn)行設(shè)備的安置時(shí)，仍應(yīng)遵守在分餾塔四周至少在一側(cè)留有較大的空地的原則。第三，分餾塔的立面布置。該布置情況實(shí)際上主要取決于分餾塔基礎(chǔ)的做法。為了避免分餾塔在正常狀態(tài)下或是事故狀態(tài)下的冷損量通過(guò)基礎(chǔ)傳至下部土壤，進(jìn)而導(dǎo)致土壤凍結(jié)造成基礎(chǔ)的破壞事故。一般情況下采取地上帶通風(fēng)孔、地下實(shí)體以及地下集中通風(fēng)孔這三種基礎(chǔ)形式。在進(jìn)行異構(gòu)脫蠟反應(yīng)過(guò)程中，其溫升相對(duì)較低，只將該產(chǎn)物作為熱源很難滿(mǎn)足分餾塔的進(jìn)料溫度要求。因此，應(yīng)該在分餾部位加設(shè)一個(gè)加熱爐，這樣不但能夠通過(guò)加熱爐把原料進(jìn)行加熱達(dá)到分離所需溫度并進(jìn)入到分餾塔中，而且還可以通過(guò)重沸爐進(jìn)行加熱直至分餾塔要求的溫度。反應(yīng)產(chǎn)物跟異構(gòu)脫蠟段冷低分油進(jìn)行換熱后，進(jìn)入進(jìn)料加熱爐開(kāi)始加熱，直到滿(mǎn)足分餾所要求的程度再進(jìn)入分餾塔，塔底使用過(guò)熱蒸汽汽提，這種方式即進(jìn)料加熱爐方案[3]。該方案具有操作流程簡(jiǎn)易、設(shè)備資金、能源消耗較少等明顯優(yōu)勢(shì)，所以更多時(shí)候會(huì)采用該方案。在布置分餾塔到室外過(guò)程當(dāng)中需要操作人員重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)事項(xiàng)，避免出現(xiàn)安全事故：首先，必須考慮場(chǎng)地的安裝與檢修問(wèn)題以及相鄰分餾塔防火距離；其次，經(jīng)常在室外進(jìn)行的設(shè)備一定要設(shè)置梯子平臺(tái)；最后，對(duì)于室外設(shè)備的一些部位要加裝保溫防凍裝置以防設(shè)備受到自然因素的損害。分餾塔中分餾系統(tǒng)的構(gòu)成如下：分離的原料從分餾塔的中部進(jìn)入，進(jìn)料板以上為精餾段，進(jìn)料板以下為提餾段。在分餾塔的頂端安裝有冷凝器，塔頂蒸汽在該冷凝器中進(jìn)行冷凝，其中部分作為回流由塔頂送入塔中，一部分作為產(chǎn)品而送出分餾塔。分餾塔的底部設(shè)有再沸器，從塔底來(lái)的液體在此部分進(jìn)行汽化，氣相返回到塔底，液相成為塔底產(chǎn)品。沿分餾塔高度不同溫度也是不同的，塔頂?shù)臏囟茸畹停椎臏囟茸罡?，由下往上溫度逐漸下降。

3 原料性質(zhì)及操作條件

文章所進(jìn)行的試驗(yàn)裝置中為常三線(xiàn)直餾柴油原料，制氫裝置向其提供氫氣。其純度為99.9%。直餾柴油是指原油預(yù)處理之后，通過(guò)常壓蒸餾得到的沸程范圍為180～360 ℃的中間餾分。根據(jù)其從常壓塔側(cè)線(xiàn)出來(lái)的順序又可分為常一線(xiàn)、常二線(xiàn)、常三線(xiàn)。由于常三線(xiàn)直餾柴油是通過(guò)物理反應(yīng)得到的飽和烴類(lèi)，所以其具有性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。直餾柴油還具備以下性質(zhì)：在20 ℃時(shí)密度為857 kg/m3，在40 ℃的狀態(tài)下黏度為8.291。使用進(jìn)料加熱爐進(jìn)行操作時(shí)的操作條件主要有：加熱爐負(fù)荷1 500 kW，加熱爐出口溫度為310 ℃，加熱爐進(jìn)料量為24 t。加熱爐的進(jìn)料裝置主要包括推料組、滑動(dòng)組以及進(jìn)料組，推料組滑動(dòng)安裝在滑動(dòng)組上，滑動(dòng)組一側(cè)安裝有給推料組供料的供料組，鋁棒通過(guò)供料臺(tái)轉(zhuǎn)移到推料組的弧形板上，推料組根據(jù)進(jìn)料需要在滑動(dòng)組上滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐多個(gè)進(jìn)料孔進(jìn)行合理進(jìn)料，通過(guò)設(shè)置自動(dòng)上料，自動(dòng)進(jìn)料的結(jié)構(gòu)，方便鋁棒的進(jìn)料，提高工作效率。分餾塔的主要工作原理如下：在有限的空間內(nèi)，盡可能地增大液相混合物的熱交換面積，一般用于精餾分餾的混合物為有機(jī)共沸物，共沸物從反應(yīng)釜內(nèi)首先受熱上升至分餾段，沸點(diǎn)低的繼續(xù)上升，因?yàn)樗斣谑艿降头悬c(diǎn)物的傳熱后溫度和低沸點(diǎn)物一致，所以低沸點(diǎn)物被分餾出來(lái)，而較高沸點(diǎn)物因?yàn)闆](méi)有達(dá)到相應(yīng)的沸點(diǎn)，故會(huì)受冷卻后回流至反應(yīng)釜內(nèi)或分餾柱下半部分，待低沸點(diǎn)物被完全餾出后，較高沸點(diǎn)物相繼被分餾，然后是高沸點(diǎn)物的餾出，最后反應(yīng)釜底部是殘?jiān)?/p>

4 工藝流程

本文進(jìn)行的研究試驗(yàn)中選擇了常三線(xiàn)直餾柴油作為原料，也就是要選擇一段工藝流程。即原料-白油加氫-氣提-產(chǎn)品產(chǎn)出。在生產(chǎn)過(guò)程中可以加入一定量的催化劑，使用催化劑有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，Ni金屬活性組分；第二，Ni晶粒高度分散；第三，異型，擴(kuò)散阻力小；第四，芳烴加氫活性高。制取白油時(shí)選用進(jìn)料加熱爐。該加熱爐在整體操作條件、設(shè)備費(fèi)用以及能源消耗方面與其他爐對(duì)比來(lái)說(shuō)更占優(yōu)勢(shì)。為避免結(jié)焦，應(yīng)該按照霧狀流情況來(lái)選擇流速。在一些特殊情況下，想要爐管內(nèi)部形成霧狀流會(huì)具有一定的困難。如果出現(xiàn)這種情況，我們可以選擇采用其他流形，但必須杜絕液節(jié)流情況發(fā)生。在制取白油過(guò)程中，對(duì)催化劑的性能也有一定的要求：第一，對(duì)芳烴具有高度選擇性加氫性能，加氫前后油品黏度、密度、閃點(diǎn)等基本不會(huì)改變；第二，以第VI族金屬元素作為活性組分，還原態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，不再生，貴金屬可回收再利用；第三，對(duì)原料要求苛刻，S、N均要求較低含量；第四，開(kāi)工、停工及運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程參數(shù)要求嚴(yán)格控制，避免失活[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)加氫裝置以及分餾塔進(jìn)行的分餾進(jìn)行白油生產(chǎn)是一種收率高、生產(chǎn)靈活、質(zhì)量較高的方法。我們?cè)谝院蟮闹迫“子瓦^(guò)程中，可以直接選用加氫裝置，使用常三線(xiàn)直餾油作為原料進(jìn)行分餾制取。在各種方案配置中，應(yīng)盡量采用操作流程簡(jiǎn)易、設(shè)備先進(jìn)、能源消耗較少的進(jìn)料加熱爐方案。這樣既能夠產(chǎn)出高質(zhì)量的白油，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)約、環(huán)保的理念。