減壓深拔技術(shù)在常減壓蒸餾裝置的應(yīng)用

陳政利

(盛虹煉化(連云港)有限公司，江蘇 連云港 222000)

常減壓蒸餾裝置作為原油加工的第一道工序，為保證產(chǎn)品合格以及為下游裝置提供優(yōu)質(zhì)的原料，因此對提高原油中輕油的拔出率，降低常減壓蒸餾裝置的能耗，提高裝置的經(jīng)濟效益的要求就比較高[1-2]。在常減壓蒸餾時，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，一般爐出口溫度控制不超過370 ℃，對于350～500 ℃下的餾份在常壓條件下很難很難蒸出，但由于在真空條件下，較低的溫度就能夠?qū)⒊籂顟B(tài)下沸點比較高的油品蒸出來，在很大程度上進(jìn)一步將原油中比較重的組份拔出，提高油品收率。在煉油企業(yè)生產(chǎn)中，如何提高拔出率將決定著企業(yè)的生產(chǎn)效率；因此在常減壓蒸餾裝置中，減壓深拔是一個關(guān)鍵因素。常減壓蒸餾裝置的總拔出深度通常用減壓渣油的切割點來表示[3-4]。目前，許多國內(nèi)常減壓裝置將減壓渣油的切割點(TBP)控制在540 ℃以下，有的甚至還在520 ℃以下；國外常減壓蒸餾裝置的切割點在565 ℃以上，其中荷蘭的Shell公司原油減壓深拔的切割點在595 ℃，美國KBC公司的原油切割點已達(dá)到607～621 ℃[5]，可見在原油深度切割技術(shù)上國內(nèi)的技術(shù)水平和國外還存在較大的差距。近年來，許多科研工作者對減壓深拔技術(shù)有了積極有利的探究[6-9]，也取得了很大的成就[10]。影響減壓深拔的因素也有很多，一般來說主要有減壓爐的出口溫度、減壓塔頂真空度、塔底吹氣量和減壓塔進(jìn)料段的壓力。

1 影響減壓拔出率的主要因素

1.1 減壓爐出口溫度

減壓爐的出口溫度增加，可以提高油品的汽化率，加熱爐出口溫度每升高1 ℃，減壓爐內(nèi)的壓力降就會下降1%[11]。但是減壓爐出口溫度過高的話，會使油品發(fā)生裂解，造成爐管結(jié)焦。為了防止?fàn)t管不發(fā)生結(jié)焦，很多煉廠都采用控制減壓爐出口分支溫度的措施來降低常壓渣油在高溫度下發(fā)生熱裂化反應(yīng)。減壓塔的進(jìn)料段溫度都要超過390 ℃，減壓加熱爐的出口溫度都要超過400 ℃。常壓重油在減壓加熱爐加熱的過程中會產(chǎn)生一定的裂解和縮合，隨著溫度的提高裂解和縮合會更嚴(yán)重。為此，在減壓深拔裝置設(shè)計中，減壓塔底設(shè)置渣油急冷罐，在渣油進(jìn)急冷罐前打入急冷油，確保急冷罐內(nèi)渣油溫度在360 ℃以下，避免減壓渣油的裂解、縮合反應(yīng)及結(jié)焦。減壓爐出口溫度在400 ℃以內(nèi)時，減壓爐內(nèi)的溫度不足以使油品裂解發(fā)生縮合反應(yīng)，爐內(nèi)常壓渣油汽化的量就少。

1.2 減壓塔頂真空度

減壓塔頂高真空度是保證減壓塔能夠深拔的主要因素。真空度的高低對減壓拔出率有很大的影響，減壓塔頂?shù)恼婵斩热艉艿?，整個減壓塔內(nèi)的熱量平衡和氣液相平衡就會被打破，會造成塔內(nèi)的油氣分壓大大增加，不利于減壓渣油的深度拔出。有試驗發(fā)現(xiàn)[12]，在減壓塔進(jìn)料汽化段溫度為399 ℃，汽化段的壓力從100 mmHg降到15 mmHg時，阿拉伯重質(zhì)油的減壓渣油收率能從37%下降到25%，這就說明減壓塔內(nèi)的汽化段壓力和全塔的壓力降對操作和產(chǎn)品的收率都有重大影響。

1.3 洗滌油量

實際生產(chǎn)中最易忽視的是洗滌段的“干凈”洗滌油量，這點對于裝置在較低的生產(chǎn)負(fù)荷下比較突出。當(dāng)裝置在較低的處理量下生產(chǎn)時，操作人員往往維持加熱爐出口溫度，將各物流的流量按比例降低，這就使得實際的洗滌油量不能滿足填料的最小噴淋密度要求，對于規(guī)格一定的減壓塔和洗滌段填料，要求的洗滌油量不隨裝置的實際加工量而變化。洗滌油實質(zhì)上是過汽化油。當(dāng)減壓塔的實際進(jìn)料量降低時，如果仍然維持加熱爐出口溫度不變，則實際的過氣化油流量將按進(jìn)料量降低的比例減小。例如某減壓裝置，設(shè)計洗滌油流量為85 t/h，裝置開工后較長時間將洗滌油流量控制在30～40 t/h，減壓重蠟油殘?zhí)扛哌_(dá)3.08%，經(jīng)調(diào)整操作將洗滌油量增加到85 t/h，重蠟油殘?zhí)拷抵?.37%，洗滌油流量增至100 t/h，其殘?zhí)拷抵?.73%，C7不溶物含量0.0074%。

2 減壓深拔技術(shù)在常減壓蒸餾裝置中的應(yīng)用

某煉化常減壓蒸餾裝置采用減壓深拔技術(shù)，在滿足加氫裂化質(zhì)量指標(biāo)的前提下，盡量提高蠟油收率，降低渣油收率。該減壓深拔技術(shù)主要有以下特點。

2.1 減壓爐

為了保證在減壓深拔操作能在苛刻條件下長周期運行，將減壓爐設(shè)計為雙爐膛。兩個爐膛共同用一個對流室，常壓渣油分了八路從爐子的對流室上部進(jìn)入爐子，經(jīng)過對流室的加熱以后從輻射室的上部進(jìn)入爐子，底部出加熱爐。對流室設(shè)置在輻射室的上部，共設(shè)計了三組盤管，在對流室盤管的最下部還設(shè)計了三盤光管，而其他的管均采用翅片管，以此來增加傳熱面積，提高傳熱系數(shù)，節(jié)約爐管的使用。在輻射室每路的爐管都設(shè)計16根，可以保證減壓爐爐出口每路溫度分布均勻，避免產(chǎn)生偏流現(xiàn)象。減壓爐在最大負(fù)荷工況下操作時，減壓渣油的TBP切割溫度為565 ℃，減壓爐的爐出口的溫度為413 ℃；減壓爐在最大的深拔工況下操作時，減壓渣油的TBP切割溫度為570 ℃時，減壓爐的爐出口溫度為422 ℃。

2.2 減壓爐爐管注汽

往加熱爐爐管內(nèi)通入提速蒸汽可以來提高常壓渣油的汽化率以及常壓渣油在爐管內(nèi)的停留時間，在正常操作條件下進(jìn)一步延長了加熱爐的運轉(zhuǎn)使用周期。裝置在處理量較大的時侯，減壓爐的爐管壓降比較大，為了保證蒸汽能夠順利的注入爐管內(nèi)，在對流室轉(zhuǎn)輻射室這一段設(shè)計了蒸汽注入點。減壓爐爐管注汽壓力一般為1.2～1.6 MPa(G)。在裝置處理量為75%并且進(jìn)行最大減壓深拔操作時，減壓爐出口的溫度比較高，對流段爐管的壁溫也比較高，這個時侯為了加快對流段和輻射段爐管內(nèi)常壓渣油的流動速度，就需要在減壓爐的入口注入提速蒸汽；當(dāng)裝置的處理量低于75%時，常壓渣油在減壓爐爐管內(nèi)的流動速度比較慢，此時也需要在減壓爐的入口注入提速蒸汽，因此在減壓爐入口也設(shè)計了蒸汽注入點。但是這兩個蒸汽注入點不能同時使用，否則會發(fā)生爐管內(nèi)常壓渣油倒流的現(xiàn)象。因此在裝置處理量不大于75%的條件下，打開對流段入口注入蒸汽，關(guān)閉輻射段入口蒸汽閥門；在裝置處理量大于75%的條件下，打開輻射段入口注入蒸汽，關(guān)閉對流段入口蒸汽閥門都可以有效的增加常壓渣油的流速，降低在爐管內(nèi)的停留時間，防止?fàn)t管結(jié)焦。

2.3 減壓爐轉(zhuǎn)油線

連接減壓塔和減壓爐的關(guān)鍵就是轉(zhuǎn)油線，因其可以很好的控制減壓爐的出口溫度，在減壓塔進(jìn)料溫度一定的條件下，盡可能的降低減壓轉(zhuǎn)油線的壓降，進(jìn)而降低油品的內(nèi)膜溫度，避免油品在爐管內(nèi)結(jié)焦。某煉化常減壓裝置減壓爐輻射爐管出口處的壓力由50 kPa降低至4.64 kPa，其最高內(nèi)膜溫度可以降低6.3 ℃。當(dāng)減壓爐的出口壓力降低時，爐管內(nèi)油品的汽化率就會提高，油品在爐管內(nèi)的流型和流速也會改變。所以在設(shè)計轉(zhuǎn)油線的時候，不僅是考慮其結(jié)構(gòu)的設(shè)計、熱膨脹系數(shù)、壓降和溫降的影響，而且還要考慮到油品在轉(zhuǎn)油線內(nèi)的流型和流速限制等影響因素，油品在轉(zhuǎn)油線內(nèi)既不能出現(xiàn)柱塞流，也不能超過臨界流速的90%。某煉化減壓爐轉(zhuǎn)油線的設(shè)計在最大處理量、加熱爐出口溫度為413 ℃的情況下，計算的臨界流速為90.6 m/s。

另外，設(shè)計轉(zhuǎn)油線的分支主要是想讓加熱爐出口的壓力接近50 KPa。這樣就能使流速接近兩相流的臨界速度。但是由于分支的流速高，在設(shè)計分支的布置時，就應(yīng)當(dāng)盡量減少油品對爐管潛在的沖蝕。

2.4 減壓塔頂高真空度及全塔低壓降

在減壓深拔操作中，減壓爐出口溫度升高導(dǎo)致減頂不凝氣的增加，因此相較于正常操作，減壓深拔條件下，塔頂壓力略有增加，獨山子石化[13]蒸餾裝置伴隨著深拔深度增加，塔頂絕壓由1.2 kPa增加到1.26 kPa。為了能保證減壓塔頂?shù)母哒婵斩?，塔頂抽真空系統(tǒng)通常采用三級抽真空?；诠?jié)能等方面的考慮，三級抽真空一般為一，二級蒸汽抽真空，三級為機械抽真空一級和二級蒸汽噴射器采用三組并聯(lián)方式，三級采用液環(huán)真空泵，兩開一備。

為了保證全塔高效以及低壓降，減壓塔還采用了全填料技術(shù)。塔內(nèi)采用五段高效的規(guī)整填料，其中第一段、三段、四段填料為換熱段；第二段填料為柴油分餾段，第五段填料為洗滌段。頂循換熱段分布器采用重力式槽式液體分布器，以適應(yīng)較大的操作彈性。減一中、減二中、洗滌段均采用動力式噴淋液體分布器，以便更好地潤濕填料段，提高分離效率及換熱效果。對于洗滌段，噴淋式液體分布器更有助于減小夾帶及防止填料層結(jié)焦。噴淋式液體分布器的噴頭是按照等邊三角形的分布在噴淋總管上。從而降低減壓塔閃蒸段的壓力和利于深拔。國內(nèi)已有若干套大型減壓裝置減壓塔采用全填料，技術(shù)相對成熟操作且成本較低。

2.5 減壓塔急冷油

減壓塔設(shè)置急冷油返塔主要是為了防止減壓塔底溫度高，保證減壓塔底的幾層塔板有一定的液相，防止塔板干板。在汽提段塔盤下方急冷油返回口需設(shè)急冷油分布器。急冷油分布器的設(shè)計需能夠使返塔的急冷油與來自最下面一層塔盤的高溫液體盡快、充分混合，以降低塔底溫度并且溫度混合均勻。因此建議急冷油開口位置位于最后一層塔盤下方，內(nèi)設(shè)分布管，最后一層塔盤設(shè)計為兩側(cè)降液，分布管結(jié)構(gòu)與塔盤降液管配套設(shè)計。

3 減壓深拔和不深拔的對比

3.1 收率的比較

不深拔工況下渣油的切割溫度不低于550 ℃，渣油的收率不大于26.23wt%。深拔工況下渣油的切割溫度不低于565 ℃，渣油的收率不大于24.13wt%。深拔和不深拔工況下各物料的收率如表1所示。

表1 深拔和不深拔工況下各物料的收率Table 1 The yield of each material under deep drawing and no deep drawing

從表1中可以看出，常減壓裝置把渣油的切割溫度從 550 ℃增加到565 ℃以后，裝置蠟油的收率增加了1.67%，減壓渣油的收率下降了2.01%，減壓渣油的產(chǎn)量減少了28.93萬噸/年，蠟油產(chǎn)量增加26.72萬噸/年。

3.2 能耗的對比

對于減壓深拔工況和不深拔工況來說，減壓深拔條件下要多消耗1.3 MPa蒸汽6.9 t/h，多消耗循環(huán)水500.3 m3/h，燃料氣多消耗了0.87 t/h，能耗增加了0.75 kgEo/t。

3.3 生產(chǎn)效益

常減壓蒸餾裝置通過減壓深拔之后，石油焦的產(chǎn)量減少了8.97萬噸。石油焦的減少部分其中有90%轉(zhuǎn)換成了汽油、柴油和蠟油組分(全循環(huán)加裂轉(zhuǎn)化率)，蠟油和石油焦的差價按照3400元/噸來計算，裝置每年可產(chǎn)生的效益27448.2萬元。

4 結(jié) 論

(1)隨著原油重質(zhì)及劣質(zhì)化以及原油價格上升的趨勢，通過減壓深拔技術(shù)可以有效提高蠟油的收率，降低渣油的收率。

(2)在設(shè)計上采用有效的減壓深拔措施，在操作上選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)整，可以降低裝置的能耗，增加裝置的收益。

(3)減壓深拔技術(shù)就是在減壓深拔的條件下，優(yōu)化減壓加熱爐操作技術(shù)，減壓轉(zhuǎn)油線技術(shù)，減壓塔頂抽真空組合技術(shù)和減壓塔技術(shù)，只有把這些技術(shù)合理優(yōu)化運用在常減壓蒸餾裝置中，減壓深拔才能得以充分實現(xiàn)。