常減壓裝置改煉輕質(zhì)原油對(duì)裝置能耗的影響

洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司 張 干 柳松喜

常減壓裝置改煉輕質(zhì)原油對(duì)裝置能耗的影響

洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司 張 干 柳松喜

常減壓裝置能耗主要與原油性質(zhì)、產(chǎn)品方案、裝置處理量及操作等因素有關(guān)。其中，原油性質(zhì)對(duì)能耗的影響復(fù)雜，輕質(zhì)原油氣化率高，分餾系統(tǒng)拔出率高，工藝用能多，但可回收的熱量也大。本文，筆者將通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

一、工程實(shí)例

中國(guó)化工山東昌邑石化有限公司重交瀝青裝置于2009年5月建成投產(chǎn)，主要由換熱、脫鹽、閃蒸、常壓蒸餾、減壓蒸餾、柴油精制和石腦油脫臭精制等部分組成。裝置原設(shè)計(jì)加工M100和180#燃料油的混合原料油，其混合比例為9∶11，處理能力為5.0Mt/a，以下簡(jiǎn)稱重油方案。主要產(chǎn)品為石腦油、柴油、減壓蠟油和減壓渣油，常壓、減壓拔出率分別為21%和41.4%，設(shè)計(jì)原料油換熱終溫為310℃。由于原油市場(chǎng)情況的變化，山東昌邑石化有限公司改煉沙特中質(zhì)和重質(zhì)混合原油，其混合比例為1∶1，處理能力仍為5.0Mt/a，以下簡(jiǎn)稱輕油方案。此類原油的輕油收率較高，常壓、減壓拔出率分別為40%和22.4%，設(shè)計(jì)原料油換熱終溫305℃。

二、工藝路線

1.重油方案。采用閃蒸塔—常壓塔—減壓塔流程。原油自罐區(qū)泵送至裝置，分兩路經(jīng)換熱、電脫鹽、換熱，進(jìn)入閃蒸塔。閃頂氣直接進(jìn)入常壓塔，閃底油分兩路經(jīng)換熱至310℃進(jìn)入常壓爐，加熱后進(jìn)入常壓塔。常頂油氣經(jīng)冷卻、分水后，一部分作為回流返至常壓塔，另一部進(jìn)石腦油脫臭精制部分。常壓塔設(shè)1個(gè)頂循環(huán)回流、1個(gè)中段回流和3條抽出側(cè)線。常底油經(jīng)減壓爐加熱后進(jìn)入減壓塔。減壓塔設(shè)1個(gè)頂循環(huán)回流、2個(gè)中段回流和3條抽出側(cè)線。

2.輕油方案。采用初餾塔—常壓塔—減壓塔—脫丁烷塔—脫乙烷塔流程。隨著輕油收率的提高，現(xiàn)有的閃蒸塔、常壓塔已不能滿足要求，還需增設(shè)輕烴回收部分。經(jīng)核算，現(xiàn)有常壓塔利舊改造為初餾塔，新設(shè)常壓塔。輕烴回收部分采用無(wú)壓縮機(jī)法回收輕烴，新設(shè)脫丁烷塔和脫乙烷塔。

原油自罐區(qū)泵送至裝置，分兩路經(jīng)過(guò)換熱、電脫鹽、換熱，進(jìn)入初餾塔。初頂油氣經(jīng)換熱冷卻后，一部分返塔頂作為回流，另一部分送入輕烴回收部分。設(shè)1條初側(cè)油線直接進(jìn)入常壓塔，初底油分兩路經(jīng)換熱至305℃至常壓爐加熱，進(jìn)入常壓塔。

常壓塔頂油氣經(jīng)兩級(jí)冷凝，一路作為熱回流和石腦油出裝置；另一路經(jīng)冷卻、分水后，進(jìn)入輕烴回收裝置。常壓塔設(shè)1個(gè)頂循環(huán)回流、2個(gè)中段回流和3條抽出側(cè)線。常底油經(jīng)減壓爐加熱后進(jìn)入減壓塔。減壓塔設(shè)減頂循、3個(gè)中段回流和3條抽出側(cè)線，減壓渣油經(jīng)換熱后至下游裝置。

初頂油、常頂油進(jìn)入輕烴回收部分的脫丁烷塔，塔底出石腦油，塔頂組分經(jīng)冷卻分液后一部分作回流，一部分進(jìn)入脫乙烷塔。脫乙烷塔底出液化氣，塔頂組分經(jīng)冷卻分液后，液態(tài)作為回流，干氣進(jìn)脫硫裝置。

三、換熱網(wǎng)絡(luò)

原油常減壓蒸餾裝置是煉油廠最大的耗能裝置之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其能量消耗約占全廠總能耗的18.5%。裝置能耗主要是工藝過(guò)程所必須消耗的燃料、蒸汽、電、水等，其中燃料約占60%～85%。換熱終溫是常減壓裝置燃料消耗最直觀的體現(xiàn)。一般來(lái)講，影響原油換熱終溫的因素主要有：原油品種、生產(chǎn)方案、操作條件、換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及換熱器性能等。對(duì)于一定的生產(chǎn)方案，換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化與否、取熱分配合理與否，都會(huì)對(duì)換熱終溫產(chǎn)生重要的影響。優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)的一大利器就是窄點(diǎn)技術(shù)。窄點(diǎn)技術(shù)是依據(jù)換熱物流不跨窄點(diǎn)傳熱、垂直匹配的原則，以保證網(wǎng)絡(luò)的熱回收量最大，公用工程最小。同時(shí)，根據(jù)換熱過(guò)程有效熱損分析原理使取熱分配更加合理，盡量多取高溫位熱源，采用大流量小溫差的方式，實(shí)現(xiàn)多次利用，通過(guò)換熱網(wǎng)絡(luò)交予原料，以降低加熱爐的燃料消耗。通過(guò)在經(jīng)濟(jì)上優(yōu)化設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，重油方案的換熱終溫定為310℃，輕油方案定為305℃。

由表1、表2可以看出，輕油方案的過(guò)剩熱量要多于重油方案17%左右，這主要與輕油方案油品性質(zhì)較輕、拔出率高、餾分油產(chǎn)量高有關(guān)。輕油方案常壓塔回流取熱多于重油方案而減壓塔回流取熱少于重油方案，這也是由于油品性質(zhì)不同而造成的。

表 1 兩種方案分餾系統(tǒng)回流取熱分布模擬結(jié)果

輕油方案輕組分較多，設(shè)置初餾塔，增加了初頂油氣低溫位潛熱熱源377.08×104kcal/h，不涉及窄點(diǎn)問(wèn)題可直接與原油泵出口的一路冷原油換熱，常壓塔頂油氣潛熱熱源914.41×104kcal/h參與另一路冷原油換熱，而重油方案輕組分過(guò)少、石腦油產(chǎn)量低，過(guò)剩熱量多在循環(huán)回流和中段回流取走，造成常壓塔頂油氣量少，且溫位較低無(wú)法參與換熱，只能空冷或水冷冷掉。

表 2 兩種方案過(guò)剩熱量回收對(duì)比

輕油方案常三線出柴油，抽出量較大，且油品出裝置規(guī)定溫度較重油方案常三線出蠟油油品溫度（180℃）要低，可以充分利用其低溫位熱源加熱進(jìn)電脫鹽前冷原油。

根據(jù)窄點(diǎn)技術(shù)，輕油方案減一中及二線在220～210℃范圍之間發(fā)生低壓蒸汽10.1t/h供裝置自用，降低了能耗，而重油方案僅產(chǎn)汽6.75t/h。

輕油方案輕烴回收部分的脫碳4塔和脫碳2塔重沸器所需熱量477.6×104kcal/h，也需分餾系統(tǒng)的常二中和常三線過(guò)剩熱量提供。

四、能耗比較

兩種方案能耗對(duì)比見(jiàn)表3。

表 3 兩種方案能耗對(duì)比

綜上所述，常減壓裝置改煉輕質(zhì)原油對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)排布影響較大，增加了初頂油氣、常頂油氣、常二中等參與換熱的熱物流，且換熱溫度范圍與重油方案亦不同，需大范圍調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。輕油方案比重油方案多產(chǎn)的過(guò)剩熱量在產(chǎn)汽和輕烴回收部分得到利用，循環(huán)水耗量為重油方案的1.24倍，且較多的產(chǎn)汽自用又可降低能耗。綜合幾種因素，輕油方案的換熱終溫低于重油方案，但兩種方案能耗相差并不大，輕油方案略高，且增設(shè)了輕烴回收，每年可回收液化氣12萬(wàn)t，同時(shí)下游裝置亦可獲得合格的石腦油原料，從經(jīng)濟(jì)效益上講，收益更顯著。