上海石化常減壓裝置瓦斯現(xiàn)狀分析與治理

金麗萍

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，200540)

上海石化常減壓裝置瓦斯現(xiàn)狀分析與治理

金麗萍

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，200540)

根據(jù)常減壓裝置加工原油趨向進(jìn)口化的特點(diǎn)，提出常減壓裝置通過對瓦斯治理方案的對比，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的治理方案。瓦斯的治理改造，大大改善了加熱爐煙氣排放質(zhì)量，提高空氣環(huán)境質(zhì)量，減輕了加熱爐的腐蝕，保證了裝置的長周期運(yùn)行，同時(shí)有效回收瓦斯中的碳三和碳四組分，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

常減壓裝置 瓦斯 治理 回收 脫硫

常減壓裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生的初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣、減壓塔塔頂氣以及脫丁烷塔塔頂氣是常減壓裝置瓦斯的主要來源。在原油資源及經(jīng)濟(jì)效益的大背景下，多年來中東等進(jìn)口含硫及高硫原油逐步取代了國產(chǎn)低硫原油，成為國內(nèi)大中型煉油企業(yè)原油依靠。隨著原油性質(zhì)的快速轉(zhuǎn)變，常減壓裝置瓦斯的性質(zhì)隨之改變，呈現(xiàn)出富含硫化氫和輕烴的特性。常減壓裝置瓦斯直接去本裝置加熱爐燃燒的處理方式已越來越違背清潔生產(chǎn)的原則，因此，常減壓裝置瓦斯工藝流程急待優(yōu)化，以適應(yīng)目前瓦斯性質(zhì)改變所帶來的環(huán)境友好、防腐安全以及經(jīng)濟(jì)效益最大化的要求。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 常減壓裝置瓦斯組成

早期國內(nèi)常減壓裝置以加工國產(chǎn)低硫原油為主，原油中碳五以下輕烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低(一般不到0.5%)，由于燃料相對短缺，常減壓裝置自產(chǎn)初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣以及減壓塔塔頂氣基本上去本裝置加熱爐作為燃料消耗。目前國內(nèi)常減壓裝置加工進(jìn)口原油的比例越來越高，相對于國產(chǎn)原油，進(jìn)口原油具有輕烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)高(一般達(dá)2%～3%)和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高的特點(diǎn)，其瓦斯組成中硫化氫、丙烷和丁烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加，初餾塔塔頂氣，常壓塔塔頂氣及脫丁烷塔塔頂氣中碳三、碳四質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分別達(dá) 52.2%，40.8%和87.2%，具有一定的回收價(jià)值，而減壓塔塔頂氣中硫化氫體積分?jǐn)?shù)較高(達(dá)16.41%)，必須進(jìn)行脫硫處理。

1.2 環(huán)保要求

目前全國工業(yè)爐窖大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行1996年國家發(fā)布的《工業(yè)爐窖大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 9078—1996)，2008年上海市為了實(shí)現(xiàn)“十一五”時(shí)期環(huán)境保護(hù)規(guī)劃和舉辦2010年世博會(huì)確定的環(huán)境空氣質(zhì)量目標(biāo)，結(jié)合上海市的實(shí)際情況及相關(guān)法規(guī)，又進(jìn)一步將二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)降至600 mg/m3以下。

1.3 防腐要求

富含硫化氫的常減壓裝置瓦斯在加熱爐燃燒，不但產(chǎn)生大量二氧化硫，造成超標(biāo)排放，還會(huì)導(dǎo)致高溫含硫煙氣的硫酸露點(diǎn)腐蝕，危及裝置安全生產(chǎn)［1］。煙氣露點(diǎn)與燃料氣中硫及硫化氫含量有著密切關(guān)系，當(dāng)燃料氣中硫含量降低時(shí)，煙氣的露點(diǎn)也相應(yīng)降低，通過改善燃料氣質(zhì)量，降低其中的硫含量，就可顯著降低煙氣的露點(diǎn)溫度，從而避免或減輕煙氣露點(diǎn)腐蝕［2］。為防止煙氣露點(diǎn)腐蝕，空氣預(yù)熱器勢必提高排煙溫度，避免露點(diǎn)溫度產(chǎn)生，但這樣將降低加熱爐的熱效率。

1.4 輕烴回收利用的要求

不斷增長的能源需求和日趨緊張的原油資源，已將煉油工業(yè)推進(jìn)到分子煉油的新時(shí)代，而常減壓裝置初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣、減壓塔塔頂氣以及脫丁烷塔塔頂氣中碳三和碳四組分含量較高，具有一定的回收價(jià)值。當(dāng)進(jìn)口含硫原油在國內(nèi)市場占主導(dǎo)地位時(shí)，無論從環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)以及資源利用角度考慮，常減壓裝置瓦斯脫硫及碳三和碳四輕烴回收都迫在眉睫。

2 常減壓裝置瓦斯治理方案選擇

常減壓裝置工藝特點(diǎn)造成初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣以及減壓塔塔頂氣壓力都接近常壓，因此難以輸送至脫硫和輕烴回收裝置，需要通過設(shè)置氣體壓縮機(jī)以實(shí)現(xiàn)壓力的提升。氣體壓縮機(jī)投資大、能耗高、操作及維護(hù)相對復(fù)雜，成為常減壓裝置瓦斯治理首先要權(quán)衡的問題。對于各規(guī)模不同、產(chǎn)品質(zhì)量要求不同和工藝流程差異的裝置，可綜合考慮、權(quán)衡利弊，選擇適宜的瓦斯治理方案。

2.1 初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣治理方案

2.1.1 閃蒸—常壓蒸餾—減壓蒸餾流程

對于原油蒸餾采用閃蒸—常壓蒸餾—減壓蒸餾流程的常減壓裝置，閃蒸塔塔頂氣可直接進(jìn)入常壓塔。在加工進(jìn)口原油時(shí)常壓塔塔頂氣可直接去催化裂化裝置或延遲焦化裝置氣壓機(jī)入口分液罐，這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于常減壓裝置不需增加新設(shè)備，投資省、操作簡單。但對常壓塔側(cè)線產(chǎn)品以及汽油有較高質(zhì)量要求的裝置，為確保常壓塔分餾精確度，就需盡可能降低常壓塔壓力。因此，在常減壓裝置增設(shè)氣體壓縮機(jī)將常壓塔塔頂氣提壓后，去催化裂化裝置或延遲焦化裝置氣壓機(jī)入口分液罐，進(jìn)吸收穩(wěn)定系統(tǒng)回收輕烴后再進(jìn)行干氣脫硫處理較為適合。由于提壓需要增設(shè)壓縮機(jī)，投資費(fèi)用相對較高，占地面積相對較大。

2.1.2 初餾—常壓蒸餾—減壓蒸餾流程

對于原油蒸餾采用初餾—常壓蒸餾—減壓蒸餾流程的常減壓裝置，對初餾塔提壓操作不失為行之有效的途徑。當(dāng)原油蒸餾裝置采用初餾塔工藝時(shí)，通過提高初餾塔操作壓力，使碳三和碳四組分在較高的壓力下被汽油餾分充分吸收后，送到脫丁烷塔進(jìn)行分餾，回收原油中的輕烴。提壓后的初餾塔塔頂氣大量減少，甚至能達(dá)到初餾塔塔頂氣全凝操作;同時(shí)提壓后的初餾塔塔頂氣還可實(shí)現(xiàn)直接輸送至催化裂化裝置或延遲焦化裝置氣壓機(jī)入口分液罐。該方案因初餾塔提壓操作，會(huì)影響初餾塔氣化率，如果初餾塔塔底油氣通過閃蒸塔再進(jìn)入常壓塔，在提高氣化率的同時(shí)避免裝置能耗上升。由于初餾塔塔頂氣量減少，僅常壓塔塔頂氣需提壓增設(shè)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)量級降低，投資費(fèi)用及占地面積都相對比較節(jié)約。

此外，近來新建常減壓裝置在規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量上提出更高要求，在設(shè)計(jì)時(shí)將常減壓裝置瓦斯碳三和碳四組分回收與初餾塔塔頂油、常壓塔塔頂油輕烴回收一統(tǒng)考慮，建立完善的吸收—再吸收—脫吸—穩(wěn)定的四塔輕烴回收流程。四塔流程雖然設(shè)備多、流程長、占地面積大、能耗高、操作復(fù)雜，但它不但提高了輕烴的回收率，還解決了干氣不“干”的問題，滿足了液化氣飽和蒸氣壓及碳五以上組分質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，因而經(jīng)濟(jì)效益比較可觀。

2.2 減壓塔塔頂氣的治理方案

減壓塔塔頂氣主要是常壓塔塔底重油經(jīng)減壓爐加熱升溫過程中產(chǎn)生的裂解氣，和初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣相比，不僅量小，而且含碳三和碳四組分也很少，但減壓塔塔頂氣硫化氫含量高，對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，故減壓塔塔頂氣脫硫需要優(yōu)先考慮。同時(shí)在減壓塔塔頂氣治理過程應(yīng)注意對減壓塔頂抽真空系統(tǒng)的影響，需要單獨(dú)進(jìn)行壓縮。

單獨(dú)設(shè)置壓縮機(jī)對減壓塔塔頂氣進(jìn)行提壓是目前較為廣泛使用的減壓塔塔頂氣治理方法，采用減壓塔塔頂氣增壓噴射脫硫技術(shù)。如果下游脫硫裝置能力飽和，在本裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)減壓塔塔頂氣提壓、脫硫治理，設(shè)置1套減壓塔塔頂氣增壓噴射脫硫技術(shù)，與增設(shè)壓縮機(jī)—脫硫塔流程相比，具有流程簡單、投資省、占地少等優(yōu)勢。減壓塔塔頂氣增壓噴射器的工作原理類似于減壓塔塔頂蒸汽抽空器，主要選用甲基二乙醇胺溶液作為噴射動(dòng)力，經(jīng)胺液循環(huán)泵增壓及冷卻后送入增壓脫硫噴射器。減壓塔塔頂氣被噴射器吸入，與胺液混合后并增壓，在混合過程中硫化氫被胺液吸收脫硫，增壓脫硫后的氣液混合物排到氣液分離罐。脫硫后送入加熱爐作為燃料，富胺液由泵抽出后送溶劑再生裝置再生。

2.3 脫丁烷塔塔頂氣的治理方案

脫丁烷塔塔頂氣一般壓力為1.0 MPa，治理相對容易，可直接并入氣體壓縮機(jī)出口一并去后續(xù)裝置回收碳三、碳四及脫硫處理。

3 上海石化常減壓裝置瓦斯治理

3.1 原設(shè)計(jì)情況

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)煉油部目前有6 Mt/a的2#常減壓裝置及8 Mt/a的3#常減壓裝置，設(shè)計(jì)加工中東沙特阿拉伯輕質(zhì)原油及阿曼原油，兩套常減壓裝置瓦斯進(jìn)加熱爐燃燒。6 Mt/a常減壓裝置輕烴回收系統(tǒng)由脫丁烷塔及脫丁烷塔塔頂氣吸收塔組成;8 Mt/a常減壓裝置輕烴回收系統(tǒng)由脫丁烷塔及脫戊烷塔組成，脫丁烷塔塔頂氣進(jìn)本裝置高壓瓦斯罐作加熱爐燃料。

6 Mt/a常減壓裝置目前加工低硫原油，原油硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%，生產(chǎn)負(fù)荷低(35%)。而8 Mt/a常減壓裝置加工高含硫原油，原油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2005年投產(chǎn)開車的1.3%，逐年上升至目前的2%，且長期高負(fù)荷生產(chǎn)。隨著原油采購趨向劣質(zhì)化，瓦斯中硫化氫質(zhì)量濃度也在不斷上升，已嚴(yán)重超出加熱爐的運(yùn)行管理要求(低于100 mg/m3)，在運(yùn)行周期內(nèi)造成空氣余熱回收系統(tǒng)腐蝕漏風(fēng)，以致影響加熱爐熱效率。

3.2 瓦斯治理情況

3.2.1 初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣回收液化氣及脫硫改造

2009年5月在綜合考慮全廠流程、低投入及高效益的前提下，利用原2#煉油聯(lián)合裝置在線火炬氣螺桿式壓縮機(jī)(C－9001)，實(shí)施兩套常減壓裝置初餾塔塔頂氣、常壓塔塔頂氣(以下簡稱“常壓瓦斯”)進(jìn)1 Mt/a催化裂化裝置富氣壓縮機(jī)入口，用以對常壓瓦斯進(jìn)行脫硫以及回收液化石油氣(LPG)。C－9001(包括油泵、分液罐和聯(lián)鎖控制)從2#煉油聯(lián)合裝置移至1#煉油聯(lián)合裝置6 Mt/a常減壓裝置換熱框架東側(cè)空地。投用后運(yùn)行情況較好，因油品性質(zhì)及加工負(fù)荷不同，壓縮機(jī)排氣量一般在600～1200 m3/h。

3.2.2 脫丁烷塔塔頂氣脫硫改造

8 Mt/a常減壓脫丁烷塔塔頂氣進(jìn)高壓瓦斯罐作加熱爐燃料，因其硫化氫體積分?jǐn)?shù)較高(近2%)，2010年底對其實(shí)施脫硫改造?？紤]到其壓力高(約為1.1 MPa)，臨近的3#柴油加氫裝置干氣脫硫系統(tǒng)能力放空，故將脫丁烷塔塔頂氣在進(jìn)高壓瓦斯罐前引出一路至3#柴油加氫裝置硫化氫汽提塔頂回流罐出口管線，去干氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫處理。

3.2.3 減壓塔塔頂氣脫硫和回收液化氣改造

2011年2月，上海石化8 Mt/a常減壓裝置減壓爐因燃燒含硫化氫的瓦斯氣，含酸煙氣穿過透氣性較強(qiáng)的陶瓷纖維襯里，在溫度較低的保溫釘根部上冷凝，形成腐蝕，造成保溫釘斷裂，部分襯里失去支托而坍塌，迫使裝置停工檢修。

2011年10月對8 Mt/a常減壓加熱爐內(nèi)襯檢修時(shí)，增加了瓦斯聯(lián)鎖設(shè)施，因受瓦斯壓縮機(jī)能力限制，通過壓縮機(jī)將硫化氫含量高的8 Mt/a常減壓裝置減壓塔塔頂氣加壓送催化裝置處理。2012年7月6 Mt/a常減壓裝置檢修，減壓塔塔頂氣與常壓瓦斯管線聯(lián)通，開車后同8 Mt/a常減壓裝置減壓塔塔頂氣一同去C－9001。

經(jīng)過改造，目前兩套常減壓裝置瓦斯治理情況見表1。

表1 常減壓裝置瓦斯治理情況

3.3 瓦斯治理成效

3.3.1 安全環(huán)保效應(yīng)

常壓塔塔頂氣通過壓縮機(jī)去催化裂化裝置后，8 Mt/a常減壓裝置加熱爐煙氣中二氧化硫排放略有下降，從1319 mg/m3降至526～1111 mg/m3;脫丁烷塔塔頂氣改造去3#柴油加氫裝置干氣脫硫，煙氣中二氧化硫排放大幅下降至190～355 mg/m3;減壓塔塔頂氣改去催化裝置后，煙氣中二氧化硫排放幾乎為零。目前6 Mt/a常減壓裝置加工低硫油，煙氣中二氧化硫排放在改造前后沒有明顯的變化。

3.3.2 經(jīng)濟(jì)效益

按兩套常減壓裝置回收常壓塔塔頂氣時(shí)，平均流量為800 m3/h(折合約1.36 t/h)，按年運(yùn)行8400 h，常壓塔塔頂氣中碳三和碳四的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%計(jì)，每年可回收碳三和碳四約1.36×40%×8400=4570 t。按液化氣與燃料氣差價(jià)1000元/t計(jì)算，每年可增效4570×1000=457萬元。

若按回收兩套常減壓裝置減壓塔塔頂氣時(shí)，平均流量為700 m3/h(折合約1.05 t/h)，年運(yùn)行8400 h，減壓塔塔頂氣中碳三和碳四質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%計(jì)，則年可增效1.05×26% ×8400×1000=229萬元。

由此可見，在不考慮投資及操作費(fèi)用下，回收常壓塔塔頂氣的經(jīng)濟(jì)效益為457萬元/a，回收減壓塔塔頂氣為229萬元/a。

4 建議

從上海石化兩套常減壓裝置瓦斯治理現(xiàn)狀分析，雖采取了部分措施，但瓦斯治理仍不夠徹底，由于減壓塔塔頂氣與常壓塔塔頂氣共用1臺壓縮機(jī)、不能單獨(dú)壓縮，因此利用舊的壓縮機(jī)能力有限。針對上海石化兩套常減壓裝置瓦斯治理情況，提出如下建議。

(1)8 Mt/a常減壓裝置脫丁烷塔頂氣中碳三和碳四質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(達(dá)87.2%)，流量大約為1000 m3/h，目前只對其進(jìn)行脫硫治理。由于壓縮機(jī)出口管線留有兩個(gè)預(yù)留頭，故建議將脫丁烷塔塔頂氣以及6 Mt/a常減壓裝置吸收塔塔頂氣(壓力達(dá)0.3 MPa)引至壓縮機(jī)出口。

(2)由于中壓加氫裂化裝置液化氣、延遲焦化裝置凝縮油含硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，進(jìn)入6 Mt/a常減壓裝置輕烴回收系統(tǒng)后，可能造成加熱爐煙氣超標(biāo)。因此在目前狀況下，建議改去8 Mt/a常減壓裝置輕烴系統(tǒng)。

(3)從長遠(yuǎn)看，上海石化16 Mt/a大煉油改造后，常減壓裝置原油加工量及原油硫含量都將提升，同時(shí)面臨催化裂化裝置停役、3#柴油加氫裝置高負(fù)荷生產(chǎn)等系列問題，使得常減壓裝置瓦斯治理問題日益突出，必須進(jìn)一步對常減壓裝置瓦斯進(jìn)行綜合治理。故建議在常減壓裝置內(nèi)新增1臺螺桿壓縮機(jī)、預(yù)脫硫塔及吸收塔，新增壓縮機(jī)用以對兩套常減壓裝置常壓瓦斯提壓，利用舊的壓縮機(jī)提壓減壓塔塔頂氣，同時(shí)將兩套常減壓裝置脫丁烷塔塔頂氣并入壓縮機(jī)出口，去新建預(yù)脫硫塔，經(jīng)吸收塔回收碳三和碳四組分后去2#煉油脫硫系統(tǒng)。

［1］ 李志強(qiáng)主編.原油蒸餾工藝與工程［C］.北京:中國石化出版社，2010:987.

［2］ 李志強(qiáng)主編.原油蒸餾工藝與工程［C］.北京:中國石化出版社，2010:1186 －1187.

Analysis on Current Status of Gas in Atmospheric and Vacuum Distillation Unit of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited and its Treatment

Jin Liping
(Petroleum Refining Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd.200540)

In view that more and more imported crude oil was processed by atmospheric and vacuum distillation unit，the current status of gas in the unit and necessity of treatment were raised.Based on comparison of several gas treatment schemes，an economic and rational scheme was adopted.Through treatment and reformation of gas，the quality of flue gas discharged was improved greatly，which was helpful for improvement of air quality，and mitigated corrosion of heating furnace，so as to ensure long － period operation of plant.Meanwhile，the C3and C4constituents in gas were recovered effectively，which achieved good social and economic benefit.

atmospheric and vacuum distillation unit，gas，treatment，recovery，desulfurization

1674－1099 (2012)05－0027－04

TE624

A

2012-06-29。

金麗萍，女，1973年出生，2006年畢業(yè)于上海電視大學(xué)會(huì)計(jì)學(xué)專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事工藝管理工作。