常壓塔回流取熱流程的討論

劉 統(tǒng) 華

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司 華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071）

常壓塔回流取熱流程的討論

劉 統(tǒng) 華

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司 華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071）

根據(jù)一套500萬(wàn)t/a常減壓蒸餾裝置的數(shù)據(jù)，采用ASPEN PLUS軟件對(duì)目前常減壓蒸餾裝置設(shè)計(jì)中采用的3種常壓塔回流取熱流程進(jìn)行了模擬計(jì)算，并從產(chǎn)品分離精度、對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)終溫的影響等方面進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比結(jié)果認(rèn)為流程1和流程3產(chǎn)品的分離精度比較好，流程2的換熱網(wǎng)絡(luò)終溫較高、但產(chǎn)品的分離精度和常壓塔的操作彈性較差。

常減壓蒸餾；常壓塔；回流取熱

目前常減壓蒸餾裝置常壓塔的設(shè)計(jì)一般設(shè)三條側(cè)線，同時(shí)設(shè)2~3個(gè)中段回流和1個(gè)頂循回流以較高的溫位取走回流熱[1]。一般來(lái)說(shuō)，常壓塔中段回流所取出的熱量可為全塔總回流熱的40%~60%左右[2]。在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，目前常壓塔的設(shè)計(jì)中段回流熱一般提高至全塔總回流熱的 60%左右，以提高裝置的換熱終溫，降低裝置的燃料消耗。

目前常壓塔回流取熱的流程設(shè)計(jì)主要有三種，本文根據(jù)一套500萬(wàn)t/a噸/年常減壓蒸餾裝置的數(shù)據(jù)，采用ASPEN PLUS軟件對(duì)這三種流程進(jìn)行了模擬計(jì)算，并從產(chǎn)品分離精度、換熱網(wǎng)絡(luò)終溫等方面進(jìn)行了對(duì)比。

1 流程及計(jì)算基礎(chǔ)

1.1 原油一般性質(zhì)

裝置所加工原油的一般性質(zhì)見表1。

1.2 物料平衡及產(chǎn)品去向

裝置常壓蒸餾部分的物料平衡及產(chǎn)品去向見表2。

1.3 流程方案

3種流程方案如圖1所示，圖中所示的塔板均為理論板。

表1 原油的一般性質(zhì)Table 1 General properties of crude

表2 物料平衡及產(chǎn)品去向Table 2 Material balance and product destination

其中(a)流程1是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的流程，兩個(gè)中段回流分別設(shè)在常一線和常二線的下方，塔頂設(shè)頂循回流和塔頂回流。(b)流程2是常一中回流設(shè)在常一線下方，常二中回流設(shè)在常三線下方，塔頂設(shè)頂循回流和塔頂回流，其中常一線和常三線抽出為全抽出。(c)流程3是設(shè)三個(gè)中段回流，分別和三條側(cè)線在同一塊塔板抽出，返回側(cè)線抽出上部?jī)蓪铀?，不設(shè)頂循回流。

圖1 3種流程方案Fig.1 Three flow schemes

2 計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比及分析

2.1 操作條件

3種流程的常壓塔部分的主要操作條件見表3。

另外，3種流程方案的常一線重沸器負(fù)荷相同、常二線汽提塔、常三線汽提塔和常壓塔底的汽提蒸汽量相同，閃蒸部分的操作條件也相同。

從表3可以看出：

（1）和流程1相比，流程2的常二中（PA3）有部分熱量在窄點(diǎn)之上，常一線和常三線抽出溫度降低幅度較大。流程3的常三中（PA3）有少量熱量在窄點(diǎn)之上，側(cè)線抽出溫度和流程1相當(dāng)。

（2）流程3沒(méi)有設(shè)頂循回流，在塔頂壓力不變的情況下，塔頂油氣分壓升高，塔頂溫度較流程 1和流程2高[3]。

塔頂油氣的露點(diǎn)溫度約為100 ℃，為防止常壓塔頂露點(diǎn)腐蝕，常壓塔頂操作溫度一般至少要高出露點(diǎn)溫度20 ℃，所以塔頂溫度一般設(shè)計(jì)為120 ℃以上。

當(dāng)原油性質(zhì)變化等原因?qū)е滤敎囟冉档蜁r(shí)，需要降低頂循甚至中段回流的取熱量以保持塔頂合理的操作溫度。

表3 常壓塔主要操作條件Table 3 Operating conditions of crude distillation column

2.2 產(chǎn)品主要性質(zhì)和分離精度

3種流程的常壓產(chǎn)品的主要性質(zhì)見表4，產(chǎn)品的分離精度見表5。

表4 產(chǎn)品的主要性質(zhì)Table 4 Main properties of products

表5 產(chǎn)品的分離精度Table 5 Separation effect of products

從表4和表5可以看出，3種流程常三線和常渣的分離精度是一樣的，流程1和流程3的各側(cè)線以及石腦油之間的分離精度基本相同，流程2的常一線和石腦油、常二線和常三線的分離精度下降幅度較大。

從表3的常壓塔主要操作條件分析，流程2的常一線和常三線抽出溫度下降較多。這是由于石腦油和常二線中的部分餾分分別進(jìn)入常一線和常三線導(dǎo)致常一線和常三線餾分變輕，常一線和常三線的抽出溫度為其泡點(diǎn)溫度，所以抽出溫度明顯下降。

2.3 取熱及對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的影響

3種流程的常壓塔回流取熱情況見表6。

表6 常壓塔回流取熱Table 6 Reflux heat of crude distillation column

從表6和上述的表3分析可以得出：

（1）流程1和流程3的中段回流取熱約占全塔內(nèi)回流熱的64%，流程2的中段回流取熱約占全塔內(nèi)回流熱的81%。

（2）和流程1相比，流程3的常三中取熱有少量熱量位于窄點(diǎn)之上，可使換熱網(wǎng)絡(luò)換熱終溫升高約3 ℃，相應(yīng)降低裝置能耗約0.2 kg標(biāo)準(zhǔn)油/t原油。流程2的常二中取熱有部分熱量位于窄點(diǎn)之上，可以換熱網(wǎng)絡(luò)終溫升高約8 ℃，相應(yīng)降低裝置能耗約0.5 kg標(biāo)準(zhǔn)油/噸原油[4]。

表7 常壓塔汽液相負(fù)荷Table 7 Stage vapor and liquid flow

（3）流程2的常二中取熱位于常三線之下，這部分內(nèi)回流熱僅對(duì)常三線和常渣的分離起作用，對(duì)常三線以上產(chǎn)品的分離不起作用，所以流程2常三線以上產(chǎn)品的分離精度下降。國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出，對(duì)于最低的中段循環(huán)以下無(wú)產(chǎn)品側(cè)線的情況，該中段最好停用[5]。

2.4 汽液相負(fù)荷及對(duì)塔徑的影響

3種流程的常壓塔汽液相負(fù)荷見表7。從表7的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出：（1）流程1和流程3的全塔汽液相負(fù)荷較為均勻，常壓塔不需要縮徑。

（2）流程2常一中以上部分汽液相負(fù)荷較小，而常一中及以下、常二線以上部分汽液相負(fù)荷較大，所以常壓塔常一中以上的筒體需要縮徑。

（3）流程2常一中回流處的液相負(fù)荷較大，當(dāng)原油性質(zhì)變化和操作調(diào)整時(shí)，常一中回流處容易成為瓶頸。

3 結(jié) 論

（1）在產(chǎn)品方案和拔出率一定的前提下，增加常壓塔高溫位熱源的取出要以降低產(chǎn)品分離精度為代價(jià)。

（2）流程2的高溫位熱源較多、換熱網(wǎng)絡(luò)終溫較高，但常壓塔產(chǎn)品的分離精度和常壓塔的操作彈性較流程1和流程3差。綜合對(duì)比，推薦采用流程1或流程3。

［1］ 唐孟海,等.常減壓蒸餾裝置技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)石化出版社，2010:38.

［2］ 石油化學(xué)工業(yè)部石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院.塔的工藝設(shè)計(jì)[M]. 北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1977:12.

［3］ 李志強(qiáng).原油蒸餾工藝與工程[M]. 北京：中國(guó)石化出版社，2010: 274.

［4］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50441-2007 4[S].

［5］ 徐春明,等.石油煉制工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009:235.

Discussion on Reflux Schemes of the Crude Distillation Column

LIU Tong-hua
（CPECC East-China Design Branch,Shandong Qingdao 266071, China）

Based on input data of a 5 Mt/a crude distillation and vacuum distillation unit, process simulation of three reflux schemes for the crude distillation column is carried out by using Aspen Plus. Effect of three schemes on product separation sharpness and end temperature of heat exchanger net was analyzed. The results show that scheme 1 and scheme 3 have higher separation sharpness,and scheme 2 has higher heat exchanger net end temperature, but scheme 2 has lower separation sharpness and worse operation flexibility.

Crude distillation and vacuum distillation unit; Crude distillation column; Reflux heat recovery

TQ 028

A

1671-0460（2012）05-0488-04

2012-03-30

劉統(tǒng)華（1979-），男，山東菏澤人，工程師，碩士研究生，2004年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）化學(xué)工藝專業(yè)，現(xiàn)從事石油化工裝置的工藝設(shè)計(jì)工作。E-mail：liutonghua@cnpccei.cn 。