國(guó)內(nèi)外常減壓蒸餾工程技術(shù)淺析

袁毅夫，王亞彪，張 成

(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

國(guó)內(nèi)外常減壓蒸餾工程技術(shù)淺析

袁毅夫，王亞彪，張 成

(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

對(duì)國(guó)外煉油廠15.00 Mt/a常壓蒸餾裝置、20.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置和國(guó)內(nèi)某煉油廠10.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置加工原油、生產(chǎn)方案、加工流程、操作條件、設(shè)備選擇及能量消耗等方面進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，3套裝置各有技術(shù)特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)裝置的能耗為387.3 MJ/t原油，遠(yuǎn)低于國(guó)外煉油廠裝置的能耗。

常減壓蒸餾 工程技術(shù) 工藝流程 能耗 述評(píng)

原油常減壓蒸餾技術(shù)發(fā)展至今，不論在流程技術(shù)、傳質(zhì)傳熱技術(shù)，還是在節(jié)能技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等方面，均取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。盡管蒸餾技術(shù)的基礎(chǔ)理論沒(méi)有產(chǎn)生突破性的變革，但是常減壓蒸餾工程技術(shù)卻發(fā)生著日新月異的變化。如板式塔內(nèi)件技術(shù)、填料塔內(nèi)件技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)、減壓深拔技術(shù)、兩段減壓蒸餾技術(shù)、全裝置能量利用系統(tǒng)分析技術(shù)等[1-7]。

對(duì)歐洲某著名工程技術(shù)公司為東南亞某石油公司完成的15.00 Mt/a常壓蒸餾裝置(簡(jiǎn)稱裝置1)的FEED文件和美國(guó)某著名工程技術(shù)公司為中東某石油公司完成的20.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置(簡(jiǎn)稱裝置2)的FEED文件進(jìn)行分析，這兩個(gè)項(xiàng)目的FEED文件出自國(guó)際著名工程公司，具有一定的代表意義。將這兩個(gè)項(xiàng)目與國(guó)內(nèi)某煉化企業(yè)10.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置(簡(jiǎn)稱裝置3)進(jìn)行對(duì)比分析，力求呈現(xiàn)國(guó)內(nèi)外常減壓蒸餾工程技術(shù)的基本狀況。

1 原料與產(chǎn)品

1.1 原料與生產(chǎn)方案

3套裝置加工的原油主要性質(zhì)見(jiàn)表1。裝置1為擬建設(shè)的加工巴士拉原油的常壓蒸餾裝置，主要生產(chǎn)石腦油、煤油餾分、柴油餾分和常壓重油；裝置2為正在建設(shè)的加工沙特重質(zhì)原油的常減壓蒸餾裝置，主要生產(chǎn)石腦油、煤油餾分、柴油餾分、蠟油和渣油；裝置3為已經(jīng)投產(chǎn)的加工沙特原油的常減壓蒸餾裝置，主要生產(chǎn)石腦油、煤油餾分、柴油餾分、輕蠟油、重質(zhì)蠟油和渣油。3套裝置中除裝置1只有常壓蒸餾外，生產(chǎn)方案基本一致，裝置3采用了減壓深拔技術(shù)，而裝置2采用的僅是常規(guī)的濕式減壓蒸餾技術(shù)。從表1可以看出，裝置2加工的原油最重，裝置3加工的原油相對(duì)較輕。

表1 原油的主要性質(zhì)

1.2 物料平衡

3套裝置的物料平衡見(jiàn)表2。裝置2設(shè)置有初餾塔，初餾塔塔頂不凝氣體(初頂氣)和液體產(chǎn)品初餾塔塔頂油(初頂油)直接送到輕烴回收裝置；常壓塔塔頂不凝氣體(常頂氣)和液體產(chǎn)品(常頂油)，以及減壓塔塔頂不凝氣體(減頂氣)和液體產(chǎn)品(減頂油)也直接送到輕烴回收裝置，生產(chǎn)穩(wěn)定石腦油和液化氣。裝置3減壓塔塔頂不凝氣體(減頂氣)在本裝置內(nèi)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的脫硫后直接作為加熱爐的燃料，而液相產(chǎn)品(減頂油)則直接并入柴油餾分中。裝置1在正常生產(chǎn)過(guò)程中，由于常壓塔塔頂產(chǎn)品罐的操作壓力較高，沒(méi)有常頂氣產(chǎn)生，液體產(chǎn)品直接送到輕烴回收裝置生產(chǎn)穩(wěn)定石腦油和液化氣。從表2可以看出：裝置2的常壓餾分收率最高，達(dá)到了51.00%，其將部分輕蠟油自常壓塔分離出來(lái)；裝置2減壓餾分收率較低，接近裝置3的一半；裝置3采用了減壓深拔技術(shù)，減壓渣油的收率僅有23.80%。

表2 裝置的物料平衡

2 加工流程與主要操作條件

2.1 加工流程

3套裝置的加工流程見(jiàn)圖1～圖3。從圖1～圖3可以看出：①裝置3的常壓塔塔頂油氣采用一段冷凝冷卻，而裝置1和裝置2采用的是兩段冷凝冷卻；裝置1的第一段冷凝用于滿足回流的需要，裝置2采用的卻是第二段冷凝液作為回流；3套裝置的常壓塔塔頂油氣均參與原油換熱；②裝置2設(shè)置有初餾塔，生產(chǎn)一部分石腦油，常壓塔頂部32層塔板之上進(jìn)行了縮徑處理；裝置3僅設(shè)置閃蒸塔，塔頂氣體直接送入常壓塔的常一中回流段，而裝置1既沒(méi)有設(shè)置初餾塔也沒(méi)有設(shè)置閃蒸塔。初餾塔能夠?qū)⒃椭袥](méi)有脫凈的水和少量的石腦油蒸出，有利于常壓蒸餾生產(chǎn)操作的穩(wěn)定性，而閃蒸塔流程簡(jiǎn)單，投資省，更有利于裝置節(jié)能；③裝置1的常壓塔僅抽出2條側(cè)線，柴油收率也較低；裝置2的常壓塔抽出3條側(cè)線，常三線生產(chǎn)加氫裂化原料，常壓拔出率較高；裝置3也抽出3條側(cè)線，但常二線和常三線同時(shí)生產(chǎn)柴油餾分。較少的側(cè)線抽出，可以簡(jiǎn)化流程，降低塔設(shè)備的高度，但塔徑會(huì)較大，也不利于塔的熱量回收；④裝置1和裝置2的中段回流抽出位置均與側(cè)線抽出位于相同位置，裝置3中段回流的抽出位置靠近上一側(cè)線抽出板。中段回流抽出位置靠近下部側(cè)線，提高了熱量溫位，有利于換熱回收，但熱負(fù)荷會(huì)有所降低，中段回流上部的傳質(zhì)塔盤(pán)汽液負(fù)荷也會(huì)降低，對(duì)傳質(zhì)分離效率影響較大；⑤裝置1和裝置2的常壓塔側(cè)線抽出均采用設(shè)置集油箱，而裝置3利用的是塔盤(pán)板抽出斗。專門(mén)設(shè)置集油箱抽出，更有利于裝置的平穩(wěn)操作控制，但投資會(huì)相應(yīng)增加；⑥裝置2常壓塔常三線生產(chǎn)加氫裂化原料，占原油約7.87%，減壓塔僅生產(chǎn)加氫裂化原料，減壓塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅抽出2條側(cè)線，設(shè)置3段填料床層；而裝置3的減壓塔需要生產(chǎn)柴油餾分、加氫裂化原料和加氫處理原料，減壓塔的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。過(guò)多的常壓拔出，不但會(huì)使常壓加熱爐出口溫度過(guò)高，也會(huì)導(dǎo)致減壓加熱爐出口溫度過(guò)高；⑦裝置2和裝置3的抽真空系統(tǒng)均采用了三級(jí)抽真空系統(tǒng)，但裝置3是為了滿足減壓深拔的技術(shù)要求，而裝置2采用的是濕式減壓蒸餾技術(shù)；濕式減壓蒸餾的減壓塔頂會(huì)有大量的水蒸氣存在，采用三級(jí)抽真空系統(tǒng)必然會(huì)導(dǎo)致大量的水蒸氣消耗。

2.2 主要操作條件

圖1 裝置1加工流程示意

圖3 裝置3加工流程示意

表3 裝置的主要操作條件

3 設(shè)備及基本技術(shù)狀況

3套裝置的主要設(shè)備及基本技術(shù)狀況見(jiàn)表4。從表4可以看出：①裝置1和裝置2的電脫鹽設(shè)施均采用了雙系列，但電脫鹽罐的容積相對(duì)較小，罐內(nèi)原油的上升速率較高，特別是裝置2加工原油的API重度達(dá)到了27.2(見(jiàn)表1)，罐內(nèi)原油上升速率30.7 cm/min，而裝置3罐內(nèi)原油上升速率為15.8 cm/min；裝置2和裝置3電脫鹽罐的加工能力較高，裝置3的原油電脫鹽技術(shù)水平相對(duì)較低；②裝置1的常壓塔直徑為9.9 m，蒸餾強(qiáng)度較低，為9.19 t/(m2·h)，裝置2的塔徑只有9.5 m，蒸餾強(qiáng)度卻達(dá)到了15.02 t/(m2·h)，裝置2的減壓塔直徑為15.3 m，蒸餾強(qiáng)度為2.14 t/(m2·h)，而裝置3在深拔操作下塔徑僅有10.8 m，蒸餾強(qiáng)度達(dá)到了4.07 t/(m2·h)。蒸餾強(qiáng)度的高低并不能完全說(shuō)明分餾塔的加工能力和技術(shù)水平的高低，還與分餾塔的操作條件、產(chǎn)品收率及其分割的清晰度、操作的穩(wěn)定性和對(duì)原料變化的適應(yīng)能力等有關(guān)；③裝置1的原油換熱網(wǎng)絡(luò)采用1-1結(jié)構(gòu)，每個(gè)換熱單元均采用偶數(shù)臺(tái)換熱器并聯(lián)操作，換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，換熱強(qiáng)度達(dá)到了9.41 kW/m2；裝置2的原油換熱網(wǎng)絡(luò)采用2-2-2結(jié)構(gòu)，也較簡(jiǎn)單，每個(gè)換熱單元均采用偶數(shù)臺(tái)換熱器并聯(lián)操作，換熱強(qiáng)度也達(dá)到了8.06 kW/m2；裝置3的換熱網(wǎng)絡(luò)采用3-2-3-1-1-2結(jié)構(gòu)，最復(fù)雜，換熱強(qiáng)度僅為7.34 kW/m2。不論空氣冷卻(空冷)還是水冷卻，裝置1和裝置2的冷卻負(fù)荷均較高，裝置3的冷卻負(fù)荷相對(duì)較低，這也說(shuō)明裝置3的余熱回收率較高；④裝置2抽真空系統(tǒng)的吸入負(fù)荷達(dá)到了1 531 kmol/h，動(dòng)力蒸汽消耗104.1 t/h，而裝置3盡管屬于減壓深拔操作，但抽真空系統(tǒng)相對(duì)較小，吸入負(fù)荷僅255.9 kmol/h，動(dòng)力蒸汽消耗僅16.9 t/h。

表4 主要設(shè)備及基本技術(shù)狀況

1) 加工能力指單位電脫鹽罐容積所加工原油的流量[t/(m3·h)]。

2) 蒸餾強(qiáng)度系指單位塔截面積的最大產(chǎn)品收率[t/(m2·h)]。

3) 設(shè)備情況系指三級(jí)抽真空系統(tǒng)中，每一級(jí)抽真空設(shè)備并聯(lián)操作的臺(tái)數(shù)。

4 消耗與能耗

4.1 消 耗

3套裝置的主要消耗見(jiàn)表5。根據(jù)表5數(shù)據(jù)和表2中裝置加工量計(jì)算出單耗數(shù)據(jù)，可以看出：①裝置1和裝置2的燃料消耗均較高，特別是裝置1，僅常壓蒸餾每噸原油消耗燃料達(dá)到8.02 kg，裝置2加工的是重質(zhì)原油，減壓渣油收率32.37%，每噸原油消耗燃料為11.44 kg；裝置3采用了減壓深拔技術(shù)，減壓渣油收率僅為23.8%，每噸原油燃料消耗也僅為8.25 kg；②裝置2每噸原油冷卻水消耗4.65 t，而裝置3每噸原油冷卻水消耗2.34 t；③裝置2和裝置3空冷用電基本相當(dāng)；④裝置2每噸原油動(dòng)力消耗(機(jī)泵用電)6.85 kWh，而裝置3每噸原油動(dòng)力消耗只有4.08 kWh；如此之大的差別，主要原因是裝置2油品在冷換設(shè)備和管道內(nèi)的流速采用了較高的數(shù)據(jù)，對(duì)于冷換設(shè)備采用較高的液體流速，盡管動(dòng)力損失較大，但會(huì)獲得較高的傳熱膜系數(shù)和換熱強(qiáng)度，節(jié)省設(shè)備投資的同時(shí)也降低了冷換設(shè)備結(jié)垢的可能性；⑤裝置2的汽提蒸汽和抽真空蒸汽每噸原油消耗高達(dá)30.95 kg和43.96 kg，而裝置3這兩項(xiàng)分別僅為11.25 kg和14.20 kg；⑥裝置2的外供熱和熱出料較多，而裝置3的外供熱和熱出料相對(duì)較少，但發(fā)生了9.4 t/h水蒸氣。

表5 裝置的主要消耗

4.2 能 耗

采用國(guó)內(nèi)的能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)對(duì)3套裝置的能耗進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。從表6可以看出，裝置3的能耗遠(yuǎn)低于裝置2和裝置1的能耗，僅為387.3 MJ/t。

表6 裝置的能耗計(jì)算 MJ/t

5 結(jié)束語(yǔ)

(1) 對(duì)于常減壓蒸餾裝置，國(guó)內(nèi)盡最大的可能回收裝置的余熱。由此，也帶來(lái)了換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，換熱強(qiáng)度較低等負(fù)面效果。油品在冷換設(shè)備內(nèi)的流速較低，節(jié)省了機(jī)泵的動(dòng)力消耗的同時(shí)，也造成設(shè)備結(jié)垢較嚴(yán)重，裝置運(yùn)行后期熱回收能力下降。

(2) 原油電脫鹽技術(shù)水平與國(guó)外相比尚有一定的差距。這也可能是國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)加工原油品種變化較頻繁，破乳劑的水平難以適應(yīng)要求所致。

(3) 在初餾塔或閃蒸塔的設(shè)置和操作條件的選擇上，國(guó)內(nèi)考慮的不但是使其起到緩解原油系統(tǒng)的壓力作用，還要兼顧裝置的節(jié)能作用。由于盡可能多的拔出量有利于降低裝置的加工能耗，國(guó)內(nèi)所采用的操作溫度較國(guó)外的高得多。

(4) 國(guó)外的常壓塔頂多采用兩級(jí)冷凝冷卻，第一級(jí)主要滿足回流需要并保持沒(méi)有冷卻水析出，盡管可換熱回收的熱量降低了，但降低了介質(zhì)的腐蝕性，設(shè)備和工藝管道的材質(zhì)選擇降低了，提高了裝置的運(yùn)行周期，投資也得到了降低。

(5) 國(guó)外一種產(chǎn)品采用一條抽出側(cè)線，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而國(guó)內(nèi)注重的是能量回收和盡量減少塔設(shè)備的直徑，以降低設(shè)備投資，故而采用的抽出側(cè)線相對(duì)較多。

(6) 案例中并沒(méi)有足夠證據(jù)說(shuō)明國(guó)內(nèi)外在塔設(shè)備的加工能力上的明顯區(qū)別。但汽提蒸汽的使用量上，國(guó)外明顯高于國(guó)內(nèi)，從空塔氣速角度看，國(guó)外采用的數(shù)據(jù)較高。

(7) 裝置2沒(méi)有采用減壓深拔技術(shù)，為了獲取較高的拔出率，采用高的汽提蒸汽條件下，又采用了高真空操作，蒸汽消耗和污水的排放非常大，裝置的能耗也因此加大。

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BRIEF ANALYSIS FOR ATMOSPHERIC AND VACUUM DISTILLATION TECHNOLOGY AT HOME AND ABROAD

Yuan Yifu， Wang Yabiao， Zhang Cheng

(SINOPECEngineeringIncorporation，Beijing100101)

With the development of the atmospheric and vacuum distillation technology， a considerable progresses in process flow， mass and heat transfer， energy-saving and friendly environment are achieved. Three crude distillation units with different capacities at home and abroad are quoted as cases in this paper. The crude properties， product scheme， process flow and operating parameters are introduced in detail， while their equipment selection and engineering expertise are emphasized. The brief analysis is performed on their utility summary and energy consumption. The comparison and analysis conclude that the three sets of distillations have different characteristics. However， the energy consumption (387.3 MJ/t) of the domestic refinery is far lower than that of the foreign refineries.

atmospheric and vacuum distillation； engineering expertise； process scheme； energy consumption； review

2014-03-14； 修改稿收到日期： 2014-04-15。

袁毅夫，高級(jí)工程師，中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司副總工程師，長(zhǎng)期從事原油蒸餾工藝設(shè)計(jì)工作。

袁毅夫，E-mail：yuanyifu.sei@sinopec.com。