加氫裂化裝置預閃蒸罐研究

黃朝暉

摘 要：以某工業(yè)加氫裂化裝置設計數據為基礎，考察常壓分餾塔進料加熱爐前設置預閃蒸罐的必要性以及罐的溫度、壓力對分餾塔的影響，并對設罐后，閃蒸罐的操作條件對能耗、操作成本及投資方面的影響進行了對比。結果表明：對于以石腦油、航煤、柴油和尾油（作為產品送出裝置或者作為循環(huán)油返回反應部分）為目標產品的加氫裂化裝置，設罐可有效降低進料加熱爐和分餾塔的負荷。在相同壓力下，閃蒸罐的溫度越高，分餾塔負荷越??；在相同溫度下，閃蒸罐壓力越低，分餾塔負荷越小。在分餾塔輸入熱量相同的情況下，罐的閃蒸溫度高，可節(jié)省投資和能耗，閃蒸溫度低，可節(jié)省操作成本。設計過程中可根據航煤和柴油分離要求的不同，在一定范圍內靈活選擇閃蒸罐的溫度和壓力。

關 鍵 詞：加氫裂化；預閃蒸罐；分餾塔

中圖分類號：TE 624 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）07-1680-04

Research on Preflash Drum of Hydrocracking Unit

HUANG Zhao-hui

（ZRCC/SINOPEC ， Zhejiang Ningbo 315207， China）

Abstract： Based on the design data of a hydrocracking unit， the necessity of setting a preflash drum in front of the fractionator feed heater was discussed as well as influence of operating temperature and pressure of the drum on the fractionator. The influence of operating conditions in the preflash drum on the energy consumption， operating cost and investment was analyzed. The results show that， for the hydrocracker units to produce naphtha， jet， diesel and UCO， loads of fractionator and relevant feed heater can be lowered to a large extent if preflash drum is installed. Under same pressure， the load of fractionator will be lowered with the increase of operating temperature in preflash drum； under same temperature， the load of fractionator will be lowered with the decrease of operating pressure in preflash drum； in the case of same heat input for fractionator， investment and energy will be lowered with the increase of flashing temperature in the drum， while operating cost will be lowered with the decrease of flashing temperature. The operating temperature and pressure can be optimized within some range during the process of engineering design based on different separation requirements of jet and diesel.

Key words： Hydrocracker； Preflash drum； Fractionator

近年來，國內部分新建或在建的加氫裂化裝置在常壓分餾塔進料加熱爐前增設預閃蒸罐，一般認為設閃蒸罐可以降低加熱爐和分餾塔的負荷，但流程設計較復雜。國內已投產或正在設計的多套加氫裂化裝置數據表明：汽提塔底液在進分餾塔進料加熱爐前的換熱溫升多在20～60 ℃之間；預閃蒸罐的操作壓力在0.3～0.6 MPa（G）之間；閃蒸氣進分餾塔的位置位于柴油側線抽出板以下約5～10塊塔盤。本文在總結以上數據的前提下，以某工業(yè)裝置設計數據為基礎，采用化工工藝流程模擬軟件PROII對設罐的必要性及罐的操作溫度、壓力對分餾塔的影響進行計算。

1 裝置概況

加氫裂化分餾部分典型的流程為先汽提后分餾流程；分餾部分第一個塔為H2S汽提塔[1]，汽提塔底液經換熱升溫后進入常壓分餾塔，在常壓分餾塔完成重石腦油、航煤、柴油和蠟油的分割。設罐與不設罐的流程區(qū)別在于：不設罐時，汽提塔底液先經泵升壓再換熱后，進入分餾塔進料加熱爐加熱至需要的溫度后進入分餾塔；設罐時，汽提塔底液直接換熱后進入預閃蒸罐，閃蒸罐頂氣相直接進入分餾塔，閃蒸罐底液相經泵升壓再經分餾塔進料加熱爐加熱至需要溫度后進入分餾塔。

2 設罐的必要性

通過設罐與不設罐兩個工況的對比計算，考察設罐的必要性。選取計算基準點：分餾塔進料加熱爐出口溫度相同；塔頂操作壓力相同；各產品收率

相同。設罐工況汽提塔底油換熱溫升50 ℃；閃蒸罐頂閃蒸氣在第22塊理論板進塔；主進料板為第30塊理論板。

2.1 分餾塔溫度分布

設罐與不設罐時，分餾塔塔盤上的溫度分布如圖1。

圖1 分餾塔塔盤上的溫度分布

Fig.1 The temperature distribution of trays

■-設罐工況；●-不設罐工況

由圖1可以看出，設罐后，在閃蒸氣進料板以上，塔盤上的溫位低于不設罐工況；在閃蒸氣進料板以下至主進料板之間，塔盤上的溫位略高于不設罐工況；主進料板以下，塔盤上的溫度基本重疊。可以看出，設罐與不設罐相比，塔頂輕組分（石腦油）和塔底重組分（蠟油）的抽出溫度基本不變，中間餾分抽出板的溫度發(fā)生了變化。

這是因為設置預閃蒸罐，對輕重組分進行了初步分離，使得全塔輕重餾分的分布發(fā)生變化，閃蒸氣進料板以上餾分變輕，閃蒸氣進料板到主進料板之間餾分變重，進料板以下，以蠟油餾分為主，基本沒有變化。

2.2 分餾塔汽液相負荷

設罐與不設罐時，分餾塔塔盤上的氣相負荷見圖2。

圖2 塔盤上的氣相負荷

Fig.2 The vapor load distribution of trays

由圖2可以看出，設罐后，主進料板以上，塔盤上的汽相負荷有明顯下降趨勢；主進料板以下，基本重疊，塔盤上的液相負荷與氣相負荷類似。另外，設罐后，塔頂回流罐的液相負荷下降，說明塔頂的冷卻負荷下降。

2.3 產品分離效果

以中間餾分油（航煤）的D86恩式蒸餾數據作為研究對象，考察設罐與不設罐對分離效果的影響，結果見圖3。

圖3 航煤的餾程

Fig.3 The boiling range of jet

由圖3可以看出，設罐與不設罐工況相比，對航煤而言，設罐工況，D86<50%點基本重疊，D86>50%點溫度有較明顯的升高（98%點升高約10℃）。說明設罐后，航煤的分離效果受到了一定的影響。

綜上所述，設罐后，分餾塔的汽液相負荷下降較明顯，但航煤的分離效果受到一些影響。

由于D86數據偏差較大的部分在航煤餾分整個餾程范圍內所占比例較小，不足以對航煤的性質產生有效影響，對柴油影響也基本相似。在符合國標3號噴氣燃料[2]及歐V柴油標準[3]的情況下，該影響可以忽略，而設罐后，分餾塔的汽液相負荷有明顯的下降，說明設罐有效降低了進料加熱爐的負荷及分餾塔的負荷，設罐的優(yōu)勢比較明顯。

3 罐的溫度、壓力對分餾塔的影響

閃蒸罐的溫度受汽提塔底液取熱溫升的限制，閃蒸罐的壓力受罐頂氣體進入分餾塔的背壓限制，本文選取在多套同類型加氫裂化裝置中典型的溫升和壓力參數分析閃蒸罐溫度和壓力對分餾塔的影響。

選取汽提塔底液的溫升分別為：30、50和70 ℃，并改變閃蒸壓力進行模擬計算；分析分餾塔輸入熱量（汽提塔底液換熱帶入的熱量、加熱爐提供的熱量和航煤汽提塔底重沸器輸入的熱量總和）的變化趨勢（圖4）。

圖4 汽提塔底液溫升和閃蒸罐壓力對分餾塔輸入負荷影響

Fig.4 The influence of temperature increase in effluent from stripper bottom and operating pressure in preflash drum on input heat load of fractionator

■-溫升30 ℃；●-溫升50 ℃；▲-溫升70 ℃

其中“溫升”是指罐閃蒸壓力0.6 MPa（G）條件下的，其它壓力條件下的溫升受閃蒸罐上游調節(jié)閥壓降的影響，稍有差別，但汽提塔底液獲取的熱量相同。

由圖4可以看出，在汽提塔底液溫升相同時，隨著罐閃蒸壓力的降低，分餾塔的輸入熱量也在降低，且兩者的關系基本成線性分布。在罐閃蒸壓力相同時，汽提塔底液溫升越高，分餾塔的輸入熱量越低。

選取分餾塔輸入熱量基本相當的三點，即汽提塔底液溫升70 ℃，罐閃蒸壓力0.55 MPa（G）（下稱工況一）；汽提塔底液溫升50 ℃，罐閃蒸壓力0.4 MPa（G）（下稱工況二）；和汽提塔底液溫升30 ℃，罐閃蒸壓力0.3 MPa（G）（下稱工況三）；對分餾塔塔盤上的溫度分布、汽液相負荷和產品分離精度進行分析發(fā)現：三種工況，塔盤上的溫度基本重疊；塔盤上的氣、液相負荷在閃蒸氣進料板到主進料板之間出現偏差，從工況一到工況三依次遞增，這主要是由于加熱爐負荷的不同造成的，但在目前計算結果中，該段不是塔徑的控制段。另外，三種工況下，航煤和柴油餾分的分離精度相當，因此三種工況具有：分餾塔輸入熱量相近、分餾塔尺寸相同、分餾塔頂冷卻負荷相近和產品分離效果相同等特點。在此基礎上，對三種工況進行了能耗指標、操作成本和投資的對比。

4 能耗指標對比

三種工況能耗的差別主要體現在燃料消耗、電耗和換熱負荷方面，其中加熱爐效率按92%考慮，燃料熱值按標準燃料考慮；泵按參考樣本[4]實際選型得到；換熱負荷較少的工況二和工況三，多余的負荷按發(fā)生1.0 MPa（G）蒸汽考慮，產汽量按除氧水從104 ℃加熱到飽和水蒸汽需要的熱負荷折算。計算結果如表1。

表1 能耗指標對比

Table 1 Comparison of energy consumption

工況 一 二 三

燃料消耗/（kg·h-1） 2 757.6 3 391.4 4 032.6

電耗/kW 40 58 75

發(fā)生1.0 MPa（G）蒸汽量/（t·h-1） 0 -10.72 -20.66

消耗除氧水量/（t·h-1） 0 10.72 20.66

能耗/（kg標油·t原料-1） 7.1 6.89 6.85

由表1可以看出，從工況一到工況三，能耗指標依次遞減，其主要的原因在于工況二和工況三與工況一相比，消耗了更多燃料的同時發(fā)生了蒸汽，可見，適當提高加熱爐的燃料消耗，節(jié)省工藝較高溫位的熱量發(fā)生1.0 MPa（G）蒸汽的方式有利于節(jié)能。

5 操作成本對比

由表2可以看出，從工況一到工況三，操作成本依次上升，主要原因是目前的價格體系中燃料價格較高，而蒸汽的價格較低，產汽的效益不足以彌補消耗燃料的損失。

表2 操作成本對比[5]

Table 2 Comparison of operating cost

工況 一 二 三

燃料消耗/（kg·h-1） 2 757.6 3 391.35 4 032.6

電耗/kW 40 58 75

發(fā)生蒸汽量/（t·h-1） 0 -10.72 -20.66

消耗除氧水量/（t·h-1） 0 10.72 20.66

操作成本/（元·h-1） 7930 8344 8880

6 一次性投資對比

為簡化對比過程，考慮主要單體設備的差異，其余如管道、儀表及土建、結構等部分的差異忽略不計。另外將工況三汽提塔底液自反應流出物取熱的熱量定義為三個工況取熱的基準，工況一和工況二缺少的部分考慮自分餾塔底油獲得（工況二和工況三中，分餾塔底油富裕的熱量按發(fā)生蒸汽考慮）。

三個工況一次性投資對比見表3。

由表3可以看出，一次性投資，工況一到工況三依次遞增，其中以加熱爐的投資差異最大，因此從一次性投資的角度分析，在相同分離效果的情況下，降低進料加熱爐的負荷對降低投資更有效。

綜上所述，從能耗指標來看，工況三，即：罐的閃蒸溫度低且壓力較低的工況更有優(yōu)勢；從操作成本來看，工況一，即：罐的閃蒸溫度高且壓力較高的工況更有優(yōu)勢；從投資來看，工況一，即：罐的閃蒸溫度高且壓力較高的工況更有優(yōu)勢。

表3 一次性投資對比

Table 3 Comparison of initial investment

設備編號 投資/萬元

工況一 工況二 工況三

3 556 393 383

9 50 63 -

10 - 30 36

4 30 28 25

6 2 350 2 890 3 440

合計 2 986 3 404 3 884

7 結 論

根據上述分析，得出以下結論：

（1）設罐與不設罐相比，以D86數據表征的航煤和柴油的分離效果差一些，但不足以影響航煤和柴油餾分的性質；而設罐更有利于降低加熱爐負荷，減小分餾塔塔徑，降低分餾塔頂的冷卻負荷，進而降低設備投資和能耗。

（2）設罐后，根據航煤和柴油分離要求的不同，可在一定范圍內靈活選擇罐的閃蒸溫度：閃蒸溫度高，可節(jié)省投資和能耗；閃蒸溫度低，可節(jié)省操作成本。

（3）本文的結論在以重石腦油、航煤、柴油和尾油（作為產品或循環(huán)油）為目的產品的加氫裂化裝置的優(yōu)化設計中具有參考價值。

（4）本文的結論用于新裝置設計將得到更優(yōu)化的設計參數，并將有效降低裝置的能耗和投資；用于舊裝置改造將有利于消除進料加熱爐和分餾塔的瓶頸，減少改造的工程量。

參考文獻：

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（上接第1679頁）

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塑料制品對鈦白粉的質量要求

塑料工業(yè)是鈦白粉的第二大用戶，是近幾年增長最快的領域，年均增長率6%，全世界500余個鈦白粉牌號中，有50多個牌號是屬于塑料專用的。鈦白粉在塑料制品中的應用，除了利用它的高遮蓋力、高消色力及其他顏料性能外，它還能提高塑料制品的耐熱、耐光、耐候性能，使塑料制品免受UV光的侵襲，改善塑料制品的機械性能和電性能。由于塑料制品比油漆和油墨的涂膜厚得多，因此它不需要太高的顏料體積濃度，加上它遮蓋力高，著色力強，一般用量只有3%～5%。幾乎所有熱固性和熱塑性的塑料中都使用它，如聚烯烴類（主要是低密度的聚乙烯）、聚苯乙烯、ABS、聚氯乙烯等，它既可以與樹脂干粉混合，也可以與含增塑劑的液體相混合，還有一些是把鈦白粉先加工成色母粒后在使用。

大多數塑料用鈦白粉粒徑都較細，通常涂料用鈦白粉的粒徑為0.2～0.4μm，而塑料用鈦白粉的粒徑為0.15～0.3μm，這樣可以獲得蘭色底相，對大多數帶黃相的樹脂或易泛黃的樹脂有遮蔽作用。

普通型塑料用鈦白粉一般不經過表面處理，因為采用常規(guī)的水合氧化鋁這類無機物包膜的鈦白粉，在相對濕度60%時，其吸附平衡水在1%左右，當塑料在高溫擠出加工時，水分蒸發(fā)會導致光滑的塑料表面出現氣孔，這種未經無機物包膜的鈦白粉，一般都要經過有機表面處理（多元醇、硅烷或硅氧烷），因為塑料用鈦白粉與涂料用鈦白粉不同，前者是在低極性的樹脂中，通過剪切力加工混合，有機表面處理后的鈦白粉，在適當的機械剪切力下，就能比較好地分散。