原油減壓蒸餾操作優(yōu)化增產(chǎn)加氫裂化原料

張 龍，張 英，杜維謙，高景山

(1.中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001；2.中國石油撫順石化分公司)

原油減壓蒸餾操作優(yōu)化增產(chǎn)加氫裂化原料

張 龍1，張 英1，杜維謙2，高景山1

(1.中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001；2.中國石油撫順石化分公司)

結(jié)合加氫裂化擴(kuò)能生產(chǎn)噴氣燃料對原料來源的需求，以減壓蒸餾生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)加氫裂化原料為出發(fā)點(diǎn)，對減壓蒸餾技術(shù)增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)減壓蠟油進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：在相同的操作條件下，減二線、減三線、減四線蠟油總收率約提高0.5%(對進(jìn)料)，在一定程度上達(dá)到了減壓深拔的要求；減二線蠟油收率提高3.78%，且質(zhì)量得到大幅改善，滿足加氫裂化原料指標(biāo)要求，達(dá)到了增產(chǎn)加氫裂化原料的目的。

減壓蒸餾 減壓蠟油 加氫裂化 原料

近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，全球航空業(yè)呈現(xiàn)持續(xù)快速發(fā)展的態(tài)勢。噴氣燃料的表觀消費(fèi)量持續(xù)增長[1-2]。到2013年底，我國國內(nèi)噴氣燃料消費(fèi)量達(dá)22.60 Mta，煉油企業(yè)生產(chǎn)煤油25.09 Mta，實(shí)現(xiàn)了凈出口和消費(fèi)雙增長[2]。預(yù)計(jì)2020年前中國煤油消費(fèi)保持較快增長速度，年均增速達(dá)到8.0%，2020年消費(fèi)量將達(dá)到35.11 Mta，2030年達(dá)到51.98 Mta[2]。同時，由于生產(chǎn)噴氣燃料的利潤遠(yuǎn)超過普通的汽油、柴油等產(chǎn)品，國內(nèi)煉油廠通過新建噴氣燃料裝置、改擴(kuò)建老裝置、優(yōu)化運(yùn)行等措施增產(chǎn)噴氣燃料[3]。

加氫裂化技術(shù)作為生產(chǎn)噴氣燃料的主要技術(shù)之一，煉油廠紛紛通過增產(chǎn)及優(yōu)化加氫裂化原料、使用高噴氣燃料選擇性催化劑[4]等手段來生產(chǎn)高附加值噴氣燃料餾分。減壓蠟油是加氫裂化的主要原料，增產(chǎn)合格的減壓蠟油則成為煉油廠生產(chǎn)高附加值噴氣燃料餾分的源頭。本課題以國內(nèi)G石化原油減壓蒸餾裝置為例，開展增產(chǎn)加氫裂化原料技術(shù)研究，對煉油廠增產(chǎn)噴氣燃料餾分具有一定的借鑒意義。

1 裝置現(xiàn)狀

1.1 原料性質(zhì)

表1 原料油性質(zhì)

1.2 操作條件

該減壓蒸餾裝置按燃料型方案生產(chǎn)，減壓餾出3個側(cè)線。減一線抽出柴油餾分供下游柴油加氫裝置，減二線抽出輕蠟油餾分供加氫裂化裝置，減三線抽出重蠟油供催化裂化裝置。過汽化油以減四線形式抽出，由于質(zhì)量原因返回到減壓渣油出裝置管線，減壓渣油去延遲焦化裝置。設(shè)計(jì)按減壓蒸餾切割點(diǎn)為560 ℃進(jìn)行深拔加工，其操作條件如表3所示。

表2 原油實(shí)沸點(diǎn)蒸餾收率

表3 減壓蒸餾裝置操作條件

1.3 產(chǎn)品性質(zhì)

該減壓蒸餾裝置產(chǎn)品性質(zhì)見表4。

表4 減壓蒸餾產(chǎn)品性質(zhì)

2 模擬計(jì)算及分析

為了準(zhǔn)確分析該減壓蒸餾裝置，以便為開展增產(chǎn)加氫裂化原料研究提供可靠的依據(jù)，以表1與表2數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以表3中數(shù)據(jù)為工藝參數(shù)，從原油閃蒸塔開始模擬原油常減壓蒸餾工藝過程。模擬時熱力學(xué)方法采用BK-10物性選擇集，氣、液相的焓值計(jì)算采用Johnson-Grayson方法，液相密度采用°API法計(jì)算[5]。減壓塔模擬采用Simple估算方法[6]。常壓塔模擬中常二線、常三線帶有側(cè)線汽提塔，把主塔模擬的Damping Facting設(shè)為0.8[7]，以常壓側(cè)線產(chǎn)品和常壓重油的餾程來校準(zhǔn)模型的可靠性。模型包括閃蒸塔、常壓塔、減壓塔。通過對模擬計(jì)算進(jìn)行調(diào)整，得出常壓塔各側(cè)線產(chǎn)品模擬結(jié)果，并與和實(shí)際生產(chǎn)的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如表5所示。

表5 常壓側(cè)線產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算結(jié)果對比

從表5可以看出，模擬計(jì)算得到的常壓塔各側(cè)線的餾程與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)一致。計(jì)算結(jié)果能夠反映裝置的實(shí)際生產(chǎn)情況，可以認(rèn)為模型是可靠的。

按照裝置現(xiàn)有的操作條件，模擬計(jì)算得出減壓蒸餾各側(cè)線產(chǎn)品的餾程，如表6所示。

表6 減壓蒸餾側(cè)線產(chǎn)品餾程模擬計(jì)算結(jié)果

從表4減壓蒸餾生產(chǎn)數(shù)據(jù)和表6模擬結(jié)果對比來看：①實(shí)際生產(chǎn)中減一線95%餾出溫度為356.0 ℃，減二線初餾點(diǎn)331.0 ℃，表明減一線油拔出率不夠，有較多柴油組分進(jìn)入減二線。常壓塔拔出不足，造成減壓塔塔頂換熱負(fù)荷過高，減壓塔塔頂溫度時有達(dá)到100 ℃，造成減壓塔塔頂水乳化、減壓真空度偏低(-98 kPa)。②減二線作為加氫裂化原料，95%餾出溫度較高。雖然殘?zhí)亢蜑r青質(zhì)指標(biāo)達(dá)到要求，但重金屬含量超標(biāo)，只能部分去加氫裂化裝置，大部分和減三線混合去催化裂化裝置。③減三線餾程范圍較寬，與減二線重疊較大，說明減二線和減三線分離精度低。95%餾出溫度并不高，但殘?zhí)俊r青質(zhì)、重金屬含量都比較高，只能供催化裂化處理，造成大部分適合加氫裂化餾程范圍的原料損失。④減四線過汽化油殘?zhí)扛咧?7.18%，與渣油中的殘?zhí)肯喈?dāng)。一方面說明洗滌段效果較差，洗滌段氣相或液相存在偏流，氣液相傳質(zhì)差，造成減三線、過汽化油段填料負(fù)荷偏高；另一方面說明進(jìn)料分布器分布不均勻及霧沫夾帶嚴(yán)重。實(shí)際生產(chǎn)減壓洗滌油達(dá)55 th，造成過汽化油循環(huán)量過大，運(yùn)行中曾出現(xiàn)部分填料坍塌，掉落過汽化油泵入口的情況，同時造成裝置能耗過高。

3 技術(shù)措施

3.1 新型傳熱技術(shù)

為了降低全塔壓降，減壓塔廣泛使用的技術(shù)是空塔傳熱技術(shù)?？账鳠峒夹g(shù)屬于直接接觸傳熱的一種，不需要傳熱介質(zhì)。與傳統(tǒng)填料傳熱相比，直接接觸式換熱具有換熱效率高、傳熱溫差低、壓降低、無結(jié)垢、腐蝕小和投資省等優(yōu)點(diǎn)。殼牌石油公司[8]已將該技術(shù)成功地應(yīng)用于燃料型減壓塔中，大大降低了全塔總壓降，實(shí)現(xiàn)高真空減壓蒸餾。但該技術(shù)存在一定的缺陷，主要是由于完全依靠液體自身提供換熱，所以對霧化程度要求很高，液體循環(huán)量也很大；同時由于防止霧沫夾帶的要求，氣速也有嚴(yán)格限制。本研究通過合理設(shè)計(jì)噴頭，通過實(shí)驗(yàn)和CFD模擬，優(yōu)化液滴的霧化度，有效防止霧沫夾帶，同時充分利用液滴自身與上升氣體充分接觸換熱，降低下部填料床層的換熱負(fù)荷；采用新型高效復(fù)合填料，同時合理設(shè)計(jì)填料高度，在滿足傳熱要求的前提下，最大限度地減小壓降。

3.2 設(shè)置輕、重蠟油分餾段技術(shù)

良好的噴射式分布器，對安裝空間及水平度要求較低，能夠減少液體停留時間和最大限度地降低由于塔內(nèi)結(jié)焦而引起的分布器堵塞，非常適用于大直徑、低壓降的減壓塔。通過對減壓塔噴射式液體分布器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低各段填料高度，在塔體內(nèi)減二線和減三線間設(shè)置輕、重蠟油分餾段，提高減二線和減三線的分離精度。通過控制減二線95%餾出溫度，加大減二線抽出量以增加加氫裂化原料的產(chǎn)量。對設(shè)置輕、重蠟油分餾段后進(jìn)行水力學(xué)核算，結(jié)果如表7和表8所示。由表7和表8可知，在F因子為2.06 ～3.53 Pa0.5的條件下，塔內(nèi)各分餾段仍然保持適宜的泛點(diǎn)率，填料持液量和壓降正常，設(shè)置輕、重蠟油分餾段能夠很好地實(shí)現(xiàn)氣液傳質(zhì)、傳熱。

表7 水力學(xué)核算結(jié)果一

表8 水力學(xué)核算結(jié)果二

3.3 閃蒸汽化段內(nèi)件布置及優(yōu)化

減壓塔的閃蒸汽化段是進(jìn)料高速氣液混合進(jìn)行閃蒸、汽化過程的區(qū)間。其內(nèi)件布置對減壓塔的整體操作性能至關(guān)重要，該段內(nèi)件由進(jìn)料分布器、下部防沖擊擋板和上部脫霧沫夾帶裝置構(gòu)成。其中減壓塔進(jìn)料分布器對減壓餾分的質(zhì)量、收率影響至關(guān)重要，也是影響減壓深拔的因素之一。良好的進(jìn)料分布器要求應(yīng)具有以下特點(diǎn)：①氣體分布均勻，即入塔氣流經(jīng)過進(jìn)氣分布器能均勻進(jìn)入填料層；②阻力小；③空間占位少；④不易結(jié)焦、堵塞；⑤結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等。目前，國內(nèi)應(yīng)用廣泛的進(jìn)料分布器有翅片式、雙切向環(huán)流式、單切向環(huán)流式、輻射式等，以上這些分布器都具有優(yōu)良的氣體初始分布及脫霧沫夾帶功能，但還是缺乏針對閃蒸汽化段具體工況下性能的詳細(xì)研究。為增產(chǎn)減二線油抽出量，改善其質(zhì)量，研究利用CFD技術(shù)對進(jìn)料分布器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。圖1為該裝置減壓蒸餾進(jìn)料分布器結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的垂直平面液體分布對比。從圖1可看出：優(yōu)化前在進(jìn)料分布器蓋板上方有一定厚度積液，并且進(jìn)料分布器中心氣體攜帶有液霧；優(yōu)化后進(jìn)料分布器蓋板上方積液消失，內(nèi)套筒上升氣流中沒有霧化液體，優(yōu)化后分布器的霧沫夾帶出現(xiàn)了明顯的改善。

圖1 優(yōu)化前后分布器垂直平面液體分布

3.4 洗滌段結(jié)構(gòu)優(yōu)化

洗滌段是保證重蠟油質(zhì)量的最后階段。如果洗滌效率低，會造成重蠟油金屬含量和殘?zhí)砍瑯?biāo)，同時也會造成下部結(jié)焦，影響減壓塔長周期運(yùn)行。目前減壓塔洗滌段液體分布器有2種，一種是重力式液體分布器，包括槽式和槽盤式；另一種是噴射式(噴頭)液體分布器。這兩種分布器各有優(yōu)缺點(diǎn)，重力式分布器液體分布均勻，霧沫夾帶量小。噴射式液體分布器液體停留時間短，抗結(jié)焦能力強(qiáng)，占位空間低，但霧沫夾帶量大。目前國內(nèi)的減壓深拔型減壓塔大部分均采用噴射式液體分布器，研究采用抗堵塞、低霧化度噴頭，降低霧沫夾帶量；同時在分布器上部設(shè)置脫霧沫夾帶裝置，徹底消除霧沫夾帶現(xiàn)象。另外，洗滌段的填料一般采用規(guī)整填料和格柵填料組合而成，由于深拔型減壓塔高溫油的特點(diǎn)，液體需要極短的停留時間，以防止結(jié)焦發(fā)生，研究使用新型填料及格柵，在保證分離效率的前提下，通過填料結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，最大限度地降低持液量和停留時間。

3.5 新型集油箱優(yōu)化

由于減壓塔發(fā)展趨勢為大型化和深拔操作，循環(huán)取熱段的循環(huán)油量急劇加大。傳統(tǒng)集油箱氣相通量小、壓降大，液相通量低，都不能適應(yīng)新的要求。采用全新一代的集油箱，通過CFD計(jì)算，對集油箱的供液系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化，在保證氣相通量的同時，確保最短時間提供最大的循環(huán)量。升氣管采用新型結(jié)構(gòu)，可確保完全脫除進(jìn)料閃蒸或者分布器噴霧過程造成氣相攜帶的霧沫，完全消除塔內(nèi)的物流返混，提高塔的切割精度。圖2為新型結(jié)構(gòu)集油箱模擬計(jì)算結(jié)果。由圖2可以看出，集油箱氣相夾帶量很小，能大幅降低塔內(nèi)物流的返混，提高塔側(cè)線產(chǎn)品的分離精度。

圖2 新型結(jié)構(gòu)集油箱模擬計(jì)算結(jié)果

4 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過減壓蒸餾增產(chǎn)減二線油作為加氫裂化原料的技術(shù)研究，在原有的減壓蒸餾基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和操作條件下，模擬計(jì)算減壓蒸餾各側(cè)線產(chǎn)品數(shù)據(jù)，結(jié)果見表9。

表9 減壓蒸餾裝置計(jì)算結(jié)果

由表9和表4對比結(jié)果來看，減二線輕蠟油餾程變窄，95%餾出溫度由543.7 ℃降低到488.1 ℃，減二線與減三線間的產(chǎn)品重疊度由196.9 ℃降低到66.1 ℃，保證了減二線蠟油作為加氫裂化原料各項(xiàng)指標(biāo)要求。同時減二線抽出量增產(chǎn)約3.7 th，比原生產(chǎn)增加3.78%，達(dá)到了增產(chǎn)加氫裂化原料的目的。減二線、減三線、減四線蠟油總收率約提高0.5%(對進(jìn)料)，減三線95%餾出溫度提高約30 ℃，減三線與最底側(cè)線間的分離精度得到提高，各側(cè)線產(chǎn)品間的重疊度降低，在一定程度上達(dá)到了減壓深拔的要求。

5 結(jié) 論

針對企業(yè)增產(chǎn)噴氣燃料的市場要求，以增產(chǎn)加氫裂化原料為出發(fā)點(diǎn)，對減壓蒸餾進(jìn)行塔內(nèi)傳熱方式、汽化閃蒸段、新型集油箱優(yōu)化研究，同時增加輕、重蠟油分餾段，有效增加輕蠟油產(chǎn)量，改善輕蠟油質(zhì)量，確保作為加氫裂化料的各項(xiàng)指標(biāo)合格。同時，保證了減三線蠟油和最底側(cè)線及減壓渣油的分離精度，保證了其作為催化裂化原料的指標(biāo)要求。各級側(cè)線蠟油總收率提高約0.5%(對進(jìn)料)，在一定程度上達(dá)到了深拔要求，減二線油收率提高3.78%。

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OPTMIZATION OF CRUDE VACUUM DISTILLATION TO INCREASE HYDROCRACKING FEEDSTOCKS

Zhang Long1， Zhang Ying1， Du Weiqian2， Gao Jingshan1

(1.FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemicals，SINOPEC，F(xiàn)ushun，Liaoning113001；2.FushunPetrochemicalCompany，CNPC)

Optimization on the vacuum deep distillation technology was conducted to increase high quality hydrocracking raw material for producing jet fuel. Through the optimization， under the same operation conditions， the total yields(feed as a benchmark)of vacuum side cut 2， 3 and 4 are increase by 0.5%， reaching the extent of vacuum deep distillation. The VGO yield of side cut 2 increases by 3.78% with significantly improved quality， meeting the requirement for hydrocracking feedstocks.

vacuum distillation； VGO； hydrocracking； raw material

2015-12-09； 修改稿收到日期： 2016-02-18。

張龍，碩士，高級工程師，從事石油化工節(jié)能技術(shù)研究工作。

張龍，E-mail：zhanglong.fshy@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司科技開發(fā)項(xiàng)目(106002000860)。