減壓深拔強化分餾技術(shù)的工藝研究

隋學(xué)芳，劉長舒，徐艷麗

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

近年來，原油資源日益緊缺，國內(nèi)煉油企業(yè)加工的重質(zhì)原油比例明顯增加。油品需求結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，重質(zhì)燃料油需求日益減少，輕質(zhì)燃料油需求逐年增加，常減壓裝置的輕油收率高低和能耗的大小直接影響石油煉制的經(jīng)濟效益。如何采用新技術(shù)來提高拔出率，取得較多的直餾餾分油成為國內(nèi)外煉油工作者關(guān)注的熱點。

減壓深拔技術(shù)是包括減壓爐、轉(zhuǎn)油線、減壓塔及抽真空系統(tǒng)在內(nèi)的工藝系統(tǒng)，本文主要從工藝方面出發(fā)，在提高進料汽化率、避免塔內(nèi)結(jié)焦和強化分餾三個方面探究提高減壓深拔的措施。

1 提高進料汽化率

進料溫度直接影響進料汽化率，從而影響減壓深拔的程度。在一定壓力條件下，溫度和汽化率呈現(xiàn)線性關(guān)系，實驗研究和工業(yè)實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減壓塔進料溫度每提高10℃，總拔出率提高2%～4%。但對于工業(yè)裝置，提高進料段溫度受限于減壓爐的結(jié)焦和高溫進料的過熱裂化傾向。因此，在不形成結(jié)焦和裂化的前提下，應(yīng)盡量提高進料溫度。間接或變相提高進料汽化率的實用方法主要有低壓降、低溫降的轉(zhuǎn)油線設(shè)計和采用噴嘴強化進料汽化兩種措施。

1.1 低壓降、低溫降轉(zhuǎn)油線設(shè)計

減壓爐與減壓塔之間的工藝管線稱為轉(zhuǎn)油線，轉(zhuǎn)油線具有以下幾個特點：

(1)高溫、高真空操作條件；

(2)管內(nèi)流體屬于變溫汽液兩相流動過程；

(3)減壓轉(zhuǎn)油線內(nèi)流體的溫度、壓力和流速沿轉(zhuǎn)油線截面的變化對轉(zhuǎn)油線內(nèi)流體的平衡汽化率有著重要的影響。轉(zhuǎn)油線的以上特點直接影響減壓塔閃蒸段的汽化過程，對提高拔出率、降低爐出口溫度和改善油品質(zhì)量起著很大作用[1]。一方面，若轉(zhuǎn)油線出口溫度、壓力保持不變，合理優(yōu)化轉(zhuǎn)油線結(jié)構(gòu)能夠減小溫降和壓降，在保證減壓塔進料段汽化分率的條件下，可降低減壓爐出口溫度，防止爐管結(jié)焦；另一方面，減壓爐出口溫度一定的條件下，若減小轉(zhuǎn)油線的壓降，溫降就會降低，進料溫度提高，汽化率增大，提高拔出率。同時，油品溫度降低，不易產(chǎn)生高溫裂解，有利于改善側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量。

采用逐級擴徑布置技術(shù)，以降低轉(zhuǎn)油線內(nèi)流體的流速、防止震動，并吸收部分轉(zhuǎn)油線熱脹量是新型轉(zhuǎn)油線的設(shè)計思路。合理的轉(zhuǎn)油線設(shè)計既可以減少轉(zhuǎn)油線的壓降和溫降，又可以防止因爐溫提高而造成的爐管和轉(zhuǎn)油線熱脹變形，提高總拔出率[2-4]。

研究人員[5]還提出了一種利用減壓閃蒸塔代替轉(zhuǎn)油線的新工藝，在減壓爐與減壓塔之間設(shè)置閃蒸塔，減壓原料經(jīng)過減壓爐加熱后進入閃蒸塔，在閃蒸塔內(nèi)實現(xiàn)氣液分離，閃蒸塔底排出的液相進入減壓塔，閃蒸塔頂排出的氣相冷凝后液相出裝置，此工藝經(jīng)計算，減壓渣油收率降低2%～4%，減壓蠟油切割點提高到588.7℃以上，有利于常減壓裝置的減壓深拔操作，同時降低了裝置的能耗。

1.2 采用噴嘴汽化進料

提高進料溫度的目的是提高進料汽化率，從而提高原油減壓蒸餾裝置餾分油的拔出率。但進料溫度受結(jié)焦問題的限制，研究人員提出了一種新的強化汽化進料方法—噴嘴進料，以提高進料汽化率。在相同的系統(tǒng)壓力和進料溫度下，噴嘴汽化進料的汽化率高于無噴嘴進料和氣液混相進料的汽化率，且更加接近該條件下的平衡汽化率，減壓塔產(chǎn)品分離效率提高，塔底渣油收率可以減少 2%～5%，是一種有效提高油品汽化率的方法。

2 減壓深拔結(jié)焦控制

為滿足減壓深度拔出的需要，則必然要求較高的塔頂真空度和較高的減壓爐出口溫度，而真空度的提高因受到工程投資和能量消耗等各方面條件的制約而有一定的限度，因此提高減壓爐的出口溫度是實現(xiàn)減壓深拔的必須途徑，但溫度的提高必然會增加油品結(jié)焦傾向。

2.1 結(jié)焦機理

在減壓深拔過程中，不可避免地會伴隨一定程度的重質(zhì)油品的熱反應(yīng)，主要表現(xiàn)為油品的裂解和縮合。熱反應(yīng)是結(jié)焦的主要原因，結(jié)焦的機理主要有兩大主流，分別為自由基機理和中間相成焦機理[6]。

自由基機理認為，烴熱解過程是以自由基形式發(fā)生反應(yīng)的，分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個階段。反應(yīng)中鍵能較小的化學(xué)鍵首先斷裂，然后重新組合成鍵能較大的化學(xué)鍵。烷烴碳碳鍵鍵能弱，容易斷裂成小分子烷烴和烯烴。芳烴中芳環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易開環(huán)，而較容易發(fā)生側(cè)鏈斷裂和芳香環(huán)自由基互相結(jié)合的縮合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的多環(huán)芳烴乃至稠環(huán)芳烴，并且側(cè)鏈斷裂和縮合反應(yīng)是同時發(fā)生的。

而中間相成焦機理則認為，烷烴或芳烴側(cè)鏈斷裂后形成的小分子鏈烴很快溢出反應(yīng)系統(tǒng)，使得鏈烴逐漸減少，稠環(huán)芳烴不斷增多，進而形成富含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等成分的渣油或焦油。隨著膠體顆粒的繼續(xù)增多、變大，渣油或焦油逐漸黏稠，成為稠環(huán)化的瀝青。當縮聚到一定程度時，會出現(xiàn)一種既有各向異性的固體特性，又有流動性的液體特性的中間相，這種含有中間相的瀝青成為結(jié)晶瀝青。

通常，重油熱解初期裂解速度高于縮合反應(yīng)，而反應(yīng)后期則是縮合反應(yīng)占優(yōu)勢，反應(yīng)生成物以縮合反應(yīng)產(chǎn)物為主。

2.2 減壓塔內(nèi)構(gòu)件結(jié)焦控制

減壓塔通常多采用填料，減壓塔洗滌段是溫度和噴淋密度的較為苛刻的部位，因此在深拔時應(yīng)著重控制和防止減壓塔洗滌段填料結(jié)焦。洗滌段具有溫度高、氣相負荷大、液相負荷小的特點，這些因素使得該段填料易結(jié)焦失去洗滌作用，造成減壓塔壓降升高，減壓蠟油殘?zhí)亢椭亟饘俸扛?，降低減壓拔出率。因此，防止減壓塔洗滌段填料結(jié)焦對減壓深拔尤為重要。

防止洗滌段結(jié)焦的兩個因素分別是選擇合適的洗滌段填料高度、規(guī)格和保證洗滌段下部最小的洗滌油流量來濕潤填料下表面，即洗滌油量必須滿足填料的最小噴淋密度的要求。過高的填料高度或不適宜的填料規(guī)格不但起不到良好的洗滌作用，還將引起填料結(jié)焦；填料的最小噴淋密度與填料型式和規(guī)格相關(guān)，通常情況下，不宜選擇比表面過大的填料，對于比表面積在125～200 m2/m3的規(guī)整填料，推薦最小洗滌油的噴淋密度在0.5 m3/(m2·h)左右，原則上應(yīng)大于 1.0 m3/(m2·h) 。另外，洗滌段填料的上下表面容易得到潤濕，但在填料的中部，由于洗滌油汽化，向下流動的洗滌油量減少，如果洗滌油量不足或波動，極易在填料的中部出現(xiàn)“干板”而結(jié)焦，過大比表面積的填料由于填料表面不易充分潤濕容易產(chǎn)生結(jié)焦。

對于減壓塔實際進料量低于設(shè)計進料量的深拔裝置，在操作中要適當提高加熱爐的出口溫度，提高汽化率，以保證洗滌油的流量滿足要求[7]。

防止減壓渣油在塔底結(jié)焦，可通過設(shè)置急冷油流程，塔底溫度降低至365℃左右。

3 強化蒸餾技術(shù)

石油中的的分子之間存在范德華力，在范德華力的作用下，部分高分子化合物相互作用，互相締合，形成分子基團。分子基團的外表面存在過剩的能量，形成引力場，吸引小分子的烴類，形成以分子集團為中心，小分子烴類為外殼的“大結(jié)構(gòu)復(fù)雜單元”。在常減壓蒸餾過程中，溫度在達到構(gòu)成外殼的小分子烴類的沸點時，由于其受到分子基團的引力作用，小分子烴類很難汽化，使蒸餾效果差，低沸點的餾分油仍殘存于重組分中。若將富含芳烴的濃縮物作為活化劑加入原料中，芳烴的加入打破“大結(jié)構(gòu)復(fù)雜單元”的受力作用平衡，使分散介質(zhì)的溶解能量變化，常減壓蒸餾過程中，可使外殼中的小分子烴類汽化釋放出來，提高拔出率。催化裂化油漿富含芳烴濃縮物，因此采用它作活化劑是可行的。工業(yè)試驗表明，在常壓渣油中摻入2%左右的油漿，蠟油收率可以提高1.5%[8]。

4 小結(jié)

(1)減壓深拔受多重因素影響，在不形成結(jié)焦和裂化的前提下，提高進料段溫度對提高深拔程度有重大影響。低壓降、低溫降的轉(zhuǎn)油線是實現(xiàn)提高進料段溫度的有效途徑。

(2)減壓深拔的關(guān)鍵在于控制油品在減壓爐和減壓塔內(nèi)構(gòu)件結(jié)焦，控制減壓塔內(nèi)構(gòu)件結(jié)焦重點在于防止洗滌段結(jié)焦，保證洗滌段下部最小洗滌油流量能有效控制洗滌段結(jié)焦。

(3)常壓渣油摻入催化油漿后進入減壓塔的流程可有效提高減壓深拔程度。