減壓深拔關(guān)鍵技術(shù)研究

陳　紅，楊茂軍，史新營(yíng)，張道光，陳金華

(中海油石化工程有限公司(青島)，山東 青島　266101)

減壓深拔[1]是通過減壓蒸餾把原油切割到560℃(TBP)以上，控制減壓重質(zhì)蠟油(以下簡(jiǎn)稱HVGO)的干點(diǎn)(或ASTM D1160 95%點(diǎn))不高于切割點(diǎn)溫度30～40℃；控制HVGO中的殘?zhí)肌⒅亟饘俸?、C7不溶物含量等不超產(chǎn)品指標(biāo)；控制減壓渣油中<538℃的輕組分含量不超過3%～5%。

減壓深拔技術(shù)是煉廠常減壓裝置提高蠟油收率、優(yōu)化重油加工路線、提高煉廠效益的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。與常規(guī)裝置相比，一套處理量為890萬t/a常減壓裝置，采用減壓深拔技術(shù)后，VGO產(chǎn)量增加1%～3%、能耗降低25%、設(shè)備適應(yīng)性提高1.5%，煉廠的利潤(rùn)提高約780萬美元/a。

國(guó)內(nèi)外減壓深拔技術(shù)對(duì)比見表1。

表1　國(guó)內(nèi)外減壓深拔技術(shù)對(duì)比表

減壓深拔技術(shù)的關(guān)鍵是提高減壓塔進(jìn)料段溫度和降低減壓塔進(jìn)料段壓力。

1　減壓深拔關(guān)鍵技術(shù)之加熱爐

減壓加熱爐的設(shè)計(jì)是提高減壓塔進(jìn)料溫度的關(guān)鍵。其設(shè)計(jì)原則是控制爐管內(nèi)油膜溫度，保證油品在爐管內(nèi)受熱均勻，同時(shí)降低油品在爐管內(nèi)的停留時(shí)間。

1.1　爐管排布

爐管的選擇是減壓深拔加熱爐設(shè)計(jì)的技術(shù)核心。采用專有爐管排布設(shè)計(jì)，降低油品在加熱爐內(nèi)的受熱溫度和減少油品在高溫下的停留時(shí)間是減輕原料結(jié)焦的重要手段。

通常加熱爐熱負(fù)荷小于30MW多采用圓筒爐，爐管排布方式為立管排布，所有爐管下部受加熱爐輻射段的高溫影響，容易結(jié)焦。采用深拔技術(shù)可提高加熱爐熱負(fù)荷，加熱爐為方箱爐，爐管排布采用臥管設(shè)計(jì)。同時(shí)，爐管采用逐級(jí)擴(kuò)徑方式降低減壓爐壓降和溫降，提高總拔出率。

1.2　高速轉(zhuǎn)油線設(shè)計(jì)

采用減壓高速轉(zhuǎn)油線，在保證減壓塔進(jìn)料段汽化率的條件下，盡可能降低油品在轉(zhuǎn)油線內(nèi)的停留時(shí)間，減輕油品裂解和縮合；采用高速轉(zhuǎn)油線后，轉(zhuǎn)油線壓降增大，油品在轉(zhuǎn)油線內(nèi)的汽化率降低，可有效抑制流體的兩相流流速低于聲速，管線沖蝕和振動(dòng)現(xiàn)象減輕，從而保證轉(zhuǎn)油線的機(jī)械穩(wěn)定性。通過控制爐出口壓力使?fàn)t管內(nèi)流速控制不大于0.6～0.7MH馬赫，可避免超速引起的爐管振動(dòng)。

1.3　爐管注汽措施

采用爐管注汽可降低爐管內(nèi)油氣分壓，提高油品汽化率。注汽量為介質(zhì)流量的1%～2%左右。注汽方法是在每管程入口(爐外)設(shè)一個(gè)注汽嘴；在同樣的注汽量條件下，在靠近汽化點(diǎn)處進(jìn)行注汽，對(duì)于降低最高油膜溫度，低于常壓重油的臨界結(jié)焦溫度，和減少結(jié)焦趨勢(shì)更為有利。

2　減壓深拔關(guān)鍵技術(shù)之減壓塔[2]

2.1　空塔噴淋

殼牌直接接觸式的空塔噴淋冷凝技術(shù)有助于提高拔出率。傳統(tǒng)的減壓塔中段回流取熱段通常設(shè)填料，但填料段會(huì)增加壓降和降低產(chǎn)品產(chǎn)量。殼牌公司的技術(shù)是在空塔段內(nèi)氣液直接接觸來實(shí)現(xiàn)氣體冷凝，見圖1。該技術(shù)塔壓降低、塔高低、拔出率相對(duì)較高。為防止霧沫夾帶，本人認(rèn)為減一線和洗滌段采用填料更好。

圖1　空塔噴淋技術(shù)

2.2　進(jìn)料分布器[3]

常用的進(jìn)料氣體分布器有以下幾種類型：多孔直管式、直管擋板式、切向號(hào)角式、單切向環(huán)流式、雙列葉片式、雙切向環(huán)流式和軸徑向式。幾種進(jìn)料分布器比較見表2。

表2　幾種進(jìn)料分布器比較

受VGO產(chǎn)品質(zhì)量限制，閃蒸段的減渣夾帶往往限制了傳統(tǒng)減壓塔的蠟油收率。因此，SHELL設(shè)計(jì)了專用的Schoepentoeter Plus葉片式進(jìn)料分布器，該進(jìn)料分布器壓降更低、氣相分布好、去除渣油液滴夾帶的效率更高；可加工更苛刻的劣質(zhì)原油，并滿足更為嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量要求。其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　葉片式進(jìn)料分布器結(jié)構(gòu)

2.3　塔頂高真空系統(tǒng)

減壓深拔操作時(shí)，抽真空系統(tǒng)的負(fù)荷較大，對(duì)減頂抽真空系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以起到較顯著的節(jié)能效果，使減壓深拔技術(shù)的應(yīng)用更有經(jīng)濟(jì)意義。

國(guó)內(nèi)減頂抽真空系統(tǒng)目前多采用蒸汽噴射式抽真空或蒸汽噴射式+機(jī)械抽組合真空方式。蒸汽抽真空方式蒸汽消耗大，能耗高；蒸汽+機(jī)械抽組合抽真空較蒸汽抽真空更為節(jié)能；對(duì)于大型裝置，機(jī)械式抽真空節(jié)能效果更為明顯。

2.4　洗滌段、過汽化油和急冷油的設(shè)計(jì)

減壓塔進(jìn)料段之上設(shè)置洗滌段是用來進(jìn)一步洗滌輕組分中夾帶的減壓渣油，將氣體中的焦質(zhì)、瀝青質(zhì)、殘?zhí)?、重金屬等洗滌下來，控制VGO的干點(diǎn)和保證VGO質(zhì)量。防止洗滌段結(jié)焦首先需保證洗滌段下部最小的洗滌油流量。對(duì)于比表面積在125～200 m2/m3的規(guī)整填料，推薦最小洗滌油量為0.5 m3/( m2·h)左右。

設(shè)置過汽化油是保證減壓深拔產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。減壓過汽化油的質(zhì)量較差，焦質(zhì)、瀝青質(zhì)、殘?zhí)?、重金屬含量都很高，這部分油通常有三種出路：做減粘裂化或加氫處理原料、循環(huán)到減壓加熱爐入口。

設(shè)置急冷油是因?yàn)闇p壓深拔后，渣油的溫度通?？蛇_(dá)到390℃左右，為防止減壓渣油在減壓塔底部結(jié)焦，一方面可適當(dāng)減少減壓渣油在減壓塔底的停留時(shí)間，另一方面可降低減壓塔底溫度至360～365℃以下。

2.5　減壓塔底注汽

減壓塔底注入適量蒸汽，采用微濕式帶汽操作，降低塔底油氣分壓，可使塔底渣油中的蠟油組分被攜帶上去，從而提高VGO收率和產(chǎn)品質(zhì)量。塔底不同注汽形式VGO質(zhì)量對(duì)比[5]見表3。

表3　塔底不同注汽形式VGO質(zhì)量對(duì)比

3　案例研究

3.1　中化某350萬t/a常減壓裝置深拔技術(shù)

2010年，中國(guó)化工某常減壓深拔裝置規(guī)模為350萬t/a，加工高硫高酸混合原油(API°=28)。主要深拔措施有：減壓塔采用濕式全填料；設(shè)置減壓塔底注汽；設(shè)置洗滌段油和急冷油流程；減壓爐采用方箱爐臥式爐管布置；高速轉(zhuǎn)油線等?？偘纬雎蔬_(dá)73.59%，減壓蠟油的實(shí)沸點(diǎn)切割溫度達(dá)580℃，拔出率比常規(guī)提高了3.03%(w)。

3.2　韓國(guó)某煉廠-減壓深拔改造以提高加氫裂化裝置的處理量和效益

該減壓蒸餾裝置的改造目標(biāo)是將VGO的產(chǎn)率從3萬桶/d增加至3.5萬桶/d，以滿足下游加氫裂化裝置原料的處理量和進(jìn)料的質(zhì)量要求。

該煉油廠選用了投資成本最低、改造工程量最大的一種方法。

①通過增加對(duì)流段加熱爐管數(shù)及將雙燃料火嘴換為燃?xì)饣鹱?，以增加加熱爐熱負(fù)荷。

②利用殼牌專有的 Schoepentoeter Plus進(jìn)料分布器替代氣相喇叭型進(jìn)料分布器以減少VGO中減壓渣油的夾帶并確保更好的氣體分布；

③加粗轉(zhuǎn)油線和塔進(jìn)料開口大小，來限制轉(zhuǎn)油線內(nèi)的兩相流流速低于聲速限制，從而保證轉(zhuǎn)油線的機(jī)械穩(wěn)定性和進(jìn)料分布器的高效除沫夾帶能力。

表4　改造前后蠟油產(chǎn)品品質(zhì)對(duì)比

裝置改造的投資和裝置停產(chǎn)所需費(fèi)用約2600萬美元，改造后VGO產(chǎn)率增加帶來的利潤(rùn)約為4600萬美元/a，投資回收期不到一年。

改造前后流程示意見圖3。

圖3　煉廠VDU改造前后流程示意圖

4　結(jié)論

減壓深拔是抽真空系統(tǒng)、減壓塔、轉(zhuǎn)油線和減壓加熱爐在內(nèi)的系統(tǒng)工程，以上四點(diǎn)的共同進(jìn)步才能真正做到減壓蒸餾裝置的深拔。減壓深拔技術(shù)為拓寬加工重質(zhì)和劣質(zhì)原油、提高VGO產(chǎn)量和質(zhì)量創(chuàng)造了條件，同時(shí)提高了煉廠裝置的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了煉廠的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。但一味地追求高拔出率，可能造成裝置能耗高、VGO質(zhì)量差，因此應(yīng)統(tǒng)籌考慮煉廠上下游裝置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝置配套等眾多因素后再確定常減壓裝置是否深拔。

[1]翁興勇.原油蒸餾裝置減壓深拔改造的研究[D].北京:中國(guó)石油大學(xué),2014:2-4.

[2]Kaushik Majumder，Karnataka.Novel approaches to controlling contaminant levels in vacuum gas oil (VGO)[C]//AFPM.Annual Meeting,San Antonio,TeXas,2017: 19-21.

[3]Tony B.Deep-cut vacuum unit design[J].Petroleum Technology Quarterly,2005,10(5):95-97.

[4]Charlene Crabb.Vacuum pump fill a void[J].Chemical Engineering,2000,107(2):37-41.

[5]毛衛(wèi)群，張曉國(guó)，賀旺軍.減壓深拔技術(shù)在常減壓蒸餾裝置的應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程，2013，43(6):13-14.