凝析油生產(chǎn)高附加值溶劑油工藝模擬及評(píng)價(jià)

楊志勇，黎志敏，王 榮，劉殊壯，敬方梨，羅仕忠 *

（1.中石化西北油田分公司地面工程處，新疆 烏魯木齊 830011；2.中石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；3.四川大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，四川 成都 610065）

凝析油是指從凝析氣田或者油田伴生天然氣凝析出來的液相組分。在地下時(shí)由于溫度較高，油層中較重的天然氣組分以氣相的形式存在（即凝析氣），當(dāng)采集到地面時(shí)隨著溫度降低，這些組分發(fā)生凝析變?yōu)橐簯B(tài)烴，從而產(chǎn)生凝析油[1]。凝析油的主要組分為C5～C13的烴類混合物，屬于輕質(zhì)原油，具有密度低、油品中重組分及非烴組分含量低、揮發(fā)性高等優(yōu)點(diǎn)，但其油品中通常含有硫化氫、噻吩類、硫醇類等含硫雜質(zhì)，在進(jìn)行綜合利用之前需要進(jìn)行脫硫處理。類似于原油，根據(jù)其性質(zhì)和加工工藝，凝析油原料可分為石蠟基、中間基和環(huán)烷基三種類型，石蠟基凝析油適合生產(chǎn)乙烯裂解料，中間基、環(huán)烷基凝析油可作為芳烴重整料[2]。凝析油可直接用作燃料或用作煉油原料生產(chǎn)石腦油及芳構(gòu)化原料，另外可用作生產(chǎn)化工輕油、燃料油、溶劑油、發(fā)泡劑、苯等精細(xì)化工產(chǎn)品，具有良好的工業(yè)利用價(jià)值和高產(chǎn)品附加值，市場(chǎng)前進(jìn)廣闊[3-5]。目前國(guó)內(nèi)凝析油在油田被不斷開發(fā)和利用。例如：大港板橋的凝析油送往煉廠生產(chǎn)汽油；四川中壩的凝析油在油田的煉油裝置上直接加工成石油醚、溶劑油及天然汽油等多種產(chǎn)品；新疆柯克亞凝析油摻入原油送往煉廠進(jìn)行混煉生產(chǎn)汽油[6]。

溶劑油產(chǎn)品是五大類石油產(chǎn)品之一，在食用油、印刷油墨、皮革、農(nóng)藥、殺蟲劑、橡膠、化妝品、香料、化工聚合、醫(yī)藥以及IC電子部件的清洗等方面有廣泛的用途。其中6#溶劑油食品工業(yè)上主要用于天然香料、色素、油脂和其它脂溶性物質(zhì)的浸出抽提工藝；橡膠溶劑油主要用于合成橡膠和橡膠制品行業(yè)中，作為橡膠充油和橡膠加工過程中的重要助劑，通常占到橡膠分量的20%～50%；油漆溶劑油主要用于涂料行業(yè)中，代替松節(jié)油用于油性漆、酯膠漆、酚醛漆中作溶劑。目前國(guó)內(nèi)溶劑油產(chǎn)品中高沸點(diǎn)芳香烴溶劑油、低芳烴溶劑油、脂肪族溶劑油等廣泛應(yīng)用于氣霧劑農(nóng)藥、清洗脫脂、精細(xì)金屬加工等行業(yè)的溶劑油產(chǎn)品，市場(chǎng)占有率較高，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益較好，尤其是正構(gòu)烷烴類及高純正構(gòu)烷烴等特種溶劑油產(chǎn)品（正己烷，正庚烷）潛在需求大，該溶劑油附加值更高，效益更大，是今后潤(rùn)滑油主要發(fā)展方向[7,8]。

以凝析油為原料制取溶劑油的主要生產(chǎn)工藝如下：將預(yù)熱后的凝析油送入常壓分餾塔內(nèi)進(jìn)行分餾，塔頂?shù)玫綒鈶B(tài)油進(jìn)行冷凝分離，部分回流進(jìn)入分餾塔內(nèi)，剩余部分進(jìn)入精制裝置內(nèi)進(jìn)行分離，輕組分成為涂料溶劑油和直餾輕柴油，這些凝析油進(jìn)過汽提塔進(jìn)一步冷卻分離后得到成品油，塔底的重油組分另作處理；進(jìn)入精制裝置的汽油可進(jìn)一步分餾，塔頂?shù)玫桨l(fā)泡溶劑油，側(cè)線生產(chǎn)抽提溶劑油及橡膠溶劑油[9]。吳世逵等[10]對(duì)海南凝析油進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，提出綜合利用凝析油生產(chǎn)溶劑油及燃料油的方案：凝析油通過以常壓精餾塔，塔頂60～120℃餾分生產(chǎn)橡膠工業(yè)用溶劑油，120～200℃餾分生產(chǎn)油漆工業(yè)用溶劑油，200～360℃餾分生產(chǎn)輕柴油，大于360℃的重油作燃料油或催化裂化原料，該工藝方案流程簡(jiǎn)單、投資和操作費(fèi)用較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。安建川等[11]對(duì)凝析油的基本組成及實(shí)沸點(diǎn)進(jìn)行分析后，設(shè)計(jì)了一套由電脫鹽脫水系統(tǒng)、蒸餾系統(tǒng)、原料和產(chǎn)品儲(chǔ)存系統(tǒng)三個(gè)部分組成的凝析油綜合利用工藝，該工藝主要采用了微正壓蒸餾和負(fù)壓閃蒸技術(shù)，采用單塔多側(cè)線流程及蒸汽汽提工藝提高分餾精度，用以生產(chǎn)天然汽油（乙烯裂解原料）、油漆工業(yè)用溶劑油、260#溶劑油、-10#柴油、渣油五種產(chǎn)品，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)合理。伍家忠等[12]依據(jù)江漢地區(qū)凝析油物性分析提取了30#發(fā)泡劑油、6#抽提溶劑油和120#建材溶劑油，性能優(yōu)異，該凝析油具有餾分輕、硫及芳烴含量低等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

新疆沙雅縣境內(nèi)順北油田的凝析油主要為低含蠟、低粘度、低含硫的輕質(zhì)原油，是很好的化工原料。隨著順北區(qū)塊開發(fā)提速、凝析油產(chǎn)量不斷提升，資源優(yōu)勢(shì)顯著，凝析油進(jìn)一步深加工處理經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過對(duì)凝析油進(jìn)行分離提純，可生產(chǎn)溶劑油、燃料油、汽油調(diào)和油等多種高附加值產(chǎn)品，推動(dòng)凝析油資源的進(jìn)一步開發(fā)和利用。本文對(duì)新疆地區(qū)順北及雅末凝析油原料進(jìn)行了基本分析，對(duì)其基本性質(zhì)及餾分物性組成進(jìn)行了檢測(cè)評(píng)價(jià)，并根據(jù)其物性分析的結(jié)果，提出順北雅末地區(qū)凝析油的綜合利用方案。

1 凝析油物性分析

1.1 GCMS分析

GCMS是GC與MS一體化的裝置，是對(duì)化合物進(jìn)行定性定量檢測(cè)的精密分析儀器。GC通過將氣化的樣品進(jìn)入到色譜柱內(nèi)進(jìn)行分離，分離之后的化合物進(jìn)入MS內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。氣質(zhì)聯(lián)用的有效結(jié)合既利用色譜的分離能力，又發(fā)揮了質(zhì)譜的定性特長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，結(jié)合譜庫檢索，可以得到較滿意的分離鑒定結(jié)果。

圖1及圖2所示為順北及雅末凝析油GCMS分析結(jié)果，通過對(duì)比可以得知兩種凝析油原料主要組成為C7～C13組分，同時(shí)含有一定量的二甲苯（w=7%～10%），碳數(shù)大于15的重組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%～12%，C14以下組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過80%，屬于輕質(zhì)油品，是一種低密度的優(yōu)質(zhì)原油。原料凝析油通過合適的分離后可生產(chǎn)不同種類的溶劑油高附加值產(chǎn)品，分離后的C4、C5等輕組分可作為芳構(gòu)化原料，重組分可作為重油產(chǎn)品出售。

圖1 順北凝析油GCMS分析結(jié)果

圖2 雅末凝析油GCMS分析結(jié)果

1.2 實(shí)沸點(diǎn)

實(shí)沸點(diǎn)蒸餾是原油評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容之一，用所得數(shù)據(jù)繪制原油實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線、性質(zhì)曲線及汽油、煤油、柴油的產(chǎn)率曲線。據(jù)此可以了解原油的餾分組成特性，為確定合理產(chǎn)品方案和加工方案及進(jìn)行工藝計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 凝析油實(shí)沸點(diǎn)分析結(jié)果

續(xù)表1

表1為順北及雅末凝析油實(shí)沸點(diǎn)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：雅末凝析油實(shí)沸點(diǎn)在350℃以下組分占75%；順北凝析油實(shí)沸點(diǎn)350℃以下組分占85%；順北及雅末凝析油沸點(diǎn)較低，輕組分含量較多，品質(zhì)優(yōu)良。根據(jù)實(shí)沸點(diǎn)結(jié)果可分析不同溫度下餾出物的含量，結(jié)合不同溶劑油產(chǎn)品的餾程，對(duì)凝析油的切割分離及產(chǎn)品的分布具有指導(dǎo)意義。

2 綜合利用方案的制定及模擬

2.1 工藝路線

順北及雅末凝析油中硫含量較高（＞400mg/kg），需要在利用之前進(jìn)行加氫脫硫處理，由凝析油原料物性分析可知，該凝析油原料為輕質(zhì)油，C14以下組分占～80%，根據(jù)實(shí)沸點(diǎn)曲線并結(jié)合市場(chǎng)資源需求，采用常壓精餾工藝進(jìn)行切割生產(chǎn)溶劑油、芳構(gòu)化原料及重油等高附加值產(chǎn)品，工藝流程如圖3所示。

圖3 凝析油綜合利用方案

常溫常壓下原料凝析油經(jīng)過加氫精制脫除硫、氮及重金屬，烴類組分含量基本保持不變；精制后的原料油通過A塔常壓精餾，在塔頂拔出120℃以下碳數(shù)小于8的油品，之后通過D塔常壓精餾分離出40℃以下碳數(shù)小于5的芳構(gòu)化原料及C5～C8組分的6#溶劑油產(chǎn)品，A塔塔頂重組分經(jīng)過B塔得到150℃以下C7～C9之間的橡膠溶劑油產(chǎn)品，B塔塔低碳數(shù)大于9的組分最后通過D塔分離出小于180℃的C9～C14組分作為油漆溶劑油產(chǎn)品，其余高于180℃的C14以上重組分統(tǒng)一作為重油產(chǎn)品處理。

2.2 物料平衡

HYSYS軟件是世界著名油氣加工模擬軟件工程公司開發(fā)的大型專家系統(tǒng)軟件，廣泛應(yīng)用于石油開采、儲(chǔ)運(yùn)、天然氣加工、石油化工、精細(xì)化工、制藥、煉制等領(lǐng)域，借助該軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的仿真模擬并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文采用HYSYS軟件對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬及優(yōu)化，并得到相應(yīng)的工藝參數(shù)及設(shè)備參數(shù)。

順北及雅末凝析油的原料量均按照50萬t/a計(jì)算，采用常壓精餾工藝進(jìn)行分離，流程模擬如圖4及圖5所示。

圖4 順北凝析油工藝流程模擬圖

圖5 雅末凝析油工藝流程模擬圖

根據(jù)雅末地區(qū)凝析油組成分析，其C4及C5組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低（僅0.16%），因此在對(duì)其進(jìn)行分離時(shí)采用三塔分離，A塔塔頂輕組分不再進(jìn)一步分離生產(chǎn)芳構(gòu)化原料，全部作為6#溶劑油產(chǎn)品。順北雅末凝析油經(jīng)過分離后主要產(chǎn)品的物料平衡如表2所示。

表2 凝析油綜合利用物料平衡表

由表2可知，加工50萬t凝析油原料，順北地區(qū)可得到芳構(gòu)化原料、6#溶劑油、橡膠溶劑油、油漆溶劑油、 重油的產(chǎn)量分別為：0.74、11、1.8、30.5、5.9萬t，雅末地區(qū)可得到6#溶劑油、橡膠溶劑油、油漆溶劑油、重油的產(chǎn)量分別為：12.3、1.8、30.9、4.9 萬 t。經(jīng)過多塔常壓精餾分離后，凝析油原料可生產(chǎn)以油漆溶劑油為主的多種高附加值產(chǎn)品，在新疆地區(qū)涂料行業(yè)中油漆溶劑油產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景，僅此一項(xiàng)便可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。該工藝流程具有設(shè)備投資少、操作方便、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品可直接面向市場(chǎng)銷售，具有很好的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，適用于新疆煉化企業(yè)進(jìn)行改造升級(jí)。

表3給出了流程模擬給出的精餾塔設(shè)備參數(shù)。

表3 凝析油綜合利用設(shè)備參數(shù)

3 工藝技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)估算

3.1 公用工程

表4 公用工程消耗

在本工藝流程中，依托總廠公用工程網(wǎng)絡(luò)，對(duì)運(yùn)行過程中耗費(fèi)的水、電、蒸汽的量進(jìn)行了簡(jiǎn)單估算，結(jié)果如表4所示。

3.2 項(xiàng)目總投資估算

項(xiàng)目總投資估算：僅考慮精餾工段生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)設(shè)施部分，加氫精制工段不做估算。其中生產(chǎn)裝置主要包括精餾塔及附屬冷凝器再沸器、輸送泵、儲(chǔ)罐等。公用工程僅包含電氣、脫鹽水、循環(huán)水等，其他如鍋爐等不包含在投資估算中。

建設(shè)投資中無形資產(chǎn)費(fèi)用主要包括技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)、土地使用權(quán)等共約350萬元；預(yù)備費(fèi)用主要包括基本預(yù)備費(fèi)、漲價(jià)預(yù)備費(fèi)等共約450萬元；試驗(yàn)研究費(fèi)、建設(shè)單位管理費(fèi)、聯(lián)合試轉(zhuǎn)費(fèi)等其他遞延資產(chǎn)費(fèi)用共約200萬元。

表5 項(xiàng)目總投資估算

3.3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)分析

通過簡(jiǎn)要調(diào)查國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件及新疆地區(qū)生產(chǎn)條件，確定產(chǎn)品價(jià)格及公用工程價(jià)格，并估算項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)初步分析。本項(xiàng)目資金來源全部為自有資金，不存在財(cái)務(wù)費(fèi)用；銷售費(fèi)用總額按照銷售收入的1%來進(jìn)行計(jì)算，管理費(fèi)按照直接工資總額40%計(jì)提，初步經(jīng)濟(jì)分析中暫不計(jì)算稅金及附加。

裝置定員及人均工資：項(xiàng)目裝置定員16人，四班三倒，人均工資按照12萬元/a。

原料成本：原料凝析油價(jià)格按照2000元/t計(jì)算，其他原料費(fèi)用按照凝析油費(fèi)用的2%估算。

公用工程價(jià)格如下：水：3元/t；電：0.6元/kWh；蒸汽：60元/t

本方案產(chǎn)品價(jià)格如下：芳構(gòu)化原料：4000元/t；6# 溶劑油：5500 元/t；橡膠溶劑油：4700 元/t；油漆溶劑油：5500 元/t；重油：3100 元/t

折舊按照15年計(jì)算。

本方案項(xiàng)目初步經(jīng)濟(jì)分析如表6所示。

表6 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)分析表

依據(jù)新疆地區(qū)市場(chǎng)容量，產(chǎn)品銷量定為總生產(chǎn)量20%，由表6可知，本文設(shè)計(jì)的工藝路線項(xiàng)目總投資較少，產(chǎn)品市場(chǎng)前景廣闊，結(jié)合總廠原有公用工程進(jìn)行生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，對(duì)于促進(jìn)凝析油資源的進(jìn)一步開發(fā)與優(yōu)化利用具有一定的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

凝析油物性分析表明順北及雅末地區(qū)凝析油具有高含硫、油質(zhì)輕、實(shí)沸點(diǎn)較低等特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)需求，設(shè)計(jì)常壓精餾工藝將凝析油原料進(jìn)行切割分離，分別得到芳構(gòu)化原料、6#溶劑油、橡膠溶劑油、油漆溶劑油、重油等高附加值產(chǎn)品。針對(duì)該工藝流程進(jìn)行了模擬分析，得到工藝物料平衡表及精餾塔設(shè)備參數(shù)，并結(jié)合總廠公用工程及產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行了工藝技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)估算，結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的工藝流程能夠充分利用新疆地區(qū)凝析油資源，經(jīng)過分離后的產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。