煉油廠蒸餾裝置節(jié)能降耗措施研究

龔傳波 單玉連 吳永紅 劉沙 吳天柱

中國石油獨(dú)山子石化分公司

獨(dú)山子石化煉油廠常減壓蒸餾裝置設(shè)計(jì)原油加工能力1 000×104t/a，屬燃料-化工型裝置。裝置設(shè)計(jì)操作彈性50%～110%，主要加工中哈原油管道輸送的庫姆科爾原油和俄羅斯西西伯利亞地區(qū)烏拉爾低硫原油。裝置由原油換熱部分、原油電脫鹽部分、初餾部分、常壓蒸餾部分、減壓蒸餾部分、輕烴回收部分和液化氣及干氣脫硫部分組成。為了緩解蒸餾裝置常壓爐運(yùn)行負(fù)荷高的現(xiàn)狀，蒸餾裝置實(shí)施初餾塔出初側(cè)線技改項(xiàng)目，在提高裝置加工量的同時(shí)降低燃料氣消耗，提高裝置運(yùn)行效益。

1 實(shí)施初餾塔出側(cè)線的背景及意義

蒸餾裝置作為原油的初加工上游裝置，其側(cè)線產(chǎn)品含有瓦斯、石腦油、柴油等輕組分。根據(jù)公司生產(chǎn)計(jì)劃的安排，需隨時(shí)對(duì)裝置石腦油和重整料之間的生產(chǎn)方案進(jìn)行調(diào)整。而蒸餾裝置作為公司的龍頭生產(chǎn)裝置，隨時(shí)需要對(duì)裝置加工負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。由于蒸餾裝置脫前換熱器換熱效率降低，裝置目前換熱終溫約275 ℃，較設(shè)計(jì)值300 ℃低約25 ℃，導(dǎo)致常壓爐高負(fù)荷運(yùn)行，加工量為1 010 t/h時(shí)，常壓爐爐膛溫度已經(jīng)接近工藝指標(biāo)上限(900 ℃)。為了確保裝置常壓爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行，蒸餾裝置落實(shí)初餾塔出側(cè)線項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)裝置初餾塔內(nèi)的重石腦油直接通過常一中回流線送至常壓塔，通過常壓塔塔頂拔出此部分石腦油，避免其進(jìn)入常壓爐過熱后再次被冷卻分離，降低常壓爐負(fù)荷及燃料氣消耗[1]，同時(shí)，可為提高裝置加工負(fù)荷創(chuàng)造條件。

2 初餾塔出初側(cè)線項(xiàng)目改造的內(nèi)容

蒸餾裝置初餾塔為閃蒸塔[2]，只有塔頂回流，沒有側(cè)線抽出，初餾塔共計(jì)26層塔盤，初餾塔出初側(cè)線主要是將初餾塔15層塔盤處開孔增加側(cè)線抽出，在初餾塔的14層～26層塔盤降液板增加符合要求的齒形堰，通過新增機(jī)泵將初餾塔15層新增側(cè)線油品送入常壓塔常一中回流控制閥后，具體見圖1，實(shí)現(xiàn)初餾塔重石腦油跨過常壓爐直接進(jìn)入常壓21層塔盤回流。

3 初餾塔出初側(cè)線項(xiàng)目投用運(yùn)行情況

由于蒸餾裝置目前處于低負(fù)荷運(yùn)行階段，初餾塔塔頂回流量偏小，為了防止初餾塔出初側(cè)線抽出投用后造成初餾塔干板，車間初餾塔出初側(cè)線項(xiàng)目投用初期僅抽出側(cè)線產(chǎn)品10 t/h，初餾塔側(cè)線產(chǎn)品較裝置混合石腦油產(chǎn)品偏重，具體餾程見表1。

表1 初餾塔出初側(cè)線產(chǎn)品餾程分析Table 1 Fractionation process analysis of the first side line product from initial distillation column℃初餾點(diǎn)10%30%50%70%90%終餾點(diǎn)91.7162.9213.9234.1246.9259.4277.1

通過以上初餾塔側(cè)線產(chǎn)品餾程可以看出，抽出的重石腦油終餾點(diǎn)為277.1 ℃，這部分產(chǎn)品介于蒸餾裝置石腦油和常一線產(chǎn)品之間，投用側(cè)線抽出后可能會(huì)對(duì)塔頂輕端組分產(chǎn)品質(zhì)量及裝置側(cè)線產(chǎn)品收率的分布產(chǎn)生影響。

3.1 初餾塔出初側(cè)線投用對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

初餾塔側(cè)線抽出投用后，塔內(nèi)回流量降低，塔盤分餾精度下降，塔頂產(chǎn)品質(zhì)量受到影響，同時(shí)，側(cè)線產(chǎn)品通過常一中回流進(jìn)入常壓塔，會(huì)造成常壓塔上部液相負(fù)荷上升，氣相負(fù)荷相對(duì)降低，可能對(duì)常頂產(chǎn)品以及常一線產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響[3]，因此，車間對(duì)初餾塔側(cè)線抽出投用前后進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量分析對(duì)比，驗(yàn)證是否對(duì)裝置產(chǎn)品質(zhì)量有影響，餾程分析見表2。

表2 初餾塔出初側(cè)線后裝置塔頂輕端組分餾程分析Table 2 Distillation range analysis of the overhead light component after the side line extraction from initial distillation column℃項(xiàng)目初餾點(diǎn)10%30%50%70%90%終餾點(diǎn)備注初頂石腦油32.457.482.3105.2133.7189.6224.9投用后29.956.381.3104.8132177.3210.6投用前常頂石腦油63.1106.9129.7149.3167.8187.9206.6投用后55.6100120.2138.3155.6174.1189.7投用前常一線205.4249.3投用后192.6244.7投用前

由表2可以看出，初餾塔出初側(cè)線投用后，蒸餾裝置初頂石腦油初餾點(diǎn)變化不大，初頂石腦油干點(diǎn)上升約15 ℃，主要是由于初餾塔側(cè)線產(chǎn)品抽出后造成塔內(nèi)回流量降低，初餾塔塔盤分離精度降低所致，蒸餾裝置混合石腦油終餾點(diǎn)控制指標(biāo)不高于230 ℃，故投用初餾塔側(cè)線后，初頂石腦油質(zhì)量受控。當(dāng)裝置處于高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，初餾塔不存在內(nèi)回流偏低的情況，因此，投用初餾塔側(cè)線后，對(duì)初餾塔塔頂產(chǎn)品質(zhì)量影響不大。

初餾塔出初側(cè)線投用后，常頂石腦油初餾點(diǎn)和終餾點(diǎn)均略為上升，其中終餾點(diǎn)約上升16 ℃，滿足石腦油干點(diǎn)不高于230 ℃的質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)常壓塔塔頂石腦油產(chǎn)品質(zhì)量無影響。

初餾塔出初側(cè)線投用后，常一線產(chǎn)品質(zhì)量輕微變重，蒸餾裝置常一線和其他常壓側(cè)線產(chǎn)品混合后作為混合柴油用作下游裝置原料，其輕微質(zhì)量變化對(duì)下游裝置產(chǎn)品質(zhì)量無影響。

3.2 初餾塔出初側(cè)線投用對(duì)產(chǎn)品收率的影響

初餾塔出側(cè)線，將側(cè)線產(chǎn)品送至常壓塔內(nèi)，會(huì)對(duì)初餾塔和常壓塔石腦油及柴油產(chǎn)品收率分布產(chǎn)生影響，見表3。為了保證公司生產(chǎn)的物料平衡，蒸餾裝置必須做好生產(chǎn)操作調(diào)整，保證物料供應(yīng)平衡。

表3 初餾塔出側(cè)線后裝置產(chǎn)品收率分析Table 3 Products yield analysis after the side line extraction from initial distillation column項(xiàng)目收率/%初側(cè)線項(xiàng)目投用前初側(cè)線項(xiàng)目投用后差值蒸餾石腦油26.7826.57-0.21直餾柴油23.4923.890.40

由表3可以看出，實(shí)施初餾塔出側(cè)線后，蒸餾裝置石腦油和柴油收率稍有變化，石腦油收率降低0.21%，混合柴油收率上升0.4%，其主要原因是初側(cè)線產(chǎn)品進(jìn)入常壓塔后，造成常壓塔上部氣相負(fù)荷和液相負(fù)荷上升，常壓塔塔頂部分石腦油進(jìn)入常壓側(cè)線，由于裝置石腦油作為下游乙烯裝置原料，石腦油收率降低可能造成化工原料短缺，裝置通過調(diào)整常壓塔各中段回流量，降低常一中和常頂循環(huán)回流量，降低常壓塔塔頂氣相和液相負(fù)荷，提高常一線和常頂石腦油分餾精度，實(shí)現(xiàn)提高常頂石腦油收率的目的，最終緩解因初側(cè)線抽出對(duì)裝置混合石腦油和混合柴油收率造成的影響。

3.3 初餾塔出初側(cè)線投用對(duì)燃料氣消耗的影響

初餾塔出初側(cè)線技措項(xiàng)目主工藝管線設(shè)計(jì)管徑為DN150 mm，設(shè)計(jì)最小流量為20 m3/h，最大流量為66 m3/h，正常流量為55 m3/h。按照設(shè)計(jì)，初側(cè)線產(chǎn)品密度為680 kg/m3，抽出量為30 t/h，由于裝置處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，初側(cè)線量按25 t/h核算燃料氣消耗情況。

通過流程模擬核算，初側(cè)線抽出量按25 t/h計(jì)算，200 ℃的初側(cè)線產(chǎn)品經(jīng)過常壓爐加熱至360 ℃的能耗為1.37×104MJ/h，見圖2。能源系數(shù)換算表見表4。

表4 能源系數(shù)換算表Table 4 Conversion table of energy coefficient能源名稱燃料油燃料氣實(shí)際換算系數(shù)/(MJ·t-1)41 86839 775

從表4可以看出，初側(cè)線抽出量按25 t/h計(jì)算，裝置節(jié)約燃料氣量為1.37×104MJ/h÷39 775 MJ/t=0.34 t/h，全年按照360個(gè)生產(chǎn)日計(jì)算，累計(jì)節(jié)約燃料氣0.34×24×360=2 937 t。

3.4 初餾塔出初側(cè)線投用對(duì)裝置能耗的影響

初側(cè)線抽出量按25 t/h計(jì)算，可節(jié)約能耗1.37×104MJ/h，裝置2016年全年能耗為386.37 MJ/t原料，按照目前裝置加工量833 t/h計(jì)算，裝置能耗降低1.37×104÷(386.37×833)×100%=4.26%。

3.5 初餾塔出初側(cè)線投用對(duì)裝置加工量的影響

目前，為了維持全公司物料平衡，蒸餾裝置處于低負(fù)荷運(yùn)行階段，裝置加工量僅833 t/h，與設(shè)計(jì)值1 190 t/h相比，裝置負(fù)荷率僅為70%。蒸餾裝置常壓爐設(shè)計(jì)負(fù)荷為110 MW，按初側(cè)線抽出量25 t/h計(jì)算，初側(cè)線將節(jié)約熱能共計(jì)1.37×104MJ/h，占常壓爐負(fù)荷的3.46%，按常壓爐設(shè)計(jì)進(jìn)料1 052 t/h計(jì)算，落實(shí)初側(cè)線后常壓爐可提高進(jìn)料約36 t/h，裝置加工量可提高41 t/h。

4 初餾塔側(cè)線投用存在的潛在問題

初餾塔出初側(cè)線技措項(xiàng)目雖然投用正常，但當(dāng)蒸餾裝置石腦油干點(diǎn)控制較高、需要提高石腦油收率時(shí)，初餾塔塔頂溫度提高使得塔頂回流量降低，進(jìn)而造成塔盤持液量較低。在裝置處于低負(fù)荷運(yùn)行期間，兩種因素疊加，最終造成初餾塔塔盤液相內(nèi)回流量較低，可能導(dǎo)致初餾塔干板現(xiàn)象[4]，從而影響初頂產(chǎn)品及常壓側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量。

按初餾塔塔頂回流量為58 t/h對(duì)初餾塔塔內(nèi)回流情況進(jìn)行流程模擬核算，分析結(jié)果見表5。

表5 初餾塔無側(cè)線抽出時(shí)內(nèi)回流情況Table 5 Internal reflux of the initial distillation column without side line extraction塔盤溫度/℃壓力/MPa內(nèi)回流量/(t·h-1)氣相流量/(t·h-1)采出量/(t·h-1)15層206.500.2137.30177.890.0025層218.800.2316.8616.020.00

由表5可知，通過流程模擬核算，當(dāng)初餾塔塔頂回流量約58 t/h時(shí)，若無側(cè)線抽出，15層內(nèi)回流量約為37.3 t/h，末端塔盤內(nèi)回流量為16.8 t/h。初餾塔出側(cè)線抽出5 t/h時(shí)，15層內(nèi)回流量約為30.0 t/h，末端塔盤內(nèi)回流量為11.5 t/h，見表6。

表6 初餾塔出側(cè)線抽出5 t/h時(shí)內(nèi)回流情況Table 6 Internal reflux flow of the initial distillation column when the mass flow rate of side line extraction was 5 t/h塔盤溫度/℃壓力/MPa內(nèi)回流量/(t·h-1)氣相流量/(t·h-1)采出量/(t·h-1)15層208.400.21130.03175.665.0025層219.900.2311.51160.370.00

由表5和表6可以看出，在加工量較低的情況下，若初餾塔塔頂回流量降低，初餾塔塔內(nèi)回流量降低較為明顯，故為了保證初餾塔不干板，同時(shí)不影響常壓塔塔頂產(chǎn)品質(zhì)量，裝置可以通過調(diào)節(jié)初側(cè)線抽出量，觀察初側(cè)線產(chǎn)品顏色情況，調(diào)整抽出量的大小，防止初餾塔設(shè)備干板造成設(shè)備損壞，同時(shí)保證裝置產(chǎn)品質(zhì)量合格。

5 結(jié) 論

蒸餾裝置實(shí)施初餾塔出側(cè)線，根據(jù)生產(chǎn)工況調(diào)節(jié)初餾塔出側(cè)線流量，可將初餾塔塔內(nèi)的部分重石腦油跨過常壓爐，直接通過常一中回流線進(jìn)入常壓塔，避免初側(cè)線產(chǎn)品經(jīng)常壓爐加熱消耗燃料氣，進(jìn)入常壓塔后再次冷卻分離。按照初餾塔出側(cè)線抽出25 t/h計(jì)算，可降低常壓爐負(fù)荷3.46%，實(shí)現(xiàn)降低常壓爐燃料氣消耗2 937 t/a，解決大負(fù)荷生產(chǎn)條件下常壓爐爐膛溫度超指標(biāo)上限的問題，同時(shí)可以提高裝置加工量41 t/h，有利于裝置的擴(kuò)能生產(chǎn)和挖潛增效。