蠟油加氫裂化裝置分餾系統(tǒng)優(yōu)化研究

趙晨曦，曾文欽，方 友，鄭港西

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

目前石油資源日益重質(zhì)化、劣質(zhì)化，而石油產(chǎn)品及煉油過程清潔化要求卻不斷提高，對煉油加工技術(shù)提出更高的要求[1]。加氫裂化技術(shù)集油品輕質(zhì)化與產(chǎn)品質(zhì)量升級、生產(chǎn)過程清潔化于一體，且具有原料適應(yīng)性強、加工深度高、產(chǎn)品選擇性高等優(yōu)點，受到國內(nèi)外煉油和石化行業(yè)的廣泛關(guān)注[2-4]，增加煉油廠加氫裂化加工能力已是煉油行業(yè)的主要發(fā)展趨勢[5]。

因此，本研究運用專業(yè)流程模擬軟件建立惠州石化4.0 Mta蠟油加氫裂化裝置分餾系統(tǒng)模型[6]，對分餾系統(tǒng)展開綜合性、系統(tǒng)性分析與診斷，尋找其中不合理的或具有優(yōu)化空間的操作參數(shù)，并進行優(yōu)化分析，提出優(yōu)化方案，實現(xiàn)分餾系統(tǒng)的操作優(yōu)化。

1 流程簡述

2 分餾系統(tǒng)問題診斷分析與優(yōu)化調(diào)整

2.1 主分餾塔塔頂壓力優(yōu)化

操作壓力是影響分餾塔汽化段汽化率的最直接因素，當(dāng)塔頂操作壓力降低時，油品在分餾塔的汽化率和體系相對揮發(fā)度將隨壓力的降低而增加[7-8]。本裝置主分餾塔塔頂壓力為0.15 MPa，比其他煉油裝置如常減壓蒸餾裝置的常壓塔塔頂壓力高出不少，因而存在優(yōu)化操作的空間。在測算中發(fā)現(xiàn)，即使將本裝置主分餾塔(C202)的塔頂壓力降低至0.1 MPa以下，仍然能滿足塔盤水力學(xué)與塔頂泵的操作要求，故本研究對主分餾塔進行降壓操作核算并提出以下2個優(yōu)化方案。

圖1 蠟油加氫裂化裝置分餾系統(tǒng)流程示意C201—硫化氫汽提塔； C202—主分餾塔； C203—噴氣燃料汽提塔； C204—柴油汽提塔；F201—分餾塔進料加熱爐； E201E202—分餾塔進料加熱爐前換熱器； E303—過汽化油循環(huán)再沸器； E304—柴油循環(huán)再沸器

優(yōu)化方案一：C202塔頂壓力由0.146 MPa降低至0.100 MPa后仍維持主分餾塔各側(cè)線產(chǎn)品控制指標(biāo)基本不變，則可以把分餾塔進料加熱爐(F201)出口溫度降低4.5 ℃，使加熱爐有效熱負(fù)荷降低10.28 GJh。此方案下的主分餾塔詳細參數(shù)見表1。由表1可見，降低C202塔頂壓力和F201出口溫度后，塔底抽出溫度降低了6.8 ℃，但粗石腦油、噴氣燃料與柴油在控制指標(biāo)不變的情況下抽出流量增加，說明主分餾塔產(chǎn)品分離效果變好，從而實現(xiàn)了產(chǎn)品收率增加。

優(yōu)化方案二：C202塔頂壓力由0.146 MPa降至0.100 MPa后不降低F201出口溫度，則可以進一步提高產(chǎn)品分離效果、減少尾油中的輕組分含量。此方案下的主分餾塔參數(shù)具體變化情況見表2。由表2可見，噴氣燃料的終餾點與柴油的95%餾出溫度降低，而對應(yīng)的柴油與尾油10%餾出溫度卻升高，說明噴氣燃料柴油和柴油尾油的重疊度都降低了，提高了主分餾塔的切割分離效果，尤其是尾油5%餾出溫度增加了14.6 ℃，達到353.4 ℃，有效地減少了尾油中的輕組分的量。

表1 優(yōu)化方案一下的主分餾塔主要參數(shù)變化

注：優(yōu)化前的數(shù)據(jù)為建模擬合時的計算值。

表2 優(yōu)化方案二下的主分餾塔主要參數(shù)變化

基于上述兩種方案的對比，本研究最終決定在分餾加熱爐未達到最高負(fù)荷時采用優(yōu)化方案二，即降壓后維持F201出口溫度不變、最大化提高產(chǎn)品分離效果，只有在F201負(fù)荷過大時才適當(dāng)降低F201出口溫度，即轉(zhuǎn)為優(yōu)化方案一。圖2為主分餾塔塔頂壓力優(yōu)化調(diào)整趨勢。從圖2可以看出，最終將主分餾塔塔頂壓力在指標(biāo)范圍內(nèi)逐步降壓至0.135 MPa(2018年裝置大檢修后修改工藝卡片指標(biāo)再進一步降壓至0.100 MPa)，使主分餾塔塔頂壓力降低后，大幅度提高了全塔分離效果。

圖2 主分餾塔塔頂壓力調(diào)整趨勢

2.2 尾油循環(huán)量與汽提蒸汽量優(yōu)化

為了從分餾塔進料加熱爐取熱給噴氣燃料汽提塔(C203)和柴油汽提塔(C204)提供熱量，在SHELL工藝設(shè)計中采用尾油大量循環(huán)(設(shè)計值為125 th)回加熱爐入口的方案，導(dǎo)致不僅僅是增加提餾段的液相負(fù)荷、引起塔板效率降低，而且降低進料中輕組分的濃度、增加精餾段分離的難度、降低噴氣燃料和柴油餾分的收率，同時增加加熱爐的熱負(fù)荷，造成能耗增加。

圖3為尾油循環(huán)返回分餾塔進料加熱爐流量(尾油循環(huán)量)的優(yōu)化調(diào)整趨勢。改變操作工況，噴氣燃料汽提塔和柴油汽提塔不再需要尾油循環(huán)就可滿足其再沸器的熱量需求，即從工藝的角度完全可以撤掉尾油循環(huán)。因此，提出在維持機泵正常運行的前提下盡可能降低尾油循環(huán)量，如圖3所示，最終將尾油的循環(huán)量降低至40～50 th，從而降低汽提段液相負(fù)荷，減少尾油對輕組分的夾帶，同時使得加熱爐負(fù)荷得到有效利用。

圖3 尾油循環(huán)量調(diào)整趨勢

圖4為加熱爐出口溫度為350 ℃、主分餾塔塔頂壓力為150 kPa時，汽提蒸汽量對尾油中輕組分(不大于350 ℃餾分)含量及分餾塔泛點率的影響。經(jīng)核算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主分餾塔汽提蒸汽量按設(shè)計值1.0 th進行操作時，全塔泛點率偏低，只有73%(如圖4所示)，不利于各塔板上的氣液分離，造成各塔板分離效率低下，產(chǎn)品無法清晰分離。由圖4可以看出，隨著汽提蒸汽量的增加，全塔的泛點率逐漸增大，提升了各塔板的分離效率，從而明顯提高噴氣燃料、柴油和尾油的初餾點，降低了各產(chǎn)品之間的重疊度。在操作優(yōu)化過程中，受汽提蒸汽管線管徑的限制最終將汽提蒸汽量提高至3.2 th。

圖4 汽提蒸汽量對尾油中輕組分含量和分餾塔泛點率的影響 ■—尾油中輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)； ●—分餾塔泛點率

2.3 解決分餾塔進料加熱爐瓶頸問題

分餾塔進料加熱爐作為分餾系統(tǒng)與吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的唯一能量供給單位，一直以來都在裝置高負(fù)荷生產(chǎn)或者輕餾分產(chǎn)品收率高時面臨超負(fù)荷的難題，從而影響重石腦油、噴氣燃料產(chǎn)品抽出量且存在產(chǎn)品分離重疊度高的問題。因此，本研究提出對整個分餾系統(tǒng)實施能量利用的綜合優(yōu)化，對于主分餾塔各中段循環(huán)采取大流量、小溫差，盡可能地多提供高溫位熱量，對于吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的各塔則優(yōu)化進料溫度、降低再沸熱量需求。

首先，鑒于吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定塔采用了過汽化油循環(huán)(E303)與柴油循環(huán)(E304)雙再沸的模式，柴油循環(huán)的熱量最大限度地在此處利用，熱源不足部分再由過汽化油循環(huán)補充，將過汽化油的熱量最大限度地傳遞給分餾塔進料加熱爐前換熱器E201E202，使加熱爐入口溫度提高約2.5 ℃；其次，在保證尾油泵的正常運行情況下維持最小尾油循環(huán)量，從而降低加熱爐入口流量；最后，優(yōu)化加熱爐煙氣的氧含量、壓力、排煙溫度等，將加熱爐熱效率由91%左右提高至93%以上。從而，在加熱爐瓦斯消耗量略有降低的條件下將加熱爐出口溫度由348.0 ℃提高至349.5 ℃，即為加熱爐提供了降低爐出口溫度1.5 ℃的負(fù)荷余地，再加上分餾塔降壓使加熱爐具備降低出口溫度4.5 ℃的負(fù)荷余地，最終提供了加熱爐出口溫度降低6.0 ℃的負(fù)荷余地，破解了加熱爐負(fù)荷不足的瓶頸問題，降低了裝置能耗。

3 優(yōu)化效果

綜合實施降低分餾塔塔頂壓力、降低尾油循環(huán)量至40～50 th、提高汽提蒸汽量至3.2 th一系列優(yōu)化措施后，裝置產(chǎn)品切割分離更加清晰，大幅度減少了噴氣燃料與柴油、尾油與柴油的重疊度。圖5為優(yōu)化前后柴油中輕組分餾出溫度的變化趨勢。由圖5可知，在控制噴氣燃料終餾點不變的情況下，優(yōu)化后柴油的初餾點逐步提高約15 ℃、柴油5%餾出溫度與10%餾出溫度各提高約13 ℃，把柴油中的噴氣燃料餾分最大限度地分離出去。

圖5 優(yōu)化前后柴油中輕組分餾出溫度的變化 —噴氣燃料終餾點； —柴油5%餾出溫度； —柴油初餾點； —柴油10%餾出溫度

圖6為優(yōu)化前后尾油輕組分餾出溫度的變化趨勢。由圖6可知，在柴油95%餾出溫度基本不變的情況下，通過將尾油的初餾點由220 ℃提高至280 ℃(遠高于設(shè)計值205 ℃)，尾油5%餾出溫度與10%餾出溫度均提高約25～30 ℃，解決了下游尾油加氫裝置因尾油原料輕組分過多占據(jù)原料處理空間、導(dǎo)致反應(yīng)加熱爐負(fù)荷高而無法提高裝置負(fù)荷的瓶頸問題，使其反應(yīng)器有效加工能力得到充分發(fā)揮，提高目的產(chǎn)品即基礎(chǔ)油收率，提升裝置的整體運行效益。

圖6 優(yōu)化前后尾油輕組分餾出溫度的變化情況 —柴油95%餾出溫度； —尾油初餾點； —尾油5%餾出溫度； —尾油10%餾出溫度

隨著產(chǎn)品切割清晰度提高，輕餾分產(chǎn)品收率增加，實現(xiàn)了主分餾塔的深拔。圖7為優(yōu)化前后分餾產(chǎn)品收率的變化趨勢。由圖7可知，優(yōu)化后重石腦油收率由21%提高至23%，噴氣燃料收率由25%提高至27%，高于其設(shè)計值(25.23%)，柴油收率由28%降至26%，遠低于其設(shè)計值(29.18%)。

圖7 優(yōu)化前后分餾產(chǎn)品收率的變化 —重石腦油; —噴氣燃料; —柴油; —尾油

4 結(jié) 論

(2)實施優(yōu)化措施后，提高了主分餾塔的產(chǎn)品分離清晰度且實際應(yīng)用效果明顯好于理論計算值，在各產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)不變的情況下，逐步將柴油的初餾點提高約15 ℃、5%餾出溫度和10%餾出溫度均提高約13 ℃，將尾油的初餾點由220 ℃提高至280 ℃，5%餾出溫度與10%餾出溫度均提高25～30 ℃，將重石腦油的收率由21%提高至23%，噴氣燃料的收率由25%提高至27%，柴油收率由28%降低至26%，從而增加了輕餾分、高附加值產(chǎn)品的收率，提高了裝置效益。

(3)通過分餾塔降壓操作與優(yōu)化熱量分配提高分餾加熱爐入口溫度，分別為加熱爐提供降低出口溫度4.5 ℃與1.5 ℃的負(fù)荷余地，克服了加熱爐負(fù)荷不足的瓶頸問題。