汽油抽提脫硫過程節(jié)能研究

宋 佳，何海紅

(山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500)

汽油加氫精制過程為煉油廠的重要工藝流程，通過對(duì)汽油產(chǎn)品進(jìn)行加氫處理，去除汽油中含有的金屬雜質(zhì)、氮、硫等雜元素及含氧芳香烴物質(zhì)。汽油加氫工藝的反應(yīng)主要是基于氮、硫、氧等和H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成對(duì)應(yīng)的易于后續(xù)分離去除的反應(yīng)產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)汽油產(chǎn)品的降烯烴、降芳烴、脫硫、脫氮過程，提高汽油品質(zhì)[1]。隨著汽油國V、國VI標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)實(shí)施，汽油加氫工藝的加氫深度逐漸提高，導(dǎo)致產(chǎn)品汽油辛烷值損失嚴(yán)重、氫耗增加[2]。因此，部分傳統(tǒng)汽油加氫工藝流程升級(jí)改造為全餾分加氫，輕、中、重汽油分離，中汽油抽提脫硫過程，從而降低辛烷值損失。

中汽油抽提脫硫過程，根據(jù)硫化物在烴類和溶劑中溶解度不同的原理，處理餾程為40～130 ℃的汽油組分。此餾分汽油中所含的硫化物主要為噻吩和甲基噻吩，通過多級(jí)溶解平衡將硫化物富集到溶劑中，因此抽余油的烯烴未進(jìn)行加氫飽和反應(yīng)，從而在幾乎沒有辛烷值損失的情況下實(shí)現(xiàn)汽油餾分的脫硫。同時(shí)，該過程降低了選擇性加氫過程的加工量，間接的提高了提高裝置的加工能力[3]。但是，中汽油抽提脫硫工藝過程使用3.5 MPag蒸汽熱源，且流程中涉及多級(jí)溶劑循環(huán)、水循環(huán)過程，生產(chǎn)加工能耗較高。本文運(yùn)用流程模擬軟件，對(duì)中汽油抽提脫硫過程的影響因素進(jìn)行綜合分析，在保證各產(chǎn)品與中間物料指標(biāo)合格的前提下，分析中汽油脫硫過程節(jié)能潛力，指導(dǎo)、優(yōu)化生產(chǎn)操作過程，實(shí)現(xiàn)裝置的節(jié)能降耗。

1 裝置概述

1.1 工藝流程

中汽油抽提脫硫工藝流程簡圖見圖1。中汽油進(jìn)入抽提塔(T101)的下部，貧溶劑從塔頂部進(jìn)入，通過多級(jí)逆向接觸，硫溶于溶劑中形成富溶劑從塔底流出，抽余油從塔頂流出。從抽提塔底流出的富溶劑，經(jīng)換熱器換熱后，送入烯烴回收塔(T102)進(jìn)行抽提蒸餾。烯烴回收塔頂餾出物經(jīng)水冷器冷凝冷卻后，進(jìn)入塔頂回流罐，分成油、水兩相，油相為返洗油，經(jīng)返洗油泵升壓后，進(jìn)入抽提塔的下部。烯烴回收塔底富溶劑進(jìn)入脫油塔(T103)，富硫油從脫油塔頂餾出，經(jīng)水冷器、回流罐，分成水和富硫油兩相，油相外送。脫油塔底流出的貧溶劑經(jīng)換熱器換熱后，進(jìn)入抽提塔的頂部，循環(huán)使用。

圖1 汽油抽提脫硫工藝流程簡圖

1.2 裝置運(yùn)行狀態(tài)

某廠中汽油抽提脫硫裝置運(yùn)行平穩(wěn)，抽提塔(T101)控制壓力0.55 MPag，烯烴回收塔(T102)控制壓力0.04 MPag，脫油塔(T103)控制-0.06 MPag。其中烯烴回收塔、脫油塔采用3.5 MPag蒸汽減溫減壓作為熱源，合計(jì)熱負(fù)荷4938 kW。主要運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 主要運(yùn)行參數(shù)

2 裝置節(jié)能潛力分析

2.1 裝置建模

根據(jù)裝置運(yùn)行狀態(tài)的主要工藝參數(shù)、原料性質(zhì)、產(chǎn)品分析檢測(cè)結(jié)果及關(guān)鍵控制條件，采用Aspen plus軟件對(duì)汽油抽提脫硫過程進(jìn)行全流程建模，建立裝置的嚴(yán)格模擬模型，從而對(duì)各關(guān)鍵控制條件進(jìn)行綜合分析，量化裝置的節(jié)能潛力。

2.2 抽提塔分析

抽提塔為液液抽提塔，無塔底再沸器與塔頂冷凝器，不消耗公用工程。該塔使用環(huán)丁砜作為溶劑，抽提過程利用環(huán)丁砜對(duì)噻吩類與烴類物質(zhì)的溶解度不同從而實(shí)現(xiàn)含硫化合物與汽油組分的分離。該塔雖不消耗能源，但所使用的抽提溶劑自塔底流出后，將依次通過后續(xù)工藝流程中的烯烴回收塔與脫油塔，烯烴回收塔與脫油塔的塔底均有以蒸汽為加熱介質(zhì)的再沸器。因此，降低抽提溶劑使用量，將有助于汽油抽提脫硫過程的整體節(jié)能。

圖2 溶劑量對(duì)抽提塔頂噻吩與環(huán)丁砜含量的影響

根據(jù)所建立的裝置全流程模型，對(duì)抽提塔在不同溶劑流量條件下的產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析降低抽提溶劑使用量的可行性。圖2表明，在溶劑流量為68000～80000 kg/h區(qū)間內(nèi)，隨溶劑流量的逐漸降低，抽提塔頂噻吩類組分含量由6.76×10-6逐漸升高至7.43×10-6，環(huán)丁砜含量由0.6532%逐漸升高至0.6602%。根據(jù)裝置產(chǎn)品控制指標(biāo)，可將溶劑流量由目前的76500 kg/h降低至73000 kg/h，抽余油中噻吩類含量低于7.1×10-6，環(huán)丁砜含量低于0.659%。

2.3 烯烴回收塔分析

烯烴回收塔為精餾塔，塔底為蒸汽加熱再沸器，塔頂為冷凝器。烯烴回收塔以抽提蒸餾方式蒸出富溶劑中的烯烴，保證抽提產(chǎn)品收率和脫油塔真空度。烯烴回收塔為正壓操作，在保證富溶劑進(jìn)入烯烴回收塔時(shí)閃蒸發(fā)泡不造成液泛的前提下，塔頂壓力降低將有助于降低塔底再沸器的負(fù)荷，從而節(jié)省加熱蒸汽用量。

圖3 烯烴回收塔塔頂壓力對(duì)塔底熱負(fù)荷的影響

對(duì)烯烴回收塔在不同塔頂壓力條件下的塔底熱負(fù)荷進(jìn)行模擬計(jì)算，分析降低塔頂壓力實(shí)現(xiàn)節(jié)能的可能性。圖3表明，隨塔頂壓力自0.05 MPag降低至0.01 MPag，塔底熱負(fù)荷由2884 kW降低至2145 kW，節(jié)能效果明顯。根據(jù)歷史生產(chǎn)情況，烯烴回收塔壓力降低至0.02 MPag，塔內(nèi)水力學(xué)狀態(tài)正常，可以進(jìn)行降壓優(yōu)化。

2.4 脫油塔分析

脫油塔為精餾塔，塔底為蒸汽加熱再沸器，塔頂為冷凝器。脫油塔為負(fù)壓操作，一方面有助于防止溶劑的熱分解，另一方面，通過在負(fù)壓下對(duì)脫油塔塔底溫度和塔頂回流進(jìn)行控制，可以保障溶劑不會(huì)隨噻吩一起蒸發(fā)導(dǎo)致富硫油帶溶劑，同時(shí)有效脫除貧溶劑中的富硫油，保障貧溶劑循環(huán)使用后的抽提效果。與烯烴回收塔類似，脫油塔壓力的降低將有助于降低塔底再沸器的熱負(fù)荷。同時(shí)，由于回流量對(duì)富硫油中溶劑的含量具有一定影響，應(yīng)在保障富硫油產(chǎn)品指標(biāo)的前提下，降低回流量，從而進(jìn)一步降低塔底再沸器負(fù)荷。

圖4 脫油塔塔頂壓力對(duì)塔底熱負(fù)荷的影響

圖5 脫油塔回流量對(duì)塔底熱負(fù)荷和塔頂溶劑含量的影響

對(duì)脫油塔在不同塔頂壓力條件下、不同回流量條件下的塔底熱負(fù)荷與塔頂攜帶溶劑量進(jìn)行模擬計(jì)算，分析脫油塔通過降低壓力、降低回流量實(shí)現(xiàn)節(jié)能的可能性。圖4與圖5表明，隨塔頂壓力自-40 kPag降低至-65 kPag，塔底熱負(fù)荷由2560 kW降低至2131 kW；隨回流量自8000 kg/h降低至4000 kg/h，塔底熱負(fù)荷由2565 kW降低至1415 kW，相應(yīng)塔頂溶劑含量由24.3%升高至44.2%。由于塔頂真空度的精確控制有一定難度，且回流量的降低與塔壓力降低相比，其對(duì)脫油塔的節(jié)能效果更為顯著。因此，脫油塔的操作優(yōu)化為保持壓力不變，回流量降低至4000 kg/h。

3 效果驗(yàn)證

根據(jù)對(duì)汽油抽提脫硫過程的逐塔分析，抽提塔將溶劑量由76500 kg/h降至73000 kg/h，烯烴回收塔壓力由0.04 MPag降至0.02 MPag，脫油塔回流量由6800 kg/h降至4000 kg/h。某廠根據(jù)上述優(yōu)化方案進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)整，通過對(duì)方案實(shí)施前后六個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，作為塔底再沸器熱源的3.5 MPag蒸汽消耗量平均降低1.72 t/h，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益約337萬元/年。

4 結(jié)論

通過應(yīng)用商業(yè)化流程模擬軟件對(duì)汽油抽提脫硫過程進(jìn)行全流程建模，結(jié)合對(duì)該工藝流程中關(guān)鍵設(shè)備的逐項(xiàng)能耗影響點(diǎn)分析，在保障產(chǎn)品及中間物料指標(biāo)合格的前提下，提出降低抽提塔溶劑循環(huán)量、降低烯烴回收塔操作壓力、降低脫油塔回流量等措施，在不增加設(shè)備投資的情況下，僅通過生產(chǎn)操作優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了裝置的節(jié)能降耗，效果顯著。