加工西江原油常壓塔中段回流取熱比例對(duì)加氫原料油質(zhì)量與收率的影響研究

寧海龍

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

近年來(lái)隨著市場(chǎng)對(duì)原油深加工產(chǎn)品需求量的增加，為迎合市場(chǎng)，提高經(jīng)濟(jì)效益，諸如催化裂化、催化重整、加氫精制等下游裝置對(duì)常壓蒸餾側(cè)線產(chǎn)品收率與質(zhì)量的要求越來(lái)越高。如何在滿足下游裝置深加工質(zhì)量要求的前提下，提升常壓蒸餾側(cè)線產(chǎn)品的收率，已經(jīng)成為制約大多數(shù)煉廠經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)的瓶頸，并逐漸成為業(yè)界研究的焦點(diǎn)。

某煉廠 1.5 Mt/a 常壓蒸餾裝置在加工西江原油的過程中，生產(chǎn)的加氫原料油(即常一線、常二線、常三線合并產(chǎn)品)干點(diǎn)偏低，通過提高側(cè)線拔出量的方法進(jìn)行調(diào)整后，加氫原料油外觀顏色加深、干點(diǎn)超高，不能滿足加氫裝置深加工的質(zhì)量要求。研究表明，調(diào)整常壓塔中段回流取熱比例，對(duì)改善側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量、提高側(cè)線產(chǎn)品收率、降低裝置能耗均有促進(jìn)作用[1-2]，但對(duì)各中段回流取熱比例的優(yōu)化原則尚未明確。本工作采用化驗(yàn)分析、熱量核算等方法著重研究了中段回流取熱比例對(duì)加氫原料油質(zhì)量與收率的影響，并提出合理中段回流優(yōu)化原則，為同類型裝置提高常壓塔側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量與收率提供了理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐。

1 裝置介紹

1.1 原油性質(zhì)

1.5 Mt/a 常壓蒸餾裝置，主要加工南海西江原油。此原油密度 857.6 kg/m3、硫含量0.084%、蠟含量20.73%、膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量11.61%，屬于典型的中質(zhì)低硫石蠟基原油[3]。

1.2 加氫原料油質(zhì)量與收率

裝置常壓側(cè)線產(chǎn)品全部作為加氫原料油。為滿足下游加氫裝置加工要求，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)需控制在干點(diǎn)360～370 ℃ 之間(外觀清澈)，收率指標(biāo)不低于29%。現(xiàn)階段，加氫原料油理論收率約為31.42%，而實(shí)際加氫原料油收率僅為27.01%，實(shí)際收率比理論收率低了約4.41%百分點(diǎn)。裝置處理西江原油期間加氫原料油干點(diǎn)與常底渣油初餾點(diǎn)變化趨勢(shì)有明顯的重疊現(xiàn)象。

1.3 中段回流取熱現(xiàn)狀

常壓塔內(nèi)多余熱量由兩個(gè)部分組成：①塔上部低沸點(diǎn)餾分?jǐn)y帶的低溫位熱；②塔中下部由中間餾分?jǐn)y帶的高溫位熱。常壓塔不設(shè)常頂循流程，低溫位熱全部由低沸點(diǎn)餾分從塔頂帶出塔外，并以間接冷卻方式冷卻至過冷狀態(tài)，其中一部分通過常頂回流流程回注塔內(nèi)；攜帶高溫位熱的中間餾分則分別由常一中和常二中中段回流流程將熱量帶出的塔外以換熱方式將熱量進(jìn)行回收后冷卻至過冷狀態(tài)，并全部回注塔內(nèi)。

2 裝置中段回流取熱比例優(yōu)化

2.1 優(yōu)化原則

通過對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，中段回流取熱比例對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與收率的影響十分明顯，盲目調(diào)整不利于裝置的正常生產(chǎn)。中段回流取熱比例優(yōu)化，應(yīng)遵循以下原則：①保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)作為優(yōu)化操作的最優(yōu)先考慮；②加工西江原油時(shí)，常二中取熱量略高于常一中取熱量，有利于均衡塔內(nèi)氣液相負(fù)荷；③優(yōu)化后各側(cè)線抽出量，應(yīng)符合原油評(píng)價(jià)結(jié)果；④從提高熱量利用率的角度考慮，中段回流應(yīng)處于“大流量、小溫差”的狀態(tài)。

2.2 取熱量計(jì)算

常一中油與常二中油的性質(zhì)波動(dòng)大，在不進(jìn)行精密測(cè)算與化驗(yàn)分析的情況下無(wú)法得到準(zhǔn)確比熱容，因此在假設(shè)取熱過程中無(wú)相變的前提下，參考 15.6 ℃ 時(shí)煤油、柴油的比熱容，使用溫差法對(duì)常一中、常二中一小時(shí)取熱量進(jìn)行計(jì)算，算式如下：

Q=CmΔT

(1)

式中,Q為流體取熱量；C為比熱容；m為流體質(zhì)量；ΔT為流體取熱前后溫度差。

經(jīng)計(jì)算得出,常一中取熱量約為9.34×106kJ，常二中取熱量約為7.62×106kJ，總?cè)崃考s為16.97×106kJ。由計(jì)算可知，裝置常一中取熱量大于常二中取熱量，比例約為1∶0.78。該取熱比例的問題在于，塔內(nèi)氣液負(fù)荷集中在常一中以下塔板。為保證物料平衡，勢(shì)必增加常二線的抽出量，此時(shí)常二線分離效率與收率提高，但也使降至常三線塔板內(nèi)的回流量減少，導(dǎo)致常三線分離效率與收率下降。裝置常一線、常二線、常三線裝置內(nèi)合并為加氫原料油，供下游加氫裝置。提高常二線分離效率與收率對(duì)提高加氫原料油質(zhì)量無(wú)實(shí)際意義，故參考模擬結(jié)果，將常一中、常二中按取熱比例優(yōu)化至1∶1.28。

2.3 中段回流比例優(yōu)化效果

表1為裝置常一中、常二中取熱量?jī)?yōu)化前后數(shù)據(jù)。從表1中數(shù)據(jù)情況可知，優(yōu)化后常一中取熱量實(shí)際值相對(duì)于優(yōu)化前有所降低，常二中取熱量實(shí)際值相對(duì)于優(yōu)化前有所升高，但均未達(dá)到核算理論值。分析其原因?yàn)椋撼Ｒ恢?、常二中換熱器傳熱效率不足，與換熱流程設(shè)計(jì)不合理所致。后續(xù)將利用周期性停工檢修，對(duì)上述設(shè)備與流程進(jìn)行集中改造。

表1 常一中、常二中取熱量?jī)?yōu)化前后數(shù)據(jù)

優(yōu)化后，加氫原料油干點(diǎn)與常底渣油初餾點(diǎn)恩式蒸餾數(shù)據(jù)均有明顯上升，這表示加氫原料油中重組分含量增加，常底渣油中輕組分減少，詳見表2。

表2 優(yōu)化前后加氫原料油與常底渣油恩式蒸餾數(shù)據(jù)

經(jīng)過此次優(yōu)化加氫原料油收率有所增加，常底渣油收率有所下降(表3)。作為高附加值產(chǎn)品的加氫原料油，收率增加對(duì)于提高裝置經(jīng)濟(jì)也可以起到積極的意義。

表3 優(yōu)化前后加氫原料油與常底渣油的收率

結(jié)合塔內(nèi)熱量與氣液相負(fù)荷變化情況，分析常頂、常一線、常二線、常三線塔板的分離效率。在常一中、常二中取熱總量一定時(shí)，僅改變其取熱量比例，不會(huì)對(duì)處于塔上部的常頂、常一線塔板的分離效率產(chǎn)生明顯影響。常三線油受常二中取熱比例增大影響，常三線塔板液汽比上升，分離效率隨之提升，常二線塔板液氣比總體應(yīng)呈下降趨勢(shì)，分離效率也降低。隨著常三線塔板分離效率的提升，其拔出率與干點(diǎn)會(huì)有一定的上升。在原油性質(zhì)穩(wěn)定時(shí)，常壓拔出率增加，常底液位必然下降，作為物料平衡表征的塔底液位常底渣油量勢(shì)必也會(huì)有所下降，從而塔內(nèi)壓力降減小、油品氣化率提升、過氣化度增加。作為常壓塔最下側(cè)線的常三線以下塔板內(nèi)回流量加大，對(duì)改善加氫原料油質(zhì)量、提高加氫原料油收率起到促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

1)1.5 Mt/a 常壓蒸餾裝置在處理西江原油時(shí)，存在加氫原料油“尾部”未能全部拔出落入常底渣油中的現(xiàn)象，西江原油加氫原料油理論收率應(yīng)為31.42%而實(shí)際收率僅為27.01%存在較大偏差。

2)通過分析與數(shù)據(jù)計(jì)算表明，常壓塔常一中與常二中取熱比例未調(diào)整至最佳狀態(tài)。采用優(yōu)化常壓塔中段回流取熱比例的方法后，加氫原料油干點(diǎn)上升8.5%、收率增加1.1%，加氫原料油與常底渣油餾分重疊現(xiàn)象得到了顯著改善。

3)因受到現(xiàn)有設(shè)備與流程的限制，此次優(yōu)化未能達(dá)到預(yù)期優(yōu)化值，后續(xù)仍有進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整空間。