國內外常減壓蒸餾工程技術淺析

袁毅夫，王亞彪，張 成

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

國內外常減壓蒸餾工程技術淺析

袁毅夫，王亞彪，張 成

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

對國外煉油廠15.00 Mt/a常壓蒸餾裝置、20.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置和國內某煉油廠10.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置加工原油、生產方案、加工流程、操作條件、設備選擇及能量消耗等方面進行了對比。結果表明，3套裝置各有技術特點，國內裝置的能耗為387.3 MJ/t原油，遠低于國外煉油廠裝置的能耗。

常減壓蒸餾 工程技術 工藝流程 能耗 述評

原油常減壓蒸餾技術發展至今，不論在流程技術、傳質傳熱技術，還是在節能技術、環保技術等方面，均取得了長足進步。盡管蒸餾技術的基礎理論沒有產生突破性的變革，但是常減壓蒸餾工程技術卻發生著日新月異的變化。如板式塔內件技術、填料塔內件技術、強化傳熱技術、減壓深拔技術、兩段減壓蒸餾技術、全裝置能量利用系統分析技術等[1-7]。

對歐洲某著名工程技術公司為東南亞某石油公司完成的15.00 Mt/a常壓蒸餾裝置(簡稱裝置1)的FEED文件和美國某著名工程技術公司為中東某石油公司完成的20.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置(簡稱裝置2)的FEED文件進行分析，這兩個項目的FEED文件出自國際著名工程公司，具有一定的代表意義。將這兩個項目與國內某煉化企業10.00 Mt/a常減壓蒸餾裝置(簡稱裝置3)進行對比分析，力求呈現國內外常減壓蒸餾工程技術的基本狀況。

1 原料與產品

1.1 原料與生產方案

3套裝置加工的原油主要性質見表1。裝置1為擬建設的加工巴士拉原油的常壓蒸餾裝置，主要生產石腦油、煤油餾分、柴油餾分和常壓重油；裝置2為正在建設的加工沙特重質原油的常減壓蒸餾裝置，主要生產石腦油、煤油餾分、柴油餾分、蠟油和渣油；裝置3為已經投產的加工沙特原油的常減壓蒸餾裝置，主要生產石腦油、煤油餾分、柴油餾分、輕蠟油、重質蠟油和渣油。3套裝置中除裝置1只有常壓蒸餾外，生產方案基本一致，裝置3采用了減壓深拔技術，而裝置2采用的僅是常規的濕式減壓蒸餾技術。從表1可以看出，裝置2加工的原油最重，裝置3加工的原油相對較輕。

表1 原油的主要性質

1.2 物料平衡

3套裝置的物料平衡見表2。裝置2設置有初餾塔，初餾塔塔頂不凝氣體(初頂氣)和液體產品初餾塔塔頂油(初頂油)直接送到輕烴回收裝置；常壓塔塔頂不凝氣體(常頂氣)和液體產品(常頂油)，以及減壓塔塔頂不凝氣體(減頂氣)和液體產品(減頂油)也直接送到輕烴回收裝置，生產穩定石腦油和液化氣。裝置3減壓塔塔頂不凝氣體(減頂氣)在本裝置內經過簡單的脫硫后直接作為加熱爐的燃料，而液相產品(減頂油)則直接并入柴油餾分中。裝置1在正常生產過程中，由于常壓塔塔頂產品罐的操作壓力較高，沒有常頂氣產生，液體產品直接送到輕烴回收裝置生產穩定石腦油和液化氣。從表2可以看出：裝置2的常壓餾分收率最高，達到了51.00%，其將部分輕蠟油自常壓塔分離出來；裝置2減壓餾分收率較低，接近裝置3的一半；裝置3采用了減壓深拔技術，減壓渣油的收率僅有23.80%。

表2 裝置的物料平衡

2 加工流程與主要操作條件

2.1 加工流程

3套裝置的加工流程見圖1～圖3。從圖1～圖3可以看出：①裝置3的常壓塔塔頂油氣采用一段冷凝冷卻，而裝置1和裝置2采用的是兩段冷凝冷卻；裝置1的第一段冷凝用于滿足回流的需要，裝置2采用的卻是第二段冷凝液作為回流；3套裝置的常壓塔塔頂油氣均參與原油換熱；②裝置2設置有初餾塔，生產一部分石腦油，常壓塔頂部32層塔板之上進行了縮徑處理；裝置3僅設置閃蒸塔，塔頂氣體直接送入常壓塔的常一中回流段，而裝置1既沒有設置初餾塔也沒有設置閃蒸塔。初餾塔能夠將原油中沒有脫凈的水和少量的石腦油蒸出，有利于常壓蒸餾生產操作的穩定性，而閃蒸塔流程簡單，投資省，更有利于裝置節能；③裝置1的常壓塔僅抽出2條側線，柴油收率也較低；裝置2的常壓塔抽出3條側線，常三線生產加氫裂化原料，常壓拔出率較高；裝置3也抽出3條側線，但常二線和常三線同時生產柴油餾分。較少的側線抽出，可以簡化流程，降低塔設備的高度，但塔徑會較大，也不利于塔的熱量回收；④裝置1和裝置2的中段回流抽出位置均與側線抽出位于相同位置，裝置3中段回流的抽出位置靠近上一側線抽出板。中段回流抽出位置靠近下部側線，提高了熱量溫位，有利于換熱回收，但熱負荷會有所降低，中段回流上部的傳質塔盤汽液負荷也會降低，對傳質分離效率影響較大；⑤裝置1和裝置2的常壓塔側線抽出均采用設置集油箱，而裝置3利用的是塔盤板抽出斗。專門設置集油箱抽出，更有利于裝置的平穩操作控制，但投資會相應增加；⑥裝置2常壓塔常三線生產加氫裂化原料，占原油約7.87%，減壓塔僅生產加氫裂化原料，減壓塔結構簡單，僅抽出2條側線，設置3段填料床層；而裝置3的減壓塔需要生產柴油餾分、加氫裂化原料和加氫處理原料，減壓塔的結構也比較復雜。過多的常壓拔出，不但會使常壓加熱爐出口溫度過高，也會導致減壓加熱爐出口溫度過高；⑦裝置2和裝置3的抽真空系統均采用了三級抽真空系統，但裝置3是為了滿足減壓深拔的技術要求，而裝置2采用的是濕式減壓蒸餾技術；濕式減壓蒸餾的減壓塔頂會有大量的水蒸氣存在，采用三級抽真空系統必然會導致大量的水蒸氣消耗。

2.2 主要操作條件

圖1 裝置1加工流程示意

圖3 裝置3加工流程示意

表3 裝置的主要操作條件

3 設備及基本技術狀況

3套裝置的主要設備及基本技術狀況見表4。從表4可以看出：①裝置1和裝置2的電脫鹽設施均采用了雙系列，但電脫鹽罐的容積相對較小，罐內原油的上升速率較高，特別是裝置2加工原油的API重度達到了27.2(見表1)，罐內原油上升速率30.7 cm/min，而裝置3罐內原油上升速率為15.8 cm/min；裝置2和裝置3電脫鹽罐的加工能力較高，裝置3的原油電脫鹽技術水平相對較低；②裝置1的常壓塔直徑為9.9 m，蒸餾強度較低，為9.19 t/(m2·h)，裝置2的塔徑只有9.5 m，蒸餾強度卻達到了15.02 t/(m2·h)，裝置2的減壓塔直徑為15.3 m，蒸餾強度為2.14 t/(m2·h)，而裝置3在深拔操作下塔徑僅有10.8 m，蒸餾強度達到了4.07 t/(m2·h)。蒸餾強度的高低并不能完全說明分餾塔的加工能力和技術水平的高低，還與分餾塔的操作條件、產品收率及其分割的清晰度、操作的穩定性和對原料變化的適應能力等有關；③裝置1的原油換熱網絡采用1-1結構，每個換熱單元均采用偶數臺換熱器并聯操作，換熱網絡結構最簡單，換熱強度達到了9.41 kW/m2；裝置2的原油換熱網絡采用2-2-2結構，也較簡單，每個換熱單元均采用偶數臺換熱器并聯操作，換熱強度也達到了8.06 kW/m2；裝置3的換熱網絡采用3-2-3-1-1-2結構，最復雜，換熱強度僅為7.34 kW/m2。不論空氣冷卻(空冷)還是水冷卻，裝置1和裝置2的冷卻負荷均較高，裝置3的冷卻負荷相對較低，這也說明裝置3的余熱回收率較高；④裝置2抽真空系統的吸入負荷達到了1 531 kmol/h，動力蒸汽消耗104.1 t/h，而裝置3盡管屬于減壓深拔操作，但抽真空系統相對較小，吸入負荷僅255.9 kmol/h，動力蒸汽消耗僅16.9 t/h。

表4 主要設備及基本技術狀況

1) 加工能力指單位電脫鹽罐容積所加工原油的流量[t/(m3·h)]。

2) 蒸餾強度系指單位塔截面積的最大產品收率[t/(m2·h)]。

3) 設備情況系指三級抽真空系統中，每一級抽真空設備并聯操作的臺數。

4 消耗與能耗

4.1 消 耗

3套裝置的主要消耗見表5。根據表5數據和表2中裝置加工量計算出單耗數據，可以看出：①裝置1和裝置2的燃料消耗均較高，特別是裝置1，僅常壓蒸餾每噸原油消耗燃料達到8.02 kg，裝置2加工的是重質原油，減壓渣油收率32.37%，每噸原油消耗燃料為11.44 kg；裝置3采用了減壓深拔技術，減壓渣油收率僅為23.8%，每噸原油燃料消耗也僅為8.25 kg；②裝置2每噸原油冷卻水消耗4.65 t，而裝置3每噸原油冷卻水消耗2.34 t；③裝置2和裝置3空冷用電基本相當；④裝置2每噸原油動力消耗(機泵用電)6.85 kWh，而裝置3每噸原油動力消耗只有4.08 kWh；如此之大的差別，主要原因是裝置2油品在冷換設備和管道內的流速采用了較高的數據，對于冷換設備采用較高的液體流速，盡管動力損失較大，但會獲得較高的傳熱膜系數和換熱強度，節省設備投資的同時也降低了冷換設備結垢的可能性；⑤裝置2的汽提蒸汽和抽真空蒸汽每噸原油消耗高達30.95 kg和43.96 kg，而裝置3這兩項分別僅為11.25 kg和14.20 kg；⑥裝置2的外供熱和熱出料較多，而裝置3的外供熱和熱出料相對較少，但發生了9.4 t/h水蒸氣。

表5 裝置的主要消耗

4.2 能 耗

采用國內的能耗計算標準對3套裝置的能耗進行計算，結果見表6。從表6可以看出，裝置3的能耗遠低于裝置2和裝置1的能耗，僅為387.3 MJ/t。

表6 裝置的能耗計算 MJ/t

5 結束語

(1) 對于常減壓蒸餾裝置，國內盡最大的可能回收裝置的余熱。由此，也帶來了換熱網絡結構過于復雜，換熱強度較低等負面效果。油品在冷換設備內的流速較低，節省了機泵的動力消耗的同時，也造成設備結垢較嚴重，裝置運行后期熱回收能力下降。

(2) 原油電脫鹽技術水平與國外相比尚有一定的差距。這也可能是國內煉化企業加工原油品種變化較頻繁，破乳劑的水平難以適應要求所致。

(3) 在初餾塔或閃蒸塔的設置和操作條件的選擇上，國內考慮的不但是使其起到緩解原油系統的壓力作用，還要兼顧裝置的節能作用。由于盡可能多的拔出量有利于降低裝置的加工能耗，國內所采用的操作溫度較國外的高得多。

(4) 國外的常壓塔頂多采用兩級冷凝冷卻，第一級主要滿足回流需要并保持沒有冷卻水析出，盡管可換熱回收的熱量降低了，但降低了介質的腐蝕性，設備和工藝管道的材質選擇降低了，提高了裝置的運行周期，投資也得到了降低。

(5) 國外一種產品采用一條抽出側線，設備結構簡單。而國內注重的是能量回收和盡量減少塔設備的直徑，以降低設備投資，故而采用的抽出側線相對較多。

(6) 案例中并沒有足夠證據說明國內外在塔設備的加工能力上的明顯區別。但汽提蒸汽的使用量上，國外明顯高于國內，從空塔氣速角度看，國外采用的數據較高。

(7) 裝置2沒有采用減壓深拔技術，為了獲取較高的拔出率，采用高的汽提蒸汽條件下，又采用了高真空操作，蒸汽消耗和污水的排放非常大，裝置的能耗也因此加大。

[1] 姜斌，孫津生，李鑫鋼，等.規整填料蒸餾技術[J].石油化工，1995，24(9)：670-681

[2] 楊伯極.試論減壓蒸餾的深拔[J].煉油設計，1996，26(2)：10-14

[3] 李炎生.減壓深拔工藝的開發與應用[J].石油煉制與化工，2010，41(10)：12-16

[4] 姜斌，馮興磊，張呂鴻，等.減壓深拔急冷油工藝研究[J].現代化工，2013，33(9)：126-129

[5] 張俊峰，羅雄麟，袁毅夫.換熱網絡控制與工藝一體化設計研究[J].化工設計，2011，20(1)：6-9

[6] 李宏波.常減壓裝置換熱網絡改造探析[J].石油化工設計，2011，40(3)：35-37

[7] 田增芹，王云強，高鵬，等.天津石化1 000×104t/a常減壓裝置降低能耗的探討[J].石油石化節能，2011，1(8)：28-30

BRIEF ANALYSIS FOR ATMOSPHERIC AND VACUUM DISTILLATION TECHNOLOGY AT HOME AND ABROAD

Yuan Yifu， Wang Yabiao， Zhang Cheng

(SINOPECEngineeringIncorporation，Beijing100101)

With the development of the atmospheric and vacuum distillation technology， a considerable progresses in process flow， mass and heat transfer， energy-saving and friendly environment are achieved. Three crude distillation units with different capacities at home and abroad are quoted as cases in this paper. The crude properties， product scheme， process flow and operating parameters are introduced in detail， while their equipment selection and engineering expertise are emphasized. The brief analysis is performed on their utility summary and energy consumption. The comparison and analysis conclude that the three sets of distillations have different characteristics. However， the energy consumption (387.3 MJ/t) of the domestic refinery is far lower than that of the foreign refineries.

atmospheric and vacuum distillation； engineering expertise； process scheme； energy consumption； review

2014-03-14； 修改稿收到日期： 2014-04-15。

袁毅夫，高級工程師，中國石化工程建設有限公司副總工程師，長期從事原油蒸餾工藝設計工作。

袁毅夫，E-mail：yuanyifu.sei@sinopec.com。