減壓塔塔頂抽真空系統方案對比

王雪蓮 梁澤濤

(中國石油工程建設公司華東設計分公司，青島 266071)

項目評價

減壓塔塔頂抽真空系統方案對比

王雪蓮 梁澤濤

(中國石油工程建設公司華東設計分公司，青島 266071)

減壓塔塔頂抽真空系統的操作性能是保證減壓深拔的重要因素，通過列舉國內目前常用的蒸汽抽真空、組合式抽真空和液體抽真空等減壓塔塔頂抽真空系統的設計方案，對3種常用方案在操作原理、抽真空用介質和能耗等各方面進行了對比，經綜合比較，認為組合式抽真空設計方案是大型常減壓裝置中保證平穩運行，降低操作費用和裝置能耗的首選。

減壓塔 抽真空 方案 對比

隨著國民經濟的快速發展，能源日趨緊張，原油需求旺盛，但由于原油劣質化和重質化的趨勢越來越明顯，原油加工費用提高，特別是直餾蠟油和渣油在后續加工過程中加工費用的差別，促進了常減壓蒸餾裝置減壓深拔技術的發展。

同減壓渣油相比，減壓餾分油的殘炭值低，重金屬含量少，更有利于下游裝置的進一步加工，因此不論對于潤滑油型減壓塔還是燃料型減壓塔，都要求在盡量避免油料發生分解反應的條件下盡可能多的拔出減壓餾分油，除了保證物料溫度低于油料發生分解反應的溫度和較低的設備及管道壓降，減壓塔的真空度是減壓深拔技術中重要因素。減壓塔塔頂(簡稱減頂)抽真空系統是保證實現常減壓蒸餾裝置減壓深拔的重要措施。

抽真空系統的作用是將塔內產生的不凝氣和吹入的水蒸氣連續地抽走以保證減壓塔的真空操作要求，目前國內煉油廠燃料型減壓塔操作壓力大多為2 kPa(絕對壓力)，個別深拔裝置的減壓塔操作壓力達到1.33 kPa(絕對壓力)。

1 常見減壓塔塔頂抽真空方案

為滿足減頂殘壓1.33～2 kPa(絕對壓力)的條件，各煉油廠采用了不同的抽真空方案，比較典型的有以下幾種。

1.1 蒸汽抽真空方案

采用蒸汽噴射器，利用工作蒸汽通過噴嘴形成高速度，蒸汽壓力能變成速度能。將塔頂氣體或經塔頂冷凝器后的未凝氣體抽入混合室，工作蒸汽和抽入的氣體在混合室混合后進入擴散室，速度逐漸降低，速度能轉變為壓力能，從而使混合氣以高于混合室的壓力排出。整個工作過程可以用能量和質量守恒定理以及動量定理進行描述[1]。

減頂采用三級蒸汽噴射器串聯，第一級蒸汽噴射器采用增壓器，減頂氣不經冷凝冷卻直接被蒸汽帶入增壓器，可以不受冷卻水溫度的限制，使減頂殘壓達到1.33～2 kPa(絕對壓力)。

對于小型常減壓裝置一般設1套抽空系統，對于大中型常減壓裝置一般均設置2套抽空系統并聯操作。隨著裝置規模的增大，為滿足裝置操作負荷的彈性，采用2套負荷不同的抽空系統，負荷匹配為6∶4或7∶3，以適應裝置在低負荷操作時單開一套抽空系統的可行性，增加裝置操作的靈活性。

在缺水地區，可用濕式空冷器代替循環水冷凝冷卻器，優點是節省循環水用量，缺點是冷后溫度易受大氣環境溫度的影響，導致減頂殘壓冬、夏季差別較大。

減頂抽真空系統流程見圖1。

圖1 蒸汽抽真空系統流程

1.2 組合式抽真空方案

組合式抽真空方案即采用二級蒸汽噴射和水環式真空泵機組組合。第一級蒸汽噴射器采用增壓器，減頂氣不經冷凝冷卻直接被蒸汽帶入增壓器，第三級抽空器采用水環真空泵。為保證裝置操作平穩，防止真空泵出現故障或由于系統原因導致停電，備用1套三級蒸汽噴射器。

水環真空泵葉輪在泵體內偏心安裝，葉輪旋轉時在泵體內部形成旋轉水環。旋轉初期，水環內表面逐漸與輪轂脫離，在葉輪葉片間與水環形成真空，吸入氣體，隨著葉輪繼續旋轉，葉片間氣體被壓縮而排出泵體，葉輪連續不斷的運轉抽吸氣體，達到抽真空的目的。組合式減頂抽空系統流程見圖2。

圖2 組合式抽真空系統流程

1.3 液體抽真空方案

液體抽真空方案采用二級液體噴射抽空器。液體抽真空技術采用液體作動力介質，循環液體即工作流體從噴嘴處高速噴出，在噴嘴下方形成負壓區域，將氣體抽入噴射器的混合室,在氣體吸入口產生真空。氣液混合物隨后進入分離器，使氣液兩相分離，氣體離開系統。循環液從分離器的底部用泵抽出，經冷卻后輸送到噴射器的噴嘴,形成噴射循環。在溶液循環和氣體升壓過程產生的熱量以及氣體帶入的熱量由循環溶液攜帶，通過空冷器或水冷器移出系統[2]。液體噴射器串聯二級可使減頂殘壓達到2 kPa(絕對壓力)，一般設置單套，不考慮備用或并聯操作。液體噴射抽空系統流程見圖3。

圖3 液體抽真空系統流程

2 抽真空方案比較

2.1 抽真空設備及操作特點

蒸汽噴射器結構簡單，重量輕，占地面積小，沒有運轉部件，使用可靠而無需動力機械，而且水蒸氣在煉廠中既安全又容易得到，因此在早期的常減壓裝置中大多采用三級蒸汽噴射器抽真空系統。但是由于減頂氣體靠蒸汽高速流動進行攜帶，蒸汽耗量大，同時需要大量循環水或濕空冷進行冷卻，并產生大量的含硫污水，增加污水處理費用。

水環真空泵由電機驅動，具有運行安全、穩定、結構緊湊和節能效果顯著的特點，屬于容積式泵，在不同壓力下吸入的體積數基本一致，即在壓力高時吸入的質量相對更多，因此在低真空時效率較高。三級抽空器采用水環真空泵，與蒸汽噴射器組合使用，可以減少蒸汽和循環水耗量。

液體噴射器結構簡單，占地面積小，可采用裝置內生產的常二線油或常三線油等柴油餾分作動力介質，能穩定可靠地提供系統真空，并可大幅度節省操作費用，不僅省卻大量蒸汽而且幾乎沒有酸性水排放，降低了下游酸性水汽提裝置的處理負荷。

2.2 能耗

(1)蒸汽抽真空與組合式抽真空

以某5 Mt/a常減壓蒸餾裝置為例，減壓塔頂采用三級蒸汽抽空系統(冷凝器采用板式空冷器)和組合式抽空系時第三級蒸汽噴射器和水環真空泵消耗數據見表1。

2套抽空系統的前兩級均為蒸汽噴射抽空器，抽空消耗相同。從表1可以看出：采用水環式真空泵可節省大量蒸汽，由于蒸汽耗能指數高于用電指數，故裝置能耗降低3.032 4 MJ/t。

表1 蒸汽抽真空和組合式抽真空數據對比

注：1)單位為kWh/h；2)單位為kWh/t；3)單位為MJ/kWh。

(2)蒸汽抽真空與液體抽真空

同樣以某5 Mt/a常減壓蒸餾裝置為例，采用三級蒸汽抽空系統和二級液體抽空系統的公用工程消耗數據對比見表2。

表2 蒸汽抽真空和液體抽真空數據對比

注：1)單位為kWh/h；2)單位為kWh/t；3)單位為MJ/kWh。

從表2可以看出：采用液體抽空器不需要消耗蒸汽，用電量大大增加，但由于蒸汽耗能指數高于用電指數，裝置能耗降低11.878 MJ/t，但用電負荷較大，需要高壓電機提供動力。

3 結論

綜上所述，傳統的蒸汽噴射器結構簡單，占地少，使用可靠，但由于其蒸汽消耗量大，能量損失大，近幾年已經被節省蒸汽量，且運行平穩，操作費用和耗能指標較低的組合式抽真空所替代。液體抽空器由于過大的用電量，對高壓電機要求較高，在大規模常減壓裝置中的應用受到限制。因此，蒸汽噴射器和水環式真空泵相結合的組合式抽真空技術成為大中型常減壓裝置較多采用的減頂抽空方案。

[1] 石油工業部北京石油設計院.常減壓蒸餾工藝設計[M].北京:烴加工出版社,1982：163.

[2] 韓冰，李洪洋，王雪蓮.兩級液體噴射器及其應用[J].煉油技術與工程，2010，40(5):39-41.

日本甲烷制苯技術最新動態

甲烷制苯與氫氣的直接轉換反應(MTB)早在1993年就已開發，利用沸石催化劑在無氧條件下進行Mo/HZSM-5催化反應。在甲烷提取高價苯的技術發展史上，該催化反應具有巨大潛力，世界大型化學公司至今還在深入研究。為了使該技術商業化，日本研究財團持續進行了近20年的研發，并取得引領世界的幾項重要成果。

(1)MTB工藝的設計理念

MTB工藝的設計重點在于轉換率。由于受平衡制約，在反應器中未能進行完全反應的甲烷原料高達70%以上，因此，該工藝除了設計MTB反應器、回收苯等芳烴的氣液分離工藝外，還要設計可回收未反應甲烷的氣體分離工藝。由此可見，MTB工藝效率相比反應器效率，更加依賴于高負荷的氣體分離工藝的效率。設計MTB工藝的反應條件和工藝時，應該優先考慮氫氣和甲烷氣等氣體的高效分離。

(2)MTB反應器的選擇

MTB反應是無氧條件下的強吸熱反應，因此可使用外部加熱型反應器，還要避免850 ℃以上的高溫產生熱焦化反應，進一步導致催化劑老化。因此，相比固定床反應器，通過快速的熱傳播較易獲得均勻熱分布的流化床反應器更適合MTB反應。基于實際工藝運行中催化劑的連續再生和新催化劑補充等需求，研究團隊提出了二塔式循環流化床反應器的應用方案，并對反應溫度、再生溫度、催化劑在反應器內以及在再生器內的平均停留時間、反應器氣體生成速度等主要操作參數進行最優化試驗。

(3)開發流化床催化劑

MTB工藝采用流化床需要開發流化床專用高性能催化劑。該高性能催化劑不僅要具有充足的機械強度和耐磨性，還要具有合適細孔直徑分布的高活性和高選擇性。研究團隊在早期階段開始，利用沸石微粒的自身凝縮性，開發高性能MTB催化劑。根據研究團隊的經驗，首先以粉碎型沸石納米微粒為原料，通過噴霧干燥法制造流化床的粘接型催化劑Mo/HZSM-5，然后最優化沸石納米微粒的配合比例及造粒條件等，謀求最大化催化劑的機械強度及活性。

(4)催化劑的再生技術

在實際操作環境下，MTB催化劑壽命較短，因此還要具有連續再生的功能，但Mo/HZSM-5催化劑不適合空氣再生。因此，研究團隊研發MTB工藝的同時，開發利用氫氣的催化劑再生，在催化床內注入甲烷和氫氣的方式維持催化活性，并突顯氫氣對催化劑有效的再生功能。此外，設計并制造可實現催化劑連續再生的二塔式循環流化床，成功實現了利用氫氣的MTB催化劑的連續再生。

(5)MTB技術的應用

在常溫下苯為液態，因此MTB技術作為類似甲烷為原料合成甲醇和液體燃料(GTL)的工藝，MTB工藝生產的苯不僅能成為石化基礎原料，還可成為高效能源。因此，MTB技術還可應用于偏遠陸地和海洋中小氣田的開發，通過MTB工藝將天然氣轉換成液體苯，則能夠獲得高附加值石化基礎原料的同時，降低產品的運輸成本，提高開發中小氣田的經濟效益。

此外，MTB技術可以用于海外低品質煤資源煤氣化，制成液態芳烴形式運往日本。未來MTB技術也可以與甲烷氣的混合氣為燃料的發電技術結合，構建并產芳烴石化原料和電力、高效轉換并利用甲烷的智能系統。 MTB技術不僅是支撐石化產業的基礎技術，而且在實現可持續氫能利用，構建碳循環系統的不可或缺的關鍵技術，具有特殊意義。

(李雅麗摘自日本石化動態,2015-03-25)

Comparison among Schemes of Vacuum System in Vacuum Tower Top

Wang Xuelian,Liang Zetao

(EastChinaDesigningCompany,ChinaPetroleumEngineering&ConstructionCorp.Qingdao,266071)

The operating performance of the vacuum system in vacuum tower top is an important factor for deep vacuum distillation.There are three commonly used designing schemes at present:steam vacuum system,combined system of steam and mechanism vacuum system,and liquid vacuum system.Based on comparison among the three schemes in aspects of operating principle,operating fluid and energy consumption,it was concluded that combined system with steam and mechanism vacuum system was the first choice to ensure the stable operation of unit,decrease operating cost and energy consumption.

vacuum distillation tower,creation of vacuum,scheme,comparison

2015-04-10。

王雪蓮，女，1992年畢業于石油大學(華東)石油加工專業，高級工程師，主要從事煉油設計工作。

1674-1099 (2015)03-0010-05

TH45

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