節(jié)能技術(shù)在丙烷脫瀝青裝置上的應(yīng)用

潘從錦，木合塔爾·買買提，楊啟寧

(中國石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834003)

節(jié)能技術(shù)在丙烷脫瀝青裝置上的應(yīng)用

潘從錦，木合塔爾·買買提，楊啟寧

(中國石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834003)

某石化公司800 kt/a丙烷脫瀝青裝置中采用ROSE工藝技術(shù)，充分利用高溫、高壓溶劑的位能和熱能；核心設(shè)備萃取塔和超臨界分離塔采用高效規(guī)整填料；使用導(dǎo)熱油給裝置供熱；加熱爐采用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)和高效節(jié)能燃燒器等節(jié)能技術(shù)。在減壓渣油原料和丙烷溶劑性質(zhì)相同的情況下，800 kt/a丙烷脫瀝青裝置綜合能耗比250 kt/a丙烷脫瀝青裝置降低了21.7%，節(jié)能效果顯著。

丙烷脫瀝青 超臨界 規(guī)整填料 導(dǎo)熱油

丙烷脫瀝青裝置是某石化公司環(huán)烷基稠油加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是減壓渣油的重要處理措施。脫瀝青油是生產(chǎn)光亮油(BS)和橡膠油等的重要原料油，而脫油瀝青則是重交道路瀝青、改性瀝青、乳化瀝青和阻燃瀝青的原料。丙烷脫瀝青裝置單位能耗的高低會直接影響裝置的盈利水平。該公司原有一套250 kt/a丙烷脫瀝青裝置，由于環(huán)烷基稠油原料量增多，原有裝置無法滿足生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需求[1]；另外，250 kt/a丙烷脫瀝青裝置能耗較高，若按照該技術(shù)方案建設(shè)更大規(guī)模的同類型裝置，則需要的設(shè)備多，投資大，不僅裝置占地面積大，高能耗也將使該裝置失去市場競爭力。為此，該公司于2007年建設(shè)了一套800 kt/a丙烷脫瀝青裝置，該裝置采用美國KBR公司的ROSE工藝技術(shù)，同樣以環(huán)烷基減壓渣油為原料，產(chǎn)品有脫瀝青油和脫油瀝青，前者用于生產(chǎn)潤滑油，后者用于調(diào)合道路瀝青，并且該裝置還在設(shè)計和應(yīng)用中采用了一系列節(jié)能技術(shù)。本文介紹節(jié)能技術(shù)在該800 kt/a丙烷脫瀝青裝置上工業(yè)應(yīng)用的情況。

1 800 kt/a丙烷脫瀝青工藝簡介

800 kt/a丙烷脫瀝青裝置是將減壓渣油與丙烷溶劑在萃取塔內(nèi)混合，丙烷溶劑對減壓渣油組分進(jìn)行選擇性萃取，萃取后分為脫油瀝青溶液和脫瀝青油溶液。脫瀝青油溶液被加熱后在超臨界脫瀝青油分離塔中與大部分丙烷溶劑分離，分離后的脫瀝青油溶液經(jīng)中壓系統(tǒng)閃蒸出大部分溶劑后再進(jìn)入低壓系統(tǒng)用蒸汽汽提，回收的溶劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮為液態(tài)循環(huán)使用。脫油瀝青溶液經(jīng)過中壓系統(tǒng)閃蒸和低壓系統(tǒng)汽提后，其中回收的丙烷溶劑進(jìn)入丙烷循環(huán)系統(tǒng)，脫油瀝青用來調(diào)合重交道路瀝青等。800 kt/a丙烷脫瀝青工藝流程示意見圖1。

圖1 800 kt/a丙烷脫瀝青裝置的工藝流程示意

2 裝置的節(jié)能技術(shù)

2.1 采用ROSE工藝技術(shù)

丙烷溶劑對減壓渣油中潤滑油原料的溶解能力隨溫度的上升而下降，當(dāng)丙烷溶劑達(dá)到或超過96.8 ℃、4.2 MPa的臨界點(diǎn)時全部汽化，因此在超臨界狀態(tài)下，溶劑和潤滑油原料的分離效果會更好，這樣分離后的脫瀝青油溶液中只有少量的丙烷氣相溶劑，減輕了后續(xù)流程中溶劑回收的負(fù)荷，減少了回收溶劑所需要的能量。

250 kt/a丙烷脫瀝青裝置采用臨界萃取、臨界回收技術(shù)，單塔工藝中的脫瀝青油溶液分為輕脫瀝青油溶液和重脫瀝青油溶液兩段萃取，溶劑回收系統(tǒng)分為輕脫瀝青油溶液和重脫瀝青油溶液兩套系統(tǒng)[2]。800 kt/a丙烷脫瀝青裝置建成投產(chǎn)時，采用美國KBR(Kellogg Brown & Root)公司的ROSE工藝技術(shù)，裝置采用單塔一段萃取工藝技術(shù)，與250 kt/a丙烷脫瀝青裝置相比較流程簡單、設(shè)備少、操作難度降低。減壓渣油進(jìn)入萃取塔采用非臨界萃取，脫瀝青油溶液進(jìn)入脫瀝青油分離塔采用超臨界回收，脫瀝青油溶液中攜帶的丙烷溶劑由閃蒸塔和汽提塔回收，降低了后續(xù)處理脫瀝青油設(shè)備的安全風(fēng)險，并減少了溶劑消耗。從脫瀝青油分離塔塔頂回收的溶劑溫度比較高，可以直接回收利用，另外，超臨界狀態(tài)下回收丙烷所需要的能量遠(yuǎn)比蒸發(fā)回收小，所以溶劑冷卻器負(fù)荷減少，因此能降低裝置的能耗。

2.2 充分利用高溫、高壓溶劑的位能和熱能

經(jīng)過超臨界回收的氣相丙烷溶劑溫度、壓力較高，經(jīng)過與脫瀝青油溶液換熱、高壓空氣冷卻器降溫、降壓，在壓力較小損耗的情況下降低溫度，作為循環(huán)丙烷；使用丙烷循環(huán)增壓泵升壓，達(dá)到丙烷脫瀝青工藝條件所需要的壓力和溫度后循環(huán)使用。循環(huán)丙烷量為總丙烷量的90%，一方面，節(jié)約了高壓丙烷溶劑的位能和高溫?zé)崮?，減輕了高壓空氣冷卻器的冷卻負(fù)荷；另一方面，減少了脫瀝青油溶液的加熱負(fù)荷，極大地降低了因升溫升壓再進(jìn)行減壓降溫所帶來的動力消耗。

裝置內(nèi)部還有10%的溶劑采用中壓閃蒸和低壓汽提相結(jié)合的工藝流程，充分利用壓力等級變化來回收溶劑，由產(chǎn)品帶出的溶劑僅為0.48 kg/t，溶劑消耗量比較低，這樣有利于節(jié)能。

2.3 核心設(shè)備采用高效規(guī)整填料塔

250 kt/a丙烷脫瀝青裝置萃取塔采用的是轉(zhuǎn)盤塔，轉(zhuǎn)盤塔的渦流返混現(xiàn)象嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速難以調(diào)節(jié)。萃取塔頂部和中部設(shè)置1.0 MPa飽和蒸汽加熱器，確保丙烷脫瀝青塔的頂部、中部和底部必要的溫度梯度；塔體內(nèi)為8層水輪轉(zhuǎn)盤，丙烷從水輪塔盤底部進(jìn)入，沖動塔盤旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)丙烷脫瀝青的萃取效果。轉(zhuǎn)盤塔中部為集油箱，用以收集重脫油瀝青油溶液，然后由側(cè)線抽出；底部出口為脫油瀝青溶液；頂部出口為輕脫瀝青油溶液。輕脫瀝青油分離塔在臨界壓力和溫度下分離輕脫瀝青油溶液和丙烷溶劑。由于重質(zhì)瀝青容易結(jié)焦，轉(zhuǎn)盤塔的轉(zhuǎn)盤一直沒有轉(zhuǎn)動，影響了萃取效果。較差的萃取效果，使得后續(xù)的閃蒸、汽提系統(tǒng)負(fù)荷增大，導(dǎo)致能耗增大。

800 kt/a丙烷脫瀝青裝置的萃取塔和超臨界脫瀝青油分離塔是ROSE工藝過程核心設(shè)備。減壓渣油和丙烷溶劑在萃取塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，脫瀝青油溶液從塔頂流出、脫油瀝青溶液從塔底流出。脫瀝青油溶液和丙烷溶劑在超臨界脫瀝青油分離塔內(nèi)分離。

萃取塔和超臨界分離塔使用高效規(guī)整填料(KOCH-GLITSCH公司提供)和低壓降進(jìn)料分配器(ROSEMAX)。萃取塔采用ROSE技術(shù)的高效規(guī)整填料及配套的塔內(nèi)件，與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤塔相比，具有流通量大，分離效率高、處理能力大、設(shè)備尺寸小、效率高的特點(diǎn)，萃取率可提高30%以上，這不僅提高了脫瀝青油產(chǎn)品收率，還減少了占地面積，節(jié)省了投資；另外較高的萃取能力和較好的分離效果，使得閃蒸和汽提系統(tǒng)負(fù)荷減小，高溫、高壓丙烷循環(huán)量大，位能和熱能利用率提高，因此能耗降低。

2.4 加熱爐的“二合一”優(yōu)化設(shè)計及導(dǎo)熱油的應(yīng)用

2.4.1爐體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，燃燒器高效節(jié)能裝置的導(dǎo)熱油加熱爐為新型爐體結(jié)構(gòu)，用“一爐頂二爐”，這不僅簡化了流程，而且還節(jié)省了投資。加熱爐為雙室臥管單面輻射方箱爐，導(dǎo)熱油介質(zhì)先經(jīng)過對流室再進(jìn)入輻射室加熱至300 ℃，對流室上部設(shè)置加熱蒸汽盤管。加熱爐的兩個輻射室并聯(lián)使用，共用對流室、空氣預(yù)熱系統(tǒng)和煙風(fēng)系統(tǒng)，從而節(jié)約了一套對流室、空氣預(yù)熱系統(tǒng)和煙風(fēng)系統(tǒng)，減少了裝置的建設(shè)投資費(fèi)用。具體的加熱爐工藝流程示意見圖2。

圖2 加熱爐工藝流程示意

輻射室底部共設(shè)置28臺底燒扁平瓦斯燃燒器，燃燒系統(tǒng)采用了高效節(jié)能的WYYQ型燃燒器。WYYQ型燃燒器采用二次供風(fēng)技術(shù)，它是一種抑制NO2生成及降低燃燒過程氣流噪音的燃燒器，具有能量大、彈性寬、適應(yīng)性強(qiáng)及噪音低等特點(diǎn)，可以保證在較低的過?？諝庀禂?shù)下實(shí)現(xiàn)完全燃燒，以減少化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒損失，還可以控制火焰高度，防止對流室超溫?fù)p壞襯里[3-4]。該燃燒系統(tǒng)不僅有優(yōu)越的環(huán)保效果，同時，保證了燃料氣與助燃空氣混合更均勻，燃燒更充分，從而達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。

2.4.2導(dǎo)熱油傳熱方式的綜合應(yīng)用原有250 kt/a丙烷脫瀝青裝置使用圓筒式加熱爐，燃料氣燃燒后直接對脫油瀝青溶液管道供熱，2001年曾發(fā)生過因管道泄漏而造成的爐管燒穿事故。由于加熱爐只能對一種油品介質(zhì)供熱，其它閃蒸塔等需要供熱的設(shè)備只能采用飽和蒸汽加熱措施，蒸汽消耗巨大。

800 kt/a丙烷脫瀝青裝置設(shè)計采用導(dǎo)熱油加熱爐，將爐內(nèi)燃料氣燃燒產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱油運(yùn)載到用熱設(shè)備中。導(dǎo)熱油能在較低的溫度下獲得較高的熱負(fù)荷，而且有較好的穩(wěn)定性。對比250 kt/a丙烷脫瀝青裝置明火直接加熱工藝介質(zhì)的加熱爐系統(tǒng)：①導(dǎo)熱油的均勻熱傳遞可以做到準(zhǔn)確地控制溫度；②可以使加熱爐安裝遠(yuǎn)離油氣資源處理的區(qū)域，從而降低了危險等級；③導(dǎo)熱油系統(tǒng)可以用1臺加熱爐為多個用熱設(shè)備提供熱量。裝置選用的高溫合成導(dǎo)熱油凝點(diǎn)能達(dá)到-40 ℃，較高的比熱容[300 ℃時為2.989 kJ/(kg·℃)]、較小的流體黏度(100 ℃時為5.9 mm2/s)能減少流體輸送能力的損耗；較大的導(dǎo)熱系數(shù)[300 ℃時為0.108 9 W/(m·℃)]，能有利于流體傳熱，減少加熱爐和換熱設(shè)備的換熱面積。該導(dǎo)熱油具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在操作溫度范圍內(nèi)不會發(fā)生性質(zhì)變化。目前導(dǎo)熱油已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行7年，沒有發(fā)生變質(zhì)現(xiàn)象，運(yùn)行一直穩(wěn)定。

2.4.3熱管式空氣預(yù)熱系統(tǒng)的應(yīng)用導(dǎo)熱油爐的燃料為系統(tǒng)脫硫干氣和天然氣，設(shè)置1臺熱管式空氣預(yù)熱器，由熱管、管板和殼體組成，熱管是通過在全封閉真空管內(nèi)工作介質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量?？諝忸A(yù)熱器采用臥式結(jié)構(gòu)，對流室出口的煙氣經(jīng)熱煙道送至熱管式空氣預(yù)熱器，預(yù)熱熱管降溫后，由煙氣引風(fēng)機(jī)經(jīng)冷煙道返回爐頂煙囪排入大氣。冷空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)送入熱管式空氣預(yù)熱器與熱管換熱后，經(jīng)熱風(fēng)道送至爐底供燃燒器燃燒使用[5]。

熱管式空氣預(yù)熱器降低了排煙溫度，提高了空氣入爐溫度，降低了燃料消耗，使燃燒效率達(dá)到89%。同時，還降低了引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的功率消耗，節(jié)約了電能。因此，采用熱管式空氣預(yù)熱系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3 節(jié)能效果

在減壓渣油原料和丙烷溶劑性質(zhì)相同的情況下，比較了800 kt/a和250 kt/a丙烷脫瀝青裝置每加工1 t減壓渣油所需要的能耗，結(jié)果見表1。

表1 800 kt/a和250 kt/a丙烷脫瀝青裝置加工能耗對比 MJ/t

由表1可見：①由于250 kt/a丙烷脫瀝青裝置的冷換設(shè)備多，使用循環(huán)水較多，因此能耗較800 kt/a丙烷脫瀝青裝置高；②250 kt/a丙烷脫瀝青裝置萃取塔和輕、重脫瀝青油溶液閃蒸塔、重油介質(zhì)管道均采用蒸汽伴熱，而800 kt/a丙烷脫瀝青裝置的萃取塔和脫瀝青油溶液閃蒸塔均沒有使用蒸汽加熱器，重油介質(zhì)管道一部分采用蒸汽伴熱，另一部分采用導(dǎo)熱油伴熱，蒸汽消耗大幅減??；③250 kt/a丙烷脫瀝青裝置的加熱爐只對閃蒸前的脫油瀝青溶液進(jìn)行加熱，800 kt/a丙烷脫瀝青裝置導(dǎo)熱油加熱爐不僅加熱閃蒸前的脫油瀝青溶液和脫瀝青油溶液，還要供熱部分導(dǎo)熱油伴熱線，所以后者燃料氣消耗高于前者。通過表1對比兩套裝置加工1 t原料所需要的總能耗可以看出，800 kt/a丙烷脫瀝青裝置綜合能耗比250 kt/a丙烷脫瀝青裝置降低了21.7%，節(jié)能效果顯著。

4 結(jié) 論

某石化公司800 kt/a丙烷脫瀝青裝置中采用ROSE工藝技術(shù)，充分利用高溫、高壓溶劑的位能和熱能；核心設(shè)備萃取塔和超臨界分離塔采用高效規(guī)整填料；使用導(dǎo)熱油給裝置供熱；加熱爐采用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)和高效節(jié)能燃燒器等節(jié)能技術(shù)。尤其是采用美國KBR公司的ROSE工藝技術(shù)，裝置為單塔一段萃取工藝流程，與250 kt/a丙烷脫瀝青裝置相比流程簡單、設(shè)備少、操作難度降低， 為國內(nèi)首次工業(yè)應(yīng)用，解決了同類裝置大型化的技術(shù)難題以及工業(yè)應(yīng)用存在的問題，為丙烷脫瀝青裝置在節(jié)能、增效方面提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。在減壓渣油原料和丙烷溶劑性質(zhì)相同的情況下，800 kt/a丙烷脫瀝青裝置綜合能耗比250 kt/a丙烷脫瀝青裝置降低了21.7%，節(jié)能效果顯著。

[1] 甄新平，張洪，秦本記，等.800 kt/a溶劑脫瀝青裝置產(chǎn)品方案選擇[J].石油煉制與化工，2010，41(7)：45-48

[2] 潘從錦，范良學(xué)，侯丹丹，等.兩套不同丙烷脫瀝青裝置的工藝技術(shù)及運(yùn)轉(zhuǎn)效果對比分析[J].石油煉制與化工，2014，45(12)：59-62

[3] 紀(jì)春春.WYYQ—DQ型油氣聯(lián)合燃燒器在常壓加熱爐中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備，2011，40(S1)：69-70

[4] 木合塔爾·買買提，潘從錦，英哈木江，等.糠醛精制裝置的能耗分析及節(jié)能措施[J].石油煉制與化工，2014，44(1)：102-105

[5] 潘從錦，木合塔爾·買買提，張衛(wèi)，等.丙烷脫瀝青裝置導(dǎo)熱油爐的節(jié)能改造[J].煉油技術(shù)與工程，2013，43(11)：56-59

簡 訊

國際油價暴跌對中國煤化工行業(yè)的影響

原油價格暴跌，讓本就因環(huán)保、碳排放等問題備受詬病的煤化工行業(yè)境遇更加尷尬。目前油價或已跌至煤化工行業(yè)盈虧點(diǎn)之下，若油價持續(xù)低迷，煤化工行業(yè)或近崩潰。

最近，國家能源局原局長張國寶表示，新型的煤化工包括煤制油、煤制天然氣和煤制烯烴，油價降低后，石腦油制烯烴對煤制烯烴就有了成本上的競爭力。業(yè)內(nèi)人士分析，原油價格在100美元/bbl(1 bbl≈159 L)時，煤化工行業(yè)一般都有較好的經(jīng)濟(jì)效益，在90美元/bbl時，有些企業(yè)僅能獲得微利。從目前表觀情況看(當(dāng)前煤價等靜態(tài)條件下)，煤制氣和煤制油產(chǎn)品的盈虧點(diǎn)分別在油價為65～75美元/bbl和75～85美元/bbl，烯烴和甲醇等化工產(chǎn)品的盈虧點(diǎn)約在油價為65～70美元/bbl。當(dāng)前的油價已低于煤化工產(chǎn)品的盈虧點(diǎn)。

[中國石化有機(jī)原料科技情報中心站供稿]

APPLICATIONOFENERGYSAVINGROSETECHNOLOGYINPROPANEDEASPHALTINGPROCESS

Pan Congjin，Muhtar Mamat，Yang Qining

(PetroChinaKaramayPetrochemicalCompany，Karamay，Xinjiang834003)

The 800 kt/a propane deasphalting unit of a petrochemical company adopts the ROSE technology to utilize the potential energy and thermal energy from the effluents with high temperature and pressure. The extraction column and supercritical separation tower use high efficiency structured packings. The heat transfer oil is used for heating. An innovative structure of the heater and a high efficiency energy saving burner are used. Using the same vacuum residue and propane solution， the comprehensive energy consumption of 800 kt/a propane deasphalting unit adopting ROSE technology is 21.7% lower than that of the comparative 250 kt/a unit

propane deasphalting； supercritical； structured packing； heat transfer oil

2014-09-04；修改稿收到日期： 2014-12-12。

潘從錦，高級工程師，工程碩士，主要從事煉油化工生產(chǎn)、設(shè)備技術(shù)管理工作，公開發(fā)表論文30篇。

潘從錦，E-mail：pcjksh@petrochina.com.cn。