原料變化對汽柴油改質裝置的影響及流程優(yōu)化設計

王洋 潘超 吳仕生

摘? ? ? 要：由于汽柴油改質裝置開工進料方案發(fā)生變化，原料中石腦油輕組分比例大幅減少，脫硫化氫汽提塔、分餾塔氣相負荷過小，導致裝置開工階段無法正常操作。在原設計基礎上，通過提高汽提蒸汽及增加分餾塔入口石腦油的量，完成流程優(yōu)化設計。

關? 鍵? 詞：原料變化; 汽柴油改質; 流程優(yōu)化

中圖分類號：TE 624? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）09-2068-04

Abstract： As the feeding scheme change of DHT unit that the content of naphtha was significantly reduced in feed oil， the vapour phase duty of stripper and fractionator was too small to operate normally. Based on the original design， the process was successfully optimized by improving the flowrate of stripper gas and naphtha content in fractionator feed.

Key words： Feed change; DHT; Process optimization

目前全球燃料清潔化的總趨勢要求汽油規(guī)格發(fā)展為低硫、低烯烴、低芳烴、低苯和低蒸汽壓;柴油規(guī)格發(fā)展為低硫、低芳烴（主要是稠環(huán)芳烴）、低密度和高十六烷值。低硫和超低硫已成為今后一段時間內清潔燃料總體的發(fā)展趨勢。發(fā)達國家正在面臨新一輪降低汽油和柴油硫含量的世界浪潮，發(fā)展中國家的燃料規(guī)格也將趨于嚴格[1]。

近年來，國民經濟不斷高速增長，我國節(jié)能減排和環(huán)境保護要求日益嚴格，國家對煉油企業(yè)油品的質量要求也越來越高，國內各大煉廠生產汽柴油裝置質量升級技術不斷創(chuàng)新，汽柴油質量升級周期大約每4年一次，隨著國家汽柴油標準的不斷更新，汽柴油加氫裝置在原設計基礎上不但需要對原裝置進行改造，還要完善相關公用工程等配套設施，從而實現清潔化生產。因此提高油品質量與國際接軌、減少汽車尾氣中有害物質排放已經是大勢所趨[2]。

為滿足我國車用汽柴油質量升級要求，國內各大煉化企業(yè)針對自身油品性質新建了多套汽柴油加氫改質質量升級項目以生產滿足新標準要求的高牌號的汽柴油，利用改質催化劑可以提高柴油產品十六烷值，得到滿足各煉廠柴油池調和要求的精制柴油產品[3]。然而加氫原料多為各石油餾分的復雜混合物，開工期間原料油品性質的變化對整個裝置的運行操作及產品質量都將帶來較大的影響，本文針對國內某套汽柴油加氫改質裝置開工期間原料變化前后如何對裝置流程進行合理優(yōu)化展開深入研討。

某石化公司新建一套汽柴油加氫改質裝置，為滿足我國車用汽柴油質量升級要求，本項目設計目標產品為國V柴油。建設方依據總體開工方案將采用直餾柴油和催化柴油開工。總體開工方案與原設計方案相比，原料組成變化較大，對裝置的正常開車及后續(xù)正常運行帶來較大的影響。但此開工方案僅維持三個月，如何在原有設計基礎上充分利用原有設備能力，盡可能節(jié)省投資的情況下完成優(yōu)化設計，是一個值得探討和研究的問題。

1? 原料變化研究

1.1? 原料組成變化

汽柴油改質裝置原料組成開工方案變化前后對比詳見表1。由表1可以看出，裝置進料主要發(fā)生了以下兩方面的變化：

（1）進料負荷變化

原設計方案裝置操作彈性為60%～110%，開工方案變更后進料負荷約為原設計方案負荷的60%左右，基本達到了原設計操作彈性的下限。

（2）進料組成變化

裝置進料組成上原設計方案輕組分焦化石腦油、渣油加氫石腦油占比約為13%，焦化汽油占比約為17%，開工方案變更后裝置進料已經沒有石腦油及汽油輕組分，全部變更為組分較重的直餾柴油和催化柴油，石腦油和汽油輕組分占比整體約減少了30%。

1.2? 原料組成變化的影響

經過流程模擬，分餾系統(tǒng)脫硫化氫汽提塔及分餾塔操作負荷所受影響較大，以上兩塔的塔板負荷變化詳見表2及表3，可以看出約13%的焦化和渣油加氫的石腦油及17%焦化汽油組分含量的減少將導致脫硫化氫汽提塔、分餾塔氣相負荷過小，開工期間無法正常操作。

2? 流程優(yōu)化設計方案

汽柴油改質裝置調整進料后，原料中只有柴油餾分，脫硫化氫汽提塔和分餾塔的氣液相負荷發(fā)生較大變化，尤其是分餾塔大部分塔盤氣相負荷不到原負荷的30%，無法正常操作。因為調整進料的工況要維持3個月左右，如果進行堵孔改造，3個月后又需要改回原設計方案，到時需要對裝置進行停工檢修，對塔盤進行恢復性改造，務必將帶來非常大的經濟損失。因此，本方案主要考慮在現有設計基礎上充分利用原有設備能力，進行最小的改造，達到滿足前3個月裝置生產操作要求。

按照流程模擬結果經過對工藝設備的核算，原料變化后大部分設備均可滿足方案變更后要求，只有脫硫化氫汽提塔和分餾塔部分流程需要進行優(yōu)化，優(yōu)化后的改造方案主要分為以下三個方面。

2.1? 脫硫化氫汽提塔的流程優(yōu)化

脫硫化氫汽提塔調整原料后氣液相負荷為原來負荷的38%～63%，和最低操作彈性相差不大，因此不需要調整脫硫化氫汽提塔進料量和進料組成，可以通過適當增加汽提蒸汽量的方案來提高各塔盤氣相負荷。

經模擬計算并結合原塔內件供貨商水力學計算結果建議等方面的綜合考慮，當汽提蒸汽從3.9 t/h提高至5 t/h時，氣相負荷可以滿足原設計塔盤操作彈性，在開工原料方案變更期間整塔能夠正常操作[4]。調整后的脫硫化氫汽提塔氣液負荷見表4。

2.2? 分餾塔的流程優(yōu)化

分餾塔調整原料后氣液相負荷僅為原來負荷的22%～46%，變化非常大，因此只能通過增加分餾塔進料中的石腦油量保證全塔的氣液相負荷。

本次改造方案從分餾塔頂回流泵出口抽出部分石腦油增補到原分餾塔進料中以提高進料氣液相負荷，經過工藝核算，回流泵出口石腦油介質壓力可以滿足進塔壓力要求，但是溫度經過塔頂冷凝后為50 ℃，無法滿足塔進料溫度要求，所以經過優(yōu)化抽出的石腦油通過泵送至汽提塔底減壓閥后、汽提塔底油-反應產物換熱器之前和分餾塔進料混合，經過汽提塔底油-反應產物換熱器加熱后進入分餾塔可以滿足整塔的操作要求。

最終經模擬計算，從分餾塔頂回流中抽出石腦油量達到23 t/h時，氣相負荷可以達到原負荷的60%，可以不用調整塔板開孔率就能滿足開工期間正常操作要求[5]。調整后的分餾塔氣液負荷見表5。

2.3? 含油污水泵型式優(yōu)化設計

因汽柴油改質裝置含油污水泵在原設計中只采用一臺電動隔膜泵。按目前開工原料，脫硫化氫汽提塔提高了汽提蒸汽量，脫硫化氫汽提塔底物料帶水增多，分餾塔塔頂含油污水量將會增加。

為了保證含油污水及時排出，本次改造方案將原含油污水泵型式由電動隔膜泵修改為兩臺操作性能更為穩(wěn)定的離心泵，并在泵出口管道增設液位調節(jié)閥，實現了對分餾塔頂回流罐水包油水界位的自動控制[6]。

另外，為充分利用設備資源，減少浪費，原設計的含油污水泵采用電動隔膜泵的型式，根據原機泵選型工藝參數，在本次開工階段可以將此臺電動隔膜泵作為開工硫化工況低壓硫化劑泵的備泵使用，恢復原設計方案生產后也可以繼續(xù)作為含油污水泵的備泵使用，最大程度的利用了原設備的性能，避免了資源浪費。

2.4? 優(yōu)化后的總體流程

經過以上三個方面優(yōu)化后的總體流程見圖1。

2.5? 流程優(yōu)化方案的投資估算

在裝置開工變更進料方案期間若按本方案優(yōu)化流程調整設計，工程費用主要發(fā)生在更換的機泵設備、新增的工藝管道及相關配套的儀表、電氣設施上。經過預算本方案共需新增投資約49.97萬元。具體費用變化情況見表6。

3? 結 論

為保證汽柴油改質裝置順利開車運行，對采用直餾和催化柴油開工初期汽柴油改質裝置進行了流程優(yōu)化設計，脫硫化氫汽提塔通過適當提高汽提蒸汽量可以滿足調整原料后的操作要求，分餾塔通過增加進料中石腦油量滿足調整后的操作要求，更換后的含油污水泵可以滿足調整原料后的水量外送要求。

此優(yōu)化方案充分利用了原有設備能力，改造工程量小，可以在較短的時間內完成方案改造，保證了汽柴油改質裝置按期正常開工，恢復原進料設計方案后不需要對裝置進行二次改造并盡可能節(jié)省了投資。

參考文獻：

[1]劉伯華. 世界清潔燃料生產的發(fā)展趨勢[J]. 國際石油經濟， 2004， 12（5）：19-22.

[2] 柯曉明， 王麗敏. 中國第五階段汽柴油質量升級路線圖分析[J]. 國際石油經濟， 2016， 24（5）.

[3]王宏奎， 王金亮， 何觀偉， 等. 柴油加氫改質技術研究進展[J]. 工業(yè)催化， 2013， 21（10）.

[4]?潘超. 中國石油某公司180萬噸/年柴油加氫改質生產國V柴油技術研究[D]. 北京化工大學，2015.

[5]閆雨.柴油加氫裝置分餾系統(tǒng)的Aspen建模與優(yōu)化[J]. 廣東化工， 2016（10）：189-191.

[6]吳桂民. 水泵選型方法[J]. 煤炭技術， 2009， 28（5）：17-19.