白油加氫裝置分餾塔加熱方案比較

吳仕生 王洋 盧峰 呂聯(lián)

摘? ? ? 要：采用加氫法以柴油餾分為原料生產(chǎn)輕質(zhì)白油，為滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，分餾塔可采用重沸爐加熱方案和進(jìn)料加熱爐方案。產(chǎn)品分餾塔采用重沸爐加熱方案，具有操作穩(wěn)定，石腦油、輕質(zhì)白油產(chǎn)品含水低，含油污水排放少等優(yōu)點(diǎn)，但塔釜溫度較高，塔底油存在熱分解的風(fēng)險(xiǎn);產(chǎn)品分餾塔采用進(jìn)料加熱爐加熱方案，具有流程簡(jiǎn)單， 塔釜溫度低，塔底油不會(huì)發(fā)生熱分解等優(yōu)點(diǎn)，與重沸爐加熱方案相比，進(jìn)料加熱爐方案減少設(shè)備、管道投資120余萬(wàn)元，加工每噸原料裝置能耗減少38.86 MJ。因此，在設(shè)備和管道投資、裝置占地、能耗等方面，進(jìn)料加熱爐加熱方案優(yōu)于重沸爐加熱方案。

關(guān)? 鍵? 詞：柴油餾分油;輕質(zhì)白油;加氫精制;分餾塔;重沸爐方案;進(jìn)料加熱爐方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 624? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2020）09-2084-04

Abstract： Light white oil is produced from diesel by hydrogenation， in order to meet product quality requirements， reboiler heating scheme and feed heating furnace scheme can be adopted for fractionator. The reboiler heating scheme has the advantages of stable operation， low water cut of naphtha and light white oil， and less oily sewage， etc. However， the temperature of the bottom oil is relatively high， and there is the risk of thermal decomposition of the bottom oil. The feed heating furnace scheme has the advantages of simple process， low temperature and no thermal decomposition risk of tower bottom oil. Compared with the reboiler heating scheme， the investment of equipment and pipeline of the feed heating furnace scheme is reduced by more than. 2 million Yuan， and the energy consumption per ton of raw materials of the unit is reduced by 38.86 MJ. Therefore， in terms of equipment and pipeline investment， unit occupation and energy consumption， the scheme of feed heating furnace is better than the reboiler heating scheme.

Key words： Diesel; Light white oil; Hydrotreating; Fractionator; Reboiler scheme; Feed heating furnace scheme

輕質(zhì)白油即D系列溶劑油，又稱(chēng)脫芳溶劑油、特種溶劑油，該產(chǎn)品與人們的衣食住行密切相關(guān)。輕質(zhì)白油產(chǎn)品型號(hào)較多，不同型號(hào)應(yīng)用行業(yè)不同，主要應(yīng)用于日化、金屬加工、皮革、涂料、印染油墨、化工聚合、工業(yè)清洗劑等行業(yè)，還可作為工業(yè)用氣霧劑、剎蟲(chóng)劑、油漆氣霧劑等氣霧劑的基礎(chǔ)原料。近幾年輕質(zhì)白油作為新興環(huán)保溶劑油已被越來(lái)越多的下游企業(yè)認(rèn)可，應(yīng)用范圍十分廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。

我國(guó)溶劑油市場(chǎng)質(zhì)量良莠不齊，中低端市場(chǎng)占80%，山東和廣東是我國(guó)溶劑油的主要產(chǎn)區(qū)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)情況是中低端產(chǎn)業(yè)過(guò)剩、高端產(chǎn)業(yè)不足。隨著國(guó)家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格以及相關(guān)法律法規(guī)的逐步完善，國(guó)內(nèi)人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)生活品質(zhì)要求日漸提高，各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)p質(zhì)白油指標(biāo)也提出了更嚴(yán)苛的要求，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)輕質(zhì)白油需求日益增加。NB/SH/T 0913—2015 中規(guī)定了Ⅰ、Ⅱ類(lèi)輕質(zhì)白油指標(biāo)要求，Ⅰ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)要低于0.5%，Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)要低于0.05%。輕質(zhì)白油替代溶劑油作為環(huán)保溶劑油的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，輕質(zhì)白油必將向清潔環(huán)保、低芳烴、無(wú)害化、高端低凝方向發(fā)展。

輕質(zhì)白油的精制過(guò)程主要包括脫芳烴、脫硫和脫色3個(gè)過(guò)程[1]。目前輕質(zhì)白油生產(chǎn)工藝多采用高壓加氫法，加氫部分可采用“加氫處理-異構(gòu)脫? ? 蠟-補(bǔ)充精制”兩段加氫工藝，兩段反應(yīng)分別采用獨(dú)立的循環(huán)氫系統(tǒng)和高低分系統(tǒng)。一段加氫處理后的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)汽提塔后脫除H2S，硫、氮含量滿足要求后進(jìn)入第二段反應(yīng)，在貴金屬催化劑下發(fā)生異構(gòu)降凝和芳烴飽和反應(yīng)。分餾部分采用常壓-減壓分離工藝，常壓塔和減壓塔側(cè)線汽提塔切割出不同牌號(hào)的輕質(zhì)白油產(chǎn)品。流程示意圖見(jiàn)圖1。

原料油經(jīng)深度加氫精制實(shí)現(xiàn)脫硫、脫氮，使原料油中硫、氮等雜質(zhì)的含量降低，在異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制催化劑的作用下異構(gòu)降凝、深度脫芳，提高產(chǎn)品的黏溫特性、顏色及穩(wěn)定性，最后通過(guò)精細(xì)切割獲得窄餾分產(chǎn)品[2-5，8]。輕質(zhì)白油產(chǎn)品的餾程范圍在40 ℃的范圍內(nèi)，其餾程寬窄直接決定著它的性能指標(biāo)，餾程范圍越窄，性能越優(yōu)異，因此切割的精細(xì)程度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。

1? 分餾塔加熱方案

由于異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制反應(yīng)的溫升較低，僅以異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制反應(yīng)產(chǎn)物為熱源不能滿足分餾塔的進(jìn)料溫度要求，分餾部分需要設(shè)置加熱爐，既可以采用進(jìn)料加熱爐將原料加熱到分離所需溫度進(jìn)入分餾塔，也可采用設(shè)置重沸爐提供分餾塔所需的熱量[6-7]。

異構(gòu)脫蠟段冷低分油與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后，進(jìn)入進(jìn)料加熱爐加熱，滿足分餾要求后進(jìn)入分餾塔，分餾塔塔底采用過(guò)熱蒸汽汽提，流程如圖2，這種方式稱(chēng)為進(jìn)料加熱爐方案。

異構(gòu)脫蠟段低分油與反應(yīng)流出物換熱后進(jìn)入分餾塔，分餾塔底設(shè)置重沸爐，流程如圖3，這種方式稱(chēng)為重沸爐方案。

直餾柴油加氫裝置分餾塔多采用重沸爐方案，該方案具有適應(yīng)性強(qiáng)、操作靈活等優(yōu)點(diǎn) [6-7]。本文以某廠20萬(wàn)t·a-1輕質(zhì)白油加氫裝置為例，在反應(yīng)部分條件相同的前提下，分別對(duì)分餾部分常壓塔的進(jìn)料加熱爐方案和重沸爐方案進(jìn)行模擬計(jì)算，從操作條件、產(chǎn)品質(zhì)量、投資、能耗等方面進(jìn)行對(duì)比。

2? 原料性質(zhì)及操作條件

裝置原料為常三線直餾柴油，裝置所需氫氣由制氫裝置提供，純度為99.9%，溫度為40 ℃，壓力為2.0 MPa（G），原料性質(zhì)見(jiàn)表1。加氫處理反應(yīng)器入口氫分壓為15 MPa，加氫處理段體積空速為? ?0.5 h-1，氫油體積比為500∶1，平均反應(yīng)溫度305 ℃，異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制體積空速為1.0 h-1，氫油體積比為600∶1，平均反應(yīng)溫度分別為290 ℃和220 ℃，主要反應(yīng)條件見(jiàn)表2。分餾塔頂壓力為200 kPa（A），回流溫度40 ℃，主要操作條件見(jiàn)表3。

3? 工藝流程對(duì)比

在原料油、反應(yīng)條件、氫油體積比、分餾塔操作壓力不變的情況下，采用PROⅡ模擬軟件分別對(duì)分餾塔重沸爐方案和進(jìn)料加熱爐方案進(jìn)行模擬計(jì)算，從產(chǎn)品性質(zhì)、操作條件、設(shè)備投資、能耗等方面對(duì)兩種方案進(jìn)行定量的分析比較。

與重沸爐方案相比，進(jìn)料加熱爐方案中分餾塔采用過(guò)熱蒸汽汽提，塔頂石腦油產(chǎn)品、側(cè)線產(chǎn)品及塔底油含水，需要后續(xù)脫水處理。由表3可知，常壓塔頂回流罐及側(cè)線產(chǎn)品聚結(jié)脫水及塔底油后續(xù)脫水產(chǎn)生含油污水約0.72 t·h-1。常壓塔頂壓力為? ? 0.2 MPa，既能保證塔的分離要求，又能保證塔頂氣體能夠進(jìn)入全廠燃料氣系統(tǒng)或進(jìn)入裝置內(nèi)加熱爐燃燒，避免了壓力太低需要設(shè)置壓縮機(jī)升壓才能回收利用的現(xiàn)象。

由表4可以看出，重沸爐方案的爐負(fù)荷高于加熱爐負(fù)荷，重沸爐出口溫度為348 ℃，高于進(jìn)料加熱爐出口溫度310 ℃，溫度較高的情況下原料油有分解的可能，爐管容易結(jié)焦;加熱爐進(jìn)料為24 t·h-1，重沸爐進(jìn)料量為40 t·h-1，重沸爐循環(huán)量較大。

由表5可見(jiàn)，分餾塔采用重沸爐加熱方案和進(jìn)料加熱爐方案的產(chǎn)品都能滿足輕質(zhì)白油窄餾分要求，輕質(zhì)白油Ⅰ（160～205 ℃），輕質(zhì)白油Ⅱ（205～245 ℃）均能滿足輕質(zhì)白油（NB/SH/T? 0913—2015）Ⅱ類(lèi)指標(biāo)要求。重沸爐的塔底溫度遠(yuǎn)高于進(jìn)料加熱爐方案的塔底溫度。重沸爐方案中塔頂石腦油產(chǎn)品、側(cè)線輕質(zhì)白油產(chǎn)品和分餾塔底油均不含水分。進(jìn)料加熱爐方案中輕質(zhì)白油Ⅰ和輕質(zhì)白油Ⅱ產(chǎn)品中含水量低，而石腦油產(chǎn)品和分餾塔底油含水較高，塔底油中的水需要在減壓塔中進(jìn)一步脫除。

由表6可見(jiàn)，重沸爐方案由重沸爐和強(qiáng)制循環(huán)泵組成，與進(jìn)料爐方案相比，增加了一組重沸爐強(qiáng)制循環(huán)泵，相應(yīng)的管道、占地、加熱爐負(fù)荷均增加，設(shè)備、管道購(gòu)置費(fèi)用增加約120萬(wàn)元。

分餾塔的進(jìn)料加熱爐方案主要消耗蒸汽和燃料氣，重沸爐方案主要消耗燃料氣和電，2種方案的電、燃料氣和蒸汽的消耗對(duì)比見(jiàn)表7。按某廠? ?20萬(wàn)t·a-1的加工規(guī)模計(jì)算，重沸爐方案加工每噸原料能耗相比增加38.86 MJ。

4? 結(jié) 論

1）與進(jìn)料加熱爐方案相比，重沸爐方案的石腦油、輕質(zhì)白油Ⅰ、輕質(zhì)白油Ⅱ產(chǎn)品不含水，省去脫水設(shè)備，減少含油污水排放。

2）與重沸爐方案相比，進(jìn)料加熱爐方案流程簡(jiǎn)單，塔底溫度較低，在設(shè)備數(shù)量、管道、設(shè)備占地、投資等方面均優(yōu)于重沸爐方案。

3）與進(jìn)料加熱爐方案相比，重沸爐方案塔底溫度較高，塔底油存在熱分解的可能。

4）重沸爐方案節(jié)省了過(guò)熱蒸汽用量，增加了燃料氣消耗量及用電量，加工每噸原料裝置能耗比加熱爐方案增加38.86 MJ。

綜上所述，本裝置中以常三線直餾柴油為原料生產(chǎn)輕質(zhì)白油時(shí)，重沸爐方案和進(jìn)料加熱爐方案的產(chǎn)品質(zhì)量都能滿足要求，進(jìn)料加熱爐方案流程簡(jiǎn)單，在設(shè)備投資、裝置占地、能耗方面優(yōu)于重沸爐方案。

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