汽油抽提脫硫過程節能研究

宋 佳，何海紅

(山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500)

汽油加氫精制過程為煉油廠的重要工藝流程，通過對汽油產品進行加氫處理，去除汽油中含有的金屬雜質、氮、硫等雜元素及含氧芳香烴物質。汽油加氫工藝的反應主要是基于氮、硫、氧等和H2發生化學反應，生成對應的易于后續分離去除的反應產物，從而實現汽油產品的降烯烴、降芳烴、脫硫、脫氮過程，提高汽油品質[1]。隨著汽油國V、國VI標準的陸續實施，汽油加氫工藝的加氫深度逐漸提高，導致產品汽油辛烷值損失嚴重、氫耗增加[2]。因此，部分傳統汽油加氫工藝流程升級改造為全餾分加氫，輕、中、重汽油分離，中汽油抽提脫硫過程，從而降低辛烷值損失。

中汽油抽提脫硫過程，根據硫化物在烴類和溶劑中溶解度不同的原理，處理餾程為40～130 ℃的汽油組分。此餾分汽油中所含的硫化物主要為噻吩和甲基噻吩，通過多級溶解平衡將硫化物富集到溶劑中，因此抽余油的烯烴未進行加氫飽和反應，從而在幾乎沒有辛烷值損失的情況下實現汽油餾分的脫硫。同時，該過程降低了選擇性加氫過程的加工量，間接的提高了提高裝置的加工能力[3]。但是，中汽油抽提脫硫工藝過程使用3.5 MPag蒸汽熱源，且流程中涉及多級溶劑循環、水循環過程，生產加工能耗較高。本文運用流程模擬軟件，對中汽油抽提脫硫過程的影響因素進行綜合分析，在保證各產品與中間物料指標合格的前提下，分析中汽油脫硫過程節能潛力，指導、優化生產操作過程，實現裝置的節能降耗。

1 裝置概述

1.1 工藝流程

中汽油抽提脫硫工藝流程簡圖見圖1。中汽油進入抽提塔(T101)的下部，貧溶劑從塔頂部進入，通過多級逆向接觸，硫溶于溶劑中形成富溶劑從塔底流出，抽余油從塔頂流出。從抽提塔底流出的富溶劑，經換熱器換熱后，送入烯烴回收塔(T102)進行抽提蒸餾。烯烴回收塔頂餾出物經水冷器冷凝冷卻后，進入塔頂回流罐，分成油、水兩相，油相為返洗油，經返洗油泵升壓后，進入抽提塔的下部。烯烴回收塔底富溶劑進入脫油塔(T103)，富硫油從脫油塔頂餾出，經水冷器、回流罐，分成水和富硫油兩相，油相外送。脫油塔底流出的貧溶劑經換熱器換熱后，進入抽提塔的頂部，循環使用。

圖1 汽油抽提脫硫工藝流程簡圖

1.2 裝置運行狀態

某廠中汽油抽提脫硫裝置運行平穩，抽提塔(T101)控制壓力0.55 MPag，烯烴回收塔(T102)控制壓力0.04 MPag，脫油塔(T103)控制-0.06 MPag。其中烯烴回收塔、脫油塔采用3.5 MPag蒸汽減溫減壓作為熱源，合計熱負荷4938 kW。主要運行參數見表1。

表1 主要運行參數

2 裝置節能潛力分析

2.1 裝置建模

根據裝置運行狀態的主要工藝參數、原料性質、產品分析檢測結果及關鍵控制條件，采用Aspen plus軟件對汽油抽提脫硫過程進行全流程建模，建立裝置的嚴格模擬模型，從而對各關鍵控制條件進行綜合分析，量化裝置的節能潛力。

2.2 抽提塔分析

抽提塔為液液抽提塔，無塔底再沸器與塔頂冷凝器，不消耗公用工程。該塔使用環丁砜作為溶劑，抽提過程利用環丁砜對噻吩類與烴類物質的溶解度不同從而實現含硫化合物與汽油組分的分離。該塔雖不消耗能源，但所使用的抽提溶劑自塔底流出后，將依次通過后續工藝流程中的烯烴回收塔與脫油塔，烯烴回收塔與脫油塔的塔底均有以蒸汽為加熱介質的再沸器。因此，降低抽提溶劑使用量，將有助于汽油抽提脫硫過程的整體節能。

圖2 溶劑量對抽提塔頂噻吩與環丁砜含量的影響

根據所建立的裝置全流程模型，對抽提塔在不同溶劑流量條件下的產品指標進行預測，分析降低抽提溶劑使用量的可行性。圖2表明，在溶劑流量為68000～80000 kg/h區間內，隨溶劑流量的逐漸降低，抽提塔頂噻吩類組分含量由6.76×10-6逐漸升高至7.43×10-6，環丁砜含量由0.6532%逐漸升高至0.6602%。根據裝置產品控制指標，可將溶劑流量由目前的76500 kg/h降低至73000 kg/h，抽余油中噻吩類含量低于7.1×10-6，環丁砜含量低于0.659%。

2.3 烯烴回收塔分析

烯烴回收塔為精餾塔，塔底為蒸汽加熱再沸器，塔頂為冷凝器。烯烴回收塔以抽提蒸餾方式蒸出富溶劑中的烯烴，保證抽提產品收率和脫油塔真空度。烯烴回收塔為正壓操作，在保證富溶劑進入烯烴回收塔時閃蒸發泡不造成液泛的前提下，塔頂壓力降低將有助于降低塔底再沸器的負荷，從而節省加熱蒸汽用量。

圖3 烯烴回收塔塔頂壓力對塔底熱負荷的影響

對烯烴回收塔在不同塔頂壓力條件下的塔底熱負荷進行模擬計算，分析降低塔頂壓力實現節能的可能性。圖3表明，隨塔頂壓力自0.05 MPag降低至0.01 MPag，塔底熱負荷由2884 kW降低至2145 kW，節能效果明顯。根據歷史生產情況，烯烴回收塔壓力降低至0.02 MPag，塔內水力學狀態正常，可以進行降壓優化。

2.4 脫油塔分析

脫油塔為精餾塔，塔底為蒸汽加熱再沸器，塔頂為冷凝器。脫油塔為負壓操作，一方面有助于防止溶劑的熱分解，另一方面，通過在負壓下對脫油塔塔底溫度和塔頂回流進行控制，可以保障溶劑不會隨噻吩一起蒸發導致富硫油帶溶劑，同時有效脫除貧溶劑中的富硫油，保障貧溶劑循環使用后的抽提效果。與烯烴回收塔類似，脫油塔壓力的降低將有助于降低塔底再沸器的熱負荷。同時，由于回流量對富硫油中溶劑的含量具有一定影響，應在保障富硫油產品指標的前提下，降低回流量，從而進一步降低塔底再沸器負荷。

圖4 脫油塔塔頂壓力對塔底熱負荷的影響

圖5 脫油塔回流量對塔底熱負荷和塔頂溶劑含量的影響

對脫油塔在不同塔頂壓力條件下、不同回流量條件下的塔底熱負荷與塔頂攜帶溶劑量進行模擬計算，分析脫油塔通過降低壓力、降低回流量實現節能的可能性。圖4與圖5表明，隨塔頂壓力自-40 kPag降低至-65 kPag，塔底熱負荷由2560 kW降低至2131 kW；隨回流量自8000 kg/h降低至4000 kg/h，塔底熱負荷由2565 kW降低至1415 kW，相應塔頂溶劑含量由24.3%升高至44.2%。由于塔頂真空度的精確控制有一定難度，且回流量的降低與塔壓力降低相比，其對脫油塔的節能效果更為顯著。因此，脫油塔的操作優化為保持壓力不變，回流量降低至4000 kg/h。

3 效果驗證

根據對汽油抽提脫硫過程的逐塔分析，抽提塔將溶劑量由76500 kg/h降至73000 kg/h，烯烴回收塔壓力由0.04 MPag降至0.02 MPag，脫油塔回流量由6800 kg/h降至4000 kg/h。某廠根據上述優化方案進行生產調整，通過對方案實施前后六個月的生產數據進行對比，作為塔底再沸器熱源的3.5 MPag蒸汽消耗量平均降低1.72 t/h，實現節能經濟效益約337萬元/年。

4 結論

通過應用商業化流程模擬軟件對汽油抽提脫硫過程進行全流程建模，結合對該工藝流程中關鍵設備的逐項能耗影響點分析，在保障產品及中間物料指標合格的前提下，提出降低抽提塔溶劑循環量、降低烯烴回收塔操作壓力、降低脫油塔回流量等措施，在不增加設備投資的情況下，僅通過生產操作優化，實現了裝置的節能降耗，效果顯著。