凝析油生产高附加值溶剂油工艺模拟及评价

杨志勇，黎志敏，王 荣，刘殊壮，敬方梨，罗仕忠 *

（1.中石化西北油田分公司地面工程处，新疆 乌鲁木齐 830011；2.中石化西北油田分公司石油工程技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；3.四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065）

凝析油是指从凝析气田或者油田伴生天然气凝析出来的液相组分。在地下时由于温度较高，油层中较重的天然气组分以气相的形式存在（即凝析气），当采集到地面时随着温度降低，这些组分发生凝析变为液态烃，从而产生凝析油[1]。凝析油的主要组分为C5～C13的烃类混合物，属于轻质原油，具有密度低、油品中重组分及非烃组分含量低、挥发性高等优点，但其油品中通常含有硫化氢、噻吩类、硫醇类等含硫杂质，在进行综合利用之前需要进行脱硫处理。类似于原油，根据其性质和加工工艺，凝析油原料可分为石蜡基、中间基和环烷基三种类型，石蜡基凝析油适合生产乙烯裂解料，中间基、环烷基凝析油可作为芳烃重整料[2]。凝析油可直接用作燃料或用作炼油原料生产石脑油及芳构化原料，另外可用作生产化工轻油、燃料油、溶剂油、发泡剂、苯等精细化工产品，具有良好的工业利用价值和高产品附加值，市场前进广阔[3-5]。目前国内凝析油在油田被不断开发和利用。例如：大港板桥的凝析油送往炼厂生产汽油；四川中坝的凝析油在油田的炼油装置上直接加工成石油醚、溶剂油及天然汽油等多种产品；新疆柯克亚凝析油掺入原油送往炼厂进行混炼生产汽油[6]。

溶剂油产品是五大类石油产品之一，在食用油、印刷油墨、皮革、农药、杀虫剂、橡胶、化妆品、香料、化工聚合、医药以及IC电子部件的清洗等方面有广泛的用途。其中6#溶剂油食品工业上主要用于天然香料、色素、油脂和其它脂溶性物质的浸出抽提工艺；橡胶溶剂油主要用于合成橡胶和橡胶制品行业中，作为橡胶充油和橡胶加工过程中的重要助剂，通常占到橡胶分量的20%～50%；油漆溶剂油主要用于涂料行业中，代替松节油用于油性漆、酯胶漆、酚醛漆中作溶剂。目前国内溶剂油产品中高沸点芳香烃溶剂油、低芳烃溶剂油、脂肪族溶剂油等广泛应用于气雾剂农药、清洗脱脂、精细金属加工等行业的溶剂油产品，市场占有率较高，企业经济效益较好，尤其是正构烷烃类及高纯正构烷烃等特种溶剂油产品（正己烷，正庚烷）潜在需求大，该溶剂油附加值更高，效益更大，是今后润滑油主要发展方向[7,8]。

以凝析油为原料制取溶剂油的主要生产工艺如下：将预热后的凝析油送入常压分馏塔内进行分馏，塔顶得到气态油进行冷凝分离，部分回流进入分馏塔内，剩余部分进入精制装置内进行分离，轻组分成为涂料溶剂油和直馏轻柴油，这些凝析油进过汽提塔进一步冷却分离后得到成品油，塔底的重油组分另作处理；进入精制装置的汽油可进一步分馏，塔顶得到发泡溶剂油，侧线生产抽提溶剂油及橡胶溶剂油[9]。吴世逵等[10]对海南凝析油进行了分析评价，提出综合利用凝析油生产溶剂油及燃料油的方案：凝析油通过以常压精馏塔，塔顶60～120℃馏分生产橡胶工业用溶剂油，120～200℃馏分生产油漆工业用溶剂油，200～360℃馏分生产轻柴油，大于360℃的重油作燃料油或催化裂化原料，该工艺方案流程简单、投资和操作费用较低，具有良好的经济效益和社会效益。安建川等[11]对凝析油的基本组成及实沸点进行分析后，设计了一套由电脱盐脱水系统、蒸馏系统、原料和产品储存系统三个部分组成的凝析油综合利用工艺，该工艺主要采用了微正压蒸馏和负压闪蒸技术，采用单塔多侧线流程及蒸汽汽提工艺提高分馏精度，用以生产天然汽油（乙烯裂解原料）、油漆工业用溶剂油、260#溶剂油、-10#柴油、渣油五种产品，整个装置结构紧凑，经济合理。伍家忠等[12]依据江汉地区凝析油物性分析提取了30#发泡剂油、6#抽提溶剂油和120#建材溶剂油，性能优异，该凝析油具有馏分轻、硫及芳烃含量低等特点，具有良好的经济价值。

新疆沙雅县境内顺北油田的凝析油主要为低含蜡、低粘度、低含硫的轻质原油，是很好的化工原料。随着顺北区块开发提速、凝析油产量不断提升，资源优势显著，凝析油进一步深加工处理经济效益显著。通过对凝析油进行分离提纯，可生产溶剂油、燃料油、汽油调和油等多种高附加值产品，推动凝析油资源的进一步开发和利用。本文对新疆地区顺北及雅末凝析油原料进行了基本分析，对其基本性质及馏分物性组成进行了检测评价，并根据其物性分析的结果，提出顺北雅末地区凝析油的综合利用方案。

1 凝析油物性分析

1.1 GCMS分析

GCMS是GC与MS一体化的装置，是对化合物进行定性定量检测的精密分析仪器。GC通过将气化的样品进入到色谱柱内进行分离，分离之后的化合物进入MS内进行检测。气质联用的有效结合既利用色谱的分离能力，又发挥了质谱的定性特长，优势互补，结合谱库检索，可以得到较满意的分离鉴定结果。

图1及图2所示为顺北及雅末凝析油GCMS分析结果，通过对比可以得知两种凝析油原料主要组成为C7～C13组分，同时含有一定量的二甲苯（w=7%～10%），碳数大于15的重组分质量分数约为10%～12%，C14以下组分质量分数均超过80%，属于轻质油品，是一种低密度的优质原油。原料凝析油通过合适的分离后可生产不同种类的溶剂油高附加值产品，分离后的C4、C5等轻组分可作为芳构化原料，重组分可作为重油产品出售。

图1 顺北凝析油GCMS分析结果

图2 雅末凝析油GCMS分析结果

1.2 实沸点

实沸点蒸馏是原油评价的重要内容之一，用所得数据绘制原油实沸点蒸馏曲线、性质曲线及汽油、煤油、柴油的产率曲线。据此可以了解原油的馏分组成特性，为确定合理产品方案和加工方案及进行工艺计算提供基础数据。

表1 凝析油实沸点分析结果

续表1

表1为顺北及雅末凝析油实沸点分析实验结果，实验结果表明：雅末凝析油实沸点在350℃以下组分占75%；顺北凝析油实沸点350℃以下组分占85%；顺北及雅末凝析油沸点较低，轻组分含量较多，品质优良。根据实沸点结果可分析不同温度下馏出物的含量，结合不同溶剂油产品的馏程，对凝析油的切割分离及产品的分布具有指导意义。

2 综合利用方案的制定及模拟

2.1 工艺路线

顺北及雅末凝析油中硫含量较高（＞400mg/kg），需要在利用之前进行加氢脱硫处理，由凝析油原料物性分析可知，该凝析油原料为轻质油，C14以下组分占～80%，根据实沸点曲线并结合市场资源需求，采用常压精馏工艺进行切割生产溶剂油、芳构化原料及重油等高附加值产品，工艺流程如图3所示。

图3 凝析油综合利用方案

常温常压下原料凝析油经过加氢精制脱除硫、氮及重金属，烃类组分含量基本保持不变；精制后的原料油通过A塔常压精馏，在塔顶拔出120℃以下碳数小于8的油品，之后通过D塔常压精馏分离出40℃以下碳数小于5的芳构化原料及C5～C8组分的6#溶剂油产品，A塔塔顶重组分经过B塔得到150℃以下C7～C9之间的橡胶溶剂油产品，B塔塔低碳数大于9的组分最后通过D塔分离出小于180℃的C9～C14组分作为油漆溶剂油产品，其余高于180℃的C14以上重组分统一作为重油产品处理。

2.2 物料平衡

HYSYS软件是世界著名油气加工模拟软件工程公司开发的大型专家系统软件，广泛应用于石油开采、储运、天然气加工、石油化工、精细化工、制药、炼制等领域，借助该软件可以实现对系统的仿真模拟并进行优化设计。本文采用HYSYS软件对工艺流程进行模拟及优化，并得到相应的工艺参数及设备参数。

顺北及雅末凝析油的原料量均按照50万t/a计算，采用常压精馏工艺进行分离，流程模拟如图4及图5所示。

图4 顺北凝析油工艺流程模拟图

图5 雅末凝析油工艺流程模拟图

根据雅末地区凝析油组成分析，其C4及C5组分质量分数很低（仅0.16%），因此在对其进行分离时采用三塔分离，A塔塔顶轻组分不再进一步分离生产芳构化原料，全部作为6#溶剂油产品。顺北雅末凝析油经过分离后主要产品的物料平衡如表2所示。

表2 凝析油综合利用物料平衡表

由表2可知，加工50万t凝析油原料，顺北地区可得到芳构化原料、6#溶剂油、橡胶溶剂油、油漆溶剂油、 重油的产量分别为：0.74、11、1.8、30.5、5.9万t，雅末地区可得到6#溶剂油、橡胶溶剂油、油漆溶剂油、重油的产量分别为：12.3、1.8、30.9、4.9 万 t。经过多塔常压精馏分离后，凝析油原料可生产以油漆溶剂油为主的多种高附加值产品，在新疆地区涂料行业中油漆溶剂油产品具有广阔的市场前景，仅此一项便可产生良好的经济效益。该工艺流程具有设备投资少、操作方便、产品结构合理等优点，产品可直接面向市场销售，具有很好的经济利用价值，适用于新疆炼化企业进行改造升级。

表3给出了流程模拟给出的精馏塔设备参数。

表3 凝析油综合利用设备参数

3 工艺技术方案经济估算

3.1 公用工程

表4 公用工程消耗

在本工艺流程中，依托总厂公用工程网络，对运行过程中耗费的水、电、蒸汽的量进行了简单估算，结果如表4所示。

3.2 项目总投资估算

项目总投资估算：仅考虑精馏工段生产和辅助生产设施部分，加氢精制工段不做估算。其中生产装置主要包括精馏塔及附属冷凝器再沸器、输送泵、储罐等。公用工程仅包含电气、脱盐水、循环水等，其他如锅炉等不包含在投资估算中。

建设投资中无形资产费用主要包括技术转让费、土地使用权等共约350万元；预备费用主要包括基本预备费、涨价预备费等共约450万元；试验研究费、建设单位管理费、联合试转费等其他递延资产费用共约200万元。

表5 项目总投资估算

3.3 项目经济分析

通过简要调查国内市场经济条件及新疆地区生产条件，确定产品价格及公用工程价格，并估算项目的经济效益，进行经济初步分析。本项目资金来源全部为自有资金，不存在财务费用；销售费用总额按照销售收入的1%来进行计算，管理费按照直接工资总额40%计提，初步经济分析中暂不计算税金及附加。

装置定员及人均工资：项目装置定员16人，四班三倒，人均工资按照12万元/a。

原料成本：原料凝析油价格按照2000元/t计算，其他原料费用按照凝析油费用的2%估算。

公用工程价格如下：水：3元/t；电：0.6元/kWh；蒸汽：60元/t

本方案产品价格如下：芳构化原料：4000元/t；6# 溶剂油：5500 元/t；橡胶溶剂油：4700 元/t；油漆溶剂油：5500 元/t；重油：3100 元/t

折旧按照15年计算。

本方案项目初步经济分析如表6所示。

表6 项目经济分析表

依据新疆地区市场容量，产品销量定为总生产量20%，由表6可知，本文设计的工艺路线项目总投资较少，产品市场前景广阔，结合总厂原有公用工程进行生产，具有良好的经济效益与社会效益，对于促进凝析油资源的进一步开发与优化利用具有一定的指导意义。

4 结论

凝析油物性分析表明顺北及雅末地区凝析油具有高含硫、油质轻、实沸点较低等特点，结合当地市场需求，设计常压精馏工艺将凝析油原料进行切割分离，分别得到芳构化原料、6#溶剂油、橡胶溶剂油、油漆溶剂油、重油等高附加值产品。针对该工艺流程进行了模拟分析，得到工艺物料平衡表及精馏塔设备参数，并结合总厂公用工程及产品市场价格进行了工艺技术方案经济估算，结果表明本文设计的工艺流程能够充分利用新疆地区凝析油资源，经过分离后的产品经济价值更高，具有良好的经济效益及社会效益。