炼油厂蒸馏装置节能降耗措施研究

龚传波 单玉连 吴永红 刘沙 吴天柱

中国石油独山子石化分公司

独山子石化炼油厂常减压蒸馏装置设计原油加工能力1 000×104t/a，属燃料-化工型装置。装置设计操作弹性50%～110%，主要加工中哈原油管道输送的库姆科尔原油和俄罗斯西西伯利亚地区乌拉尔低硫原油。装置由原油换热部分、原油电脱盐部分、初馏部分、常压蒸馏部分、减压蒸馏部分、轻烃回收部分和液化气及干气脱硫部分组成。为了缓解蒸馏装置常压炉运行负荷高的现状，蒸馏装置实施初馏塔出初侧线技改项目，在提高装置加工量的同时降低燃料气消耗，提高装置运行效益。

1 实施初馏塔出侧线的背景及意义

蒸馏装置作为原油的初加工上游装置，其侧线产品含有瓦斯、石脑油、柴油等轻组分。根据公司生产计划的安排，需随时对装置石脑油和重整料之间的生产方案进行调整。而蒸馏装置作为公司的龙头生产装置，随时需要对装置加工负荷进行调整。由于蒸馏装置脱前换热器换热效率降低，装置目前换热终温约275 ℃，较设计值300 ℃低约25 ℃，导致常压炉高负荷运行，加工量为1 010 t/h时，常压炉炉膛温度已经接近工艺指标上限(900 ℃)。为了确保装置常压炉的安全平稳运行，蒸馏装置落实初馏塔出侧线项目，实现装置初馏塔内的重石脑油直接通过常一中回流线送至常压塔，通过常压塔塔顶拔出此部分石脑油，避免其进入常压炉过热后再次被冷却分离，降低常压炉负荷及燃料气消耗[1]，同时，可为提高装置加工负荷创造条件。

2 初馏塔出初侧线项目改造的内容

蒸馏装置初馏塔为闪蒸塔[2]，只有塔顶回流，没有侧线抽出，初馏塔共计26层塔盘，初馏塔出初侧线主要是将初馏塔15层塔盘处开孔增加侧线抽出，在初馏塔的14层～26层塔盘降液板增加符合要求的齿形堰，通过新增机泵将初馏塔15层新增侧线油品送入常压塔常一中回流控制阀后，具体见图1，实现初馏塔重石脑油跨过常压炉直接进入常压21层塔盘回流。

3 初馏塔出初侧线项目投用运行情况

由于蒸馏装置目前处于低负荷运行阶段，初馏塔塔顶回流量偏小，为了防止初馏塔出初侧线抽出投用后造成初馏塔干板，车间初馏塔出初侧线项目投用初期仅抽出侧线产品10 t/h，初馏塔侧线产品较装置混合石脑油产品偏重，具体馏程见表1。

表1 初馏塔出初侧线产品馏程分析Table 1 Fractionation process analysis of the first side line product from initial distillation column℃初馏点10%30%50%70%90%终馏点91.7162.9213.9234.1246.9259.4277.1

通过以上初馏塔侧线产品馏程可以看出，抽出的重石脑油终馏点为277.1 ℃，这部分产品介于蒸馏装置石脑油和常一线产品之间，投用侧线抽出后可能会对塔顶轻端组分产品质量及装置侧线产品收率的分布产生影响。

3.1 初馏塔出初侧线投用对产品质量的影响

初馏塔侧线抽出投用后，塔内回流量降低，塔盘分馏精度下降，塔顶产品质量受到影响，同时，侧线产品通过常一中回流进入常压塔，会造成常压塔上部液相负荷上升，气相负荷相对降低，可能对常顶产品以及常一线产品质量产生影响[3]，因此，车间对初馏塔侧线抽出投用前后进行产品质量分析对比，验证是否对装置产品质量有影响，馏程分析见表2。

表2 初馏塔出初侧线后装置塔顶轻端组分馏程分析Table 2 Distillation range analysis of the overhead light component after the side line extraction from initial distillation column℃项目初馏点10%30%50%70%90%终馏点备注初顶石脑油32.457.482.3105.2133.7189.6224.9投用后29.956.381.3104.8132177.3210.6投用前常顶石脑油63.1106.9129.7149.3167.8187.9206.6投用后55.6100120.2138.3155.6174.1189.7投用前常一线205.4249.3投用后192.6244.7投用前

由表2可以看出，初馏塔出初侧线投用后，蒸馏装置初顶石脑油初馏点变化不大，初顶石脑油干点上升约15 ℃，主要是由于初馏塔侧线产品抽出后造成塔内回流量降低，初馏塔塔盘分离精度降低所致，蒸馏装置混合石脑油终馏点控制指标不高于230 ℃，故投用初馏塔侧线后，初顶石脑油质量受控。当装置处于高负荷运行时，初馏塔不存在内回流偏低的情况，因此，投用初馏塔侧线后，对初馏塔塔顶产品质量影响不大。

初馏塔出初侧线投用后，常顶石脑油初馏点和终馏点均略为上升，其中终馏点约上升16 ℃，满足石脑油干点不高于230 ℃的质量指标，对常压塔塔顶石脑油产品质量无影响。

初馏塔出初侧线投用后，常一线产品质量轻微变重，蒸馏装置常一线和其他常压侧线产品混合后作为混合柴油用作下游装置原料，其轻微质量变化对下游装置产品质量无影响。

3.2 初馏塔出初侧线投用对产品收率的影响

初馏塔出侧线，将侧线产品送至常压塔内，会对初馏塔和常压塔石脑油及柴油产品收率分布产生影响，见表3。为了保证公司生产的物料平衡，蒸馏装置必须做好生产操作调整，保证物料供应平衡。

表3 初馏塔出侧线后装置产品收率分析Table 3 Products yield analysis after the side line extraction from initial distillation column项目收率/%初侧线项目投用前初侧线项目投用后差值蒸馏石脑油26.7826.57-0.21直馏柴油23.4923.890.40

由表3可以看出，实施初馏塔出侧线后，蒸馏装置石脑油和柴油收率稍有变化，石脑油收率降低0.21%，混合柴油收率上升0.4%，其主要原因是初侧线产品进入常压塔后，造成常压塔上部气相负荷和液相负荷上升，常压塔塔顶部分石脑油进入常压侧线，由于装置石脑油作为下游乙烯装置原料，石脑油收率降低可能造成化工原料短缺，装置通过调整常压塔各中段回流量，降低常一中和常顶循环回流量，降低常压塔塔顶气相和液相负荷，提高常一线和常顶石脑油分馏精度，实现提高常顶石脑油收率的目的，最终缓解因初侧线抽出对装置混合石脑油和混合柴油收率造成的影响。

3.3 初馏塔出初侧线投用对燃料气消耗的影响

初馏塔出初侧线技措项目主工艺管线设计管径为DN150 mm，设计最小流量为20 m3/h，最大流量为66 m3/h，正常流量为55 m3/h。按照设计，初侧线产品密度为680 kg/m3，抽出量为30 t/h，由于装置处于低负荷运行状态，初侧线量按25 t/h核算燃料气消耗情况。

通过流程模拟核算，初侧线抽出量按25 t/h计算，200 ℃的初侧线产品经过常压炉加热至360 ℃的能耗为1.37×104MJ/h，见图2。能源系数换算表见表4。

表4 能源系数换算表Table 4 Conversion table of energy coefficient能源名称燃料油燃料气实际换算系数/(MJ·t-1)41 86839 775

从表4可以看出，初侧线抽出量按25 t/h计算，装置节约燃料气量为1.37×104MJ/h÷39 775 MJ/t=0.34 t/h，全年按照360个生产日计算，累计节约燃料气0.34×24×360=2 937 t。

3.4 初馏塔出初侧线投用对装置能耗的影响

初侧线抽出量按25 t/h计算，可节约能耗1.37×104MJ/h，装置2016年全年能耗为386.37 MJ/t原料，按照目前装置加工量833 t/h计算，装置能耗降低1.37×104÷(386.37×833)×100%=4.26%。

3.5 初馏塔出初侧线投用对装置加工量的影响

目前，为了维持全公司物料平衡，蒸馏装置处于低负荷运行阶段，装置加工量仅833 t/h，与设计值1 190 t/h相比，装置负荷率仅为70%。蒸馏装置常压炉设计负荷为110 MW，按初侧线抽出量25 t/h计算，初侧线将节约热能共计1.37×104MJ/h，占常压炉负荷的3.46%，按常压炉设计进料1 052 t/h计算，落实初侧线后常压炉可提高进料约36 t/h，装置加工量可提高41 t/h。

4 初馏塔侧线投用存在的潜在问题

初馏塔出初侧线技措项目虽然投用正常，但当蒸馏装置石脑油干点控制较高、需要提高石脑油收率时，初馏塔塔顶温度提高使得塔顶回流量降低，进而造成塔盘持液量较低。在装置处于低负荷运行期间，两种因素叠加，最终造成初馏塔塔盘液相内回流量较低，可能导致初馏塔干板现象[4]，从而影响初顶产品及常压侧线产品质量。

按初馏塔塔顶回流量为58 t/h对初馏塔塔内回流情况进行流程模拟核算，分析结果见表5。

表5 初馏塔无侧线抽出时内回流情况Table 5 Internal reflux of the initial distillation column without side line extraction塔盘温度/℃压力/MPa内回流量/(t·h-1)气相流量/(t·h-1)采出量/(t·h-1)15层206.500.2137.30177.890.0025层218.800.2316.8616.020.00

由表5可知，通过流程模拟核算，当初馏塔塔顶回流量约58 t/h时，若无侧线抽出，15层内回流量约为37.3 t/h，末端塔盘内回流量为16.8 t/h。初馏塔出侧线抽出5 t/h时，15层内回流量约为30.0 t/h，末端塔盘内回流量为11.5 t/h，见表6。

表6 初馏塔出侧线抽出5 t/h时内回流情况Table 6 Internal reflux flow of the initial distillation column when the mass flow rate of side line extraction was 5 t/h塔盘温度/℃压力/MPa内回流量/(t·h-1)气相流量/(t·h-1)采出量/(t·h-1)15层208.400.21130.03175.665.0025层219.900.2311.51160.370.00

由表5和表6可以看出，在加工量较低的情况下，若初馏塔塔顶回流量降低，初馏塔塔内回流量降低较为明显，故为了保证初馏塔不干板，同时不影响常压塔塔顶产品质量，装置可以通过调节初侧线抽出量，观察初侧线产品颜色情况，调整抽出量的大小，防止初馏塔设备干板造成设备损坏，同时保证装置产品质量合格。

5 结 论

蒸馏装置实施初馏塔出侧线，根据生产工况调节初馏塔出侧线流量，可将初馏塔塔内的部分重石脑油跨过常压炉，直接通过常一中回流线进入常压塔，避免初侧线产品经常压炉加热消耗燃料气，进入常压塔后再次冷却分离。按照初馏塔出侧线抽出25 t/h计算，可降低常压炉负荷3.46%，实现降低常压炉燃料气消耗2 937 t/a，解决大负荷生产条件下常压炉炉膛温度超指标上限的问题，同时可以提高装置加工量41 t/h，有利于装置的扩能生产和挖潜增效。