白油加氢装置分馏塔加热方案研究

张文祖(神木富油能源科技有限公司，陕西 神木 719319)

1 白油加氢装置及工艺技术

白油又称为石蜡油、白色油、矿物油，是由石油所得精炼液态烃的混合物，主要为饱和的环烷烃与链烷烃混合物，原油经常压和减压分馏、溶剂抽提和脱蜡，加氢精制而得。其表现为无色、无味，主要用于合纤、化纤、精密仪器、合成树脂等。白油有很多种类，例如食品级白油、工业级白油、医用级白油和化妆品白油等。加氢法生产白油过程中使用的工艺包括一段加氢、一段串联加氢等。主要使用中性油、减压馏分油、合成油等原料，生成的产品为食品级白油、化妆级白油和工业级白油。具体内容如下：第一，一段加氢法制取白油。一段加氢法主要用SSOT尾油或者加氢裂化尾油在经过溶剂脱蜡油为原料，在高压条件下加氢并使用还原性金属作为催化剂，以此得到的产品便符合标准。该产品相关性质如下：在用SSOT尾油为原料的情况下，原料的黏度为35.12、闪点为219 ℃，产品黏度为34.2、闪点210 ℃、倾点-10。第二，二段加氢法制取白油。该种方法所使用的原料更加广泛，例如合成油、中性油等。在二段中采用还原型催化剂，经过高压加氢后获取食品级、化妆级白油。第三，一段串联制取白油。在本项工艺中，一般情况下以常三线、减三线等为原料，首先将原料中所含有的杂质利用催化剂进行分离，其次向其添加催化剂进行深度饱和，通过高压条件制作出较高品质的工业级白油。第四，加氢异构脱蜡-补充精制制取白油[1]。将加氢裂化尾油作为制作工艺中的原料，经过高压一段串联，通过加氢异构脱蜡-加氢补充精制过程，加氢生成油再经过常减压蒸馏，由此能够生产出食品级白油产品。异构脱蜡过程通过将加氢裂化尾油中的蜡分子转化为异构烷烃，保留在脱蜡油中，再经加氢补充精制饱和剩余芳烃，通过蒸馏制得食品级白油产品，加氢异构脱蜡-补充精制工艺制取白油。加氢装置设计有气体进料理单元、液体进料单元、反应单元及采集单元。原料气和原料液按一定比例混合预热后进入固定床反应器，原料气同质量流量控制器进行计量，原料液通过计量泵进行计量，反应器利用三段式电加热炉进行加热，反应产物从反应单元出来后先进行气液分离，液态物料进入液体储罐，尾气则进行过滤排空或接入在线分析仪。其主要设备有五个：(1)加氢反应器：该反应器为固定床反应器，加氢反应属于气-液-固三相涓流床反应，加氢反应器分冷壁反应器和热壁反应器两种。(2)高压换热器。反应器出料温度相对高，具有很高热焓，应尽量把这部分热量回收。(3)高压分离器。该分离器的主要用途是将气-油-水进行分离，其操作条件为高压、临氢，操作温度较低，在水和硫化氢存在的情况下，物料腐蚀性加大，使用过程中必须引起足够重视。便会产生高压窜低压的情况，低压分离器中迅速进入大量的循环氢。若这个时候不能及时打开安全阀或排放量不足就会发生安全事故。(4)反应加热炉。该装置的操作条件为：高温、高压、有明火。大多采用纯辐射室双面辐射加热炉以增加辐射管热强度。(5)新氢压缩机。该设备工作压力范围大，选用不同型号的泵可获得不同的压力区域，调节输入气压输出气压相应得到调整，并且易于控制，从简单的手动控制到完全的自动控制均可满足要求。在对氢气压缩机进行操作时，采用的是气体驱动，不会产生电弧或者火花，相对其他设备来说更加安全。其作用就是将氢气送进反应系统[2]。

2 分馏塔加热方案

分馏塔是一种用来蒸馏的塔型气液装置，主要有填料塔和板式塔两种类型。进行分馏塔主体布置时要按照以下方式进行：第一，经过资料以及实践经验表明，小型分馏塔不适合使用室外布置。主要因为小型分馏塔的操作阀门、控制仪表等制造厂原设计都是就地工作的，冷箱结构也按室内安装设计；若将小型分馏塔布置到室外，反而需要增加措施而操作维护又不是很方便。第二，室外安装的分馏塔，在室外主控室和保冷箱中间的宽度可以依据实际情况自定，一般情况下将其设置宽度在2 m以上。若他们之间的宽度过小，那么就会影响到分馏塔周围的基础排液管地沟及架空的氧、氮和空气管道的布置，与此同时，还能够影响分馏塔平台上一次仪表柜的设置情况以及操作人员行走畅通。两套分馏塔之间的距离与车间内部设备布置方式有直接关系，当进行相同类型发热设备集中布置时，相邻分馏塔之间的距离不应该设置过大。而且在分馏塔四周进行设备的安置时，仍应遵守在分馏塔四周至少在一侧留有较大的空地的原则。第三，分馏塔的立面布置。该布置情况实际上主要取决于分馏塔基础的做法。为了避免分馏塔在正常状态下或是事故状态下的冷损量通过基础传至下部土壤，进而导致土壤冻结造成基础的破坏事故。一般情况下采取地上带通风孔、地下实体以及地下集中通风孔这三种基础形式。在进行异构脱蜡反应过程中，其温升相对较低，只将该产物作为热源很难满足分馏塔的进料温度要求。因此，应该在分馏部位加设一个加热炉，这样不但能够通过加热炉把原料进行加热达到分离所需温度并进入到分馏塔中，而且还可以通过重沸炉进行加热直至分馏塔要求的温度。反应产物跟异构脱蜡段冷低分油进行换热后，进入进料加热炉开始加热，直到满足分馏所要求的程度再进入分馏塔，塔底使用过热蒸汽汽提，这种方式即进料加热炉方案[3]。该方案具有操作流程简易、设备资金、能源消耗较少等明显优势，所以更多时候会采用该方案。在布置分馏塔到室外过程当中需要操作人员重点关注以下几点事项，避免出现安全事故：首先，必须考虑场地的安装与检修问题以及相邻分馏塔防火距离；其次，经常在室外进行的设备一定要设置梯子平台；最后，对于室外设备的一些部位要加装保温防冻装置以防设备受到自然因素的损害。分馏塔中分馏系统的构成如下：分离的原料从分馏塔的中部进入，进料板以上为精馏段，进料板以下为提馏段。在分馏塔的顶端安装有冷凝器，塔顶蒸汽在该冷凝器中进行冷凝，其中部分作为回流由塔顶送入塔中，一部分作为产品而送出分馏塔。分馏塔的底部设有再沸器，从塔底来的液体在此部分进行汽化，气相返回到塔底，液相成为塔底产品。沿分馏塔高度不同温度也是不同的，塔顶的温度最低，塔底的温度最高，由下往上温度逐渐下降。

3 原料性质及操作条件

文章所进行的试验装置中为常三线直馏柴油原料，制氢装置向其提供氢气。其纯度为99.9%。直馏柴油是指原油预处理之后，通过常压蒸馏得到的沸程范围为180～360 ℃的中间馏分。根据其从常压塔侧线出来的顺序又可分为常一线、常二线、常三线。由于常三线直馏柴油是通过物理反应得到的饱和烃类，所以其具有性质稳定的特点。直馏柴油还具备以下性质：在20 ℃时密度为857 kg/m3，在40 ℃的状态下黏度为8.291。使用进料加热炉进行操作时的操作条件主要有：加热炉负荷1 500 kW，加热炉出口温度为310 ℃，加热炉进料量为24 t。加热炉的进料装置主要包括推料组、滑动组以及进料组，推料组滑动安装在滑动组上，滑动组一侧安装有给推料组供料的供料组，铝棒通过供料台转移到推料组的弧形板上，推料组根据进料需要在滑动组上滑动，从而实现对加热炉多个进料孔进行合理进料，通过设置自动上料，自动进料的结构，方便铝棒的进料，提高工作效率。分馏塔的主要工作原理如下：在有限的空间内，尽可能地增大液相混合物的热交换面积，一般用于精馏分馏的混合物为有机共沸物，共沸物从反应釜内首先受热上升至分馏段，沸点低的继续上升，因为塔顶在受到低沸点物的传热后温度和低沸点物一致，所以低沸点物被分馏出来，而较高沸点物因为没有达到相应的沸点，故会受冷却后回流至反应釜内或分馏柱下半部分，待低沸点物被完全馏出后，较高沸点物相继被分馏，然后是高沸点物的馏出，最后反应釜底部是残渣。

4 工艺流程

本文进行的研究试验中选择了常三线直馏柴油作为原料，也就是要选择一段工艺流程。即原料-白油加氢-气提-产品产出。在生产过程中可以加入一定量的催化剂，使用催化剂有以下几个特点：第一，Ni金属活性组分；第二，Ni晶粒高度分散；第三，异型，扩散阻力小；第四，芳烃加氢活性高。制取白油时选用进料加热炉。该加热炉在整体操作条件、设备费用以及能源消耗方面与其他炉对比来说更占优势。为避免结焦，应该按照雾状流情况来选择流速。在一些特殊情况下，想要炉管内部形成雾状流会具有一定的困难。如果出现这种情况，我们可以选择采用其他流形，但必须杜绝液节流情况发生。在制取白油过程中，对催化剂的性能也有一定的要求：第一，对芳烃具有高度选择性加氢性能，加氢前后油品黏度、密度、闪点等基本不会改变；第二，以第VI族金属元素作为活性组分，还原态运转，不再生，贵金属可回收再利用；第三，对原料要求苛刻，S、N均要求较低含量；第四，开工、停工及运转过程参数要求严格控制，避免失活[4]。

5 结语

综上所述，通过加氢装置以及分馏塔进行的分馏进行白油生产是一种收率高、生产灵活、质量较高的方法。我们在以后的制取白油过程中，可以直接选用加氢装置，使用常三线直馏油作为原料进行分馏制取。在各种方案配置中，应尽量采用操作流程简易、设备先进、能源消耗较少的进料加热炉方案。这样既能够产出高质量的白油，又实现了节约、环保的理念。