减压深拔技术在常减压蒸馏装置的应用

陈政利

(盛虹炼化(连云港)有限公司，江苏 连云港 222000)

常减压蒸馏装置作为原油加工的第一道工序，为保证产品合格以及为下游装置提供优质的原料，因此对提高原油中轻油的拔出率，降低常减压蒸馏装置的能耗，提高装置的经济效益的要求就比较高[1-2]。在常减压蒸馏时，为了保证产品的质量，一般炉出口温度控制不超过370 ℃，对于350～500 ℃下的馏份在常压条件下很难很难蒸出，但由于在真空条件下，较低的温度就能够将常压状态下沸点比较高的油品蒸出来，在很大程度上进一步将原油中比较重的组份拔出，提高油品收率。在炼油企业生产中，如何提高拔出率将决定着企业的生产效率；因此在常减压蒸馏装置中，减压深拔是一个关键因素。常减压蒸馏装置的总拔出深度通常用减压渣油的切割点来表示[3-4]。目前，许多国内常减压装置将减压渣油的切割点(TBP)控制在540 ℃以下，有的甚至还在520 ℃以下；国外常减压蒸馏装置的切割点在565 ℃以上，其中荷兰的Shell公司原油减压深拔的切割点在595 ℃，美国KBC公司的原油切割点已达到607～621 ℃[5]，可见在原油深度切割技术上国内的技术水平和国外还存在较大的差距。近年来，许多科研工作者对减压深拔技术有了积极有利的探究[6-9]，也取得了很大的成就[10]。影响减压深拔的因素也有很多，一般来说主要有减压炉的出口温度、减压塔顶真空度、塔底吹气量和减压塔进料段的压力。

1 影响减压拔出率的主要因素

1.1 减压炉出口温度

减压炉的出口温度增加，可以提高油品的汽化率，加热炉出口温度每升高1 ℃，减压炉内的压力降就会下降1%[11]。但是减压炉出口温度过高的话，会使油品发生裂解，造成炉管结焦。为了防止炉管不发生结焦，很多炼厂都采用控制减压炉出口分支温度的措施来降低常压渣油在高温度下发生热裂化反应。减压塔的进料段温度都要超过390 ℃，减压加热炉的出口温度都要超过400 ℃。常压重油在减压加热炉加热的过程中会产生一定的裂解和缩合，随着温度的提高裂解和缩合会更严重。为此，在减压深拔装置设计中，减压塔底设置渣油急冷罐，在渣油进急冷罐前打入急冷油，确保急冷罐内渣油温度在360 ℃以下，避免减压渣油的裂解、缩合反应及结焦。减压炉出口温度在400 ℃以内时，减压炉内的温度不足以使油品裂解发生缩合反应，炉内常压渣油汽化的量就少。

1.2 减压塔顶真空度

减压塔顶高真空度是保证减压塔能够深拔的主要因素。真空度的高低对减压拔出率有很大的影响，减压塔顶的真空度若很低，整个减压塔内的热量平衡和气液相平衡就会被打破，会造成塔内的油气分压大大增加，不利于减压渣油的深度拔出。有试验发现[12]，在减压塔进料汽化段温度为399 ℃，汽化段的压力从100 mmHg降到15 mmHg时，阿拉伯重质油的减压渣油收率能从37%下降到25%，这就说明减压塔内的汽化段压力和全塔的压力降对操作和产品的收率都有重大影响。

1.3 洗涤油量

实际生产中最易忽视的是洗涤段的“干净”洗涤油量，这点对于装置在较低的生产负荷下比较突出。当装置在较低的处理量下生产时，操作人员往往维持加热炉出口温度，将各物流的流量按比例降低，这就使得实际的洗涤油量不能满足填料的最小喷淋密度要求，对于规格一定的减压塔和洗涤段填料，要求的洗涤油量不随装置的实际加工量而变化。洗涤油实质上是过汽化油。当减压塔的实际进料量降低时，如果仍然维持加热炉出口温度不变，则实际的过气化油流量将按进料量降低的比例减小。例如某减压装置，设计洗涤油流量为85 t/h，装置开工后较长时间将洗涤油流量控制在30～40 t/h，减压重蜡油残炭高达3.08%，经调整操作将洗涤油量增加到85 t/h，重蜡油残炭降至2.37%，洗涤油流量增至100 t/h，其残炭降至1.73%，C7不溶物含量0.0074%。

2 减压深拔技术在常减压蒸馏装置中的应用

某炼化常减压蒸馏装置采用减压深拔技术，在满足加氢裂化质量指标的前提下，尽量提高蜡油收率，降低渣油收率。该减压深拔技术主要有以下特点。

2.1 减压炉

为了保证在减压深拔操作能在苛刻条件下长周期运行，将减压炉设计为双炉膛。两个炉膛共同用一个对流室，常压渣油分了八路从炉子的对流室上部进入炉子，经过对流室的加热以后从辐射室的上部进入炉子，底部出加热炉。对流室设置在辐射室的上部，共设计了三组盘管，在对流室盘管的最下部还设计了三盘光管，而其他的管均采用翅片管，以此来增加传热面积，提高传热系数，节约炉管的使用。在辐射室每路的炉管都设计16根，可以保证减压炉炉出口每路温度分布均匀，避免产生偏流现象。减压炉在最大负荷工况下操作时，减压渣油的TBP切割温度为565 ℃，减压炉的炉出口的温度为413 ℃；减压炉在最大的深拔工况下操作时，减压渣油的TBP切割温度为570 ℃时，减压炉的炉出口温度为422 ℃。

2.2 减压炉炉管注汽

往加热炉炉管内通入提速蒸汽可以来提高常压渣油的汽化率以及常压渣油在炉管内的停留时间，在正常操作条件下进一步延长了加热炉的运转使用周期。装置在处理量较大的时侯，减压炉的炉管压降比较大，为了保证蒸汽能够顺利的注入炉管内，在对流室转辐射室这一段设计了蒸汽注入点。减压炉炉管注汽压力一般为1.2～1.6 MPa(G)。在装置处理量为75%并且进行最大减压深拔操作时，减压炉出口的温度比较高，对流段炉管的壁温也比较高，这个时侯为了加快对流段和辐射段炉管内常压渣油的流动速度，就需要在减压炉的入口注入提速蒸汽；当装置的处理量低于75%时，常压渣油在减压炉炉管内的流动速度比较慢，此时也需要在减压炉的入口注入提速蒸汽，因此在减压炉入口也设计了蒸汽注入点。但是这两个蒸汽注入点不能同时使用，否则会发生炉管内常压渣油倒流的现象。因此在装置处理量不大于75%的条件下，打开对流段入口注入蒸汽，关闭辐射段入口蒸汽阀门；在装置处理量大于75%的条件下，打开辐射段入口注入蒸汽，关闭对流段入口蒸汽阀门都可以有效的增加常压渣油的流速，降低在炉管内的停留时间，防止炉管结焦。

2.3 减压炉转油线

连接减压塔和减压炉的关键就是转油线，因其可以很好的控制减压炉的出口温度，在减压塔进料温度一定的条件下，尽可能的降低减压转油线的压降，进而降低油品的内膜温度，避免油品在炉管内结焦。某炼化常减压装置减压炉辐射炉管出口处的压力由50 kPa降低至4.64 kPa，其最高内膜温度可以降低6.3 ℃。当减压炉的出口压力降低时，炉管内油品的汽化率就会提高，油品在炉管内的流型和流速也会改变。所以在设计转油线的时候，不仅是考虑其结构的设计、热膨胀系数、压降和温降的影响，而且还要考虑到油品在转油线内的流型和流速限制等影响因素，油品在转油线内既不能出现柱塞流，也不能超过临界流速的90%。某炼化减压炉转油线的设计在最大处理量、加热炉出口温度为413 ℃的情况下，计算的临界流速为90.6 m/s。

另外，设计转油线的分支主要是想让加热炉出口的压力接近50 KPa。这样就能使流速接近两相流的临界速度。但是由于分支的流速高，在设计分支的布置时，就应当尽量减少油品对炉管潜在的冲蚀。

2.4 减压塔顶高真空度及全塔低压降

在减压深拔操作中，减压炉出口温度升高导致减顶不凝气的增加，因此相较于正常操作，减压深拔条件下，塔顶压力略有增加，独山子石化[13]蒸馏装置伴随着深拔深度增加，塔顶绝压由1.2 kPa增加到1.26 kPa。为了能保证减压塔顶的高真空度，塔顶抽真空系统通常采用三级抽真空。基于节能等方面的考虑，三级抽真空一般为一，二级蒸汽抽真空，三级为机械抽真空一级和二级蒸汽喷射器采用三组并联方式，三级采用液环真空泵，两开一备。

为了保证全塔高效以及低压降，减压塔还采用了全填料技术。塔内采用五段高效的规整填料，其中第一段、三段、四段填料为换热段；第二段填料为柴油分馏段，第五段填料为洗涤段。顶循换热段分布器采用重力式槽式液体分布器，以适应较大的操作弹性。减一中、减二中、洗涤段均采用动力式喷淋液体分布器，以便更好地润湿填料段，提高分离效率及换热效果。对于洗涤段，喷淋式液体分布器更有助于减小夹带及防止填料层结焦。喷淋式液体分布器的喷头是按照等边三角形的分布在喷淋总管上。从而降低减压塔闪蒸段的压力和利于深拔。国内已有若干套大型减压装置减压塔采用全填料，技术相对成熟操作且成本较低。

2.5 减压塔急冷油

减压塔设置急冷油返塔主要是为了防止减压塔底温度高，保证减压塔底的几层塔板有一定的液相，防止塔板干板。在汽提段塔盘下方急冷油返回口需设急冷油分布器。急冷油分布器的设计需能够使返塔的急冷油与来自最下面一层塔盘的高温液体尽快、充分混合，以降低塔底温度并且温度混合均匀。因此建议急冷油开口位置位于最后一层塔盘下方，内设分布管，最后一层塔盘设计为两侧降液，分布管结构与塔盘降液管配套设计。

3 减压深拔和不深拔的对比

3.1 收率的比较

不深拔工况下渣油的切割温度不低于550 ℃，渣油的收率不大于26.23wt%。深拔工况下渣油的切割温度不低于565 ℃，渣油的收率不大于24.13wt%。深拔和不深拔工况下各物料的收率如表1所示。

表1 深拔和不深拔工况下各物料的收率Table 1 The yield of each material under deep drawing and no deep drawing

从表1中可以看出，常减压装置把渣油的切割温度从 550 ℃增加到565 ℃以后，装置蜡油的收率增加了1.67%，减压渣油的收率下降了2.01%，减压渣油的产量减少了28.93万吨/年，蜡油产量增加26.72万吨/年。

3.2 能耗的对比

对于减压深拔工况和不深拔工况来说，减压深拔条件下要多消耗1.3 MPa蒸汽6.9 t/h，多消耗循环水500.3 m3/h，燃料气多消耗了0.87 t/h，能耗增加了0.75 kgEo/t。

3.3 生产效益

常减压蒸馏装置通过减压深拔之后，石油焦的产量减少了8.97万吨。石油焦的减少部分其中有90%转换成了汽油、柴油和蜡油组分(全循环加裂转化率)，蜡油和石油焦的差价按照3400元/吨来计算，装置每年可产生的效益27448.2万元。

4 结 论

(1)随着原油重质及劣质化以及原油价格上升的趋势，通过减压深拔技术可以有效提高蜡油的收率，降低渣油的收率。

(2)在设计上采用有效的减压深拔措施，在操作上选择适当的方法进行调整，可以降低装置的能耗，增加装置的收益。

(3)减压深拔技术就是在减压深拔的条件下，优化减压加热炉操作技术，减压转油线技术，减压塔顶抽真空组合技术和减压塔技术，只有把这些技术合理优化运用在常减压蒸馏装置中，减压深拔才能得以充分实现。