張 龍 ，方向晨 ，趙亞新，寧愛民

（1 中國(guó)石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001；2 中國(guó)石化塔河分公司，新疆 庫(kù)車 842000）

塔河石化分公司2#常減壓蒸餾裝置設(shè)計(jì)原油加工能力為3.5 Mt/a[1]，減壓處理量為0.4 Mt/a，主要加工塔河重質(zhì)原油。加工流程為閃蒸塔-常壓爐-常壓塔-減壓爐-減壓塔，稱之為二爐三塔方案。常壓拔出率僅為24.97%，常壓重油的API°為7.3，殘?zhí)亢窟_(dá)到22.6%，鎳+釩含量高，為346.0μg/g，適宜采用焦化工藝加工。但其在＞410℃、＞450℃、＞480℃時(shí)減壓渣油的質(zhì)量收率均較高，分別為64.26%、56.86%、51.90%；20℃密度均大于1.0000 g/cm3；膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量均較高，分別為46.3%、50.4%、53.1%[2]，是生產(chǎn)A 級(jí)瀝青產(chǎn)品的好原料[3]。為此，塔河石化分公司采用大常壓小減壓技術(shù)方案，大部分常壓重油去延遲焦化裝置，少量常壓重油經(jīng)減壓蒸餾來(lái)生產(chǎn)A 級(jí)瀝青產(chǎn)品的減壓渣油原料。

近年來(lái)，由于塔河原油重質(zhì)化[1]、劣質(zhì)化趨勢(shì)加重，塔河石化分公司減壓蒸餾裝置出現(xiàn)減壓渣油閃點(diǎn)指標(biāo)偏低且波動(dòng)較大、蠟油餾分中瀝青質(zhì)和重金屬含量較高等問(wèn)題，已嚴(yán)重影響了A 級(jí)瀝青產(chǎn)品的正常生產(chǎn)。為了保證A 級(jí)瀝青產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，企業(yè)曾采用外購(gòu)減壓餾分油摻入減壓進(jìn)料中參與減壓蒸餾，以此來(lái)提高減壓渣油的閃點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行表明，這樣不僅造成物料重復(fù)加工，增加了裝置負(fù)荷和能耗；而且外購(gòu)減壓餾分油調(diào)運(yùn)困難，增加生產(chǎn)成本。為此，對(duì)塔河石化常減壓裝置減壓蒸餾進(jìn)行模擬計(jì)算分析，以便為減壓深拔操作生產(chǎn)A 級(jí)瀝青產(chǎn)品[4]提供依據(jù)。

1 流程模擬

1.1 模擬流程

為了確保模型的準(zhǔn)確性，模擬從原油閃蒸塔開始模擬，以常壓側(cè)線產(chǎn)品和常壓重油的餾程來(lái)校準(zhǔn)模型的可靠性。模型包括閃蒸塔、常壓塔、減壓塔，模擬流程見圖1所示。原油為塔河重質(zhì)原油，具體性質(zhì)見表1所示。為了準(zhǔn)確反應(yīng)裝置生產(chǎn)的實(shí)際狀況，模擬條件設(shè)定與裝置實(shí)際操作條件一致，模擬設(shè)定條件見表2所示。

1.2 模型方法的選擇

基于常減壓蒸餾裝置常壓和真空原油系統(tǒng)，為非極性物系，模型熱力學(xué)方法采用BK-10 物性選擇集。汽、液相的焓值采用Johnson-Grayson 法計(jì)算，液相密度采用API 法計(jì)算[5]。模擬過(guò)程中，閃蒸塔計(jì)算采用Refinery 估算方法，常壓塔計(jì)算采用Conventional 估算方法，減壓塔采用Simple 估算方法[6]。常壓塔模擬中常二線、常三線帶有側(cè)線汽提塔，把主塔模擬的Damping Facting 設(shè)為0.8。

1.3 模擬結(jié)果分析

表3 給出了模擬數(shù)據(jù)與裝置標(biāo)定數(shù)據(jù)對(duì)比，表4 出了減壓塔主要液相產(chǎn)品分餾精度對(duì)比。

從表3 數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：減壓塔的模擬數(shù)據(jù)與生產(chǎn)實(shí)際較為貼近，只有塔減一中循環(huán)和減二內(nèi)回流量相對(duì)誤差較大。減一中循環(huán)模擬值為12 406 kg/h，生產(chǎn)實(shí)際值為8600 kg/h；減二內(nèi)回流模擬值為8236 kg/h，生產(chǎn)實(shí)際值為10 700 kg/h，這主要是塔河石化減壓塔實(shí)際生產(chǎn)有關(guān)。塔河石化減壓塔為了避免塔頂腐蝕，控制塔頂溫度較高，減一中循環(huán)取熱量較小，而模擬中雖然規(guī)定了塔頂溫度與實(shí)際一致，但在中段循環(huán)設(shè)置中給定了取熱溫差，形成了循環(huán)量與實(shí)際有差值。但兩者計(jì)算是相互獨(dú)立的，并不影響減壓塔計(jì)算結(jié)果。減二內(nèi)回流的差值主要與塔河石化在生產(chǎn)操作中在減二內(nèi)回流位置注入焦化CGO 有關(guān)。從表4 可以看出，減一線和減二線模擬計(jì)算值與實(shí)際值基本一致，減壓渣油實(shí)際初餾點(diǎn)偏低，主要是塔河石化汽提段塔板效率低下，造成汽提效率不好，輕餾分沒(méi)有汽提上去所致。經(jīng)模擬計(jì)算證實(shí)：一塊理論板模擬條件下，減二線與減壓渣油的分離清晰度好于實(shí)際生產(chǎn)操作，故實(shí)際生產(chǎn)中減壓塔汽提段塔板效率不足一塊理論板。且減壓塔進(jìn)料溫度偏低、閃蒸段真空度不夠，使得進(jìn)料中大量輕餾分沒(méi)有充分閃蒸氣化。

表1 塔河重質(zhì)原油性質(zhì)

表2 模擬設(shè)定條件

圖1 塔河石化常減壓蒸餾裝置模擬流程

表3 模擬數(shù)據(jù)與裝置標(biāo)定數(shù)據(jù)比較

表4 減壓塔液相產(chǎn)品分餾精度對(duì)比 單位：℃

為了進(jìn)一步分析塔內(nèi)傳質(zhì)狀況，為減壓塔側(cè)線采出及取熱比例分配提供依據(jù)，根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果做出減壓塔氣液相負(fù)荷分布圖，見圖2所示。從圖2 可以看出，塔內(nèi)氣液相流量在每一中段回流返回板（第1 塊、第7 塊板）出現(xiàn)較大波動(dòng)，氣相負(fù)荷在每一中段回流塔板處流量突升，而液相負(fù)荷則明顯下降。為了更準(zhǔn)確地判斷該塔操作狀況，對(duì)塔在各段進(jìn)行水力學(xué)核算。

圖2 減壓塔氣、液相負(fù)荷分布圖

2 減壓塔水力學(xué)核算與分析

2.1 塔工藝結(jié)構(gòu)及水力學(xué)核算

針對(duì)塔河常壓重油的特性，塔河石化減壓塔在設(shè)計(jì)中，分別在減一中循環(huán)、減一線/減二線分餾段、減二中循環(huán)設(shè)置2000 mm、2200 mm、1600 mm的規(guī)整填料，在塔洗滌段和汽提段分別設(shè)置6 塊、4塊塔板。該塔塔徑為φ2000 mm/3600 mm/2000 mm。根據(jù)該塔工藝結(jié)構(gòu)，模擬所得的減壓塔物性參數(shù)，采用SULPAK3.0 分段對(duì)減壓塔塔進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于表5。

2.2 結(jié)果分析

從減壓塔分段水力學(xué)核算結(jié)果看出，塔內(nèi)各段氣相負(fù)荷較小，氣速偏低，特別是對(duì)于真空操作的系統(tǒng)，其氣相F因子則顯得更低。各段液泛因子都小于80%，且較低。從中可以得出，該減壓塔負(fù)荷足夠，各段不存在氣相返混和霧沫夾帶，無(wú)淹塔現(xiàn)象發(fā)生。但氣液相負(fù)荷偏低造成了塔內(nèi)氣、液分布不均勻，填料表面持液量較小，嚴(yán)重影響了氣液相間的傳質(zhì)，使填料效率大大降低。最終使塔分離精度下降。從流程模擬數(shù)據(jù)來(lái)看，減壓塔進(jìn)料氣化率較低，且塔汽提段效果不好，使得塔氣相負(fù)荷降低，進(jìn)而影響了塔內(nèi)回流及液相負(fù)荷，使塔分離精度低下。

表5 減壓塔水力學(xué)核算結(jié)果

此外，塔河石化在實(shí)際生產(chǎn)中，從減二中回流引8000 kg/h 焦化CGO 進(jìn)入塔內(nèi)。由于焦化蠟油餾程范圍較寬，既含有10%的柴油輕組分，也含有高沸點(diǎn)的渣油成分，其進(jìn)料位置與減二線抽出集油箱相鄰，進(jìn)入減壓塔后會(huì)嚴(yán)重影響減壓塔的濃度分布，造成輕重組分濃度返混，也使減壓塔分餾精度變差。

3 減壓蒸餾改進(jìn)

3.1 存在問(wèn)題分析

根據(jù)以上操作及產(chǎn)品分析數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，可以看出模擬計(jì)算與實(shí)際基本吻合，反映了該裝置生產(chǎn)的實(shí)際狀況；又對(duì)減壓蒸餾塔進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，可以看出目前塔河石化減壓蒸餾存在以下問(wèn)題。

（1）減壓渣油初餾點(diǎn)及10%點(diǎn)溫度過(guò)低，造成渣油閃點(diǎn)偏低，影響后續(xù)瀝青的質(zhì)量。

（2）減壓塔結(jié)構(gòu)不合理，減壓塔側(cè)線數(shù)量少，只有兩個(gè)側(cè)線產(chǎn)品，使塔的產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)節(jié)余地很小。同時(shí)沒(méi)有過(guò)氣化油采出，導(dǎo)致過(guò)氣化油進(jìn)入塔底渣油中，增加渣油中輕餾分含量。另外，減壓塔調(diào)節(jié)手段單一，降低塔操作彈性。減二線蠟油中柴油餾分含量高，無(wú)法滿足用減壓重餾分調(diào)節(jié)減壓渣油針入度用油的要求。

（3）減壓塔分餾精度差，減一線和減二線、減二線和減底渣油餾程重疊度大，模擬計(jì)算表明，減一線、減二線分離段理論板數(shù)小于1 塊，洗滌段（1#～6#塔盤段）理論板數(shù)小于1 塊。

（4）焦化蠟油注入減二中內(nèi)回流不合理。分析結(jié)果表明，焦化蠟油組分偏輕且餾程范圍較寬，50%點(diǎn)只有390℃，＜350℃的餾分高達(dá)15%～20%；且既含有10%的柴油輕組分，也含有高沸點(diǎn)的渣油成分。而在減二中回流位置塔內(nèi)溫度只有275℃，且與減二線抽出集油箱相鄰，進(jìn)入減壓塔后嚴(yán)重影響減壓塔的濃度分布，造成輕重組分濃度返混，使減壓塔分餾精度變差。

（5）模擬計(jì)算表明塔進(jìn)料氣化率及塔內(nèi)氣相負(fù)荷偏低。減一內(nèi)回流偏低，減二內(nèi)回流也較低，洗滌段氣液負(fù)荷量很小，致使洗滌段塔盤分離效率很低，這也是造成減壓渣油初餾點(diǎn)偏低的重要因素。

（6）從塔河原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)看，＞410℃減壓渣油的質(zhì)量收率為64.26%，而實(shí)際生產(chǎn)減壓渣油收率相比較大。而減壓蠟油的干點(diǎn)卻很高，可以推斷：減壓蠟油中夾帶了部分重組分。原因應(yīng)是減壓塔進(jìn)料分布器霧沫夾帶嚴(yán)重，或減壓塔洗滌段操作不好或分離精度不夠。

（7）從塔河原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)看，＜350℃餾分的收率為32.97%，而實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為24.79%，常壓重油中＜350℃餾分收率在5%～10%之間；常壓拔出率偏低。

3.2 改進(jìn)措施

針對(duì)該裝置減壓蒸餾存在的問(wèn)題，依據(jù)模型優(yōu)化和水力學(xué)核算的結(jié)果，對(duì)該裝置提出如下改進(jìn)措施。

（1）停止焦化蠟油進(jìn)料，或改變焦化蠟油進(jìn)料方式。模擬證明：焦化蠟油注入減壓塔是影響減二線與減壓渣油分離精度的主要原因，如果取消焦化蠟油入減壓塔的措施，減壓塔的氣相負(fù)荷會(huì)減少40%，相應(yīng)的液相負(fù)荷也會(huì)有急劇下降，造成部分塔盤處于干板狀態(tài)，為此，需停止焦化蠟油進(jìn)減壓塔，改變焦化蠟油進(jìn)料至常壓爐前或減壓爐前。

（2）提高常壓塔拔出率。通過(guò)提高常壓爐出口溫度和常壓塔汽提蒸汽量來(lái)提高常壓塔拔出率，以減少減壓進(jìn)料中＜350℃餾分含量。圖3 給出了常壓塔汽化段溫度對(duì)常渣中柴油含量的影響。從圖可以看出，提高常壓爐出口溫度和提高塔底汽提蒸汽流量對(duì)減少常渣中柴油含量有明顯作用。

（3）優(yōu)化塔取熱比例。增大減壓塔減一頂循環(huán)量，減少減二線采出，增大減二內(nèi)回流量，以提高減一線柴油/減二線、減二線/減壓渣油的分離精度。

（4）塔設(shè)計(jì)改造。拆除減壓塔原洗滌段1～6層塔盤，采用高效規(guī)整填料技術(shù)，新增減三線分餾段、減三線采出、洗滌段、過(guò)汽化油采出。

3.3 改進(jìn)效果分析

圖3 常壓塔汽化段溫度對(duì)常渣中柴油含量的影響

采用現(xiàn)狀分析的計(jì)算模型，對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行了模擬結(jié)果研究。模擬流程如圖4所示，改變焦化蠟油進(jìn)料從減二中回流至減壓爐前，增加減壓塔減三線采出和過(guò)汽化油采出。同時(shí)對(duì)減壓塔取熱比例進(jìn)行了優(yōu)化操作。過(guò)汽化油可以注入減壓渣油中，調(diào)節(jié)瀝青產(chǎn)品針入度對(duì)減壓渣油的要求。

從對(duì)減壓蒸餾改進(jìn)后的計(jì)算模型得出減壓產(chǎn)品餾程數(shù)據(jù)與實(shí)際工況的數(shù)據(jù)對(duì)比列于表4。從表4 可以看出，減壓渣油的初餾點(diǎn)為402.98℃，完全可以保證其作為瀝青原料對(duì)閃點(diǎn)的要求，同時(shí)在減壓爐前加入焦化蠟油組分，一方面回收了焦化蠟油中的柴油餾分；另一方面補(bǔ)充了減壓渣油中對(duì)瀝青產(chǎn)品針入度有貢獻(xiàn)的餾分，從而滿足生產(chǎn)A 級(jí)瀝青產(chǎn)品的要求。同時(shí)可以看出，減壓各側(cè)線餾分間的分餾精度大大改善，產(chǎn)品重疊度大大降低，減三線抽出的95%點(diǎn)為437.95℃，是質(zhì)量較好的蠟油產(chǎn)品。

4 結(jié)論

利用PROⅡ和SULPAK3.0 對(duì)塔河石化減壓塔進(jìn)行流程模擬和塔水力學(xué)進(jìn)行了水力學(xué)計(jì)算，分析當(dāng)前裝置存在的問(wèn)題，提出了為滿足A 級(jí)瀝青產(chǎn)品生產(chǎn)的減壓深拔措施和方案，得出如下結(jié)論。

（1）造成塔河石化當(dāng)前減壓渣油生產(chǎn)A 級(jí)瀝青產(chǎn)品閃點(diǎn)偏低的主要原因是塔分離精度不夠。

（2）通過(guò)對(duì)常減壓蒸餾進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化操作和加工流程優(yōu)選可以實(shí)現(xiàn)減壓渣油閃點(diǎn)滿足瀝青產(chǎn)品原料的要求。

（3）為了保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，且滿足生產(chǎn)A級(jí)瀝青產(chǎn)品的原料在閃點(diǎn)、針入度和針入比方面的要求，需要對(duì)減壓蒸餾塔進(jìn)行一定的改造和調(diào)整。

圖4 塔河石化常減壓蒸餾裝置改進(jìn)模擬流程

表2 減壓塔改進(jìn)前后液相產(chǎn)品分餾精度對(duì)比 單位：℃

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