王雪蓮 梁澤濤

(中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，青島 266071)

項目評價

減壓塔塔頂抽真空系統(tǒng)方案對比

王雪蓮 梁澤濤

(中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，青島 266071)

減壓塔塔頂抽真空系統(tǒng)的操作性能是保證減壓深拔的重要因素，通過列舉國內(nèi)目前常用的蒸汽抽真空、組合式抽真空和液體抽真空等減壓塔塔頂抽真空系統(tǒng)的設(shè)計方案，對3種常用方案在操作原理、抽真空用介質(zhì)和能耗等各方面進(jìn)行了對比，經(jīng)綜合比較，認(rèn)為組合式抽真空設(shè)計方案是大型常減壓裝置中保證平穩(wěn)運行，降低操作費用和裝置能耗的首選。

減壓塔 抽真空 方案 對比

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源日趨緊張，原油需求旺盛，但由于原油劣質(zhì)化和重質(zhì)化的趨勢越來越明顯，原油加工費用提高，特別是直餾蠟油和渣油在后續(xù)加工過程中加工費用的差別，促進(jìn)了常減壓蒸餾裝置減壓深拔技術(shù)的發(fā)展。

同減壓渣油相比，減壓餾分油的殘?zhí)恐档?，重金屬含量少，更有利于下游裝置的進(jìn)一步加工，因此不論對于潤滑油型減壓塔還是燃料型減壓塔，都要求在盡量避免油料發(fā)生分解反應(yīng)的條件下盡可能多的拔出減壓餾分油，除了保證物料溫度低于油料發(fā)生分解反應(yīng)的溫度和較低的設(shè)備及管道壓降，減壓塔的真空度是減壓深拔技術(shù)中重要因素。減壓塔塔頂(簡稱減頂)抽真空系統(tǒng)是保證實現(xiàn)常減壓蒸餾裝置減壓深拔的重要措施。

抽真空系統(tǒng)的作用是將塔內(nèi)產(chǎn)生的不凝氣和吹入的水蒸氣連續(xù)地抽走以保證減壓塔的真空操作要求，目前國內(nèi)煉油廠燃料型減壓塔操作壓力大多為2 kPa(絕對壓力)，個別深拔裝置的減壓塔操作壓力達(dá)到1.33 kPa(絕對壓力)。

1 常見減壓塔塔頂抽真空方案

為滿足減頂殘壓1.33～2 kPa(絕對壓力)的條件，各煉油廠采用了不同的抽真空方案，比較典型的有以下幾種。

1.1 蒸汽抽真空方案

采用蒸汽噴射器，利用工作蒸汽通過噴嘴形成高速度，蒸汽壓力能變成速度能。將塔頂氣體或經(jīng)塔頂冷凝器后的未凝氣體抽入混合室，工作蒸汽和抽入的氣體在混合室混合后進(jìn)入擴散室，速度逐漸降低，速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，從而使混合氣以高于混合室的壓力排出。整個工作過程可以用能量和質(zhì)量守恒定理以及動量定理進(jìn)行描述[1]。

減頂采用三級蒸汽噴射器串聯(lián)，第一級蒸汽噴射器采用增壓器，減頂氣不經(jīng)冷凝冷卻直接被蒸汽帶入增壓器，可以不受冷卻水溫度的限制，使減頂殘壓達(dá)到1.33～2 kPa(絕對壓力)。

對于小型常減壓裝置一般設(shè)1套抽空系統(tǒng)，對于大中型常減壓裝置一般均設(shè)置2套抽空系統(tǒng)并聯(lián)操作。隨著裝置規(guī)模的增大，為滿足裝置操作負(fù)荷的彈性，采用2套負(fù)荷不同的抽空系統(tǒng)，負(fù)荷匹配為6∶4或7∶3，以適應(yīng)裝置在低負(fù)荷操作時單開一套抽空系統(tǒng)的可行性，增加裝置操作的靈活性。

在缺水地區(qū)，可用濕式空冷器代替循環(huán)水冷凝冷卻器，優(yōu)點是節(jié)省循環(huán)水用量，缺點是冷后溫度易受大氣環(huán)境溫度的影響，導(dǎo)致減頂殘壓冬、夏季差別較大。

減頂抽真空系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 蒸汽抽真空系統(tǒng)流程

1.2 組合式抽真空方案

組合式抽真空方案即采用二級蒸汽噴射和水環(huán)式真空泵機組組合。第一級蒸汽噴射器采用增壓器，減頂氣不經(jīng)冷凝冷卻直接被蒸汽帶入增壓器，第三級抽空器采用水環(huán)真空泵。為保證裝置操作平穩(wěn)，防止真空泵出現(xiàn)故障或由于系統(tǒng)原因?qū)е峦ｋ?，備?套三級蒸汽噴射器。

水環(huán)真空泵葉輪在泵體內(nèi)偏心安裝，葉輪旋轉(zhuǎn)時在泵體內(nèi)部形成旋轉(zhuǎn)水環(huán)。旋轉(zhuǎn)初期，水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪轂脫離，在葉輪葉片間與水環(huán)形成真空，吸入氣體，隨著葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，葉片間氣體被壓縮而排出泵體，葉輪連續(xù)不斷的運轉(zhuǎn)抽吸氣體，達(dá)到抽真空的目的。組合式減頂抽空系統(tǒng)流程見圖2。

圖2 組合式抽真空系統(tǒng)流程

1.3 液體抽真空方案

液體抽真空方案采用二級液體噴射抽空器。液體抽真空技術(shù)采用液體作動力介質(zhì)，循環(huán)液體即工作流體從噴嘴處高速噴出，在噴嘴下方形成負(fù)壓區(qū)域，將氣體抽入噴射器的混合室,在氣體吸入口產(chǎn)生真空。氣液混合物隨后進(jìn)入分離器，使氣液兩相分離，氣體離開系統(tǒng)。循環(huán)液從分離器的底部用泵抽出，經(jīng)冷卻后輸送到噴射器的噴嘴,形成噴射循環(huán)。在溶液循環(huán)和氣體升壓過程產(chǎn)生的熱量以及氣體帶入的熱量由循環(huán)溶液攜帶，通過空冷器或水冷器移出系統(tǒng)[2]。液體噴射器串聯(lián)二級可使減頂殘壓達(dá)到2 kPa(絕對壓力)，一般設(shè)置單套，不考慮備用或并聯(lián)操作。液體噴射抽空系統(tǒng)流程見圖3。

圖3 液體抽真空系統(tǒng)流程

2 抽真空方案比較

2.1 抽真空設(shè)備及操作特點

蒸汽噴射器結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，占地面積小，沒有運轉(zhuǎn)部件，使用可靠而無需動力機械，而且水蒸氣在煉廠中既安全又容易得到，因此在早期的常減壓裝置中大多采用三級蒸汽噴射器抽真空系統(tǒng)。但是由于減頂氣體靠蒸汽高速流動進(jìn)行攜帶，蒸汽耗量大，同時需要大量循環(huán)水或濕空冷進(jìn)行冷卻，并產(chǎn)生大量的含硫污水，增加污水處理費用。

水環(huán)真空泵由電機驅(qū)動，具有運行安全、穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊和節(jié)能效果顯著的特點，屬于容積式泵，在不同壓力下吸入的體積數(shù)基本一致，即在壓力高時吸入的質(zhì)量相對更多，因此在低真空時效率較高。三級抽空器采用水環(huán)真空泵，與蒸汽噴射器組合使用，可以減少蒸汽和循環(huán)水耗量。

液體噴射器結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，可采用裝置內(nèi)生產(chǎn)的常二線油或常三線油等柴油餾分作動力介質(zhì)，能穩(wěn)定可靠地提供系統(tǒng)真空，并可大幅度節(jié)省操作費用，不僅省卻大量蒸汽而且?guī)缀鯖]有酸性水排放，降低了下游酸性水汽提裝置的處理負(fù)荷。

2.2 能耗

(1)蒸汽抽真空與組合式抽真空

以某5 Mt/a常減壓蒸餾裝置為例，減壓塔頂采用三級蒸汽抽空系統(tǒng)(冷凝器采用板式空冷器)和組合式抽空系時第三級蒸汽噴射器和水環(huán)真空泵消耗數(shù)據(jù)見表1。

2套抽空系統(tǒng)的前兩級均為蒸汽噴射抽空器，抽空消耗相同。從表1可以看出：采用水環(huán)式真空泵可節(jié)省大量蒸汽，由于蒸汽耗能指數(shù)高于用電指數(shù)，故裝置能耗降低3.032 4 MJ/t。

表1 蒸汽抽真空和組合式抽真空數(shù)據(jù)對比

注：1)單位為kWh/h；2)單位為kWh/t；3)單位為MJ/kWh。

(2)蒸汽抽真空與液體抽真空

同樣以某5 Mt/a常減壓蒸餾裝置為例，采用三級蒸汽抽空系統(tǒng)和二級液體抽空系統(tǒng)的公用工程消耗數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 蒸汽抽真空和液體抽真空數(shù)據(jù)對比

注：1)單位為kWh/h；2)單位為kWh/t；3)單位為MJ/kWh。

從表2可以看出：采用液體抽空器不需要消耗蒸汽，用電量大大增加，但由于蒸汽耗能指數(shù)高于用電指數(shù)，裝置能耗降低11.878 MJ/t，但用電負(fù)荷較大，需要高壓電機提供動力。

3 結(jié)論

綜上所述，傳統(tǒng)的蒸汽噴射器結(jié)構(gòu)簡單，占地少，使用可靠，但由于其蒸汽消耗量大，能量損失大，近幾年已經(jīng)被節(jié)省蒸汽量，且運行平穩(wěn)，操作費用和耗能指標(biāo)較低的組合式抽真空所替代。液體抽空器由于過大的用電量，對高壓電機要求較高，在大規(guī)模常減壓裝置中的應(yīng)用受到限制。因此，蒸汽噴射器和水環(huán)式真空泵相結(jié)合的組合式抽真空技術(shù)成為大中型常減壓裝置較多采用的減頂抽空方案。

[1] 石油工業(yè)部北京石油設(shè)計院.常減壓蒸餾工藝設(shè)計[M].北京:烴加工出版社,1982：163.

[2] 韓冰，李洪洋，王雪蓮.兩級液體噴射器及其應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程，2010，40(5):39-41.

日本甲烷制苯技術(shù)最新動態(tài)

甲烷制苯與氫氣的直接轉(zhuǎn)換反應(yīng)(MTB)早在1993年就已開發(fā)，利用沸石催化劑在無氧條件下進(jìn)行Mo/HZSM-5催化反應(yīng)。在甲烷提取高價苯的技術(shù)發(fā)展史上，該催化反應(yīng)具有巨大潛力，世界大型化學(xué)公司至今還在深入研究。為了使該技術(shù)商業(yè)化，日本研究財團持續(xù)進(jìn)行了近20年的研發(fā)，并取得引領(lǐng)世界的幾項重要成果。

(1)MTB工藝的設(shè)計理念

MTB工藝的設(shè)計重點在于轉(zhuǎn)換率。由于受平衡制約，在反應(yīng)器中未能進(jìn)行完全反應(yīng)的甲烷原料高達(dá)70%以上，因此，該工藝除了設(shè)計MTB反應(yīng)器、回收苯等芳烴的氣液分離工藝外，還要設(shè)計可回收未反應(yīng)甲烷的氣體分離工藝。由此可見，MTB工藝效率相比反應(yīng)器效率，更加依賴于高負(fù)荷的氣體分離工藝的效率。設(shè)計MTB工藝的反應(yīng)條件和工藝時，應(yīng)該優(yōu)先考慮氫氣和甲烷氣等氣體的高效分離。

(2)MTB反應(yīng)器的選擇

MTB反應(yīng)是無氧條件下的強吸熱反應(yīng)，因此可使用外部加熱型反應(yīng)器，還要避免850 ℃以上的高溫產(chǎn)生熱焦化反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致催化劑老化。因此，相比固定床反應(yīng)器，通過快速的熱傳播較易獲得均勻熱分布的流化床反應(yīng)器更適合MTB反應(yīng)?；趯嶋H工藝運行中催化劑的連續(xù)再生和新催化劑補充等需求，研究團隊提出了二塔式循環(huán)流化床反應(yīng)器的應(yīng)用方案，并對反應(yīng)溫度、再生溫度、催化劑在反應(yīng)器內(nèi)以及在再生器內(nèi)的平均停留時間、反應(yīng)器氣體生成速度等主要操作參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化試驗。

(3)開發(fā)流化床催化劑

MTB工藝采用流化床需要開發(fā)流化床專用高性能催化劑。該高性能催化劑不僅要具有充足的機械強度和耐磨性，還要具有合適細(xì)孔直徑分布的高活性和高選擇性。研究團隊在早期階段開始，利用沸石微粒的自身凝縮性，開發(fā)高性能MTB催化劑。根據(jù)研究團隊的經(jīng)驗，首先以粉碎型沸石納米微粒為原料，通過噴霧干燥法制造流化床的粘接型催化劑Mo/HZSM-5，然后最優(yōu)化沸石納米微粒的配合比例及造粒條件等，謀求最大化催化劑的機械強度及活性。

(4)催化劑的再生技術(shù)

在實際操作環(huán)境下，MTB催化劑壽命較短，因此還要具有連續(xù)再生的功能，但Mo/HZSM-5催化劑不適合空氣再生。因此，研究團隊研發(fā)MTB工藝的同時，開發(fā)利用氫氣的催化劑再生，在催化床內(nèi)注入甲烷和氫氣的方式維持催化活性，并突顯氫氣對催化劑有效的再生功能。此外，設(shè)計并制造可實現(xiàn)催化劑連續(xù)再生的二塔式循環(huán)流化床，成功實現(xiàn)了利用氫氣的MTB催化劑的連續(xù)再生。

(5)MTB技術(shù)的應(yīng)用

在常溫下苯為液態(tài)，因此MTB技術(shù)作為類似甲烷為原料合成甲醇和液體燃料(GTL)的工藝，MTB工藝生產(chǎn)的苯不僅能成為石化基礎(chǔ)原料，還可成為高效能源。因此，MTB技術(shù)還可應(yīng)用于偏遠(yuǎn)陸地和海洋中小氣田的開發(fā)，通過MTB工藝將天然氣轉(zhuǎn)換成液體苯，則能夠獲得高附加值石化基礎(chǔ)原料的同時，降低產(chǎn)品的運輸成本，提高開發(fā)中小氣田的經(jīng)濟效益。

此外，MTB技術(shù)可以用于海外低品質(zhì)煤資源煤氣化，制成液態(tài)芳烴形式運往日本。未來MTB技術(shù)也可以與甲烷氣的混合氣為燃料的發(fā)電技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建并產(chǎn)芳烴石化原料和電力、高效轉(zhuǎn)換并利用甲烷的智能系統(tǒng)。 MTB技術(shù)不僅是支撐石化產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，而且在實現(xiàn)可持續(xù)氫能利用，構(gòu)建碳循環(huán)系統(tǒng)的不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，具有特殊意義。

(李雅麗摘自日本石化動態(tài),2015-03-25)

Comparison among Schemes of Vacuum System in Vacuum Tower Top

Wang Xuelian,Liang Zetao

(EastChinaDesigningCompany,ChinaPetroleumEngineering&ConstructionCorp.Qingdao,266071)

The operating performance of the vacuum system in vacuum tower top is an important factor for deep vacuum distillation.There are three commonly used designing schemes at present:steam vacuum system,combined system of steam and mechanism vacuum system,and liquid vacuum system.Based on comparison among the three schemes in aspects of operating principle,operating fluid and energy consumption,it was concluded that combined system with steam and mechanism vacuum system was the first choice to ensure the stable operation of unit,decrease operating cost and energy consumption.

vacuum distillation tower,creation of vacuum,scheme,comparison

2015-04-10。

王雪蓮，女，1992年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)石油加工專業(yè)，高級工程師，主要從事煉油設(shè)計工作。

1674-1099 (2015)03-0010-05

TH45

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