張 銘 謝六英

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渣油加氫裝置改分餾塔為閃蒸塔的可行性分析

張 銘1,2謝六英1,2

1.中化泉州石化有限公司 2.廈門大學(xué)化工學(xué)院

渣油加氫裝置因運(yùn)行初期和末期的反應(yīng)溫度不同導(dǎo)致輕油收率不同，該文針對裝置運(yùn)行初期輕油產(chǎn)量較少的問題，用Aspen plus進(jìn)行模擬計(jì)算，討論在低轉(zhuǎn)化率下改變分餾塔的操作，以達(dá)到節(jié)能降耗、降低柴汽比的目的。

渣油加氫 分餾塔 化學(xué)流程模擬

渣油是一種黑色、粘稠、餾分較重的油，其中富含大量的硫、氮、金屬等雜質(zhì)。為了給催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)的原料，需要對渣油進(jìn)行加氫預(yù)處理，渣油加氫技術(shù)是將重質(zhì)渣油深度加工的主要工藝技術(shù)，能將渣油中的硫、氮、金屬等雜質(zhì)大部分脫除，降低殘?zhí)己?，具有改善油品質(zhì)量、環(huán)境友好、低碳、效益顯著和實(shí)現(xiàn)石油資源的高效利用等優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用[1]。以中化泉州石化有限公司的渣油加氫裝置為例，裝置的原料為常壓渣油，經(jīng)過高壓泵升壓后與高壓氫氣混合進(jìn)入反應(yīng)器，在高溫高壓的條件下反應(yīng)脫除油品中的硫、氮、氧、金屬，為催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)的原料。由于反應(yīng)溫度較高，部分渣油在反應(yīng)器中發(fā)生熱裂化，副產(chǎn)少量輕質(zhì)餾分油。反應(yīng)流出物經(jīng)過分離系統(tǒng)和分餾塔，將石腦油、柴油與常壓渣油分離，將常壓渣油送至催化裂化裝置。

渣油加氫裝置最主要的產(chǎn)品是加氫后的常壓渣油，其最重要的控制指標(biāo)就是油中的硫含量，而原料性質(zhì)的不同以及隨著運(yùn)行催化劑逐漸失活等因素，都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品中的硫含量發(fā)生變化。為了保證產(chǎn)品中硫含量合格，采用的最直接手段就是調(diào)整反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度的變化又將導(dǎo)致熱裂化所生成的餾分油產(chǎn)量發(fā)生變化，這就會(huì)造成分餾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際操作過程中發(fā)生偏離。為了降低能耗及操作難度，我們可以將分餾塔改為閃蒸塔，并用Aspen plus進(jìn)行模擬，論證其可行性。

1 流程描述

中化泉州石化渣油加氫分餾系統(tǒng)由三大部分組成：硫化氫汽提塔、加熱爐和分餾塔。反應(yīng)系統(tǒng)來的低分油首先進(jìn)入汽提塔，主要脫除油中溶解的硫化氫。汽提塔底油（溫度310℃，壓力為1.5MPa，流量為384t/h）經(jīng)過分餾爐加熱后進(jìn)入分餾塔。

渣油加氫分餾塔流程如圖1所示，塔頂產(chǎn)品為石腦油，其流量為2t/h，餾程如表1所示；中段抽出產(chǎn)品為柴油，其流量為22t/h，餾程如表2所示；塔底產(chǎn)品為常壓渣油，其流量為360t/h，餾程如表3所示。

圖1 渣油加氫裝置分餾塔流程

表1 塔頂石腦油分析數(shù)據(jù)

表2 中段柴油分析數(shù)據(jù)

表3 塔底常壓渣油分析數(shù)據(jù)

2 流程模擬及核算

在模擬計(jì)算前，首先要確定分餾塔進(jìn)料的分析數(shù)據(jù)，但是由于分餾塔入口溫度較高且沒有取樣口，所以缺乏直接的分析數(shù)據(jù)。而分餾塔出口的三個(gè)產(chǎn)品都有分析數(shù)據(jù)，把三種產(chǎn)品的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以得到進(jìn)料的數(shù)據(jù)。

2.1 進(jìn)料分析數(shù)據(jù)擬合

2.1.1 輸入油品分析數(shù)據(jù)

啟動(dòng)Aspen plus，選擇模板petroleum with metric units，運(yùn)行類型選擇assay data analysis[2]。進(jìn)入components| specifications|selection頁面，在component ID中輸入oil-1、oil-2、oil-3，三種油的的類型（type）選擇assay。然后進(jìn)入components|assay/blend|oil-1|basic data|dist curve頁面，蒸餾曲線類型（distillation curve type）選擇ASTM D86，比重為0.753，然后輸入表1中的蒸餾數(shù)據(jù)。同樣，進(jìn)入components|assay/blend|oil-2|basic data|dist curve頁面，蒸餾曲線類型（distillation curve type）選擇ASTM D86，比重為0.8467，然后輸入表2中的蒸餾數(shù)據(jù)。然后，進(jìn)入components|assay/blend|oil-3|basic data|dist curve頁面，蒸餾曲線類型（distillation curve type）選擇true boiling point(weight basis)，比重為0.9245，然后輸入表3中的蒸餾數(shù)據(jù)。

2.1.2 混合三股油品

進(jìn)入components|assay/blend|object manager頁面，點(diǎn)擊new，出現(xiàn)create new ID對話框，輸入ID為MIXOIL，select type選擇blend，點(diǎn)擊OK，進(jìn)入components|assay/blend|mixoil|mixture|specifications頁面，定義三股油的質(zhì)量分率，oil-1的質(zhì)量分率為0.005，oil-2的質(zhì)量分率為0.057，oil-3的質(zhì)量分率為0.938。

2.1.3 生成虛擬組分

進(jìn)入components|petro characterization|generation|object manager頁面，點(diǎn)擊new，在enter new ID中輸入虛擬組分集名稱oil。點(diǎn)擊OK，進(jìn)入components|petro characterization| generation|oil|specification頁面，規(guī)定MIXOIL的權(quán)重因子為1。點(diǎn)擊next，出現(xiàn)required ADA/PCS input complete對話框，選擇默認(rèn)的go to next required input complete對話框。點(diǎn)擊OK，運(yùn)行模擬。

2.1.4 查看運(yùn)行結(jié)果

進(jìn)入components|petro characterization|results，查看混合油模擬結(jié)果，見表4及表5。

表4 分餾塔進(jìn)料各虛擬組分及比例

表5 分餾塔進(jìn)料餾程（壓力：1.01325bar）

2.2 閃蒸塔設(shè)定與模擬

2.2.1 建立流程

進(jìn)入setup|specifications|global頁面，將運(yùn)行模式（run type）由assay data analysis改為flowsheet，關(guān)閉數(shù)據(jù)瀏覽窗口，進(jìn)入process flowsheet頁面，建立如圖2所示的流程圖，其中閃蒸塔采用模塊庫里的separators|flash2|v-drum1模塊，冷卻器采用模塊庫里的heat exchangers|heater|heater模塊。

2.2.2 選擇物性方法

點(diǎn)擊next，進(jìn)入properties|specifications|global頁面。在過程類型process type中選擇refinery，物性方法property method選擇BK10。

圖2 模擬流程

2.2.3 輸入進(jìn)料條件及閃蒸塔、冷凝器操作條件

點(diǎn)擊next，輸入進(jìn)料條件，溫度為硫化氫汽提塔出口溫度310℃，壓力為15bar，流量為384t/h。

然后輸入閃蒸塔的操作參數(shù)，壓力1.8bar，熱負(fù)荷為0。再輸入冷卻器操作參數(shù)，出口溫度為45℃，壓力降為0。

2.2.4 運(yùn)行模擬并查看結(jié)果

點(diǎn)擊next，運(yùn)行模擬，運(yùn)算結(jié)束后，在results summary|steams|material中查看物流數(shù)據(jù)表，如表6所示。

表6 物流數(shù)據(jù)表

從物流數(shù)據(jù)表可以看出，塔頂?shù)臍庀嗔勘容^少，流量只有511.6kg/h，餾程大致為石腦油和柴油組分，可以間斷地外送至柴油加氫裝置或者輕污油系統(tǒng)，現(xiàn)有的冷凝器及回流罐、回流泵完全可以滿足操作要求。絕大部分進(jìn)料集中在塔底。由于閃蒸出的氣相量很少，所以氣液相的溫度都基本沒有變化。塔底油流量為383.2t/h，溫度為330℃，可以滿足與原料油換熱的要求，并且現(xiàn)有的分餾塔底泵也可以滿足該操作條件。

3 裝置改造后的優(yōu)點(diǎn)

從計(jì)算結(jié)果可以看到，現(xiàn)有的設(shè)備管線完全可以滿足改分餾塔為閃蒸塔的操作條件，并且改造后有如下優(yōu)點(diǎn)：

3.1 節(jié)能

改造前，硫化氫汽提塔底油經(jīng)過加熱爐加熱至340°進(jìn)入分餾塔，每小時(shí)消耗瓦斯量約500Nm3/h，改造后可以停加熱爐操作，大大減少了瓦斯的消耗；改造前，中段回流泵及塔頂回流泵需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，改造后只需塔頂回流泵間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了耗電；改造前，塔底吹入1MPa過熱蒸汽量為5.5t/h，改造后可以停用吹汽，減少了蒸汽的消耗。

3.2 降低操作難度

改造前，需要維持分餾塔的溫度梯度、分離效果，改造后只需閃蒸操作，操作難度大大降低。

3.3 降低柴汽比

改造前，每小時(shí)柴油產(chǎn)量約為22t，改造以后，大部分柴油進(jìn)入塔底產(chǎn)品，隨常壓渣油一同送至催化裂化裝置進(jìn)一步被裂化為汽油，降低柴汽比。

[1] 方向晨. 國內(nèi)外渣油加氫處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與分析[J]. 化工進(jìn)展，2011，30(1): 95-97.

[2] 孫蘭義. 化學(xué)流程模擬實(shí)訓(xùn)——Aspen Plus教程[M]. 北京：化學(xué)工程出版社，2012.