田紀(jì)偉

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

催化重整裝置除可生產(chǎn)高辛烷值汽油外，還可以副產(chǎn)大量廉價(jià)含氫氣體[1]。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，催化重整裝置作為提高汽油辛烷值和增產(chǎn)芳烴及氫氣的主要加工手段，其重要性日益突出。

目前連續(xù)重整的反應(yīng)壓力較低，在低壓平衡下，重整產(chǎn)氫的純度相對較低，并夾帶大量的輕烴。為了回收產(chǎn)氫夾帶的輕烴，提高輕烴液收及氫氣純度，需增設(shè)再接觸部分，即重整氫和重整生成油在較高的壓力和較低的溫度下再次接觸，建立新的氣液平衡，將含氫氣體中的輕烴溶解于重整生成油中[2]。再接觸條件即再接觸溫度和壓力對烴類的吸收及氫氣純度影響十分明顯，再接觸流程也會對氫純度及重整液體產(chǎn)品收率產(chǎn)生一定的影響[3]。

傳統(tǒng)的再接觸流程為順流單段再接觸流程，油氣在再接觸罐中進(jìn)行一段再接觸，產(chǎn)氫純度高，但是部分氫氣和液化石油氣會進(jìn)入穩(wěn)定塔頂燃料氣中，造成經(jīng)濟(jì)損失，因此考慮將燃料氣返回再接觸部分，充分回收燃料氣中的氫氣及液化石油氣組分，從而提高重整產(chǎn)氫和重整液體產(chǎn)品的收率。有些重整裝置采用逆流兩段再接觸流程，即重整產(chǎn)氫先與二段再接觸罐來的重整油在一段再接觸罐接觸，分出的氫氣與重整生成油再進(jìn)入二段接觸罐中進(jìn)行第二次接觸，該工藝流程可以充分回收氫氣，提高產(chǎn)氫收率。

在安全節(jié)能、提質(zhì)增效的要求下，優(yōu)化工藝流程，增加產(chǎn)品收益，降低能耗等顯得十分重要，本文對比三種不同的再接觸流程，即：穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸流程、穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸流程和逆流兩段再接觸流程，探討不同再接觸流程對氫氣及液體產(chǎn)品收率的影響，并從產(chǎn)品收益、投資和能耗等方面進(jìn)行綜合比較。

1 基準(zhǔn)條件

以某廠150萬t/a連續(xù)重整裝置富料工況下的原料、反應(yīng)條件、反應(yīng)產(chǎn)物為基準(zhǔn)，該裝置主要生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分(穩(wěn)定汽油)，副產(chǎn)重整氫氣和液化石油氣等。

1.1 原料族組成

表1 重整進(jìn)料組成Table1 Composition of reforming feed

1.2 主要操作條件

表2 主要操作條件Table 2 Main operating conditions

表2(續(xù))Table 2 Main operating conditions

2 再接觸流程對比

本文按穩(wěn)定塔頂燃料氣是否返回再接觸設(shè)置三個(gè)對比方案，即方案A—穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸工藝流程，方案B—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸工藝流程和方案C—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的逆流兩段再接觸工藝流程。

2.1 流程描述

2.1.1 方案A—穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸工藝流程

該方案采用一段油氣再接觸流程，即：重整產(chǎn)氫經(jīng)升壓后與來自重整氣液分離器底的重整生成油混合后冷卻至4℃，進(jìn)入再接觸罐進(jìn)行氣液分離。再接觸罐頂氣體作為氫氣產(chǎn)品出裝置。

再接觸罐底油相進(jìn)入穩(wěn)定塔，塔頂氣體作為燃料氣產(chǎn)品出裝置。回流罐底液體一部分回流，另一部分作為液化石油氣產(chǎn)品送出裝置，穩(wěn)定塔底油作為重整汽油產(chǎn)品送出裝置。

圖1 方案A—穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸工藝流程Fig.1 ProcessA - single stage recontact process without return of fuel gas at the top of stabilizer

2.1.2 方案B—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸工藝流程

與方案A不同的是，穩(wěn)定塔頂燃料氣返回至再接觸部分，此流程明顯的特點(diǎn)是穩(wěn)定塔頂不出燃料氣。

圖2 方案B—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸工藝流程Fig.2 ProcessB - single stage recontact process with return of fuel gas at the top of stabilizer

2.1.3 方案C—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的逆流兩段再接觸工藝流程

該方案采用兩段油氣再接觸，即：重整產(chǎn)氫經(jīng)升壓后先與從二段接觸罐分離出的重整油接觸(在一段再接觸罐中進(jìn)行)。分出的氫氣與重整生成油混合冷卻至4℃后，進(jìn)入二段接觸罐進(jìn)行再次接觸，二段再接觸罐頂氣體作為氫氣產(chǎn)品出裝置。一段再接觸罐底油進(jìn)入穩(wěn)定塔，塔頂燃料氣返回至再接觸，回流罐底液體一部分回流，另一部分作為液化石油氣產(chǎn)品送出裝置，穩(wěn)定塔底油作為重整汽油產(chǎn)品送出裝置。

圖3 方案C—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的逆流兩段再接觸工藝流程Fig.3 ProcessC - two-stage counter current recontact process with return of fuel gas at the top of stabilizer

2.2 計(jì)算結(jié)果比較

根據(jù)《中國石油化工項(xiàng)目可行性研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)與數(shù)據(jù)》(2018年)和《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)》中的有關(guān)規(guī)定計(jì)算三種方案的產(chǎn)品收益及操作費(fèi)用，產(chǎn)品價(jià)格(以布倫特原油60美元/桶的接軌價(jià)為基準(zhǔn))和燃料動(dòng)力價(jià)格見表3。

表3 產(chǎn)品和燃料動(dòng)力基準(zhǔn)價(jià)格Table3 Benchmark price of products and fuel power

2.2.1 主要產(chǎn)品收率及效益比較

采用PRO/II軟件分別對三種方案進(jìn)行模擬計(jì)算，其主要產(chǎn)品產(chǎn)量及產(chǎn)品收益見表4。

表4 主要產(chǎn)品分布及收益比較Table 4 Main product distribution and revenue comparison

注：年操作時(shí)間為8400h。

從表4看出：

(1)從氫氣物質(zhì)的量純度來看，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)得到的產(chǎn)氫純度最高，燃料氣返回的單段再接觸(方案B)略高于逆流兩段再接觸流程(方案C)；從重整產(chǎn)氫量來看，燃料氣返回的逆流兩段再接觸流程(方案C)得到的產(chǎn)氫量最大；對于純氫的量，燃料氣返回的兩方案(方案B和C)得到的純氫量相同，高于燃料氣無返回的方案(方案A)。

(2)從液化石油氣收率來看，采用燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)得到的液化石油氣收率最高，燃料氣返回的逆流兩段再接觸流程(方案C)次之，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)最低。

(3)從重整汽油收率來看，三種方案獲得的汽油收率相當(dāng)。

(4)從產(chǎn)品收益來看，在給定的產(chǎn)品價(jià)格下，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)產(chǎn)品收益略低，燃料氣返回的單段再接觸(方案B)和逆流兩段再接觸流程(方案C)產(chǎn)品收益相當(dāng)。

由產(chǎn)品收率可以看出，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)可以獲得較高純度的氫氣，但是燃料氣攜帶部分氫氣和可液化輕組分出裝置，因此其純氫和液化石油氣收率較低，產(chǎn)品收益略低；燃料氣返回的再接觸流程(方案B和C)，由于穩(wěn)定塔頂不產(chǎn)出燃料氣，燃料氣中的氫氣和可液化輕組分，經(jīng)過再接觸流程，與氫氣和重整生成油建立新的平衡，有利于氣體中可液化組分的回收，提高氫氣和液化石油氣收率，提高產(chǎn)品收益。

2.2.2 設(shè)備投資的比較

在相同的設(shè)備選型基準(zhǔn)下，核算三種方案的主要差異設(shè)備投資，見表5。

表5 主要差異設(shè)備投資比較Table 5 Comparison of major equipments investment

從表5可以看出，單段再接觸流程(方案A和B)比逆流兩段再接觸流程(方案C)設(shè)備投資要低，燃料氣返回的單段再接觸方案(方案B)較逆流兩段再接觸方案(方案C)減少13.5萬元，另外由于逆流兩段再接觸流程(方案C)較為復(fù)雜，其管道、土建等方面投資也將有一定程度的增加。

2.2.3 能耗及操作費(fèi)用比較

三種方案的能耗及操作費(fèi)用比較結(jié)果見表6。

表6 能耗及操作費(fèi)用比較Table 6 Comparison of energy consumption and operation cost

注：單位耗量和單位能耗均以178.57t/h重整進(jìn)料為基準(zhǔn)計(jì)算。

從公用工程消耗可以看出，(1)燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)電耗、蒸汽耗量均最低，循環(huán)水量與燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)相當(dāng)。(2)燃料氣返回的兩方案(方案B和C)泵及壓縮機(jī)組的消耗均增加，因?yàn)槿剂蠚夥祷氐皆俳佑|，增加了壓縮機(jī)的負(fù)荷。其中逆流兩段再接觸流程(方案C)，因?yàn)榉€(wěn)定塔進(jìn)料均來自于一段再接觸罐底，其泵的流量較大，因此泵耗電量最高。燃料氣返回的方案中，穩(wěn)定塔進(jìn)料中輕組分含量增加，因此塔底重沸器負(fù)荷增加。

從操作費(fèi)用上看，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)操作費(fèi)用最低，燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)操作費(fèi)用比逆流兩段再接觸流程(方案C)略高，主要是因?yàn)槠淙剂蠚夥祷亓枯^大，壓縮機(jī)組和穩(wěn)定塔底重沸器消耗蒸汽量增加較大。

2.3 小結(jié)

綜合以上分析，三種方案的收益、設(shè)備投資、能耗及操作費(fèi)用對比見表7。

表7 三種方案綜合比較Table 7 Comprehensive comparison of three processes

從表7可以看出，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)的產(chǎn)品收益略低，但是其流程簡單，設(shè)備投資及操作費(fèi)用等最低；燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)相較于逆流兩段再接觸流程(方案C)，產(chǎn)品收益相當(dāng)，設(shè)備投資較少，操作費(fèi)用和能耗略高。

3 結(jié)論

本文針對150萬t/a連續(xù)重整裝置，在給定的條件下，從產(chǎn)品收益、設(shè)備投資、操作費(fèi)用和能耗等方面，綜合比較了再接觸流程的影響，得出以下結(jié)論：

(1)燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)，獲得的氫氣純度最高，設(shè)備投資最少，能耗及操作費(fèi)用最低，但是部分氫氣和液化石油氣組分損失，產(chǎn)品收益略低。對于產(chǎn)氫純度要求較高，全廠氫氣富裕，且燃料動(dòng)力價(jià)格較高的時(shí)候，可以優(yōu)先考慮此方案。

(2)在給定的條件下，燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)與逆流兩段再接觸流程(方案C)獲得的產(chǎn)品收益相當(dāng)，其中燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)的設(shè)備投資較低，能耗及操作費(fèi)用略高。

(3)燃料氣返回的再接觸流程(方案B和C)，獲得的純氫量、產(chǎn)氫量和液化石油氣收率均提高，提高了產(chǎn)品收益。這是因?yàn)樵摿鞒炭梢猿浞只厥杖剂蠚庵械臍錃夂涂梢夯M分，有利于提高經(jīng)濟(jì)性。對于加氫裝置較多，氫氣需求量較大的企業(yè)，可以優(yōu)先考慮這兩種方案。

(4)由于各裝置原料不同，產(chǎn)品要求也不同，并且隨著原料、產(chǎn)品及燃料動(dòng)力價(jià)格的波動(dòng)，需要調(diào)整不同的生產(chǎn)方案，因此，各個(gè)裝置應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，確定適合該裝置的再接觸流程和操作條件。