减压深拔强化分馏技术的工艺研究

2018-03-27隋学芳刘长舒徐艳丽

山东化工 2018年15期

隋学芳，刘长舒，徐艳丽

(中海油石化工程有限公司，山东青岛 266101)

近年来，原油资源日益紧缺，国内炼油企业加工的重质原油比例明显增加。油品需求结构也在发生变化，重质燃料油需求日益减少，轻质燃料油需求逐年增加，常减压装置的轻油收率高低和能耗的大小直接影响石油炼制的经济效益。如何采用新技术来提高拔出率，取得较多的直馏馏分油成为国内外炼油工作者关注的热点。

减压深拔技术是包括减压炉、转油线、减压塔及抽真空系统在内的工艺系统，本文主要从工艺方面出发，在提高进料汽化率、避免塔内结焦和强化分馏三个方面探究提高减压深拔的措施。

1 提高进料汽化率

进料温度直接影响进料汽化率，从而影响减压深拔的程度。在一定压力条件下，温度和汽化率呈现线性关系，实验研究和工业实验结果发现，减压塔进料温度每提高10℃，总拔出率提高2%～4%。但对于工业装置，提高进料段温度受限于减压炉的结焦和高温进料的过热裂化倾向。因此，在不形成结焦和裂化的前提下，应尽量提高进料温度。间接或变相提高进料汽化率的实用方法主要有低压降、低温降的转油线设计和采用喷嘴强化进料汽化两种措施。

1.1 低压降、低温降转油线设计

减压炉与减压塔之间的工艺管线称为转油线，转油线具有以下几个特点：

(1)高温、高真空操作条件；

(2)管内流体属于变温汽液两相流动过程；

(3)减压转油线内流体的温度、压力和流速沿转油线截面的变化对转油线内流体的平衡汽化率有着重要的影响。转油线的以上特点直接影响减压塔闪蒸段的汽化过程，对提高拔出率、降低炉出口温度和改善油品质量起着很大作用[1]。一方面，若转油线出口温度、压力保持不变，合理优化转油线结构能够减小温降和压降，在保证减压塔进料段汽化分率的条件下，可降低减压炉出口温度，防止炉管结焦；另一方面，减压炉出口温度一定的条件下，若减小转油线的压降，温降就会降低，进料温度提高，汽化率增大，提高拔出率。同时，油品温度降低，不易产生高温裂解，有利于改善侧线产品质量。

采用逐级扩径布置技术，以降低转油线内流体的流速、防止震动，并吸收部分转油线热胀量是新型转油线的设计思路。合理的转油线设计既可以减少转油线的压降和温降，又可以防止因炉温提高而造成的炉管和转油线热胀变形，提高总拔出率[2-4]。

研究人员[5]还提出了一种利用减压闪蒸塔代替转油线的新工艺，在减压炉与减压塔之间设置闪蒸塔，减压原料经过减压炉加热后进入闪蒸塔，在闪蒸塔内实现气液分离，闪蒸塔底排出的液相进入减压塔，闪蒸塔顶排出的气相冷凝后液相出装置，此工艺经计算，减压渣油收率降低2%～4%，减压蜡油切割点提高到588.7℃以上，有利于常减压装置的减压深拔操作，同时降低了装置的能耗。

1.2 采用喷嘴汽化进料

提高进料温度的目的是提高进料汽化率，从而提高原油减压蒸馏装置馏分油的拔出率。但进料温度受结焦问题的限制，研究人员提出了一种新的强化汽化进料方法—喷嘴进料，以提高进料汽化率。在相同的系统压力和进料温度下，喷嘴汽化进料的汽化率高于无喷嘴进料和气液混相进料的汽化率，且更加接近该条件下的平衡汽化率，减压塔产品分离效率提高，塔底渣油收率可以减少 2%～5%，是一种有效提高油品汽化率的方法。

2 减压深拔结焦控制

为满足减压深度拔出的需要，则必然要求较高的塔顶真空度和较高的减压炉出口温度，而真空度的提高因受到工程投资和能量消耗等各方面条件的制约而有一定的限度，因此提高减压炉的出口温度是实现减压深拔的必须途径，但温度的提高必然会增加油品结焦倾向。

2.1 结焦机理

在减压深拔过程中，不可避免地会伴随一定程度的重质油品的热反应，主要表现为油品的裂解和缩合。热反应是结焦的主要原因，结焦的机理主要有两大主流，分别为自由基机理和中间相成焦机理[6]。

自由基机理认为，烃热解过程是以自由基形式发生反应的，分为链引发、链增长和链终止三个阶段。反应中键能较小的化学键首先断裂，然后重新组合成键能较大的化学键。烷烃碳碳键键能弱，容易断裂成小分子烷烃和烯烃。芳烃中芳环结构稳定，不易开环，而较容易发生侧链断裂和芳香环自由基互相结合的缩合反应，形成稳定的多环芳烃乃至稠环芳烃，并且侧链断裂和缩合反应是同时发生的。

而中间相成焦机理则认为，烷烃或芳烃侧链断裂后形成的小分子链烃很快溢出反应系统，使得链烃逐渐减少，稠环芳烃不断增多，进而形成富含胶质、沥青质等成分的渣油或焦油。随着胶体颗粒的继续增多、变大，渣油或焦油逐渐黏稠，成为稠环化的沥青。当缩聚到一定程度时，会出现一种既有各向异性的固体特性，又有流动性的液体特性的中间相，这种含有中间相的沥青成为结晶沥青。

通常，重油热解初期裂解速度高于缩合反应，而反应后期则是缩合反应占优势，反应生成物以缩合反应产物为主。

2.2 减压塔内构件结焦控制

减压塔通常多采用填料，减压塔洗涤段是温度和喷淋密度的较为苛刻的部位，因此在深拔时应着重控制和防止减压塔洗涤段填料结焦。洗涤段具有温度高、气相负荷大、液相负荷小的特点，这些因素使得该段填料易结焦失去洗涤作用，造成减压塔压降升高，减压蜡油残炭和重金属含量高，降低减压拔出率。因此，防止减压塔洗涤段填料结焦对减压深拔尤为重要。

防止洗涤段结焦的两个因素分别是选择合适的洗涤段填料高度、规格和保证洗涤段下部最小的洗涤油流量来湿润填料下表面，即洗涤油量必须满足填料的最小喷淋密度的要求。过高的填料高度或不适宜的填料规格不但起不到良好的洗涤作用，还将引起填料结焦；填料的最小喷淋密度与填料型式和规格相关，通常情况下，不宜选择比表面过大的填料，对于比表面积在125～200 m2/m3的规整填料，推荐最小洗涤油的喷淋密度在0.5 m3/(m2·h)左右，原则上应大于 1.0 m3/(m2·h) 。另外，洗涤段填料的上下表面容易得到润湿，但在填料的中部，由于洗涤油汽化，向下流动的洗涤油量减少，如果洗涤油量不足或波动，极易在填料的中部出现“干板”而结焦，过大比表面积的填料由于填料表面不易充分润湿容易产生结焦。

对于减压塔实际进料量低于设计进料量的深拔装置，在操作中要适当提高加热炉的出口温度，提高汽化率，以保证洗涤油的流量满足要求[7]。

防止减压渣油在塔底结焦，可通过设置急冷油流程，塔底温度降低至365℃左右。

3 强化蒸馏技术

石油中的的分子之间存在范德华力，在范德华力的作用下，部分高分子化合物相互作用，互相缔合，形成分子基团。分子基团的外表面存在过剩的能量，形成引力场，吸引小分子的烃类，形成以分子集团为中心，小分子烃类为外壳的“大结构复杂单元”。在常减压蒸馏过程中，温度在达到构成外壳的小分子烃类的沸点时，由于其受到分子基团的引力作用，小分子烃类很难汽化，使蒸馏效果差，低沸点的馏分油仍残存于重组分中。若将富含芳烃的浓缩物作为活化剂加入原料中，芳烃的加入打破“大结构复杂单元”的受力作用平衡，使分散介质的溶解能量变化，常减压蒸馏过程中，可使外壳中的小分子烃类汽化释放出来，提高拔出率。催化裂化油浆富含芳烃浓缩物，因此采用它作活化剂是可行的。工业试验表明，在常压渣油中掺入2%左右的油浆，蜡油收率可以提高1.5%[8]。