加工西江原油常压塔中段回流取热比例对加氢原料油质量与收率的影响研究

宁海龙

(中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江 宁波 315812)

近年来随着市场对原油深加工产品需求量的增加，为迎合市场，提高经济效益，诸如催化裂化、催化重整、加氢精制等下游装置对常压蒸馏侧线产品收率与质量的要求越来越高。如何在满足下游装置深加工质量要求的前提下，提升常压蒸馏侧线产品的收率，已经成为制约大多数炼厂经济效益增长的瓶颈，并逐渐成为业界研究的焦点。

某炼厂 1.5 Mt/a 常压蒸馏装置在加工西江原油的过程中，生产的加氢原料油(即常一线、常二线、常三线合并产品)干点偏低，通过提高侧线拔出量的方法进行调整后，加氢原料油外观颜色加深、干点超高，不能满足加氢装置深加工的质量要求。研究表明，调整常压塔中段回流取热比例，对改善侧线产品质量、提高侧线产品收率、降低装置能耗均有促进作用[1-2]，但对各中段回流取热比例的优化原则尚未明确。本工作采用化验分析、热量核算等方法着重研究了中段回流取热比例对加氢原料油质量与收率的影响，并提出合理中段回流优化原则，为同类型装置提高常压塔侧线产品质量与收率提供了理论基础与数据支撑。

1 装置介绍

1.1 原油性质

1.5 Mt/a 常压蒸馏装置，主要加工南海西江原油。此原油密度 857.6 kg/m3、硫含量0.084%、蜡含量20.73%、胶质与沥青质含量11.61%，属于典型的中质低硫石蜡基原油[3]。

1.2 加氢原料油质量与收率

装置常压侧线产品全部作为加氢原料油。为满足下游加氢装置加工要求，产品质量指标需控制在干点360～370 ℃ 之间(外观清澈)，收率指标不低于29%。现阶段，加氢原料油理论收率约为31.42%，而实际加氢原料油收率仅为27.01%，实际收率比理论收率低了约4.41%百分点。装置处理西江原油期间加氢原料油干点与常底渣油初馏点变化趋势有明显的重叠现象。

1.3 中段回流取热现状

常压塔内多余热量由两个部分组成：①塔上部低沸点馏分携带的低温位热；②塔中下部由中间馏分携带的高温位热。常压塔不设常顶循流程，低温位热全部由低沸点馏分从塔顶带出塔外，并以间接冷却方式冷却至过冷状态，其中一部分通过常顶回流流程回注塔内；携带高温位热的中间馏分则分别由常一中和常二中中段回流流程将热量带出的塔外以换热方式将热量进行回收后冷却至过冷状态，并全部回注塔内。

2 装置中段回流取热比例优化

2.1 优化原则

通过对模拟结果进行分析发现，中段回流取热比例对产品质量与收率的影响十分明显，盲目调整不利于装置的正常生产。中段回流取热比例优化，应遵循以下原则：①保证产品质量，应作为优化操作的最优先考虑；②加工西江原油时，常二中取热量略高于常一中取热量，有利于均衡塔内气液相负荷；③优化后各侧线抽出量，应符合原油评价结果；④从提高热量利用率的角度考虑，中段回流应处于“大流量、小温差”的状态。

2.2 取热量计算

常一中油与常二中油的性质波动大，在不进行精密测算与化验分析的情况下无法得到准确比热容，因此在假设取热过程中无相变的前提下，参考 15.6 ℃ 时煤油、柴油的比热容，使用温差法对常一中、常二中一小时取热量进行计算，算式如下：

Q=CmΔT

(1)

式中,Q为流体取热量；C为比热容；m为流体质量；ΔT为流体取热前后温度差。

经计算得出,常一中取热量约为9.34×106kJ，常二中取热量约为7.62×106kJ，总取热量约为16.97×106kJ。由计算可知，装置常一中取热量大于常二中取热量，比例约为1∶0.78。该取热比例的问题在于，塔内气液负荷集中在常一中以下塔板。为保证物料平衡，势必增加常二线的抽出量，此时常二线分离效率与收率提高，但也使降至常三线塔板内的回流量减少，导致常三线分离效率与收率下降。装置常一线、常二线、常三线装置内合并为加氢原料油，供下游加氢装置。提高常二线分离效率与收率对提高加氢原料油质量无实际意义，故参考模拟结果，将常一中、常二中按取热比例优化至1∶1.28。

2.3 中段回流比例优化效果

表1为装置常一中、常二中取热量优化前后数据。从表1中数据情况可知，优化后常一中取热量实际值相对于优化前有所降低，常二中取热量实际值相对于优化前有所升高，但均未达到核算理论值。分析其原因为：常一中、常二中换热器传热效率不足，与换热流程设计不合理所致。后续将利用周期性停工检修，对上述设备与流程进行集中改造。

表1 常一中、常二中取热量优化前后数据

优化后，加氢原料油干点与常底渣油初馏点恩式蒸馏数据均有明显上升，这表示加氢原料油中重组分含量增加，常底渣油中轻组分减少，详见表2。

表2 优化前后加氢原料油与常底渣油恩式蒸馏数据

经过此次优化加氢原料油收率有所增加，常底渣油收率有所下降(表3)。作为高附加值产品的加氢原料油，收率增加对于提高装置经济也可以起到积极的意义。

表3 优化前后加氢原料油与常底渣油的收率

结合塔内热量与气液相负荷变化情况，分析常顶、常一线、常二线、常三线塔板的分离效率。在常一中、常二中取热总量一定时，仅改变其取热量比例，不会对处于塔上部的常顶、常一线塔板的分离效率产生明显影响。常三线油受常二中取热比例增大影响，常三线塔板液汽比上升，分离效率随之提升，常二线塔板液气比总体应呈下降趋势，分离效率也降低。随着常三线塔板分离效率的提升，其拔出率与干点会有一定的上升。在原油性质稳定时，常压拔出率增加，常底液位必然下降，作为物料平衡表征的塔底液位常底渣油量势必也会有所下降，从而塔内压力降减小、油品气化率提升、过气化度增加。作为常压塔最下侧线的常三线以下塔板内回流量加大，对改善加氢原料油质量、提高加氢原料油收率起到促进作用。

3 结论

1)1.5 Mt/a 常压蒸馏装置在处理西江原油时，存在加氢原料油“尾部”未能全部拔出落入常底渣油中的现象，西江原油加氢原料油理论收率应为31.42%而实际收率仅为27.01%存在较大偏差。

2)通过分析与数据计算表明，常压塔常一中与常二中取热比例未调整至最佳状态。采用优化常压塔中段回流取热比例的方法后，加氢原料油干点上升8.5%、收率增加1.1%，加氢原料油与常底渣油馏分重叠现象得到了显著改善。

3)因受到现有设备与流程的限制，此次优化未能达到预期优化值，后续仍有进行优化调整空间。