稳定塔顶不凝气回收利用技术革新

黄东兴 苏晓龙

（中海石油葫芦岛精细化工有限责任公司 辽宁葫芦岛 125000）

引言

营口油处理厂所供原料性质大幅波动，轻组分含量偏高，最明显的变化入厂油品初馏点从19℃降至12℃，并在此区间上下大幅波动，原料中乙烷含量突增，这已超出稳定装置正常处理能力，最终导致公司的液化石油气产品质量波动。

表1 锦州25-1南凝析油组成分析

需对我们液化石油气罐进行泄压排放处理，通过储罐压力的降低，使溶解在液化石油气中的C2组分气化并放空至系统T401。

1 不凝气回收的必要性

生产装置运行中产生的不凝气瞬时放空不仅影响装置参数，而且对周边环境及员工健康，厂区安全生产带来极大的危害和隐患。稳定塔顶中不凝气组分分析中，C3及以上组分的体积比占65%-83%，是液化石油气和轻石脑油的潜在组分，如能充分利用这部分资源，将提高清油拔出率，为公司降本增效。

1.1 产品质量标准

液化石油气产品GB11174-2011 标准，其产品合格标准要求C3+C4≮95%，C5≯5%。而公司因原油性质变化导致液化气组分中C2含量高达5%-12%，严重影响产品质量。只有降低产品中的C2含量，才能满足液化气产品出厂标准。初馏点的变化由于营口终端分离设备已超出装置日加工能力，导致一部分未处理原油分别倒入污油系统，并通过混合后汽运中海油葫芦岛精细化工厂进行轻组分分离。

公司现有稳定装置设计最大加工能力为4.5 吨/h，塔顶工艺压力≯0.95Mpa，稳定塔回流罐容积只有1m3，结合工艺和设备参数，无法有效将原油中多余的C2组分与C3组分，利用蒸气压不同有效分离出来，最终留存于液化气产品中。

1.2 环保标准

根据 《石油炼制工业污染物排放标准GB31570-2015》相关规定，正常情况下无法直接排入大气，必须通过处理方可排至大气中。处理后的非甲烷总烃合格率在95%以上，同时企业边界任何1 小时内非甲烷总烃浓度≯4mg/m3。针对塔顶不凝气组成未经处理已远远超过标准中要求的浓度值，所以必须通过加热炉或者火炬系统进行焚烧处理后，方可排至大气中。

1.3 安全标准

现阶段为保证产品质量合格，在工艺调节方面上进行优化，提高塔顶压力，降低C3组分的上升，提高C2组分，多利用回流进行分离，这样以来生产能耗较大。另外必要紧急情况下可适当放空，塔顶不凝气主要成分是C2、C3、C4组分，具有易燃易爆等特性不凝气放空后对装置及气站充装区域的生产运行存在极大的安全隐患，当空气中含量达到爆炸下限时，遇明火就会发生爆炸。

1.4 生产工艺标准

由于塔内不凝气的不断产生，影响整个塔的整体操作，塔顶的不凝结气体排放不出去，将会积攒很多，从而影响塔的压力，塔内压力升高，塔顶温度降低，装置各项参数波动较大，从而影响装置产品合格率，而且影响整个塔的收率。

不凝气对冷却器设备的换热效率野也存在影响，从化工原理分析，不凝气体的含量每增加1%，冷却器的换热效率下降60%，从而导致塔顶蒸汽由于不能充分冷凝，造成塔顶压力增加，不能满足生产需求[1]。

由此可以看出，无论从环保标准、质量标准、安全标准、生产工艺标准哪个方面出发，不凝气都需要回收利用。

2 现有技术方案

2.1 火炬燃烧系统

国内大型炼厂对于正常操作下放空的塔顶不凝气或者事故状态、开停工前排放的介质，考虑其混合气体成分复杂、不能被回收利用，直接排放到大气中会造成VOCs 污染。为避免事故状态扩大或保持装置操作平稳，通常直接利用火炬系统对不凝气焚烧，实现安全生产，环保达标，但也是资源的浪费。此技术方案工艺条件分析：

（1）火炬气压力不得低于0.15Mpa

为防止火炬气回火，大部分炼厂的火炬系统需增设水封罐。主要原理是火焰通过火炬气出口进入水封罐后因为入口管道在水面以下，因此杜绝了火焰的继续传播。所以火炬气进入水封罐内的水面以下，必须达到一定压力后才能冲破水封进入火炬筒体进行放散燃烧。根据SH3009-2013 石油化工可燃性气体排放系统设计规范要求，火炬气压力不得低于0.15MPa。

（2）火炬气体成分及热值要求

根据SH3009-2013 石油化工可燃性气体排放系统设计规范要求生产装置无法利用且必须排除的可燃性气体，开停工或者事故泄压排出的可燃气体，但是不得是剧毒或者强腐蚀性气体，其中混合火炬气体中氧含量不得大于2%。混合气体的热值至少在7880KJ/Nm3以上，才能保证火炬气平稳燃烧，不会发生灭火现象。

（3）火炬气最低流量标准

根据SH3009-2013 石油化工可燃性气体排放系统设计规范要求，排放系统管网的马赫数不应大于0.7，可能出现凝液的可燃气气体排放管道末端马赫数不应宜大于0.5。管道出口马赫系数公式Ma=3.23x10-5qm/p2d2（ZT/kM）0.5。

2.2 加热炉焚烧系统

某些炼厂将塔顶不凝气进行压缩回收，常压塔顶不凝气主要是瓦斯成分可以引到加热炉系统燃烧，但往往因瓦斯压力变化或者带液造成加热炉调节波动不稳。还有增加压缩机进行不凝气的回收，轻组分作为液化气产品销售，重组分浓缩油可作为石脑油[2]。

此技术方案工艺条件要求：

（1）加热炉不凝气气质要求

来自初常顶的不凝气含硫量大或者含有硫化氢进炉子后，烟气的露点腐蚀会比较严重。针对上述条件，通过压缩机送到催化富气压缩机入口，到脱硫系统后，使其不凝气含硫量小于塔顶气的0.25%，排放烟气中SO2质量浓度不大于850mg/m3，满足环保排放要求。

（2）加热炉不凝气流量、压力要求

不凝气流量过低易造成冬季管线凝结，往往通过增设蒸汽伴热线加以缓解，但又不能及时调控伴热蒸汽量，导致换热效果不理想，造成大量蒸汽资源浪费。不凝气的200kg/h，减压后的压力不大于0.2MPa。

3 技术方案选择分析

结合上述技术方案，考虑公司实际生产情况，以节能降耗、提升产品附加值为宗旨，对上述技术方案进行分析优化。

3.1 火炬系统方案分析

（1）验证混合气体热值

火炬燃气的热值要求不低于7.88MJ/Nm3，但公司稳定塔顶不凝气主要成分为C2组分74.58%，C3组分25.42%，混合气体质量1.1t,密度0.716kg/Nm3，根据乙烷、丙烷热值16792kal/Nm3，31957kal/Nm3，计算出该混合气体热值20646.93kcal/Nm3=（1100kg/0.716Nm3）×（74.58% ×16792Kcal +25.42% ×31957Kcal）/（1100kg/0.716Nm3）。

按照1 千焦等于0.2389 千卡换算，混合气体热值约4.932MJ/Nm3小于规范热值要求，故混合气体热值不符合要求。

（2）验证混合气体管道出口马赫系数

通过计算查表混合气体各参数，相对分子量、绝热指数、压缩系数、排放温度M=32.67g/mol，k=1.249J/（kg.mol.K），q=100kg/h，P=0.7Mpa，T=323.15K，Z=0.9915，d=0.15m。按照管道出口马赫系数公式Ma=3.23×10-5qm/p2d2（ZT/kM）0.5计算，Ma=3.23×10-5×100/{0.7×0.152（0.991×323.15/1.249×32.67）0.5}=0.53，按照规范要求，带液的可燃气体管道出口马赫系数不宜大于0.5，故此混合气体不符合马赫系数要求。

3.2 加热炉系统方案分析

稳定塔顶不凝气放空量0.04-0.1 吨/h，不凝气量太小且放空过程不连续，造成启停加热炉频繁，造成人力、物力消耗较大。投用加热炉，炉内的转油线因无传热介质，需额外通入蒸汽进行冷却保护，此蒸汽无法进行介质传热，只能直排放空。

根据SIL 评估后，投用公司现有加热炉前必须增设SIS 联锁系统，参照锦西设计院提供的项目费用明细大约200 万元。

3.3 转化并入热水锅炉燃气

装置原设计就有塔顶放空管线至天然气管网的流程、锅炉房配备阻火器设备。稳定塔底热源来自蒸汽锅炉产生的低压蒸汽，根据不凝气组分分析及锅炉设备燃气条件，考虑可将塔顶不凝气作为蒸汽锅炉燃料气，实现降本增效目的。

表2 塔顶不凝气组分分析

稳定系统放空组分及压力是否满足蒸汽锅炉运行的工艺参数，气相成分必须是C4以下，不能含有C5以上的液相。进入蒸汽锅炉二级减压阀前进气压（P≯0.2MPa）要求。

通过三个方案经济性和工艺技术对比分析，得出以下结论：

方案一：根据方案一中火炬气的指标要求，公司塔顶不凝气不满足工艺要求，故方案一不可行。

方案二：根据方案二中燃气技术要求，混合气各项工艺指标均满足要求，但投用该加热炉系统生产成本费用颇高，故方案二不可行。

方案三：无论是从工艺技术要求还是经济成本均核算，均能够实现稳定塔顶不凝气回收利用，故选择方案三。

4 方案实施

4.1 设备选型

根据塔顶不凝气压力在0.7-0.85MPa，需通过减压设备将不凝气减压至0.2MPa 以下，方可并入蒸汽锅炉燃料气管网中。针对进出口气体压力参数，选择型号为YK42F 减压阀设备。

4.2 现场核查及安装

对稳定系统塔顶放空调节阀组进行改造，在其原放空至天然气管线的支线合适的位置增加减压阀。通过减压阀后气相并入原加热炉天然气管线中反至蒸汽锅炉调压柜出口，再通过跨线并入蒸汽锅炉燃气管网中。系统工艺图如图4。

5 应用效果

5.1 设备运行平稳

通过查看蒸汽锅炉压力运行曲线，压力维持在0.6-0.7mpa 且处于平稳状态；天然气调压柜减压后管网压力平稳，维持在0.2mpa 左右。可见通过改造运行，蒸汽锅炉设备运行正常，减压阀设备运行良好。

5.2 液化气产品质量合格

表3 液化气产品质量化验分析数据

6 经济效益

6.1 直接效益

根据生产日报表统计，日均不凝气排放量约为1.1吨。根据塔顶气相组成分析数据（C2平均体积分数为74.58%，C3平均体积分数25.42%）及各组分热值可以计算出该混合气体热值为97.9MJ/m3。

按照天然气热值39.5MJ/m3折算，每天可节约天然气约37.66m3。年可节约天然气约1.25 万m3，按照天然气采购价2.96 元/m3计算，约节约燃料成本3.68 万元/年。

6.2 间接效益

本月共计加工原油460.434 吨，销售液化石油气74.777 吨（单价3600 元/吨），稳定油377.94 吨（单价4700 元/吨），营口凝析油采购价3000 元/吨，则加工后毛利润为：74.777×3600+377.94×4700-460.434×3000-100×460.434（加工成本）=61.81 万元。按照本年度预计加工量3000 吨计算，约增加毛利润432.67 万元/年。

综上所述，本次验证期经济效益合计=产出效益-投入成本=3.68+3.78+432.67-0.4=439.7 万元。投入产出比：1:1150。

结语

通过对稳定塔顶不凝气回收利用改造，不仅解决直接放空对环境产生的污染，同时消除安全隐患因素，而且为公司节省再次启用加热炉或者增设地面火炬系统的巨额费用；同时继续提升营口原油的附加值，经过精细分离的石油液化气产品与稳底油按照现市场价格，比原油增加约500-1000 元/吨。对于公司而言，既保障良好的经济效益，又能实现平稳操作、降本增效、绿色环保的宗旨。