劉建山 李 榮 李正強

中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司

常壓分餾過程模擬及優(yōu)化提高輕重餾分分割精度

劉建山 李 榮 李正強

中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司

以輕質(zhì)原油為原料，采用PRO/II工藝流程模擬軟件，分別考察常壓分餾塔清洗段理論級數(shù)、汽提段理論級數(shù)及過汽化率對常壓輕重餾分分割的影響，確定合適的常壓塔設(shè)計條件。結(jié)果表明，中石油克拉瑪依石化公司Ⅱ套常減壓蒸餾裝置常壓分餾塔設(shè)計的適宜條件為：清洗段3個理論級數(shù)、汽提段3個理論級數(shù)、常壓塔進料溫度360 ℃。經(jīng)技術(shù)改造后，360 ℃前餾分油收率由40%(w)提高至44.81%(w)，改造效果較為理想。

分餾 流程模擬 優(yōu)化 改造 規(guī)整填料 常壓蒸餾裝置

常壓分餾是煉油加工過程的第1道分離工序，其過程和設(shè)備的設(shè)計是否合理，操作條件是否良好，對煉油廠生產(chǎn)的影響甚為重大。目前，國內(nèi)常減壓裝置常壓拔出收率偏低，常壓重油中含大量柴油組分，體現(xiàn)在減一線餾分中仍含有大量350 ℃以前的餾分，甚至占60%(w)以上[1-3]。為此，有些煉廠采用減一線返回常壓分餾塔以回收減一線中的柴油組分[4]。有些煉廠在減壓塔上部設(shè)置柴油分餾段以回收常壓重油中的柴油組分[5]。實際上均是將原本應(yīng)該在常壓塔進行的分餾作用轉(zhuǎn)移到減壓塔，這樣會增加減壓塔負(fù)荷及全塔壓降，不利于提高減壓拔出率。因此，優(yōu)化常壓分餾塔的設(shè)計與操作具有重要的意義。

本研究通過PRO/II工藝流程模擬軟件，分別考察常壓分餾塔清洗段理論級數(shù)、汽提段理論級數(shù)及過汽化率對常壓輕重餾分分割的影響，為常壓分餾塔的技術(shù)改造提供了依據(jù)。

1 裝置現(xiàn)狀

克拉瑪依石化公司(以下簡稱克石化)Ⅱ套常減壓蒸餾裝置建于1990年7月，經(jīng)1997年、2006年兩次技術(shù)改造后，加工輕質(zhì)原油能力由1.0×106t/a擴至2.0×106t/a。采用閃蒸-常壓-減壓三塔流程。常壓塔共48層塔盤，其中汽提段4層塔盤，設(shè)置4條側(cè)線，常壓塔塔頂為重整原料，常一線為煤油、常二、三線為輕柴油，常四線為重柴油。裝置加工的原油性質(zhì)及加工方案相對穩(wěn)定，運行平穩(wěn)，但存在常四線餾分偏重、360 ℃前餾分油收率偏低的問題。各側(cè)線餾程切割及收率情況見表1。由表1可知，常四線重柴油95%餾出溫度為413 ℃，無法達到柴油質(zhì)量要求；360 ℃前餾分油收率(w)僅為40%，低于設(shè)計值近5個百分點。即使通過調(diào)整常壓爐出口溫度、塔底汽提蒸汽量、常四線側(cè)線汽提蒸汽量及側(cè)線抽出溫度等措施，常四線也不能達到柴油質(zhì)量要求。為此，常四線只能作為催化料，所帶來的后果是常四線中70%(w)的柴油組分進入催化料中。

表1 各側(cè)線餾程切割及收率情況Table1 Distillationrangeandyieldofdifferentsidestreams物流常頂常一線常二線常三線常四線收率,w/%8.511.56148餾程(ASTMD86)/℃初餾點52.7107.8147.7165.5176.95%67.4147.7208.2247.9276.710%72.8157.6222.8265.2302.130%85.5169.9238.5286.8336.150%101.5181.4248.5298.2358.370%119.7198.5259.5308.4371.690%141.2220.0278.4327.4399.595%154.2231.3288.8338.0413.0終餾點176.0252.3305.7358.0430.6

2 建立優(yōu)化模型

模擬過程中將常壓塔從上到下需要的理論塔板依次定義為第1、2、3塊……，設(shè)置兩個中段循環(huán)取熱和3條側(cè)線，常頂產(chǎn)品為重整原料，常一線為煤油，常二線為輕柴油，常三線為重柴油[6-8]。各段理論精餾板分布如圖1所示。

采用BK10熱力學(xué)方法計算K值、焓值和密度，選擇PETRO選項計算導(dǎo)熱系數(shù)和液體黏度。在模擬過程中，常三線以上部分保持不變，常三線設(shè)置為95%點餾出溫度為365 ℃，采出量可調(diào)。通過調(diào)節(jié)清洗段理論級數(shù)、汽提段理論級數(shù)及進料溫度，考察常三線的采出率及常壓渣油的餾程。原油性質(zhì)見表2和表3。

表2 原油性質(zhì)Table2 Crudeoilproperties項目輕質(zhì)原油密度(20℃)/(kg·m-3)851.6酸值/(mgKOH·g-1)0.44運動黏度(50℃)/(mm2·s-1)11.36凝點/℃8.0w(殘?zhí)?/%1.77w(蠟)/%6.76金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)/(μg·g-1)Fe2.22Ni3.28Cu0.043Ca8.72V0.279Pb<0.2Na<5

表3 原油的實沸點收率Table3 TBPdistillationyieldofcrudeoil餾程/℃單收率,w/%總收率,w/%HK-1003.003.00100～1808.5211.52180～2002.4814.00200～2203.1217.12220～2403.8420.96240～2604.0925.05260～2804.1429.19280～3004.6733.86300～3204.3838.24320～3404.4542.69340～3603.2145.90360～3804.4550.35380～4004.2854.63400～45010.5265.15450～5008.7073.85500～5202.7076.55520～5604.1180.66>52022.3898.93>56018.2798.93

3 結(jié)果與討論

3.1 清洗段理論級數(shù)對改善輕重餾分分割的影響

原油進塔溫度350 ℃，汽提蒸汽量4 500 kg/h，汽提段理論級數(shù)為3，調(diào)節(jié)清洗段理論級數(shù)，調(diào)節(jié)結(jié)果見圖2。由圖2可知，當(dāng)清洗段理論級數(shù)較小時，理論級數(shù)對常三線拔出率的影響較為明顯。當(dāng)清洗段達到3個理論級數(shù)后，隨著理論級數(shù)數(shù)量的增加，常三線拔出率的增加較為緩慢。因此，對克石化常減壓蒸餾II套裝置而言，清洗段理論級數(shù)3較為合適，但原設(shè)計常壓塔清洗段僅2層塔盤，相當(dāng)于1個理論級數(shù)，遠沒有達到3個理論級數(shù)。優(yōu)化結(jié)果見表4，常三線拔出率20.3%(w)，常壓渣油中小于365 ℃餾分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到5%以下。

表4 清洗段理論級數(shù)3的調(diào)節(jié)結(jié)果Table4 Adjustmentresultsofcleaningzonetheoreticalstages3項目進料常頂常一線常二線常三線常底重油溫度/℃35050137209289335壓力/kPa200110112169175180拔出率,w/%1006.15.611.120.357餾程(ASTMD86)/℃初餾點77.355.3110.6152.8214.7350.55%147.169.2149.0197.2265376.910%184.976159.7211.9276.6385.230%265.294168.5225.4293.7433.650%372.4112.5174.8234308488.070%459.2130.8184.3242.9322.4568.190%652.2148.9198.3258.1354.3795.895%790.9160.3208.6266.5365869.6終餾點888.7174.5221.32777.7383.0916.0

3.2 汽提段設(shè)計對改善輕重餾分分割的影響

從流體力學(xué)條件來看，常壓塔汽提段和精餾段有較大差別，汽提段的液相負(fù)荷大而氣相負(fù)荷很小，尤其是常壓拔出率低的重質(zhì)原油，氣、液相負(fù)荷的差別更為懸殊，需要針對不同的原油進行設(shè)計。

原油進塔溫度為350 ℃，塔底汽提蒸汽量為4 500 kg/h，清洗段理論級數(shù)為3，調(diào)節(jié)汽提段理論級數(shù)，考察汽提段理論級數(shù)對常三線拔出率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，隨著汽提段理論級數(shù)的增加，常三線拔出率逐漸提高，當(dāng)汽提段理論級數(shù)到3個理論級數(shù)后，常三線拔出率增加較為緩慢，增加汽提段的理論板數(shù)，可使常壓拔出率的收率(w)提高1%～3%。考慮到經(jīng)濟性，3個理論級數(shù)較為理想。但原設(shè)計常壓塔汽提段只有4層塔板，相當(dāng)于1～2個理論級數(shù)，遠沒有達到3個理論級數(shù)。

3.3 過汽化率對改善輕重餾分分割的影響

設(shè)定汽提蒸汽量為4 500 kg/h，汽提段理論級數(shù)為3，清洗段理論級數(shù)為3。調(diào)整常壓爐出口溫度，也就是調(diào)節(jié)常壓塔的過汽化率，結(jié)果見圖4。當(dāng)過汽化率較小時，過汽化率對常三線拔出率的影響非常明顯，當(dāng)過汽化率大于10%(w)時，隨著過汽化率的增加，常三線拔出率變化較小。因此，對克石化II套常減壓蒸餾裝置而言，常壓進料溫度為360 ℃較為合適，與設(shè)計時常壓爐出口溫度350 ℃相比高出10 ℃。優(yōu)化結(jié)果如表5，常三線拔出率達21.2%(w)，常壓渣油中小于365 ℃餾分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到2%以下。

表5 過汽化率優(yōu)化后常三線與常壓重油調(diào)節(jié)結(jié)果Table5 AdjustmentresultsofheavygasoilofCHANG3andatmosphericresidualoilafteroptimizingtheover-flashrate物流進料常頂常一線常二線常三線常底重油過汽化油溫度/℃36050135.7208291.7341.4340.1壓力/kPa200110112169175180177拔出率(w)/%1006.15.611.121.25613餾程(ASTMD86)/℃初餾點77.355.3109.8152.1218.9362.8197.95%147.169.2148.9197.0267.5383.4296.410%184.976159.7211.8277.8390.0324.530%265.294.0168.5225.2294.9436.8367.250%372.4112.6174.8233.5309.5491.4384.270%459.2130.8184.2242.5323.9570.8399.690%652.2148.9196.5257.4354.9797.4437.695%790.9160.3208.5266.1365870.9453.5終餾點888.7174.5221.1277.1382.1916.4490.2

4 工業(yè)化應(yīng)用

4.1 技術(shù)改造

綜合前文優(yōu)化結(jié)果，克石化Ⅱ套常減壓蒸餾裝置常壓塔適宜的設(shè)計條件見表6。

表6 克石化Ⅱ套常減壓蒸餾裝置常壓塔適宜的設(shè)計條件Table6 Optimumdesignconditionsofthe2ndatmosphericdistillationtowerinKaramayPetrochemicalPlant進料溫度/℃清洗段理論級數(shù)/級汽提段理論級數(shù)/級改造前35011改造后36033

經(jīng)過充分論證后，于2012年、2015年前后兩次對Ⅱ套常減壓蒸餾裝置常壓塔進行技術(shù)改造。改造前后常壓塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖5。

(1) 常壓塔利舊，常二線及以上塔盤、抽出返回口位置不動，由于過氣化率增加，常三線12#～16#塔盤不能滿足處理量的要求，更換為高1 600 mm的大通量規(guī)整填料。廢除常四線抽出，將原常四線塔盤保留作為清洗段塔盤使用。所有塔盤更換為高效條形導(dǎo)向浮閥塔盤。改造后，清洗段塔盤數(shù)增加至8層。

(2) 將原常壓塔汽提段4層塔盤更換為高1 800 mm的規(guī)整填料，下部配合以蒸汽分布管。在正常操作條件下，每1米規(guī)整填料可以達到1.7～1.8個理論級，高度為1 800 mm的填料至少可以達到3個理論級，比4層塔盤高2個理論級。

4.2 改造效果

裝置改造后運行至今，操作平穩(wěn)，72 h標(biāo)定結(jié)果見表7、表8。由表7、表8可知，技術(shù)改造后，360 ℃前餾分油收率由40%(w)提高至44.81%(w)。經(jīng)測算，每年至少增產(chǎn)9×104t直餾柴油。

表7 改造后各側(cè)線產(chǎn)品的收率及性質(zhì)Table7 Yieldandpropertiesofsidestreamproductsaftermodification物流常頂常一線常二線常三線收率,w/%10.6112.656.2015.35餾程(ASTMD86)/℃初餾點39.5152.0199.0234.02%56.5161.0214.0253.55%62.5164.0223.0264.010%70.0167.5231.0274.530%89.5179.0246.0293.550%104.0192.0252.0307.070%116.5209.0259.0322.590%129.5229.0271.0346.095%136.5235.0280.0360.598%145.5244.0289.0368.0

表8 改造前后常壓拔出率對比Table8 Comparisonofmaterialyieldbeforeandaftermodificationw/%改造前改造后差值4044.81+4.81

5 結(jié) 論

克石化Ⅱ套常減壓蒸餾裝置常壓分餾塔通過采用規(guī)整填料、高效條形導(dǎo)向浮閥塔盤、調(diào)整側(cè)線抽出口位置等手段增加了常壓塔清洗段理論級數(shù)和汽提段理論級數(shù)。經(jīng)技術(shù)改造及優(yōu)化操作條件，提高了常壓塔輕重餾分的分割精度，360 ℃前餾分油收率由40%(w)提高至44.81%(w)，每年至少可增產(chǎn)9×104t直餾柴油。

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Process simulation and optimization of atmospheric distillation to improve the separation accuracy of light and heavy fractions

Liu Jianshan, Li Rong, Li Zhengqiang

PetroChina Karamay Petrochemical Co. Ltd.， Karamay， Xinjiang, China

Using the light crude oil as material, the effect of theoretical stages of atmospheric column cleaning and steam stripping sectors and over-flash ratio on the separation of atmospheric light and heavy fractions were discussed respectively with PRO/II process flow simulation software. The suitable design conditions were determined. The results indicated that the optimal design conditions of the 2nd atmospheric and vacuum distillation unit atmospheric column in the PetroChina Karamay Petrochemical Co., Ltd. are the numbers of the cleaning section theoretic stages for 3, the numbers of the steam stripping section for 3 and the atmospheric column feed temperature for 360 ℃. After revamping, the atmospheric pull rate was significantly increased from 40 wt % to 44.81 wt %. The transformation effect was satisfactory.

distillation, process simulation, optimization, revamp, structured packing, atmospheric distillation unit

劉建山(1969-)，男，新疆克拉瑪依人，高級工程師，現(xiàn)就職于中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，主要從事煉油技術(shù)工作。E-mail：liujs2@petrochina.com.cn

TE624

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.03.004

2016-12-03；編輯：溫冬云