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炼油装置专题介绍—常减压蒸馏装置

炼油装置介绍专题—常减压蒸馏装置

 

字4949字,图十八张,专业文章,建议阅读8分钟

   

      常减压蒸馏装置是炼油企业最重要的装置之一,炼化企业的产能多少万吨/年(如没有特指)就是指常减压蒸馏装置的常压塔的年处理能力。常减压蒸馏装置的规模决定炼化企业的加工油种、渣油收率还有炼油利润。了解、研究常减压蒸馏装置,是石油化工研究者必备的一门功课。

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图一 炼油厂原则流程图

1 常减压蒸馏装置流程介绍

一般的常减压蒸馏装置由几大部分组成:

1)电脱盐系统

2)初馏塔(部分装置或者炼油厂可能没有)

3)闪蒸塔(部分装置或者炼油厂可能没有)

4)常压塔

5)减压塔

常规的常减压蒸馏装置流程是原油经过换热器换热后,到电脱盐罐进行脱盐后,再次换热、升温,进入初馏塔闪蒸,塔顶的初馏石脑油作为乙烯或者重整原料。

初馏塔底的物料再经过一系列的换热后,进入常压加热炉加热到370°C左右后,进入常压塔进行物料分离,主要的产品有航煤原料、柴油原料以及常压渣油。

常压渣油也是经过一系列的换热后,进入减压加热炉加热到395°C左右,进入减压塔进行物料分离,主要的产品有柴油原料、蜡油及渣油(或者沥青)。

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图二 常减压蒸馏原则流程图

1.1 常减压蒸馏装置流程

常减压蒸馏装置工艺流程一般有三大类(或者方案)

1)电脱盐---常压塔---减压塔

2)电脱盐---闪蒸塔---常压塔---减压塔

3)电脱盐---初馏塔---常压塔---减压塔

加工原油相对密度小于0.8602(或者API°大于33)的轻质原油,采用方案二--闪蒸塔流程即可,国内外多数炼油厂都是采用闪蒸塔流程。该流程优点是加热炉的负荷低、轻烃回收率高,一次性投资相对较低等;缺点是后续要设置压缩机,维护较为困难。

如采用方案三--初馏塔流程,优点是可以预脱水、脱硫化氢、防止常压塔冲塔等,操作也较为灵活,并可以分担常压塔负荷;缺点是流程较为复杂、投资高(设置轻烃回收可以节省部分投资)、初定石脑油的含砷较高。---加工进口原油且性质波动较大的企业建议采用该方案。

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图三 常减压蒸馏初馏塔方案

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图四 常减压蒸馏石脑油分离

1.2 电脱盐系统

常规的电脱盐系统,通常只设计一级电脱盐罐,但是随着全球原油产量衰减较快,如要增加原油采出量,开采就需要使用大量助剂,这就增加了原油里面的盐含量。以前炼油厂加工的原油盐含量仅有6--9(NaCl)mg/l,目前加工的原油高达30—90(NaCl)mg/l。受此影响,多数新设计的常减压蒸馏装置,不得不采用两级电脱盐罐,以降低加工原油的盐含量。

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图五 电脱盐流程

     影响电脱盐操作的主要因素有,破乳剂的选择、原油停留时间控制、注水量的控制及温度压力等等。其中,原油沉降时间26min、电场强度9kv;温度130—140°C、注水量一般是原油加工量的5—6%。

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图六 电脱盐主要参数

1.3 初馏塔

原油经过电脱盐系统后,再经过换热器换热,进入初馏塔。塔顶拔出部分的石脑油,经过冷却、分离后,轻石脑油作为化工原料、重石脑油作为重整原料。塔底部分继续经过换热器换热后,进入常压炉加热、升温,送入常压塔进行馏分切割、分离。

初馏塔的主要产品有轻石脑油、重石脑油、初顶气(去轻烃回收)。

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图七 初馏塔操作参数

1.4常压塔

初馏塔底油经过换热、加热炉升温至360—380°C,进入常压塔进行切割、分离。一般的常压塔设置有三个中段回流,分别是常顶油循环、常一中循环、常二中循环。

常压塔的主要产品有常顶气、常顶油(石脑油)、常一线(航煤)、常二线和常三线(柴油)以及常底油(蜡油及渣油混合物,如北方炼油厂加工轻质原油的,可以直接进催化裂化装置,例如长庆石化)。

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图八 常压塔主要产品

1.5 减压塔

常底油经过常底油泵升压后,进入减压炉加热至380—410°C后,进入减压塔,进行切割、分离。

一般的减压压塔设置有三个中段回流,分别是减一线循环、减二线循环、减三线循环。

减压塔的主要产品有减顶气、减顶油和减一线(柴油)、减二线和减三线(蜡油)以及减压渣油(也可以说是沥青)。

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图九 减压塔主要产品

    稍微总结下,常减压蒸馏装置主要产品:

初馏塔—轻烃,轻、重石脑油

常压塔—轻烃、航煤、柴油及常压渣油

减压塔—轻烃、柴油、蜡油及减压渣油(沥青)

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  图十 常减压蒸馏装置各产品产量及收率

2 操作参数

常规的常减压蒸馏装置指标如下:

1)常压塔拔出率50.08%、减压塔拔出率31.45%,轻质油收率54.45%,总拔出率81.53%;

2)设计能耗为453.43MJ/t,原油换热终温294°C,加热炉热效率92.5%;

3)常压炉出口温度375°C、减压炉出口温度400°C。

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图十一 常减压蒸馏主要操作参数

2.1 主要设备操作参数

作为常减压蒸馏装置,除了装置总拔、轻油收率外,主要关注的参数有几个:电脱盐脱后含盐量、常减压炉出口温度、减压炉出口温度以及渣油500°C馏出量。

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图十二 电脱盐主要参数

    原油经过电脱盐脱后含盐量,影响后续常压塔、减压塔的操作,一般而言,电脱盐后含盐量都不大于3.0mg/L。原油含盐量较高,主要是油田不断采用新的技术,如碱驱、蒸汽驱油和化学驱动油等以增加原油产量,导致原油的含盐量不断增加。

如果原油中的无机盐(主要是油田助剂)进入常、减压塔,在高温环境下,容易水解生成HCl,HCl与水一起冷凝下来后,会形成强腐蚀性的盐酸溶液,造成常、减压塔顶系统的腐蚀,因此,控制脱后原油的含盐量、加强常减压蒸馏装置的“一脱三注”就更为重要。

一般来说,常减压蒸馏装置最关心的就是渣油500°C馏出量,如何控制常减压蒸馏装置500°C的馏出量呢?这里就要说一说减压深拔。国内常减压蒸馏装置的减压渣油切割点温度为535—540°C,新设计的大型常减压蒸馏装置减压渣油切割点温度为565°C,个别装置甚至达到580°C。通常说的减压深拔,是指减压渣油切割点温度为565°C以上。

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图十三 减压深拔

    就常减压蒸馏加工的原油而言,低硫、金属含量低的石蜡基原油,不需要减压深拔;高硫、金属含量高的原油,需要减压深拔。减压深拔的好坏,第一个就与减压炉出口温度有关,要减压深拔,必须提高减压炉出口温度。

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图十四 原油与生焦率关系

      常减压蒸馏装置在进行减压深拔时,减压炉出口温度控制410—430°C,较一般的常减压蒸馏装置增加30°C左右。减压加热炉的停留时间控制在40S以内,主要是防止减压渣油停留时间过长,减压渣油在炉管内结焦。减压深拔虽然可以提高蜡油收率、轻油收率、装置拔出率,但是却会增加装置的能耗。根据中国石化《基准能耗》中论述到的装置能耗与总拔出率的关系:

E=3.5132C+206.68

其中,E代表能耗,C代表总拔出率。

拔出率增加1%,装置能耗会增加3.517MJ/t。

2.2 其它

这里再插入一个常减压蒸馏装置设计加工的油种的知识。常减压蒸馏装置设计加工的原油决定了其能加工原油的API°范围,国内沿海的炼油厂及新建的大炼化项目,设计的API°都是28—33的,是不能加工API°大于33以上的美国原油,如果加工的话,常压塔的负荷过高,会引起常压塔“冲塔”,从而导致整个常减压蒸馏装置物料分布混乱、从而导致装置停车。一般的操作是装置降负荷加工(降至正常负荷的50—70%)、混和其它重质原油后再加工。

稍微小结下,常减压蒸馏装置控制电脱盐脱后含量,主要是防止后续的常、减压塔顶腐蚀;控制减压渣油500°C温度馏出量主要是减少渣油产品;常减压蒸馏装置设计油种决定了其加工原油的API°。

3 装置能耗及操作费用

某千万吨常减压蒸馏装置的装置能耗,根据逐项分析可知,常减压蒸馏装置消耗的燃料气是惊人的,一年至少有1万吨,这是什么概念呢?可以供一个中小城市冬季取暖用气了。电耗也有171万度/年,这也是非常恐怖的数据。

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图十五 常减压蒸馏装置能耗

     按照比例来分析,常减压装置操作费用主要是燃料、循环水、电还有蒸汽。其中,燃料费用占整个常减压蒸馏装置操作费用的59%左右,如何降低常减压装置燃料消耗是一个困扰炼油商的一个难题。企业可采取的措施主要有,降低常压炉、减压炉的负荷,在炉前增加闪蒸罐;优化换热网络,采用“窄点”技术,将常减压蒸馏装置的换热终温提高到300°C以上,有些好的企业能达到310°C(换热终温每提高10°C,可以降低1kg标油)。

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图十六 常减压蒸馏装置操作构成

      多数500万吨/年以下的常减压蒸馏装置能耗为11—12千克标油/吨。目前新建的千万吨规模常减压蒸馏装置,能耗可以低至7千克标油/吨。能耗的降低,意味着吨操作费用的降低。

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图十七  中石化装置能耗

4 当前及未来发展趋势

针对全球原油劣质化日益增加、硫含量越来越高的问题,常减压蒸馏装置也在逐步采用新技术,适应原油劣质化、性质波动以及总拔收率增加的要求。

4.1 装置大型化

目前,国内新建的常减压蒸馏装置,规模都是1000万吨/年的居多,标配2000万吨/年(两套装置合计),单套最大的是盛虹石化准备上马的1600万吨/年的常减压装置,目前运行最大的是惠炼的1200万吨/年的常减压装置。国际上美国、印度炼油厂的单系列规模都可以达到1275万吨/年或者27万桶/天,使用壳牌的技术居多;最大的是加拿大的1750万吨/年的常减压装置。

印度信诚炼油厂的常减压装置和延迟焦化装置规模分别达到年1350万吨和年670万吨。在同等规模下,单套装置比双套装置投资约少24%、装置能耗约减少19%,比3套装置投资约少55%、能耗约减少29%。一般认为,大型炼厂的规模应在年1000万吨至年2000万吨。

4.2 减压深拔

上文已经初步探讨过减压深拔适用的原油、炼油厂,这里主要说一下减压深拔对于总拔的影响,如果采用减压深拔技术并且炼油厂具备条件,对于提高全厂的轻油收率、综合商品率非常有好处。一些先进的常减压蒸馏装置及炼油厂,常减压蒸馏装置总拔可以达到82%、炼油厂综合商品率接近90—95%,那么整个炼油厂的利润就非常可观了。

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图十八  减压深拔影响因素

    影响减压深拔的因素有两个,一个是减压塔真空度,进料段压力降至18mmHG(有的降至8mmHG);另一个是减压炉出口温度,从常规的390°C提高至400°C,甚至430°C。

国际上比较有名的减压深拔技术专利商,一个是荷兰SHELL,一个是英国KBC;其它的还有埃克森美孚、日本JGC公司等。

国内采用SHELL技术的,主要是中石油的炼油厂;采用KBC技术的,主要是中石化的炼油厂。国内SEI也有专门的技术,第一次工业应用是在中石化的武汉炼油厂。

4.3 加工原油适应性

经常有人问“大地”,国内的常减压蒸馏装置可以加工美国的原油吗?“大地”都是这样回答的,如果是API°与中东原油类似的,加工的难度不大;如果是API°大于33,采购多少美国原油,就要按照一定的比例采购中东或者其它地区的API°小于26的重质原油。尤其在当前原油价格波动较大的情况下,布伦特—迪拜价差缩窄,采取轻质原油较为划算。

如果提高加工原油的适应性呢?一般的操作是尽量在原始设计阶段就做大减压炉、减压塔的加工能力,但这里涉及到一次性投资需要增加的问题,需要企业权衡。

常压塔:减压塔=10:5

现在的设计为:

常压塔:减压塔=10:7

4.4 其它

常减压蒸馏装置作为炼油厂的龙头装置,操作平稳与否影响全厂的物料平衡、当月效益。国内多数常减压蒸馏装置都上马了APC系统(先进控制系统),提高装置的平稳率,避免全厂物料大幅度的波动。

此外,还有一些炼油厂,开始开发、使用原油调和系统,在源头就将原油调配好,减少厂内二次调和对装置的冲击;更有一些炼油厂,开始考虑使用金融模型与炼油厂模型有机结合起来,通过裂解利润的预测,调整炼油厂的加工方案。

5 小结

大型化、减压深拔、节能降耗是以后常减压蒸馏装置发展的趋势,国内暂时不能直接加工美国的轻质原油,必须混合其它重质原油后才能加工。加工劣质原油的炼油厂需要配套蜡油加氢、延迟焦化装置,通过提高常减压蒸馏装置的总拔、轻油收率等措施,可以提高企业的裂解利润、企业效益。

最后忍不住说一下,国内炼油厂不叫精炼厂,就炼油厂;产品收率不叫出率,叫收率。

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