四级蒸馏技术在常减压蒸馏装置扩能改造的应用.docx

四级蒸馏技术在常减压蒸馏装置扩能改造的应用武劲松1陈建民1李和杰1芦雪萍21. 中国石化集团洛阳石油化工工程公司 (河南省洛阳市 471003)2. 西安石油化工总厂 (陕西省西安市 710086)摘要 :介绍了扬子石油化工股份有限公司常减压蒸馏装置由 2 . 5 Mt/ a 扩能为 4 . 5 Mt/ a 改造的情况 ,并对四级蒸馏的工艺流程 、特点 、操作条件 、能耗 、改造投资及主要适用场合等进行了分析 。结果表明 ,在该装置应用四级蒸 馏技术改造时装置现有设备利旧率达 70 %以上 ,节约了改造投资 、缩短了施工周期 ,能耗与三级蒸馏基本相当 。关键词 :常减压蒸馏装置 扩能 四级蒸馏 设计 特点制工作 ,可缩短施工周期 ; ( 3) 操作弹性较大 ; ( 4)相对于单系列常减压蒸馏装置 ,能耗相差不大 。 因此 ,装置的扩能改造是否采用四级蒸馏 ,在于其优点能否得到充分的发挥 ,这需要根据装置 现有设备的具体情况 、改造后要达到的处理量以 及装置的停工时间等来确定 。对于2 . 5 Mt/ a规模的常减压蒸馏装置改造 ,具 有以下情况较适宜采用四级蒸馏 :(1) 改造后的装置能力介于 4 . 5 Mt/ a 和 6 . 0Mt/ a 之间 ,在这种条件下 ,原常压塔 、减压塔以及 常压炉和减压炉都可以得到较好的利旧 , 而新增 的一级减压炉和一级减压塔也不会过大 。(2) 装置原常压塔 、减压塔 ,尤其是减压塔 ,相 对于一般 2 . 5 Mt/ a 常减压蒸馏装置较小 ,减压塔 壳径不能适应新的规模要求 。(3) 装置改造停工周期短 。(4) 希望装置改造后仍有一定的发展余地 ,要 求装置的上限负荷能力较大 。(5) 装置平面有可以布置一台加热炉和小直 径减压塔的位置 。以上仅是针对装置为 2 . 5 Mt/ a 规模系列 、加 工较轻质原油 ( 如中东油) 的工况 ,其它规模的改 造可据此参考 。随着原油加工能力的不断提高 ,我国“九五”和“十五”期间一些千万吨级大型石化企业的陆续 建设 ,作为龙头装置的常减压蒸馏装置扩能改造 项目也在不断增多 ,而且扩能的力度也在不断加 大 。如何以较少的投资 ,较短的施工周期进行装 置的改造 ,增强企业在国内外市场的竞争能力 ,对 石化工业尤为重要 ,同时也对炼油装置扩能改造 方面的工程设计提出了更高更新的要求 。中国石化集团洛阳石油化工工程公司根据以 往常减压蒸馏装置改造的经验 ,结合炼油厂具体 情况 ,对中国石油化工股份有限公司广州分公司 的 套 常 减 压 蒸 馏 装 置 由 2 . 5 Mt/ a 改 造 为 5 . 0Mt/ a 的改造方案中推出了四级蒸馏流程 ,并在中 国石化扬子石油化工股份有限公司 (扬子) 套常减压蒸馏装置的改造设计中进行了实施 。该流程是在传统常减压蒸馏流程的基础上 ,通过新增一 级减压炉和一级减压塔 ,前后分别转移部分常压 负荷和减压负荷至一级减压塔 , 即采用初馏塔 常压炉 常压塔 一级减压炉 一级减压塔 二 级减压炉 二级减压塔的三炉 、四塔四级蒸馏的 新工艺 ,以满足装置加工量增大的要求 。1四级蒸馏适应的改造工况四级蒸馏具有以下优点 : (1) 主体设备壳 ( 炉) 体都可利旧不变 ,设备利旧率高 ,节省投资 ; (2) 新 增的一级减压炉和一级减压塔都可以提前进行预收稿日期 :2002 - 12 - 18 。作者简介 :武劲松 ,工程师 ,1992 年毕业于华东理工大学石油 加工专业 ,一直从事常减压蒸馏等工艺设计工作 。 36 炼油技术 与 工 程第 33 卷第 6 期2四级蒸馏的流程和操作条件确定塔的流程设置可以较为简单 。以扬子 套常减压蒸馏装置一级减压塔为例 ,全塔共设四段填料 ,出 两个侧线 :一线为柴油 ,二线为蜡油 。由于在一级 减压塔拔出部分柴油 ,柴油段的理论板数增加 ,因 此 ,柴油收率要略高于三级蒸馏 。四级蒸馏的工艺原则流程示意见图 1 。2 . 1工艺流程四级蒸馏与传统的三级蒸馏相比 , 主要差别 在于增加了一级减压炉和一级减压塔 , 在一级减 压塔拔出部分柴油和部分蜡油 。由于一级减压塔的主要目的是分离出柴油和蜡油 ,因此 ,一级减压图 1 常减压四级蒸馏工艺原则流程1 原油电脱盐罐 ;2 初馏塔 ;3 初顶回流罐 ;4 常压炉 ;5 常压塔 ;6 常顶回流罐 ;7 常顶产品罐 ;8 常压汽提塔 ;9 一级减压炉 ;10 一级减压塔 ;11 二级减压炉 ;12 二级减压塔2 . 2 操作条件如何确定一级减压炉 、一级减压塔以及原有 的常压炉 、常压塔的操作条件是四级蒸馏工艺的关键所在 ,它与装置现有主体设备的能力密切相关 。由于增设一级减压主要是起到“转移负荷”的 作用 ,若一级减压的设计能力过小 ,则“转移负荷”不够 ,对原主体设备还需做较大的改动 ; 若设计能 力过大 ,则会造成投资的浪费 。此外 ,如何合理分 配三个加热炉的燃料消耗 ,尽量减小燃料消耗 ,也 是决定四级蒸馏操作条件的一个重要因素 。在对扬子 套常减压蒸馏装置改造设计中 , 通过对操作条件的优化 ,新增的一级减压较好地实现了“负荷转移”的功能 。该减压装置四级蒸馏的主要操作条件见表 1 。2 . 3能耗分析通常认为 , 四级蒸馏由于新增一套减压炉和 减压塔 , 其 能 耗 肯 定 会 远 高 于 传 统 的 三 级 蒸 馏 。其实 ,经优化设计 ,二者基本相当 。四级蒸馏与三级蒸馏在公用工程消耗上的比 较见表 2 ,可以看出 : 前者由于新增了一级减压 塔 ,侧线增多 ,造成泵增多 ,电耗增加 ; 前者由于 侧线增多 ,侧线冷却负荷增大 ,造成循环水耗量略有增加 ; 由于在四级蒸馏中部分柴油在温位较低的一级减压塔上部馏出 ,使高温位的常二中和第 6 期武劲松等 . 四级蒸馏技术在常减压蒸馏装置扩能改造的应用 37 常三线量明显减少 ,造成四级蒸馏高温位的热量偏小 、不太好利用的低温位热量相对偏多 。通常 , 常减压蒸馏装置的汽提蒸汽是可以在装置内自产 的 ,但在四级蒸馏中 ,若达到同样的换热终温 ( 加工沙轻油 ,290 以上) ,则汽提蒸汽只能外供 。但 是 ,由于新增一级减压 ,柴油不必在常压塔完全拔 出 ,常压 塔 底 的 汽 提 强 度 可 降 低 , 蒸 汽 用 量 可 减 少 ;对于抽空蒸汽 ,虽然增加了一级减压抽空蒸汽 用量 ,但二级减压抽空蒸汽用量较三级蒸馏减少 ,因此 ,抽空蒸汽用量二者大体相同 。综合比较 ,四 级蒸馏的蒸汽消耗要小于三级蒸馏 ,但由于四级 蒸馏不宜自产蒸汽 ,在外供蒸汽的单耗上 ,四级蒸 馏要高于三级蒸馏 ; 由于四级蒸馏增加了油品的渐次汽化次数 ,因此 ,燃料耗量较三级蒸馏有一 定的降低 。总的 结 果 是 四 级 蒸 馏 的 能 耗 略 高 于 三 级 蒸馏 。2 . 4改造投资相对于三级蒸馏 , 四级蒸馏在设备上增加了 一炉一塔 ,一套减顶抽空系统 , 而且 , 由于侧线产 品增多 ,热源增多 ,换热器 ( 包括空冷器 、冷却器)以及机泵数量也较三级蒸馏增多 ,相应的工艺阀 门管道 、仪表回路 、电气电缆以及土建等方面的工程量也随之增加 。因此 ,对于一套新设计的装置 ,采用四级蒸馏其工程投资将明显高于三级蒸馏 。 但是 ,对于改造装置 ,如果适合采用四级蒸馏技术 ,则其改造投资反倒会相对节约 ,这主要是由于四级蒸馏在改造上的设备利旧率明显高于三级蒸馏 。 扬子 套常减压蒸馏装置改造 , 采用四级蒸馏 ,不仅 装 置 的 主 体 设 备 ( 常 压 塔 、常 压 炉 、减 压 塔 、减压炉等) 可以利旧 ,进行了“负荷”转移后 ,由 于装置原有常二线 、常三线以及减压塔各侧线的 流量均增加不大 ,侧线机泵和侧线冷却器 ( 包括空冷器) 大部分都可以利旧 , 同时 , 工艺管道 、仪表 、 电气等的利旧率也相应大大增加 。此外 ,一些侧 线热流流量增加不大 ,也使得一些直径较小的换热器可以在改造中得到利旧 。设备利旧情况见表 3 。表 3 设备利旧情况表 1主要操作条件初馏塔塔顶温度/ 塔顶压力/ MPa进料温度/ 常压塔塔顶温度/ 塔顶压力/ MPa进料温度/ 一级减压塔塔顶温度/ 塔顶压力/ kPa进料温度/ 二级减压塔塔顶温度/ 塔顶压力/ kPa进料温度/ 1480 . 25240共需改 造设备1370 . 08320340项 目新增原有利旧利旧率塔类/ 座容器类/ 台 冷换类/ 台空冷类/ 片 加热炉/ 座 机泵泵体/ 台电机/ 台72711940382821453912822628743227474623663125460100 %82. 1 %89. 2 %96. 9 %100 %73 %81 %801501540360380801002 . 676 . 0390410可见 , 改 造 后 装 置 的 设 备 利 旧 率 较 高 , 均 在70 %以上 ,为降低装置的改造费用创造了条件 。表 2 四级蒸馏与三级蒸馏的能耗比较四级蒸馏三级蒸馏3 四级蒸馏工艺的应用扬子套常减压蒸馏装置改造是国内第一次将 四级蒸馏技术应用于工程设计并得以实施 、建成和投产的 ,该装置原设计加工中东原油 ,装置规模为2. 5 Mt/ a 。根据扬子加工 8. 0 Mt/ a 含硫原油改造工 程的总体规划 ,套常减压蒸馏装置的处理量需要 改扩大到 4. 5 Mt/ a ,由于本次改造的主要目的之一 是为乙烯装置提供原料 ,而从设计方案论证到乙烯装置的预计投产日期仅有 11 个月的时间 ,这就要求 该装置的设计不仅要工艺先进合理 、投资省 ,还要 最大限度地缩短建设周期 ,保证乙烯装置的顺利投项 目单位耗量 单位能耗单位耗量 单位能耗MJ t - 1MJ t - 1数量数量燃料油/ kgt - 1电/ (kWh) t - 11. 0MPa 蒸汽/ t. t - 10. 6MPa 蒸汽/ t. t - 1 新鲜水/ tt - 1 循环水/ tt - 1 软化水/ tt - 1 热输出合 计7 . 936 . 170 . 017 60 . 007 60 . 051 . 440 . 066332 . 0177 . 556 . 021. 100 . 386 . 040 . 69- 16 . 80476 . 928 . 495 . 790. 017 4355 . 4672. 7255. 370 . 051 . 200 . 0660 . 385 . 030 . 69- 16 . 80472 . 85注 :单位能耗以原料计 。 38 炼 油 技术 与 工 程第 33 卷第 6 期产 。经多方案比较 ,根据该装置的具体特点 ,采用了四级蒸馏的工艺方案 ,并得到了用户的认同 。 装置于 2002 年 8 月 15 日停工 ,9 月 19 日一级减压炉开始烘炉 ,9 月 26 日中交 ,9 月 27 日投油 ,9月 29 日晚全部产品合格 。从设计到开汽成功 ,用了 不到 10 个月的时间 。这说明 ,四级蒸馏技术在减少施工量 ,缩短施工周期上具有较大的优势 。该装置于 2003 年 3 月 29 日至 4 月 1 日进行了 4. 5 Mt/ a 的 满负荷标定 ,主要标定结果见表 4 。标定初步结果表明 ,装置在处理量 、产品质量 、公用工程消耗和能耗等方面都达到或优于设计值 , 达到了扩能 、降耗 (比改造前降低了 191 MJ / t ) 和出 分子筛料 (收率约 2 %) 的改造目的 。在顺利通过满 负荷标定后 ,4 月 1 日又将加工量提到了 5. 0 Mt/ a左右的上限 ,除个别大泵电机电流达到最大值外 , 主要设备运转正常 ,产品质量合格 ,显示出四级蒸 馏具有较大的操作弹性 。标定结果表明 ,四级蒸馏 技术在工业上的首次应用是成功的 。表 4改造标定结果项 目设计值标定值4 结 论(1) 四级蒸馏作为常减压蒸馏装置的一项新的 工艺技术 ,不仅拓宽了常减压装置扩能改造的思 路 ,也更好地体现了利旧装置现有设备 、节约改造 投资 、缩短施工周期以及节能降耗这一改造设计原则 ,是一项值得推广的新工艺 。(2) 四级蒸馏并非适用于所有的常减压蒸馏装 置扩能改造项目 ,是否采用该技术还需根据装置自 身的特点 ,与其他一些改造方案反复比较后确定 。(3) 四级蒸馏作为一项新工艺 ,在许多方面诸 如操作条件 、换热流程以及负荷转移程度等都还需 通过实践生产进一步摸索和优化 。(编辑 漆 萍)原料量/ th - 1 脱盐温度/ 换热终温/ 一级减压塔全塔压力降/ kPa二级减压塔全塔压力降/ kPa轻质油收率 , % 总拔出率 , % 分子筛料收率 , %分子筛料馏分宽度 / 一级减一线油 95 %点(恩氏蒸馏) / 二级减三线油 95 %点(D1160) / 能耗/ MJ t - 1 正常工况 出分子筛料工况562. 51372921. 331. 3352. 0776. 671. 96190240365566. 3130. 5294. 51. 061. 0649. 578. 872. 35187246365532489. 11530510. 79489. 89注 : 标定原油为沙混原油 ,根据原油评价 ,该原油 350 以前馏分比设计值偏低 ,520 以前馏分比设计值偏高 ,故标定 的轻质油收率及总拔出率与设计值有偏差 ; 扬子将分子 筛料馏分宽度控制指标由设计值 90240 扩宽为 180250 ,因此相应分子筛料收率提高 。APPL ICATIO N OF FO UR2STAGED ISTILL ATIO N TECHNOLO GY INATMOASPHERIC AND VACUUM D ISTILL ATIO N UNIT EXPANSIO N REVAMPNGWu Jinsong1 , Chen Jianmin1 , Li Hejie1 , Lu Xueping21. L uoyang Petrochemical Engineering Corporation , S INOPEC ( L uoyang , Henan 471003)2. Xi an General Petrochemical Works ( Xi an , S haanxi 710080)Abstract An introduction is given on the expansion revamping of the atmospheric and vacuum distillation unitfr