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CN102453493B - 一种提高馏分油收率的分馏塔进料方法 - Google Patents

一种提高馏分油收率的分馏塔进料方法 Download PDF

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CN102453493B CN201010519177.4A CN201010519177A CN102453493B CN 102453493 B CN102453493 B CN 102453493B CN 201010519177 A CN201010519177 A CN 201010519177A CN 102453493 B CN102453493 B CN 102453493B
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Abstract

一种提高馏分油收率的分馏塔进料方法，将待分馏的石油烃原料油经加热炉预热后引入蒸馏塔中，所述的蒸馏塔包含汽化段和分馏段，预热后的原料油在高于蒸馏塔汽化段压力100-1000kPa的条件下经压力式进料系统进入蒸馏塔汽化段，原料油在汽化段充分雾化为小雾滴，同时部分或全部汽化，然后在蒸馏塔中分馏段进行分离，塔顶和/或侧线引出馏分油产品，塔底引出未汽化的重质油产品。本发明提供的方法中通过雾化设备的雾化作用，强化了原料油汽化过程，使原料中的馏分油在极短的时间内充分汽化，最大程度地降低重质油中的馏分油含量，提高馏分油收率。

Description

一种提高馏分油收率的分馏塔进料方法
技术领域
本发明涉及一种提高蒸馏装置馏分油收率的方法，更具体地说，涉及一种提高石油炼制工业中的重质油蒸馏过程馏分油收率的方法。
背景技术
蒸馏塔是石油炼制工业中应用十分广泛的单元设备。对于一些重质油品的分馏，如从原油、蜡油等油品分馏轻质馏分油时，蒸馏塔塔釜温度都较高，再沸器的热源温位高，不易获得，而且重质油品在高温下易发生热裂解，所以原油或重油蒸馏塔一般都不设再沸器，蒸馏所需的热量来源几乎完全由原料提供，原料经预热后馏分油汽化，汽化后的馏分油从塔顶和/或从侧线馏出，未汽化的部分从塔釜馏出。典型的分馏过程如原油的常压蒸馏和减压蒸馏。
原油常减压蒸馏是原油加工的第一道工序，它为炼厂后续加工装置提供原料，并直接提供部分产品。原油蒸馏(以燃料油型为例)的基本流程为，原油被加热到220-260℃左右进初馏塔，通常初馏塔只取一个塔顶产品，即重整料或轻汽油馏分。也有的初馏塔除塔顶产品外，还有一个侧线产品，初馏塔塔底油送常压塔。
常压塔常规流程见图1，初馏塔的塔底油经换热或常压加热炉2加热部分汽化后，经转油线7进入常压蒸馏塔8，在蒸馏塔汽化段轻组分汽化并上升进入分馏段，经过回流液体的冷凝从塔顶或侧线抽出得到馏分油，未汽化的部分向下流入提馏段，在提馏段的塔板上与塔底进入的水蒸汽接触，其中未汽化的轻馏分被汽提出来并随水蒸汽一起向上进入分馏段。得到汽油、煤油、柴油、重柴油等较轻的组分。未汽化的部分落入塔底，作为常压渣油引出。
减压蒸馏过程的常规流程见图3，常压渣油经减压加热炉2加热部分汽化后，经转油线7进入减压蒸馏塔6，在减压蒸馏塔汽化段轻组分汽化并上升进入分馏段，经过回流液体的冷凝后从塔顶或侧线抽出得到馏分油，未汽化的部分从塔底引出，得到减压渣油。
原油蒸馏装置设计和操作的优劣，会对炼油厂的产品质量、产品收率和经济效益产生很大影响。在保证产品质量的前提下，提高常压蒸馏装置的拔出率，可以使轻组分尽量在常压塔拔出，不会再进入减压塔，一方面可以得到更多的轻馏分，另一方面可以减少减压炉和减压塔的负荷；提高减压装置的拔出率，可以增加馏分油的收率，为催化裂化、加氢裂化提供更多的原料，从而提高炼厂的经济效益。
影响常减压装置馏分油收率的重要因素是蒸馏塔汽化段的温度和油汽分压。汽化段温度越高，油汽分压越低则原料的汽化率越高，馏分油的拔出率也就越高。
目前，工业上降低汽化段压力的方法主要有两种：一是降低蒸馏塔塔顶压力，对于常压蒸馏塔，一般是减少塔顶油汽管线和冷凝冷却器的压降。对于减压蒸馏塔而言，高性能的抽真空设备可以有效降低塔顶压力。二是采用高性能的填料、塔板和塔内件，有效降低塔内阻力，从而使汽化段压力显著降低。
提高蒸馏塔馏分油收率的另一途径是提高汽化段温度。汽化段的温度受加热炉出口温度的影响，加热炉出口温度越高，汽化段温度就越高。但是加热炉温度又不能太高，因为重油在360℃以上有发生裂解反应的可能，油品裂解生成的焦炭会严重影响装置的稳定性和长周期运行。因此，工业上一般采用加热炉炉管逐级扩径和大直径转油线，尽可能降低加热炉出口压力，从而在保证原料汽化率的前提下降低加热炉原料温度。
目前，工业装置中减压塔顶压力最低已经达到1kPa(绝压)，进料段已经达到3kPa(绝压)，再降低压力已经非常困难。填料和内构件的性能提高也越来越困难，成本大幅增加。采用炉管逐级扩径和大直径转油线也存在一定的限制，一是炉管的扩径必须根据原料油的性质和加热炉的特性进行合理设计，而原料种类繁多，使得精确的炉管设计非常困难。二是随着原料在炉管内大量汽化，管内原料的密度不断下降，特别是在减压炉管内，油品密度下降更大，使得炉管内介质的给热系数大大减小，从而导致炉内总传热系数下降，为达到相同的传热强度必须提高温差，亦即提高炉膛和炉管温度，其结果会导致出现管壁温度局部过高，易影响炉管使用寿命。
模拟计算结果表明，在减压炉辐射段炉管和转油线内，夹杂大液滴的汽相流速很快，而且汽液两相相际传质面积较小，使得轻馏分不能完全汽化而被包裹在未汽化的重质油中，导致进入蒸馏塔汽化段原料的实际汽化率低于理论计算的平衡汽化率，一部分轻质组分存在于塔底渣油中，从而降低装置的拔出率。目前国内常减压装置一般将减压渣油设计切割点在540℃，许多减压渣油中低于500℃馏分含量大于8wt％，低于538℃馏分含量大于10wt％，有的甚至高达30wt％以上。以中石化海南石化分公司炼厂常减压装置为例，常压渣油在减压塔汽化段温度和压力下平衡汽化率为59.0wt％，而工业拔出率仅为51.9wt％，说明工业拔出率与平衡汽化率仍有一定的差距。由此可见，减压蒸馏仍未达到平衡汽化率，拔出率还有很大的提升空间。
发明内容
本发明目的是提供一种提高石油烃蒸馏塔馏分油收率、尤其是提高常减压蒸馏塔馏分油收率的方法。
本发明提供的提高石油烃类馏分油收率的方法，将待分馏的石油烃原料油经加热炉预热后引入蒸馏塔中，所述的蒸馏塔包含汽化段和分馏段，在高于蒸馏塔汽化段压力100-1000kPa的条件下经压力式进料系统进入蒸馏塔汽化段，原料油在汽化段内雾化为小雾滴，同时部分汽化，在蒸馏塔中分馏段进行蒸馏分离，塔顶和/或侧线引出馏分油产品，塔底引出未汽化的重质油。
本发明提供的方法中，所述的石油烃蒸馏塔是指前文中提到的不设再沸器的蒸馏塔，例如闪蒸塔、初馏塔、常压蒸馏塔、减压蒸馏塔或加氢生成油蒸馏塔。所述的蒸馏塔一般包括汽化段、分馏段、塔顶塔底出料口、包括或不包括中段回流、抽出侧线、塔顶抽真空系统等。塔的类型可以是空塔、板式塔或者填料塔。
本发明提供的方法适用于塔顶绝对压力为0.5-240kPa、汽化段绝对压力为1.0-280kPa、温度为150-430℃的蒸馏塔；塔顶绝对压力为0.5-90.0kPa、汽化段绝对压力为1.0-98.0kPa、汽化段温度为300-430℃的减压蒸馏塔。优选适用于操作条件为：汽化段温度为370-410℃、汽化段绝对压力1.0-5.0kPa、塔顶绝对压力0.5-3.0kPa的减压蒸馏塔。
本发明提供的方法用于减压蒸馏塔时，所述的蒸馏塔为减压蒸馏塔，所述的加热炉出口绝对压力为100-1000kPa、优选200-800kPa，加热炉出口温度为360-460℃、优选380-430℃。
本发明提供的方法用于减压蒸馏时，所述的加热炉炉管和减压蒸馏塔可以注入蒸汽，也可以不注入蒸汽，优选的方案是不注入蒸汽。
本发明提供的方法中，所述的待分馏的原料油在一定压力下经压力式进料系统引入蒸馏塔汽化段，同时至少部分汽化。所述的压力式进料系统由流量分配系统和汽化段内的雾化设备组成。
本发明提供的方法中，所述的流量分配系统能保证每个雾化设备在任何情况下都能有液体和气体喷出，从而保证原料的雾化效果。所述的流量分配系统可以是由直列的、错置的、平行的、竖直的、环型的、树型的、对称的和不对称的管路组成的管系，其目的就是把预热后的原料分配到每一个雾化设备，为此目的选用的管道排列方式均可视为流量分配系统。流量分配系统可以放置在塔外，也可以放置在塔内。分配系统可以是带自动控制的流量分配系统，也可以是不带自动控制的完全自我调节流量的分布器。带自动控制的流量分配系统主要有管路和自动控制的阀门组成。不带自动控制的流量分配系统主要通过合理设计各分支管路的阻力，将物流分配到各雾化设备中。
本发明提供的方法中，所述的雾化设备可以由一个或多个喷嘴或其它可以使重油雾化的设备组成，喷嘴开孔可以是单孔或多孔的，开孔方向可以是任意的，可以是带有辅助雾化蒸汽或不带辅助蒸汽的，辅助雾化蒸汽可以与原料油一起进入也可分别进入。雾化后的雾滴大小从0.0001毫米至10毫米不等，优选0.001至1毫米之间。该雾化液滴尺寸可以保证良好的汽化效果，达到将油品有效分馏的目的。
本发明提供的方法中，所述的蒸馏塔内，在汽化段上方可以设置破沫原件9，汽化段的下方可以设置液体收集元件10。所述的破沫元件9为破沫网或汽液过滤网，其作用是减少或消除雾沫夹带，避免液体被气相带入分馏段。所述的液体收集元件10为一层或多层集液盘，用来收集雾滴相互碰撞过程中不断聚集形成大的液滴，使之落入塔底作为渣油被引出。设置破沫元件9和液体收集元件10，均可以提高蒸馏塔的分馏效率。
本发明提供的提高石油烃蒸馏塔馏分油收率的方法的有益效果为：
首先，待分馏的原料油经预热后在一定压力下经压力式进料系统引入蒸馏塔，经雾化设备的雾化作用加速原料油在汽化段的汽化，使原料油在汽化段的实际汽化率更接近平衡汽化率，从而最大程度地使原料油中的轻质馏分油汽化到气相中，有利于提高馏分油收率。
其次，加热炉炉管内压力提高，炉管内油品的密度增加，给热系数增大，总传热系数相应增大，在相同传热强度或相同的炉出口温度下，加热炉炉膛温度可以降低，从而可以降低炉管表面温度和原料油的热裂化程度。
第三，由于炉管内压力高，油品基本不汽化，因此炉管不需要多次扩径，从而使得加热炉结构简化同时转油线直径也可大幅减小。
第四，由于炉管内压力高，油品密度较大，炉管内流速相对降低，在流量不变的情况下油品流经加热炉的压降减少，这部分压降可以用来补充雾化设备需要的压降，因此本发明的方法虽然提高了减压炉炉管内的压力，但是并不需要增加原料泵的出口压力，即不需要提供额外的能量。
第五，本发明提供的方法用于减压蒸馏，可以提高减压塔的拔出率，转油线直径也可大幅减小；用于常压蒸馏，可以提高常压塔的拔出率，降低减压炉和减压塔的负荷；同时用于常压塔和减压塔，可以提高常减压蒸馏装置的总拔出率。
附图说明
图1为常规常压蒸馏的流程示意图；
图2为本发明提供的方法用于常压蒸馏的流程示意图；
图3为常规减压蒸馏的流程示意图；
图4为本发明提供的方法用于减压蒸馏的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明提供的提高石油烃馏分油收率的方法，但本发明并不因此而受到限制。
本发明提供的提高石油烃馏分油收率的方法用于减压蒸馏是这样具体实施的：
附图4为本发明提供的方法用于减压蒸馏过程。如图4所示，减压蒸馏塔分为汽化段11、洗涤段12和分馏段13，待分馏的原料油(常压渣油)经进料泵1打入加热炉2中预热，加热炉2炉出口压力为100-1000kPa，优选200-600kPa，加热炉管出口温度为360-460℃、优选380-430℃。预热后的原料油由压力式进料系统3引入蒸馏塔底部，所述的压力式进料系统包括流量分配系统4和雾化设备5，预热后的原料油经流量分配系统4按一定比例进行分配后由雾化设备5雾化为小液滴，喷入减压蒸馏塔汽化段11，并迅速汽化，由于雾滴具有极大的比表面积，在汽化段雾滴运动过程中可汽化的馏分在极短的时间内充分汽化。在所述的雾化设备5上方设置破沫元件9，雾化设备5的下方设置液体收集元件10。在汽化段11汽化后的馏分向上进入减压蒸馏塔的洗涤段12和分馏段13，分馏后从塔顶或侧线引出得到馏分油产品。洗涤段12和分馏段13结构与常规减压塔相同。较难汽化的重馏分则保持液相状态，雾滴相互碰撞过程中不断聚集形成大的液滴，在液体收集元件10的作用下收集落到塔底，作为渣油被引出。
对比例1
对比例1说明现有技术中的常压蒸馏方法分馏混合原油的效果。
待分馏的混合原油的性质见表1。图1为现有技术中常压分馏方法的流程示意图，如图1所示，混合原油首先由常压加热炉2加热，加热炉出口温度为368℃，经转油线7进入常压蒸馏塔8。所述的常压蒸馏塔为板式塔，直径6.5米，有三个侧线和两个中段回流，获得直馏汽油、煤油、柴油等馏分，常压蒸馏塔操作条件及产品性质见表2。常压蒸馏塔的拔出率为30.2％。
实施例1
实施例1说明本发明提供的方法用于原油常压蒸馏的效果。
图2为本发明提供的方法用于常压蒸馏过程的流程示意图，如图2所示，采用的常压蒸馏塔8与对比例1相同，待分馏的原料油与对比例1相同，原料油由常压炉2加热后在高于蒸馏塔汽化段压力500kPa的条件下经压力式进料系统(包括流量分配系统4和雾化设备5)喷入常压蒸馏塔8，常压蒸馏塔内安装雾化设备，所述雾化设备为旋流式雾化喷嘴，旋流芯置于喷嘴前部，旋流芯顶端安装有单孔板，被旋流的液体经孔喷出后形成锥形液膜，由于具有较大的径向速率和角向速率，液膜与周围气体速度差导致的摩擦将液膜撕扯成细小雾滴，实现液相的良好雾化。常压蒸馏塔操作条件及产品性质见表2。
表1：混合原油性质
  项目   数值
  20℃密度，kg/m3   871.4
  实沸点蒸馏：
  温度，℃   收率，wt％
  ＜90.0   2.4
  140.0   6.5
  180.0   11.2
  250.0   19.5
  300.0   27.4
  350.0   34.5
  400.0   44.0
  450.0   54.8
  500.0   65.0
  ＞500.0   99.5
  损失   0.5
表2蒸馏塔操作条件及产品性质
  项目   对比例1   实施例1
  塔顶残压，kPa(绝)   170.0   170.0
  全塔压降，kPa   27.0   27.0
  汽化段压力，kPa(绝)   197.0   197.0
  常压炉出口压力，kPa(绝)   246.1   412.5
  常压炉出口温度，℃   368.0   372.0
  常压炉炉管表面温度，℃   568.0   550.2
  汽化段温度，℃   365.5   364.8
  塔顶温度，℃   118.1   119.5
  常压一线抽出温度，℃   193.1   193.8
  常压二线抽出温度，℃   253.4   255.9
  常压三线抽出温度，℃   304.0   308.5
  塔底温度，℃   352.1   353.9
  产品
  产品收率，wt％
  常顶油   5.0   5.2
  常一线   7.0   7.2
  常二线   9.9   11.0
  常三线   8.3   9.8
  常底油   69.8   66.9
  常压拔出率   30.2   33.1
由表3可见，本发明提供的方法用于常压蒸馏时，与常规进料的常压蒸馏方法相比，常压加热炉出口压力提高166.4kPa，常压炉出口温度提高4.0℃。在蒸馏塔汽化段温度和压力基本相同的情况下，蒸馏塔的拔出率达到33.1％，比常规进料的常压蒸馏拔出率提高2.9％。本发明提供的方法用于常压蒸馏塔，可以提高常压塔的拔出率。
对比例2
对比例2说明现有技术中减压分馏常压渣油的效果。
待分馏的原料油为常压渣油，性质见表3。图3为现有技术中减压蒸馏方法的流程示意图，如图3所示，常压塔底油通过减压炉2加热，减压炉出口压力为30.0kPa(绝)，减压炉管表面温度为593℃，减压炉出口温度为410℃，预热后的原料油经转油线7引入减压蒸馏塔6。减压炉炉管从Φ152mm不断扩径到Φ273mm，转油线直径为2.0m，长度33.0m。进料经蒸馏塔内进料分布器进行气液分离。减压蒸馏塔为常规全填料塔，直径9.2米，干式操作。所述的减压蒸馏塔分为汽化段、洗涤段和分馏段，所述的汽化段温度为393.7℃。洗涤段装填ZUPAC2系列填料1.5米，分馏段装填两层ZUPAC1填料。减压塔包括四个出料口从上至下为减顶、减一线、减二线、减三线，以及两个中段回流。塔顶抽真空系统采用三级抽真空。减压蒸馏塔的操作条件及产品性质见表4。减压蒸馏塔的拔出率为57.6％。
实施例2
实施例2说明本发明提供的方法用于减压蒸馏塔的效果。
图4为本发明提供的方法用于减压蒸馏过程的流程示意图。待分馏的原料油为常压渣油，与对比例2相同。原料油经减压炉2加热，炉管直径为Φ152mm，加热后的原料油进入转油线，然后在高于蒸馏塔汽化段压力300kPa的条件下经压力式进料系统(包括流量分配系统4和雾化设备5)喷入减压蒸馏塔6，减压蒸馏塔内安装雾化设备，雾化设备如实施例1所述。减压蒸馏塔的操作条件及产品性质见表4。
表3：常压渣油性质
  项目   数值
  70℃密度，kg/m3   909.1
  D1160馏程数据
  收率，v％   温度，℃
  5   344.0
  10   368.6
  30   438.6
  50   505.3
  60   548.4
  65.3   571.8
表4减压蒸馏塔操作条件及产品性质
  项目   对比例2   实施例2
  塔顶残压，kPa(绝)   2.6   2.6
  全塔压降，kPa(绝)   1.1   1.1
  汽化段压力，kPa(绝)   3.7   3.7
  减压炉出口压力，kPa(绝)   30.0   279.0
  减压炉入口压力，kPa(绝)   470.0   470.0
  常底泵出口压力，MPa(绝)   1.05   1.05
  减压炉出口温度，℃   410.0   428.0
  减压炉炉管表面温度，℃   593.0   560.0
  汽化段温度，℃   393.7   392.0
  塔顶温度，℃   55.0   49.1
  减压一线抽出温度，℃   116.1   120.5
  减压二线抽出温度，℃   232.6   237.1
  减压三线抽出温度，℃   312.7   320.8
  塔底温度，℃   374.5   376.8
  产品
  产品收率，wt％
  不凝气   0.34   0.18
  减一线   5.2   5.8
  减二线   34.1   35.1
  减三线   18.0   19.1
  减渣油   42.4   39.8
  拔出率，wt％   57.6   60.2
  馏份油性质
  密度(20℃)，kg/m3   905.3   912.4
  混合蜡油残炭，％(w)   0.2   0.5
  混合蜡油的C7不溶物(mg/kg)   60.0   120.0
  混合蜡油重金属含量(mg/kg)   0.2   0.5
 项目   对比例2   实施例2
 混合蜡油馏程ASTM D6352
 初馏点   282   282
 50％   439   447
 终馏点   540   565
 渣油性质
 渣油密度(20℃)，kg/m3   977.3   985.8
 渣油100℃运动粘度，mm2/s   857.0   1189.0
 渣油残炭，(mg/kg)   18   22
 渣油＜500℃馏分含量，％   4.3   1.3
 渣油500-550℃馏分含量，％   12.6   8.7
 渣油550-600℃馏分含量，％   18.0   14.1
 渣油＞600℃馏分含量，％   65.1   75.9
由表4可见，本发明提供的方法用于减压蒸馏时，与对比例2常规进料的减压蒸馏方法相比，在相同汽化段温度和压力下，减压蒸馏塔的拔出率达到60.2％，与常规进料相比提高了2.6％。减压加热炉出口温度提高18℃，炉管表面温度降低了33℃，减压塔塔顶产品不凝气量从0.34％减至0.18％；常规进料时，减压炉炉管逐级扩径，较为复杂，而采用本发明提供的方法，其炉管管径和转油线直径均为Φ152mm，简化了炉管和转油线的结构；此外，与对比例2相比，减压蜡油的终馏点提高了25℃，其密度、粘度、重金属含量、残炭均有提高，但仍然满足下游装置原料要求。减压渣油中500℃以下馏分含量从4.3％降低到1.3％，600℃以上馏分含量从65.1％增加到75.9％，渣油的密度、粘度、残炭均有较大提高。

Claims (11)

1.一种提高馏分油收率的分馏塔进料方法，将待分馏的原料油经加热炉预热后引入蒸馏塔中，所述的蒸馏塔包含汽化段和分馏段，其特征在于预热后的原料油在高于蒸馏塔汽化段压力100-1000kPa的条件下经压力式进料系统进入蒸馏塔汽化段，原料油在汽化段雾化为小雾滴，同时部分或全部汽化，然后在蒸馏塔中分馏段进行蒸馏分离，塔顶和／或侧线引出馏分油产品，塔底引出未汽化的重质油产品。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的蒸馏塔包括原油闪蒸塔、原油常压蒸馏塔、减压蒸馏塔或加氢生成油蒸馏塔。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的蒸馏塔操作条件为：塔顶绝对压力为0.5-240kPa，汽化段绝对压力为1.0-280kPa，汽化段温度为150℃-430℃。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于所述的蒸馏塔操作条件为：塔顶绝对压力为0.5-90.0kPa，汽化段绝对压力为1.0-98.0kPa，汽化段温度为300-430℃。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于所述的加热炉出口绝对压力为100-1000kPa，加热炉出口温度为360-460℃。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于所述的加热炉炉管出口绝对压力为200-600kPa，加热炉出口温度为380-430℃。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的原料油经压力式进料系统进入蒸馏塔汽化段，原料油雾化为小雾滴同时部分汽化。
8.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的将预热后的原料油引入流量分配系统(4)，按比例分配流量后喷入蒸馏塔汽化段。
9.按照权利要求1或8的方法，其特征在于所述的蒸馏塔内，喷入原料油的入口下方设置液体收集元件(10)。
10.按照权利要求1或8的方法，其特征在于所述的蒸馏塔内，喷入原料油的入口上方设置破沫元件(9)。
11.按照权利要求9的方法，其特征在于所述的蒸馏塔内，喷入原料油的入口上方设置破沫元件(9)。
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