CN102559251B - 压力式进料的原油蒸馏方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种压力式进料的原油蒸馏方法及设备，包括常压蒸馏部分和减压蒸馏部分，在减压炉之前设置初级减压塔，初级减压塔的塔底油经减压炉加热升温后引入二级减压蒸馏塔中进行分馏，其中，常压塔、初级减压塔和二级减压塔均采用压力式进料系统将原料雾化为小液滴，喷入蒸馏塔中。采用本发明提供的方法，将原料油雾化为小液滴喷入蒸馏塔中，可以增加汽液两相间传质面积，提高了分馏塔汽化段的汽化率。减压炉前增加了初级减压塔，拔出部分轻组分，在减压蒸馏部分处理量相同的情况下，可减少加热炉的热负荷，降低装置能耗。

Description

压力式进料的原油蒸馏方法及设备

技术领域

本发明属于石油炼制领域，更具体地说，属于原油常减压蒸馏方法和设备。

背景技术

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，有利于节能。提高减压蒸馏装置的拔出率，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。

常规的原油蒸馏(以燃料油型为例)流程见图1，原油被加热到220-260℃左右进初馏塔1，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。初馏塔塔底油经常压加热炉2进一步加热到360℃左右进常压塔3，其中汽油、煤油、柴油、重柴油等较轻的组分在汽化段汽化，蜡油和重油仍然为液体。轻柴油、重柴油、煤油在各自对应蒸汽压的泡点温度下从侧线抽出，而汽油和不凝气在回流罐分别抽出。沸点高于360℃的重油(又称常压渣油，简称常渣)从塔底引出。常压渣油经减压加热炉4加热部分汽化后，经转油线进入减压蒸馏塔5，在分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。

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。

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。

提高蒸馏塔馏分油收率的另一途径是提高汽化段温度。汽化段的温度主要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。

通过提高温度、降低压力再进一步提高减压拔出率难度较大。原因一是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)，填料和内构件的性能提高也越来越困难，因此再降低压力已经非常困难，而且会造成能耗和成本大幅增加；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，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。一部分轻质组分仍存在于塔底渣油中，从而降低了装置的拔出率。目前国内常减压装置一般将减压渣油的切割点设计为540℃，许多减压渣油中低于500℃馏分含量大于8％，低于538℃馏分含量大于10％，有的甚至高达30％以上。中石化某炼油厂常压渣油在减压塔进料段温度和压力下平衡汽化率为59.0％，而工业拔出率仅为51.9％，说明工业拔出率与平衡汽化率仍有一定的差距。同时，减压渣油分析结果表明渣油中低于500℃的馏分含量大于6％。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

本发明要解决的技术问题是提供一种降低常减压蒸馏过程的能耗、提高总拔出率的原油蒸馏方法。

本发明提供的压力式进料的原油蒸馏方法，包括常压蒸馏部分和减压蒸馏部分，在减压炉之前设置初级减压塔，初级减压塔的塔底油经减压炉加热升温后引入二级减压蒸馏塔中进行分馏，其中，常压塔、初级减压塔和二级减压塔均采用压力式进料系统将原料雾化为小液滴，喷入蒸馏塔中。

一种优选的方案是将原油引入初馏塔中，经初步分馏后，初馏塔塔顶采出轻汽油馏分，初馏塔塔底油引入常压炉中加热后引入常压塔中，常压塔塔顶馏出汽油馏分，侧线馏出煤油、柴油等馏分，常压塔塔底油加压后引入初级减压塔，初级减压塔侧线馏出柴油、蜡油等馏分，初级减压塔塔底油加压后引入减压炉中加热后进入二级减压塔，二级减压塔侧线馏出蜡油馏分，塔底排出减压渣油，所述的常压蒸馏塔、初级减压蒸馏和二级减压塔均采用压力进料系统喷入蒸馏塔中。

本发明提供的一种带有压力式进料系统的原油蒸馏设备，包括初馏塔、加热炉、常压塔、初级减压塔、减压加热炉和二级减压塔，以上装置依次连接，所述的常压塔、初级减压塔和二级减压塔均设有压力式进料系统。

所述的压力式进料系统由流量分配系统和雾化设备组成，流量分配系统放置在塔外或塔内。

本发明提供的方法和设备的有益效果为：

(1)本发明提供的方法将原料油雾化为小液滴喷入蒸馏塔中，可以增加汽液两相间传质面积，使得原料油中轻组分充分汽化而不至于被包裹在未汽化的重组分中，提高了分馏塔汽化段的汽化率。

(2)减压炉前增加了初级减压塔，拔出部分轻组分，初级减压塔塔底油经减压炉加热后再进入二级减压塔，在减压蒸馏部分处理量相同的情况下，可以减少加热炉的热负荷，降低装置能耗。同时可减少二级减压塔塔顶不凝气的量，降低其进料段压力，提高了减压塔拔出率。

(3)和现有技术中的减压炉相比，减压炉炉管内压力提高，油品基本不汽化，同时炉管不需要多次扩径，简化了加热炉结构。

附图说明

图1为常规常减压蒸馏的流程示意图；

图2为本发明提供的压力式进料的原油蒸馏方法流程示意图；

图3为压力式进料系统示意图。

具体实施方式

本发明提供的压力式进料的原油蒸馏方法是这样具体实施的：

将原油引入初馏塔中，初馏塔塔顶绝对压力为100-220kPa，温度为40-180℃，塔底温度为100-200℃。经初步分馏后，初馏塔侧线采出轻汽油馏分，初馏塔塔底油引入常压炉，经加热后加压至高于常压塔进料段压力100-1000kPa，经压力式进料系统雾化为小液滴，喷入常压塔中进行分馏，所述的常压塔的操作条件为：塔顶绝对压力为100-500kPa、优选为120-160kPa，塔顶温度为90-160℃、优选110-130℃，塔底温度为300-360℃、优选320-360℃。

常压塔塔顶馏出汽油馏分，侧线馏出煤油、柴油等馏分，常压塔塔底油以高于初级减压塔进料段压力100-1000kPa的压力经压力式进料系统喷入初级减压塔，所述的初级减压塔操作条件为：塔顶压力为4-60kPa，塔顶温度为50-170℃，塔底温度为335-370℃。

初级减压塔侧线馏出轻柴油、重柴油和蜡油馏分，初级减压塔塔底油引入减压炉，经加热后以高于二级减压塔进料段压力100-1000kPa的压力经压力式进料系统喷入二级减压塔，二级减压塔的操作条件为：塔顶绝对压力为0.5-7.0kPa、优选0.5-3.0kPa，塔顶温度为45-150℃、优选60-140℃，塔底温度360-430℃、优选370-410℃，汽化段温度为370-410℃、优选390-405℃，汽化段绝对压力为1.0-5.0kPa、优选1.0-3.0kPa。二级减压塔侧线主要馏出蜡油馏分，塔底排出减压渣油。

本发明提供的方法中，所述的压力式进料系统由流量分配系统和雾化设备组成。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雾滴喷出，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。

所述的雾化设备由一个或多个喷嘴或其它能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。所述的雾化设备将原料油雾化为小雾滴，喷入上述蒸馏塔内。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，所述的减压炉炉管和减压塔可以注入或不注入蒸汽。优选的方案是不注入蒸汽。

本发明提供的一种带有压力式进料系统的原油蒸馏设备，包括初馏塔、加热炉、常压塔、初级减压塔、减压加热炉和二级减压塔，以上装置依次连接，所述的常压塔、初级减压塔和二级减压塔均设有压力式进料系统。

所述的压力式进料系统由流量分配系统和雾化设备组成，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雾滴喷出，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。

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。与常规蒸馏设备相比，本发明提供的方法技术特征在于常压塔、初级减压塔和二级减压塔均设有压力式进料系统。

下面结合附图具体说明本发明提供的带有进料过程的提高馏分油收率的方法和设备，但本发明并不因此而受到限制。

如附图2所示，将原油引入初馏塔1中，经初步分馏后，初馏塔1顶部采出轻汽油馏分，初馏塔塔底油引入常压炉2中，经加热后加压后，经压力式进料系统雾化为小液滴，喷入常压塔3中进行分馏，常压塔3塔顶馏出汽油馏分，侧线馏出煤油、柴油和部分蜡油馏分，常压塔3塔底油经压力式进料系统喷入初级减压塔6，初级减压塔6侧线馏出轻柴油、重柴油和蜡油馏分，初级减压塔6的塔底油引入减压炉4中，经加热后经压力式进料系统喷入二级减压塔7，二级减压塔7侧线主要馏出蜡油馏分，二级减压塔7塔底排出减压渣油。

所述的压力式进料系统如附图3所示，流量分配系统和雾化设备10组成，所述的流量分配系统包括原料油管线8和分支管线9。

下面由实施例具体说明本发明提供的方法的实施效果。

对比例

对比例1说明常规原油蒸馏方法的效果。

如附图1所示，脱盐脱水后的原油经换热到205℃，进入初馏塔1，初馏塔顶采出汽油组分，初馏塔底油经泵加压和常压加热炉2加热后进入常压塔3，加热炉出口温度为360℃。所述的常压蒸馏塔为板式塔，有三个侧线和三个中段回流，常一线、常二线、常三线在汽提塔由汽提蒸汽汽提后出装置。常压塔底油通过减压炉4加热，减压炉出口压力为26.0kPa(绝)，减压炉管表面温度为578℃，减压炉出口温度为394.5℃。预热后的常压渣油经转油线进入减压蒸馏塔5。减压炉炉管从Φ152mm不断扩径到Φ273mm，转油线直径为1.6m，长度35.0m。减压蒸馏塔为常规全填料塔，微湿式操作。汽化段温度为380.1℃。减压塔包括五个出料口从上至下为减顶、减一线、减二线、减三线，减四线以及两个中段回流。常减压蒸馏塔操作条件及产品性质见表1。常压蒸馏塔的拔出率为30.1％，减压蒸馏塔的拔出率为22.8％。

实施例

实施例说明本发明提供的压力式进料原油蒸馏方法的效果。

如附图2所示，脱盐脱水后的原油经换热到205℃，进入初馏塔1，初馏塔顶采出汽油组分，初馏塔底油经泵加压和常压加热炉2加热360℃后，经压力式进料系统喷入常压塔，雾化为小液滴，压力式进料系统包括流量分配系统和雾化设备，流量分配系统保证每个雾化设备均有雾滴喷出，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。

常压渣油直接经压力式进料系统引入初级减压塔，初级减压塔塔顶与抽真空系统连接，抽出塔顶气并保持真空度。初级减压塔分离出一个塔顶产品和两个侧线，塔底油经减压炉4加热，炉管直径为Φ152mm，经转油线进入流量分配系统，再经雾化设备引入二级减压蒸馏塔6，压力式进料系统与常压塔类似。二级减压塔塔顶均与抽真空系统连接，抽出塔顶气并保持真空度，二级减压塔分离出三个侧线产品。带有压力式进料段的常减压蒸馏的操作条件及产品性质见表1。

表1常减压蒸馏塔操作条件及产品性质

项目	对比例	实施例
			常压塔顶压力，kPa(绝)	140.0	140.0
常压塔汽化段压力，kPa(绝)	167.9	167.9
			常压炉出口压力，kPa(绝)	200.0	412.5
常压炉出口温度，℃	360.0	364.0
			常压炉炉管表面温度，℃	558.0	549.0
常压塔汽化段温度，℃	355.3	354.8
			常压塔塔顶温度，℃	113.8	114.1
常压塔塔底温度，℃	352.2	351.6
初级减压塔塔顶残压，kPa(绝)	-	14
			初级减压塔汽化段压力，kPa(绝)	-	16
初级减压塔塔顶温度，℃	-	79.0
			初级减压塔汽化段温度，℃	-	342.6
初级减压塔塔底温度，℃	-	342.5
(二级)减压塔顶压力，kPa(绝)	4.0	3.0
			(二级)减压塔汽化段压力，kPa(绝)	6.0	5.0
减压炉出口压力，kPa(绝)	26.1	412.5
			减压炉出口温度，℃	394.5	406.0
减压炉炉管表面温度，℃	578.0	560.2
			二级减压塔汽化段温度，℃	380.1	381.6
二级减压塔塔顶温度，℃	75.0	95.0
			二级减压塔塔底温度，℃	377.7	378.7

项目	对比例	实施例
			产品
常压拔出率，wt％(占原油)	30.1	31.9
			减压拔出率，wt％(占原油)	22.8	29.5
总拔出率，wt％(占原油)	52.9	61.4
			减压渣油＜500℃馏分含量，％	4.6	2.1
能耗
			减压炉负荷(M kcal/h)	17.45	15.97

由表1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212.5kPa，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31.9％，比常规进料的常压蒸馏拔出率提高1.8％。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。

本发明提供的方法用于减压蒸馏时，与常规减压蒸馏方法相比，在相同汽化段温度和压力下，本发明提供的方法中初级减压塔和二级减压蒸馏塔总拔出率达到29.5％，与常规流程相比提高了6.7％。减压加热炉出口温度提高11.5℃，炉管表面温度降低了17.8℃；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；减压渣油中500℃以下馏分含量从4.6％降低到2.1％，产品质量有所改善；同时，由于减压一线和部分减二线从初级减压塔抽出，减压炉处理能力减小，所以热负荷较对比例中减少了8.48％。

Claims (9)

1.一种压力式进料的原油蒸馏方法，包括常压蒸馏部分和减压蒸馏部分，其特征在于，在减压炉之前设置初级减压塔，初级减压塔的塔底油经减压炉加热升温后引入二级减压蒸馏塔中进行分馏，其中，常压塔、初级减压塔和二级减压塔均加压至高于常压塔进料段压力100-1000kPa，采用压力式进料系统将原料雾化为0.0001-10毫米粒径的小液滴，喷入蒸馏塔中；所述的压力式进料系统由流量分配系统和雾化设备组成。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，将原油引入初馏塔中，经初步分馏后，初馏塔塔顶采出轻汽油馏分，初馏塔塔底油引入常压炉中加热后引入常压塔中，常压塔塔顶馏出汽油馏分，侧线馏出煤油、柴油馏分，常压塔塔底油加压后引入初级减压塔，初级减压塔侧线馏出柴油、蜡油馏分，初级减压塔塔底油加压后引入减压炉，经减压炉加热后进入二级减压塔，二级减压塔侧线馏出蜡油馏分，塔底排出减压渣油。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的初馏塔塔顶绝对压力为100-220kPa，温度为40-180℃，塔底温度为100-200℃。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的常压塔塔顶绝对压力为100-500kPa，塔顶温度为90-160℃，塔底温度为300-360℃。

5.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的初级减压塔塔顶绝对压力为4-60kPa，塔顶温度为50-170℃，塔底温度为335-370℃。

6.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的二级减压塔塔顶绝对压力为0.5-7.0kPa，塔顶温度为45-150℃，塔底温度为360-430℃。

7.按照权利要求6的方法，其特征在于，所述的二级减压塔塔顶绝对压力为0.5-3.0kPa，塔顶温度为60-140℃，塔底温度为370-410℃，汽化段绝对压力为1.0-5.0kPa，汽化段温度为370-410℃。

8.按照权利要求2的方法，其特征在于所述的常压炉和/或减压炉炉管，减压蒸馏塔中注入或不注入蒸汽。

9.一种带有压力进料系统的原油蒸馏设备，其特征在于，包括初馏塔、加热炉、常压塔、初级减压塔、减压加热炉和二级减压塔，以上设备依次连接，所述的常压塔、初级减压塔和二级减压塔均设有压力式进料系统；所述的压力式进料系统由流量分配系统和雾化设备组成，流量分配系统放置在塔外或塔内。