非芳抽余油生產(chǎn)溶劑油的脫重組分塔優(yōu)化設(shè)計(jì)*

邵文

（中國(guó)石油華東設(shè)計(jì)院，山東青島266071）

化工設(shè)計(jì)

非芳抽余油生產(chǎn)溶劑油的脫重組分塔優(yōu)化設(shè)計(jì)*

邵文

（中國(guó)石油華東設(shè)計(jì)院，山東青島266071）

非芳烴抽余油原料可以通過淺度加氫生產(chǎn)溶劑，脫重組分塔是該裝置主要設(shè)備之一。通過對(duì)脫重組分塔工藝設(shè)計(jì)方案的比較，選用單塔側(cè)線抽出脫除原料中的輕、重組分的流程方案，利用先進(jìn)的石油化工流程模擬軟件對(duì)脫重組分塔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使塔的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)更合理、更準(zhǔn)確。

抽余油；溶劑油；脫重組分塔；優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了解決清潔汽油中的苯和芳烴含量過高的問題，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，國(guó)內(nèi)許多煉油企業(yè)都設(shè)有苯抽提裝置或芳烴抽提裝置。抽提裝置脫出芳烴后的非芳抽余油是生產(chǎn)6號(hào)溶劑油和120號(hào)溶劑油的優(yōu)質(zhì)原料，生產(chǎn)溶劑油不僅可以為企業(yè)增加了產(chǎn)品品種，同時(shí)還為生產(chǎn)企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益[1]。生產(chǎn)溶劑油的工藝比較簡(jiǎn)單，即餾程合乎溶劑油質(zhì)量要求的非芳烴抽余油與催化重整裝置產(chǎn)生的氫氣，在催化劑的作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在分離塔中分離可以得到6號(hào)溶劑油和120號(hào)溶劑油[2]。目前市場(chǎng)上供應(yīng)的溶劑油烯烴、芳烴含量和溴指數(shù)通過加氫很容易滿足要求，但餾程范圍通常不合格。生產(chǎn)6號(hào)及120號(hào)溶劑油一般可以采用先加氫后分餾和先分餾后加氫兩種流程方案，但由于目前大都采用陜西煤化所研制的加氫催化劑，為了延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，要求非芳抽余油進(jìn)入加氫反應(yīng)器之前必須脫除原料中的重組分，以防止催化劑表面積炭影響其活性。因此在進(jìn)入加氫反應(yīng)器前必須脫出原料中的輕、重組分（尤其是重組分）[3]。

生產(chǎn)6號(hào)及120號(hào)溶劑油一般可以采用先加氫后分餾和先分餾后加氫兩種流程方案，但由于目前大都采用陜西煤化所研制的加氫催化劑，為了延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，要求非芳抽余油進(jìn)入加氫反應(yīng)器之前必須脫除原料中的重組分，以防止催化劑表面積炭影響其活性。因此在進(jìn)入加氫反應(yīng)器前必須脫出原料中的輕、重組分（尤其是重組分）[4]。

1 原料及產(chǎn)品的性質(zhì)

非芳抽余油及產(chǎn)品的性質(zhì)見表1、表2。

表1 非芳抽余油的性質(zhì)Table 1 Properties of non-aromatic raffinate

表2 產(chǎn)品的性質(zhì)Table 2 Properties of products

2 工藝流程方案的確定

根據(jù)非芳抽余油的原料的特點(diǎn)，生產(chǎn)滿足6號(hào)溶劑油和120號(hào)溶劑油的非芳抽余油的餾程范圍的原料,有以下4種方案可供選擇。

2.1先脫輕組分后脫重組分加工流程

該方案工藝流程如圖1所示。非芳烴抽余油原料先進(jìn)入脫輕組分塔（可簡(jiǎn)稱為脫輕塔），在脫輕塔中先脫除原料中的輕組分。脫輕塔塔底物料進(jìn)入脫重塔，在脫重組分塔中脫除重組分，脫重組分塔塔頂物料作為加氫反應(yīng)器進(jìn)料。

從圖1可以看出：為了滿足加氫反應(yīng)器進(jìn)料要求，利用2個(gè)塔分別脫除非芳烴抽余油原料中的輕、重組分，后部的加氫反應(yīng)部分及溶劑油分離塔負(fù)荷均較小，但在該方案流程中，原料中輕組分被氣化1次，冷凝1次，溶劑油組分也被氣化1次，冷凝1次，而重組分沒有被氣化和冷凝。

圖1 第1方案流程示意圖Fig.1 Process flow chartof the firstscheme

2.2先脫重組分后脫輕組分加工流程

該方案工藝流程如圖2所示。非芳烴抽余油原料先進(jìn)入脫重組分塔，在脫重塔中先脫除原料中的重組分。脫重組分塔塔頂物料進(jìn)入脫輕塔，在脫輕組分塔中脫除輕組分，脫輕組分塔塔底物料作為加氫反應(yīng)器進(jìn)料。

圖2 第2方案流程示意圖Fig.2 Process flow chartof the secondscheme

從圖2可以看出，其流程特點(diǎn)與第1方案相似。但該流程中輕組分被氣化2次，冷凝2次，溶劑油組分被氣化1次，冷凝1次。顯然，采用此方案能耗和設(shè)備投資都比第1方案大。

2.3只脫重組分加工流程

該方案流程如圖3所示。非芳烴抽余油原料進(jìn)入脫重塔脫除其中的重組分，塔頂物料作為加氫反應(yīng)器進(jìn)料。

從圖3可以看出，該方案雖然脫除了原料中的重組分，但輕組分及溶劑油組分均進(jìn)入了加氫反應(yīng)器及溶劑油分離塔，反應(yīng)器負(fù)荷較大，催化劑藏量及氫耗量增加。由于原料中的輕組分需在分離塔中進(jìn)行分離，所以，分離塔的汽、液相負(fù)荷增大，塔徑增大，分離塔中的輕組分容易進(jìn)入溶劑油產(chǎn)品中，影響溶劑油產(chǎn)品的質(zhì)量，而且該方案能耗也較高。

圖3 第3方案流程示意圖Fig.3 Process flow chartof the thirdscheme

2.4單塔脫輕組分和脫重組分加工流程

該方案工藝流程如圖4所示。非芳烴抽余油原料先進(jìn)入脫重塔，塔頂脫除原料中的輕組分，塔底脫除原料中的重組分，在塔的適當(dāng)位置開一側(cè)線，抽出物作為加氫反應(yīng)器進(jìn)料。

圖4 第4方案流程示意圖Fig.4 Process flow chartof the fourthscheme

從圖4可以看出，該方案在一個(gè)塔中即脫除了影響加氫催化劑活性的重組分，又脫除了生產(chǎn)溶劑油產(chǎn)品所不需要的輕組分，它具有工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，一次性投資少的特點(diǎn)。

雖然上述4種流程方案都能滿足加氫反應(yīng)器進(jìn)料和生產(chǎn)溶劑油的要求，但通過分析和比較，第4種方案具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)中一般采用第4方案作為最佳方案。

3 脫重組分塔的工藝設(shè)計(jì)

脫重組分塔的操作費(fèi)用，主要決定再沸器中熱載體的消耗量及冷凝冷卻器中冷卻水的消耗量。對(duì)于進(jìn)料流量、塔頂產(chǎn)品量、塔底產(chǎn)品量等參數(shù)一定時(shí)，若回流比增大，上升的氣相負(fù)荷也增大，熱載體及冷卻水量也隨之增大，操作費(fèi)用相應(yīng)增加。

設(shè)備的折舊費(fèi)用是指脫重組分塔、再沸器、冷凝冷卻器、機(jī)泵、容器等總投資乘以折舊率。對(duì)于一定的操作介質(zhì)而言，設(shè)備類型和材質(zhì)已經(jīng)確定，此項(xiàng)費(fèi)用主要取決于設(shè)備的尺寸。當(dāng)回流比R＝Rmin時(shí)，所需塔板層數(shù)為n=∝，此時(shí)設(shè)備費(fèi)用無限大；當(dāng)回流比R稍大于Rmin后，塔板層數(shù)從無限多減至有限層數(shù)，故設(shè)備費(fèi)用急劇降低；而另一方面，由于回流比的增大，塔內(nèi)上升的氣相負(fù)荷也隨之增加，從而使塔徑、塔板面積、再沸器及冷凝冷卻器等設(shè)備尺寸相應(yīng)增加，因此，回流比R增至某一值后，設(shè)備費(fèi)用反而上升。綜上所述，在設(shè)計(jì)中確定回流比這個(gè)參數(shù)是至關(guān)重要的。

本文以15萬t/a半再生重整裝置為例，采用三苯液-液抽提工藝，芳烴抽提后的非芳烴抽余油量為6.5萬t/a，每年按開工8 400 h計(jì)算,以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)脫重組分塔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為滿足加氫反應(yīng)器進(jìn)料及生產(chǎn)6號(hào)和120號(hào)溶劑油的要求，側(cè)線抽出物流（加氫反應(yīng)器進(jìn)料）的恩氏蒸餾餾程為60～130℃。

首先，利用計(jì)算機(jī)流程模擬軟件對(duì)該塔進(jìn)行模擬計(jì)算，通過反復(fù)調(diào)整回流比來確定脫重組分塔的最少理論塔板層數(shù)。對(duì)于非芳烴抽余油組分，當(dāng)回流比R＝6時(shí)，脫重塔的計(jì)算不能收斂；當(dāng)回流比R＝7時(shí)，塔的計(jì)算可以收斂。所以，脫重組分塔的最小回流比R介于6～7之間?；亓鞅茸兓瘯r(shí)脫重組分塔的主要計(jì)算結(jié)果列于表3。

表3 回流比變化時(shí)塔的計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculationresults of towerwhile reflux ratio changing

從表3可以看出，上述3種回流比都能滿足脫輕、重組分的需要。當(dāng)回流比發(fā)生變化時(shí)，塔板數(shù)及塔的熱平衡也隨之發(fā)生變化。通過綜合考慮，回流比R＝10時(shí)，是適宜的回流比。

在進(jìn)行塔板水利學(xué)計(jì)算時(shí)，關(guān)鍵在于塔板間距的確定。塔板間距的大小與處理能力、操作彈性、塔板效率有密切的關(guān)系，且與塔徑的大小也密切相關(guān)。本文板間距Ht為450，500，600 mm分別進(jìn)行計(jì)算比較，主要計(jì)算結(jié)果見表4。

從表4可以看出，當(dāng)塔板間距Ht=0.6 m時(shí)，1 m直徑的塔不能布置88個(gè)浮閥，故不能滿足工藝要求；當(dāng)塔板間距Ht=0.45 m時(shí)，塔的操作彈性又太小。因此，脫重塔的塔板間距Ht取為0.50 m。脫重塔工藝尺寸的計(jì)算和水力學(xué)計(jì)算結(jié)果見表5。

表4 塔板間距（Ht）變化時(shí)塔的工藝計(jì)算結(jié)果Table 4 Process calculations of Towerwhile tray height changing

表5 脫重組分塔的工藝尺寸和水力學(xué)計(jì)算匯總表Table 5 Process dimensionandhydraulic calculations of de-heavy oil column

4 結(jié)論

利用先進(jìn)的石油化工流程模擬軟件對(duì)脫重組分塔進(jìn)行了模擬計(jì)算可以解決手算很難甚至無法解決的的問題，從而使設(shè)計(jì)的結(jié)果更科學(xué)、更合理、更準(zhǔn)確，同時(shí)也大大的提高了設(shè)計(jì)效率。幾年來的生產(chǎn)操作表明，脫重組分塔開停工方便、調(diào)節(jié)靈活、生產(chǎn)操作平穩(wěn)，各項(xiàng)操作指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)水平。實(shí)踐證明采用單塔側(cè)線抽出脫除非芳烴抽余油中的輕、重組分的流程在工業(yè)上是可行的。

[1]周永水.催化重整裝置裝置抽余油分餾塔擴(kuò)能改造[J].石油煉制與化工，2005，33（7）：49-51.

[2]徐承恩.催化重整工藝與工程[M].北京:中國(guó)石化出版社，2004：126-127.

[3]閔恩澤.石油煉制催化技術(shù)創(chuàng)新途徑的探討[J].世界石油工業(yè)，2003，5：23-26.

[4]朱迪珠.重整生成油及抽余油加氫脫烯烴生產(chǎn)溶劑油的新技術(shù)[J].石油煉制與化工，2000，28（9）：20-24.

Optimization Design of De-heavy Oil Column for Solvent Oil Production From Non-aromatic Raffinate

SHAOWen
（ChinaPetroleumEastChinaDesignInstitute,Shandong Qingdao 266071,China）

Non-aromatic raffinate feed can be lightly hydrotreated to produce solvent,de-heavy oil column is one of the key equipments.In the paper，through comparing process design schemes forde-heavy oil column,single tower side draw process was chosen to remove heavy components in the feed,and advanced process flow simulation software was utilized to optimize the design forde-heavy oil column,thus more reasonable and accurate design data for the towercanbe gained.

Raffinate；SolventOil；De-heavy oil column；OptimizationDesign

TE626.5

A

1671-0460（2010）04-0423-04

2010-06-10

邵 文，男，高級(jí)工程師，1987年撫順石油學(xué)院石油加工專業(yè)畢業(yè)，2004年石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程專業(yè)畢業(yè)，獲碩士學(xué)位,長(zhǎng)期從事石油化工工藝設(shè)計(jì)工作。E-mail:hldsw2008@163.com。