輕重汽油分離與吸收穩(wěn)定耦合流程的研究

李 國(guó) 中石化洛陽工程有限公司 洛陽 473001

按照清潔燃料中有關(guān)汽油的指標(biāo)，要求催化汽油在烯烴和總硫含量上降低。對(duì)催化汽油各餾程組分分析后得知在輕汽油組分中 (C5～C7)烯烴含量高，而在重汽油組分中含硫較高［1］。將催化汽油分割為輕汽油和重汽油組分，輕汽油組分進(jìn)行降烯烴處理，重汽油組分進(jìn)行降硫處理后再調(diào)和，烯烴和含硫問題均可解決。國(guó)外通常采用這一辦法對(duì)催化汽油分割后，按輕重分割成2～4個(gè)餾分，對(duì)每一餾分單獨(dú)進(jìn)行加工處理后再進(jìn)行調(diào)和，以達(dá)到汽油指標(biāo)要求［2］。我國(guó)開發(fā)的催化裂化汽油加氫脫硫異構(gòu)降烯烴技術(shù) (RIDOS)，包括對(duì)催化裂化全餾分汽油分餾系統(tǒng)，分割出輕餾分汽油和重餾分汽油后分別進(jìn)行降硫和降烯烴處理。

1 輕重汽油分離系統(tǒng)簡(jiǎn)介

采用精餾塔將穩(wěn)定汽油分離為輕汽油和重汽油兩個(gè)餾分，然后將烯烴含量高、低硫含量的輕汽油送至汽油脫硫醇裝置，將硫含量高、低烯烴含量的重汽油送至汽油加氫裝置。目前，輕重汽油分離塔一般放在汽油加氫裝置中，為操作方便、降低能耗，現(xiàn)考慮將其放在催化裂化裝置。本文的主要研究?jī)?nèi)容是選擇輕重汽油分離與吸收穩(wěn)定耦合的最佳流程。

2 輕重汽油分離與吸收穩(wěn)定耦合方案

2.1 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)前串入輕重汽油分離塔工藝

粗汽油從分餾塔頂油氣分離器出來后，經(jīng)粗汽油泵提壓后進(jìn)入輕重汽油分離塔進(jìn)行分離，粗輕汽油 (含液化氣組分)從塔頂餾出，經(jīng)冷凝冷卻至40℃后進(jìn)入輕重汽油分離塔頂回流罐，送至吸收塔作為吸收劑;重汽油由泵從塔底抽出，經(jīng)冷卻至70℃，送至加氫裝置。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)流程不變，僅是從穩(wěn)定塔底出來為輕汽油，分為兩路，一路去吸收塔作為補(bǔ)充吸收劑;另一路作為產(chǎn)品送至產(chǎn)品精制裝置。其工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)前串入輕重汽油分離塔工藝流程圖

2.2 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)后串入輕重汽油分離塔 (重汽油作為補(bǔ)充吸收劑)工藝

在穩(wěn)定塔后加入輕重汽油分離塔，穩(wěn)定汽油從穩(wěn)定塔底抽出后，全部送至輕重汽油分離塔。輕汽油從輕重汽油分離塔頂餾出，經(jīng)冷凝冷卻至40℃后進(jìn)入輕重汽油分離塔頂回流罐，再泵送至產(chǎn)品精制裝置。重汽油從塔底抽出后分為兩路，一路去吸收塔作為補(bǔ)充吸收劑;另一路經(jīng)冷卻至70℃，送至加氫裝置。工藝流程簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)后串入輕重汽油分離塔(重汽油作為補(bǔ)充吸收劑)工藝流程圖

2.3 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)后串入輕重汽油分離塔 (穩(wěn)定汽油作為補(bǔ)充吸收劑)工藝

在穩(wěn)定塔后加入輕重汽油分離塔，穩(wěn)定汽油從穩(wěn)定塔底抽出后，分為兩路，一路去吸收塔作為補(bǔ)充吸收劑;另一路去輕重汽油分離塔進(jìn)行分離。輕汽油從輕重汽油分離塔頂餾出，經(jīng)冷凝冷卻至40℃后進(jìn)入輕重汽油分離塔頂回流罐，經(jīng)泵送至產(chǎn)品精制裝置;重汽油由泵從塔底抽出后，經(jīng)冷卻至70℃，送至加氫裝置。其工藝流程簡(jiǎn)圖見圖3。

圖3 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)后串入輕重汽油分離塔(穩(wěn)定汽油作為補(bǔ)充吸收劑)工藝流程圖

3 模擬結(jié)果比較與分析

在相同的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件下，使用PROⅡ流程模擬軟件對(duì)三種工藝進(jìn)行流程模擬。規(guī)定吸收穩(wěn)定系統(tǒng)前串入輕重汽油分離塔工藝為方案1，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)后串入輕重汽油分離塔 (重汽油作為補(bǔ)充吸收劑)工藝為方案2，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)后串入輕重汽油分離塔 (穩(wěn)定汽油作為補(bǔ)充吸收劑)工藝為方案3。在各方案中，產(chǎn)品質(zhì)量控制要求相同。

3.1 冷熱負(fù)荷比較

系統(tǒng)冷負(fù)荷包括吸收塔中段回流冷卻負(fù)荷、穩(wěn)定塔頂冷凝冷卻負(fù)荷、輕重汽油分離塔頂冷凝冷卻負(fù)荷和補(bǔ)充吸收劑冷卻負(fù)荷;系統(tǒng)熱負(fù)荷包括解吸塔底再沸器熱負(fù)荷、解吸塔中間再沸器熱負(fù)荷、穩(wěn)定塔底再沸器熱負(fù)荷和輕重汽油分離塔底再沸器熱負(fù)荷。采用不同方案時(shí)，系統(tǒng)冷熱負(fù)荷比較見表1。

表1 各方案系統(tǒng)冷熱負(fù)荷比較 (×104kcal/h)

從表1可以看出，對(duì)于吸收塔中段回流冷卻負(fù)荷，以方案1為基準(zhǔn)，方案2增加了8%，方案3減少了7%，分析主要原因是方案2采用重汽油(主要組分為C8～C11)作為補(bǔ)充吸收劑，重汽油吸收液化氣組分能力較差，補(bǔ)充吸收劑量增加，中段循環(huán)量也增加，吸收效果較差，吸收中段冷負(fù)荷相應(yīng)增大;方案3采用穩(wěn)定汽油作為補(bǔ)充吸收劑，穩(wěn)定汽油比重汽油吸收液化氣組分能力要強(qiáng)，補(bǔ)充吸收劑量減少，中段循環(huán)量也小，吸收效果變好，吸收中段冷負(fù)荷相應(yīng)減少。對(duì)于穩(wěn)定塔頂冷凝冷卻負(fù)荷和穩(wěn)定塔再沸器負(fù)荷，方案2、方案3比方案1分別減少了24.8%、17.4%和13.2%、11.1%，主要原因?qū)τ诜桨?，由于重汽油作補(bǔ)充吸收劑，使進(jìn)穩(wěn)定塔的汽油組成較方案3和方案1更易于液化氣分離，回流比降低，塔頂冷卻負(fù)荷及塔底再沸器負(fù)荷降低;方案1進(jìn)穩(wěn)定塔的汽油主要是液化氣和輕汽油，組成較輕，分離需回流比大，塔頂冷負(fù)荷大，塔底再沸器負(fù)荷大。對(duì)于輕重汽油分離塔頂冷凝冷卻負(fù)荷和輕重汽油分離塔底再沸器負(fù)荷，方案3最小，比方案1、方案2分別小了3.5%、10%和61%、38%，分析主要原因方案1中輕重汽油分離塔要分離含有液化氣組分的粗汽油，塔頂需較高的壓力才能將液化氣冷凝，比方案3塔壓力高，相應(yīng)塔頂冷負(fù)荷和塔底再沸器負(fù)荷增大;方案2是全部穩(wěn)定汽油進(jìn)塔進(jìn)行分離，然后重汽油去作補(bǔ)充吸收劑，由于進(jìn)料量比方案3大，塔頂冷負(fù)荷和塔底再沸器負(fù)荷相應(yīng)就需求大。對(duì)于解吸塔底再沸器負(fù)荷，以方案1為基準(zhǔn)，方案2和方案3分別增大了87%和69%，主要原因?yàn)榉桨?中進(jìn)解吸塔的凝縮油流量比方案2和方案3小很多，塔底再沸器需要的熱負(fù)荷就小。綜合考慮，由于方案3總冷負(fù)荷和總熱負(fù)荷為－1697×104kcal/h和2625×104kcal/h，比方案1、方案2分別小了11.8%、0.4%和18%、13%，相應(yīng)也可減少換熱器和再沸器的面積，降低設(shè)備投資。

3.2 吸收塔板負(fù)荷比較

當(dāng)采用不同方案時(shí)，由于吸收劑和補(bǔ)充吸收劑量的不同，吸收塔氣液相負(fù)荷也受到影響，其變化分別見圖4和圖5。

圖4 各方案吸收塔塔板氣相負(fù)荷

圖5 各方案吸收塔塔板液相負(fù)荷

從圖4可知，方案1中吸收塔塔板氣相負(fù)荷最大，方案2和方案3相近。主要原因?yàn)榉桨?中解吸塔進(jìn)料主要組分為液化氣和輕汽油 (C5～C7)，在相同的解吸率的同時(shí)，其解吸氣中的C3～C4的量略增加，C5～C7的量增加較多，也就造成方案1中解吸氣量大;而方案1中吸收塔底已富含C5～C7，而且C7以上組分含量較少，吸收C5～C7的能力有限，在與壓縮富氣和解吸氣混合冷卻后，進(jìn)入吸收塔的氣體量比方案2和方案3要大。而進(jìn)入吸收塔的吸收劑和補(bǔ)充吸收劑分別為粗輕汽油和輕汽油，只有少量的C5～C7組分被吸收下來，大部分C5～C7組分進(jìn)入再吸收塔;而方案1再吸收劑量為66755kg/h，方案2為59088kg/h，方案3為61841kg/h，可見方案1在吸收穩(wěn)定和分餾之間循環(huán)的富吸收油量最大，增加系統(tǒng)負(fù)荷。因此，方案1不僅吸收塔各塔板的氣相負(fù)荷比方案2和方案3大，而且富吸收油循環(huán)量大，系統(tǒng)負(fù)荷增加。

從圖5可知，在第4塊塔板之前，方案1塔板的液相負(fù)荷最大，方案2次之，方案3最小，這也就表明方案1的補(bǔ)充吸收劑量最大，方案2次之，方案3最小;而在第4塊塔板之后，即吸收劑進(jìn)入吸收塔后，方案2塔板的液相負(fù)荷最大，方案3次之，方案1最小。方案1吸收劑為粗輕汽油 (含液化氣)，其流量比較小，要達(dá)到同樣的吸收效果，就需要大量的補(bǔ)充吸收劑輕汽油，但由于輕汽油吸收C3～C4組分效果較好，吸收塔在吸收劑進(jìn)入以后的塔板液相負(fù)荷變?yōu)樽钚?。方?采用重汽油作為補(bǔ)充吸收劑，由于重汽油組分主要為C8～C11，其吸收C3～C4組分能力比穩(wěn)定汽油要差，所以方案2補(bǔ)充吸收劑量比方案3大，吸收塔液相負(fù)荷也最大。

塔板氣相和液相負(fù)荷主要對(duì)塔徑的大小有較大的影響，由以上塔板氣相和液相負(fù)荷的比較，再通過PROⅡ模擬計(jì)算，其結(jié)果為方案1吸收塔塔徑1981mm，方案2和方案3均為1829mm，可見氣相負(fù)荷對(duì)塔徑影響較大。

通過以上比較，綜合考慮冷熱負(fù)荷、吸收塔塔板負(fù)荷各方面的影響，認(rèn)為方案3最佳。

4 最佳方案換熱流程優(yōu)化

為更充分回收其低溫?zé)岷秃侠砝醚b置熱源，針對(duì)方案3，設(shè)計(jì)了兩種不同的換熱流程并進(jìn)行比較，兩種換熱流程分別見圖6和圖7。

從圖6中可知，換熱流程1的流程特點(diǎn):

(1)頂循環(huán)油至氣分裝置作脫丙烷塔底重沸器熱源，然后返回作為解吸塔中間再沸器熱源，最后用熱水回收低溫?zé)帷?/p>

(2)輕柴油先為輕重汽油分離塔底再沸器供熱，再加熱富吸收油，接著用熱水回收低溫?zé)幔缓蠓譃閮陕?，一路?jīng)冷卻作為貧吸收劑，另一路作為產(chǎn)品出裝置。

(3)分餾塔取消二中段循環(huán)回流，熱量按比例分配到一中段循環(huán)回流和油漿循環(huán)回流。

(4)穩(wěn)定汽油先為解吸塔底再沸器 (一)提供熱源，然后分為兩路，一路送至輕重汽油分離塔，另一路經(jīng)冷卻作為補(bǔ)充吸收劑。

圖6 換熱流程1示意圖

(5)1.0MPa低壓蒸汽為解吸塔底再沸器(二)提供熱源。

從圖7中可知，換熱流程2的流程特點(diǎn):

(1)頂循環(huán)油去氣分裝置供熱，然后用熱水回收低溫?zé)帷?/p>

(2)輕柴油先給原料油加熱，再去加熱富吸收油，接著用熱水回收低溫?zé)?，然后分為兩路，一路?jīng)冷卻作為貧吸收劑，另一路作為產(chǎn)品出裝置。

(3)分餾二中產(chǎn)生中壓蒸汽。

(4)穩(wěn)定汽油先為穩(wěn)定塔進(jìn)料加熱，再為解吸塔底中間再沸器提供熱源，然后分為兩路，一路送至輕重汽油分離塔，另一路經(jīng)冷卻作為補(bǔ)充吸收劑。

圖7 換熱流程2示意圖

(5)1.0MPa低壓蒸汽為解吸塔底再沸器提供熱源。

(6)1.0MPa低壓蒸汽為輕重汽油分離塔底再沸器提供熱源。

通過對(duì)兩個(gè)換熱流程工況的特點(diǎn)了解，對(duì)兩種換熱流程工況進(jìn)行了能耗的比較，其結(jié)果見表2。

表2 兩種換熱流程能耗比較

從表2可知，對(duì)于低壓蒸汽的消耗，換熱流程1為6.4t/h比換熱流程2小了74%，主要是因?yàn)樵趽Q熱流程1中只有解吸塔底再沸器 (二)用低壓蒸汽作為熱源，解吸塔底再沸器 (一)由穩(wěn)定汽油作為熱源，輕重汽油分離塔底再沸器由輕柴油作為熱源，而在換熱流程2中，解吸塔底只有一個(gè)再沸器，而且完全由低壓蒸汽提供熱源，輕重汽油分離塔底再沸器同樣也用低壓蒸汽作為熱源，因此，低壓蒸汽用量換熱流程2要比換熱流程1大很多。對(duì)于系統(tǒng)產(chǎn)生的中壓蒸汽，換熱流程1為30t/h，比換熱流程2小了32%，主要是因?yàn)樵趽Q熱流程1中，原料油完全由循環(huán)油漿加熱，然后循環(huán)油漿再去產(chǎn)生中壓蒸汽，而在換熱流程2中，原料油先由輕柴油加熱，再通過循環(huán)油漿加熱，可見換熱流程2循環(huán)油漿產(chǎn)生中壓蒸汽的量要大一些，再加上換熱流程2中，分餾二中的熱量也用來產(chǎn)生中壓蒸汽，因此，換熱流程2中壓蒸汽發(fā)生量比換熱流程1要大。對(duì)于低溫回收熱負(fù)荷，換熱流程1比換熱流程2要小6%。循環(huán)水用量，換熱流程1比換熱流程2要小4%。為了更清楚表明兩種換熱流程方案的能耗，將其轉(zhuǎn)化為以MJ/a為單位的能耗比較，綜合考慮，換熱流程1的輸出能量為104724×104MJ/a，比換熱流程2多了3512×104MJ/a，因此，換熱流程1為較優(yōu)的換熱流程。

5 結(jié)語

(1)比較總冷熱負(fù)荷方面，方案3最小，比方案1和方案2分別小了11.8%、0.4%和18%、13%。因此，系統(tǒng)能耗降低，裝置運(yùn)行費(fèi)用降低。

(2)通過吸收塔塔板氣液相負(fù)荷比較，可知方案1中塔板的氣相負(fù)荷最大，方案2在吸收劑加入后的液相負(fù)荷最大，再由PROⅡ模擬計(jì)算，方案1吸收塔塔徑1981mm，方案2和方案3均為1829mm。因此，方案1的塔投資增大，增加了裝置的一次費(fèi)用。

(3)綜合考慮各方案冷熱負(fù)荷，吸收塔塔板負(fù)荷的影響，得出了方案3為最佳方案。

(4)通過對(duì)方案3兩種換熱流程的能耗比較，得出換熱流程1比換熱流程2多輸出3512×104MJ/a的能量。因此，換熱流程1為較優(yōu)的工藝流程。

1 穆學(xué)玲，朱亞東.催化汽油分餾工藝探討［J］.遼寧化工，2004，33(9):531－534.

2 張永軍，苑慧敏，金永峰.催化裂化汽油加氫處理技術(shù)進(jìn)展［J］.化工中間體，2007，3:11－14.

3 朱亞東.催化裂化吸收穩(wěn)定系統(tǒng)流程的分析和改進(jìn)［J］.石油化工設(shè)計(jì)，2004，21(3):13－17.