第六節(jié) 常減壓蒸餾流程

1石油煉制工程Ⅰ第七章原油蒸餾第六節(jié)常減壓蒸餾工藝流程主講人沈健教授2

第六節(jié)原油蒸餾裝置的工藝流程一個(gè)完整的原油蒸餾過程，除了精餾塔以外，還必須配置加熱爐、換熱器和冷凝冷卻其等設(shè)備以及機(jī)泵等。原油蒸餾工藝流程設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)問題：①流程方案的制定；②汽化段數(shù)的確定；③換熱方案的選擇。3

一、流程方案的制定

1、燃料型這類加工方案的目的產(chǎn)品基本上都是燃料。最簡單的燃料型蒸餾流程就是常壓蒸餾流程，產(chǎn)品是汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)燃料，常壓重油則作為重質(zhì)燃料。

2、燃料－化工型這類方案的目的產(chǎn)品，除了輕、重質(zhì)燃料以外，還提供石油化工原料。

3、燃料－潤滑油型產(chǎn)品方案是生產(chǎn)輕、重質(zhì)燃料和各種品種的潤滑油。4

二、汽提段數(shù)

在原油蒸餾流程中，原油經(jīng)歷的加熱汽化蒸餾的次數(shù)稱為汽化段數(shù)。在常壓塔之前設(shè)置一個(gè)初餾塔（也稱預(yù)汽化塔）是二段汽化；在蒸餾裝置中還有減壓蒸餾部分，則此蒸餾流程即為三段汽化流程。圖7-6，是三段汽化的原油蒸餾流程。兩段汽化有初餾塔和常壓塔的形式，也有常壓塔和減壓塔的形式。三段汽化有初餾塔、常壓塔、減壓塔形式，也有常壓塔、減壓塔和減壓塔形式的。如何設(shè)置時(shí)根據(jù)原油性質(zhì)和生產(chǎn)需要的。5

三段汽化設(shè)置初餾塔有一定的好處，下面是可能導(dǎo)致采用初餾塔的因素：①原油的含砷量；②原油的輕餾分；③原油脫水效果；④原油的含硫量和含鹽量。除了上述原因以外，還有初餾塔采用較高的操作壓力（0.4PMa），以減少輕質(zhì)油的損失、適應(yīng)原油性質(zhì)變化，對(duì)現(xiàn)有裝置可以提高處理量。6

設(shè)置初餾塔的不利因素：設(shè)置初餾塔使工藝復(fù)雜，投資增加，從相平衡的角度來看，在達(dá)到同樣常壓拔出率的情況下，常壓爐的溫度要提高。具體如何考慮初餾塔的設(shè)置還要具體問題具體分析，對(duì)于裝置的處理量大和原油的性質(zhì)變化大的煉油廠，設(shè)置初餾塔是必要的。它對(duì)裝置穩(wěn)定生產(chǎn)是有利的。78

三、常減壓蒸餾的換熱流程常減壓裝置的能耗在煉油廠全廠能耗中占有重要的比例，其燃料消耗相當(dāng)于原油加工量的2%，為全廠消耗自用燃料量最大的生產(chǎn)裝置。在原油蒸餾裝置中，原油升溫及部分汽化所需要的熱量很大，表7-24列舉出加工250萬噸/年大慶原油的蒸餾裝置所用的熱量。如果不通過換熱回收，則此熱量最終是通過產(chǎn)品冷凝冷卻出裝置而非由冷卻水（或空氣）帶走。

9項(xiàng)目初餾塔常壓塔減壓塔合計(jì)拔出率%7.0926.723.737365進(jìn)塔溫度℃235365400所需熱量,104kJ/h18042141105213某年加工250萬噸/年大慶原油蒸餾裝置所需熱量

原油進(jìn)初餾塔的溫度，235℃,所需熱量完全有可能通過換熱從離塔產(chǎn)品獲得，如果是這樣全部所需熱量中就可以回收到48%的熱量。事實(shí)上在某些蒸餾裝置中，原油的換熱后的終溫達(dá)300左右℃，熱量的回收達(dá)到60%以上。10

由于餾出產(chǎn)品通過與原油換熱降低了溫度，從而也減少了冷卻設(shè)備和冷卻水用量，不僅節(jié)約了電能，也減少了冷卻水的負(fù)荷。換熱流程的正確設(shè)計(jì)對(duì)裝置的投資和操作有重要的影響。換熱流程的設(shè)計(jì)涉及的方面很廣，冷、熱流的變化有很多，所以問題比較復(fù)雜，尤其是常減壓蒸餾裝置的換熱流程是煉油廠換熱最復(fù)雜的一個(gè)。從理論上講，可能的換熱方案是無限多個(gè)，因此需要借助計(jì)算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的，但是必須借助人的分析和判斷，否則計(jì)算機(jī)也不能解決。11

在本節(jié)，我們只是討論設(shè)計(jì)換熱器中的幾個(gè)重要問題。

1、換熱器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)重要問題（1）熱回收與原油預(yù)熱溫度

η=Q1/（Q1+Q2）100%

Q1—換熱熱負(fù)荷kJ/h；

Q2—冷卻熱負(fù)荷kJ/h。

一般來說，提高熱回收率對(duì)充分利用余熱，減少產(chǎn)品冷卻的熱負(fù)荷是有利的，但是它也受總投資和總操作費(fèi)用的制約，必須綜合考慮。我國常減壓裝置的熱回收率在50-60%，經(jīng)過優(yōu)化的可以達(dá)到80%。

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熱量的回收率還與其他方式的回收熱量有關(guān)。①原油預(yù)熱溫度原油的預(yù)熱溫度高，則常壓爐的負(fù)荷小，但是加熱爐的熱效率會(huì)降低，原油的預(yù)熱溫度低則相反。因?yàn)樵拖冗M(jìn)入加熱爐的對(duì)流室，煙氣的排放溫度和原油的預(yù)熱溫度成正比。對(duì)于沒有煙氣余熱回收的裝置原油預(yù)熱溫度越高，加熱爐的熱效率越低。如果原油含砷，為了保證重整原料的砷含量不超標(biāo)，原油進(jìn)入初餾塔的溫度不高于220-230℃（初餾塔的原料不經(jīng)過加熱爐）。原油不含砷可考慮適當(dāng)提高進(jìn)塔溫度。13

原油預(yù)熱溫度不設(shè)余熱鍋爐設(shè)余熱鍋爐305°C275°C305°C275°C加熱爐熱負(fù)荷，106千焦/時(shí)195268195268加熱爐熱效率，％62.566.8——余熱鍋爐熱負(fù)荷，106千焦/時(shí)——55.362.8基建投資，萬元517534651690其中：加熱爐124170124170

換熱器393364393364

余熱鍋爐——134156經(jīng)營費(fèi)，萬元/年315.7362.4329.1378.0其中：折舊費(fèi)51.753.465.169.0

燃料費(fèi)264.0309.0264.0309.0產(chǎn)生蒸汽：數(shù)量，噸/時(shí)——22.025.5

價(jià)值，萬元/年——1141327-27不同原油預(yù)熱方案的比較14

②提高熱量回收率和提高原油預(yù)熱程度時(shí)間減小產(chǎn)品冷卻的冷卻負(fù)荷并開辟低溫?zé)嵩蠢玫耐緩健?/p>

（2）冷熱流的匹配常減壓蒸餾裝置換熱流程中的冷流是原油，熱流則是各餾出產(chǎn)品和循環(huán)回流。所謂冷熱流匹配的問題是指如何安排各熱流的換熱順序以獲得最合理的總平均傳熱溫差，從而使所需的總傳熱面積較小。15

換熱流程圖示法見圖7-70，該圖稱為溫位圖。圖7-70是圖7-69中Ⅰ路換熱流程的溫位圖。溫位圖的橫坐標(biāo)是原油的總熱容量或累計(jì)傳熱負(fù)荷，縱坐標(biāo)為各種油品的溫度。1617（3）低溫位熱能的利用

常減壓蒸餾裝置中有一些低溫位的熱源。利用低溫位熱源的困難主要有：①換熱時(shí)的傳熱溫差低，投資費(fèi)用較大；②裝置缺乏合適的冷流或熱流；③低溫位的輕質(zhì)油品與原油換熱時(shí)，可能會(huì)由于換熱器滲漏而使輕質(zhì)油品污染。18

表7-28列出了某原油蒸餾裝置的常壓塔頂油汽采用空冷或與原油換熱兩種方案的比較。從表中數(shù)據(jù)可以看出，采用與原油換熱的方案在經(jīng)濟(jì)上是可行的。低溫?zé)岬睦猛緩娇煞譃閮深悾阂活愂前礈匚缓蜔崛萘窟M(jìn)行匹配直接換熱，亦可稱為同級(jí)利用。另一類是通過轉(zhuǎn)換設(shè)備回收動(dòng)力、制冷或提高溫位再利用，亦可稱為升級(jí)利用。19表Ⅱ-5-4常壓塔頂油汽空冷與換熱的比較（500萬噸/年蒸餾裝置方案采用空冷與原油換熱與原油換熱與原油換熱比較條件：油汽溫度，°C115→53115→67115→75115→85空氣溫度，°C62←35原油溫度，°C107←55105←55100←55熱負(fù)荷，106千焦/時(shí)

空冷85.9

換熱79.176.471.2

后冷6.89.514.7投資（包括加熱爐），萬元202.5291.5179.3141.9經(jīng)營費(fèi)（包括燃料），萬元/年131.779.763.548.9換熱回收價(jià)值，萬元/年84.881.876.0投資回收時(shí)間，年7.53.12.320（4）換熱時(shí)的傳熱系數(shù)和流動(dòng)壓力降在選擇換熱流程時(shí)，應(yīng)注意選擇合理的冷熱流的流體力學(xué)狀態(tài)，使整個(gè)換熱系統(tǒng)在流動(dòng)壓力降（主要是指冷流－原油）盡可能小的條件下得到最大的傳熱系數(shù)，換句話說，即要求動(dòng)力消耗盡可能小，而傳熱效果最佳。流體的粘度和流速對(duì)流動(dòng)壓力降和傳熱系數(shù)有重要影響。212、換熱流程的最優(yōu)化①冷熱流的合理匹配和化熱順序的合理排列，使整個(gè)換熱系統(tǒng)的平均傳熱溫差最大；②每一個(gè)冷熱流的終端溫度合理，既能使熱能得到最大限度的回收，又使換熱器又盡可能高的熱強(qiáng)度和熱效率；③選擇合適型號(hào)的換熱器和合理的冷熱流流體力學(xué)狀態(tài)，在整個(gè)換熱系統(tǒng)的動(dòng)力消耗盡可能小的基礎(chǔ)上，使總傳熱系數(shù)最大?？偟哪繕?biāo)是投資少、操作費(fèi)用少、回收熱量價(jià)值高，亦即能夠達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。22

四、常減壓裝置工藝技術(shù)的若干發(fā)展

1、減一線回注常壓塔技術(shù)減一線的利用是常減壓裝置中的一個(gè)重要問題。其中減一線的流程范圍是柴油餾分，如果作為柴油出廠，則膠質(zhì)含量超標(biāo)（減壓塔的霧沫夾帶造成的）如果和減壓餾分油等一起進(jìn)催化裂化裝置，將帶來催化裝置的負(fù)荷和能耗。為了提高減一線產(chǎn)品的利用效率，多產(chǎn)柴油，將減一線產(chǎn)品回注到常壓塔第二中段循環(huán)回流附近，可以生產(chǎn)合格的直餾柴油。23

2、常壓塔的負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)初餾塔側(cè)線回注技術(shù)：將原油通過換熱網(wǎng)絡(luò)換熱到190-250進(jìn)入初餾塔，塔頂生產(chǎn)重整原料，在初餾塔8-13層塔板增開一條側(cè)線，（側(cè)線的干點(diǎn)控制在于常壓一線相當(dāng)）回注在常一線的返回口，具體的負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)原則流程見下圖。負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)①若初餾塔的富惡化能力足夠，則盡量提高初餾塔進(jìn)料的換熱終溫，這樣可以最大限度利用初餾塔，減小初餾塔拔頭原油進(jìn)換熱網(wǎng)絡(luò)和加熱爐的流量，減小換熱網(wǎng)絡(luò)的壓降和加熱爐的壓降和熱負(fù)荷，最大限度低提高換熱網(wǎng)絡(luò)的終溫，減少加熱爐的燃油負(fù)荷。24