常壓塔回流取熱流程的討論

劉 統 華

（中國石油工程建設公司 華東設計分公司，山東 青島 266071）

常壓塔回流取熱流程的討論

劉 統 華

（中國石油工程建設公司 華東設計分公司，山東 青島 266071）

根據一套500萬t/a常減壓蒸餾裝置的數據，采用ASPEN PLUS軟件對目前常減壓蒸餾裝置設計中采用的3種常壓塔回流取熱流程進行了模擬計算，并從產品分離精度、對換熱網絡終溫的影響等方面進行了對比。對比結果認為流程1和流程3產品的分離精度比較好，流程2的換熱網絡終溫較高、但產品的分離精度和常壓塔的操作彈性較差。

常減壓蒸餾；常壓塔；回流取熱

目前常減壓蒸餾裝置常壓塔的設計一般設三條側線，同時設2~3個中段回流和1個頂循回流以較高的溫位取走回流熱[1]。一般來說，常壓塔中段回流所取出的熱量可為全塔總回流熱的40%~60%左右[2]。在滿足產品質量要求的前提下，目前常壓塔的設計中段回流熱一般提高至全塔總回流熱的 60%左右，以提高裝置的換熱終溫，降低裝置的燃料消耗。

目前常壓塔回流取熱的流程設計主要有三種，本文根據一套500萬t/a噸/年常減壓蒸餾裝置的數據，采用ASPEN PLUS軟件對這三種流程進行了模擬計算，并從產品分離精度、換熱網絡終溫等方面進行了對比。

1 流程及計算基礎

1.1 原油一般性質

裝置所加工原油的一般性質見表1。

1.2 物料平衡及產品去向

裝置常壓蒸餾部分的物料平衡及產品去向見表2。

1.3 流程方案

3種流程方案如圖1所示，圖中所示的塔板均為理論板。

表1 原油的一般性質Table 1 General properties of crude

表2 物料平衡及產品去向Table 2 Material balance and product destination

其中(a)流程1是目前國內應用較多的流程，兩個中段回流分別設在常一線和常二線的下方，塔頂設頂循回流和塔頂回流。(b)流程2是常一中回流設在常一線下方，常二中回流設在常三線下方，塔頂設頂循回流和塔頂回流，其中常一線和常三線抽出為全抽出。(c)流程3是設三個中段回流，分別和三條側線在同一塊塔板抽出，返回側線抽出上部兩層塔板，不設頂循回流。

圖1 3種流程方案Fig.1 Three flow schemes

2 計算數據對比及分析

2.1 操作條件

3種流程的常壓塔部分的主要操作條件見表3。

另外，3種流程方案的常一線重沸器負荷相同、常二線汽提塔、常三線汽提塔和常壓塔底的汽提蒸汽量相同，閃蒸部分的操作條件也相同。

從表3可以看出：

（1）和流程1相比，流程2的常二中（PA3）有部分熱量在窄點之上，常一線和常三線抽出溫度降低幅度較大。流程3的常三中（PA3）有少量熱量在窄點之上，側線抽出溫度和流程1相當。

（2）流程3沒有設頂循回流，在塔頂壓力不變的情況下，塔頂油氣分壓升高，塔頂溫度較流程 1和流程2高[3]。

塔頂油氣的露點溫度約為100 ℃，為防止常壓塔頂露點腐蝕，常壓塔頂操作溫度一般至少要高出露點溫度20 ℃，所以塔頂溫度一般設計為120 ℃以上。

當原油性質變化等原因導致塔頂溫度降低時，需要降低頂循甚至中段回流的取熱量以保持塔頂合理的操作溫度。

表3 常壓塔主要操作條件Table 3 Operating conditions of crude distillation column

2.2 產品主要性質和分離精度

3種流程的常壓產品的主要性質見表4，產品的分離精度見表5。

表4 產品的主要性質Table 4 Main properties of products

表5 產品的分離精度Table 5 Separation effect of products

從表4和表5可以看出，3種流程常三線和常渣的分離精度是一樣的，流程1和流程3的各側線以及石腦油之間的分離精度基本相同，流程2的常一線和石腦油、常二線和常三線的分離精度下降幅度較大。

從表3的常壓塔主要操作條件分析，流程2的常一線和常三線抽出溫度下降較多。這是由于石腦油和常二線中的部分餾分分別進入常一線和常三線導致常一線和常三線餾分變輕，常一線和常三線的抽出溫度為其泡點溫度，所以抽出溫度明顯下降。

2.3 取熱及對換熱網絡的影響

3種流程的常壓塔回流取熱情況見表6。

表6 常壓塔回流取熱Table 6 Reflux heat of crude distillation column

從表6和上述的表3分析可以得出：

（1）流程1和流程3的中段回流取熱約占全塔內回流熱的64%，流程2的中段回流取熱約占全塔內回流熱的81%。

（2）和流程1相比，流程3的常三中取熱有少量熱量位于窄點之上，可使換熱網絡換熱終溫升高約3 ℃，相應降低裝置能耗約0.2 kg標準油/t原油。流程2的常二中取熱有部分熱量位于窄點之上，可以換熱網絡終溫升高約8 ℃，相應降低裝置能耗約0.5 kg標準油/噸原油[4]。

表7 常壓塔汽液相負荷Table 7 Stage vapor and liquid flow

（3）流程2的常二中取熱位于常三線之下，這部分內回流熱僅對常三線和常渣的分離起作用，對常三線以上產品的分離不起作用，所以流程2常三線以上產品的分離精度下降。國內有學者提出，對于最低的中段循環以下無產品側線的情況，該中段最好停用[5]。

2.4 汽液相負荷及對塔徑的影響

3種流程的常壓塔汽液相負荷見表7。從表7的數據對比分析可以看出：（1）流程1和流程3的全塔汽液相負荷較為均勻，常壓塔不需要縮徑。

（2）流程2常一中以上部分汽液相負荷較小，而常一中及以下、常二線以上部分汽液相負荷較大，所以常壓塔常一中以上的筒體需要縮徑。

（3）流程2常一中回流處的液相負荷較大，當原油性質變化和操作調整時，常一中回流處容易成為瓶頸。

3 結 論

（1）在產品方案和拔出率一定的前提下，增加常壓塔高溫位熱源的取出要以降低產品分離精度為代價。

（2）流程2的高溫位熱源較多、換熱網絡終溫較高，但常壓塔產品的分離精度和常壓塔的操作彈性較流程1和流程3差。綜合對比，推薦采用流程1或流程3。

［1］ 唐孟海,等.常減壓蒸餾裝置技術問答[M].北京：中國石化出版社，2010:38.

［2］ 石油化學工業部石油化工規劃設計院.塔的工藝設計[M]. 北京：石油化學工業出版社，1977:12.

［3］ 李志強.原油蒸餾工藝與工程[M]. 北京：中國石化出版社，2010: 274.

［4］ 中華人民共和國國家標準GB/T50441-2007 4[S].

［5］ 徐春明,等.石油煉制工程[M].北京：石油工業出版社，2009:235.

Discussion on Reflux Schemes of the Crude Distillation Column

LIU Tong-hua
（CPECC East-China Design Branch,Shandong Qingdao 266071, China）

Based on input data of a 5 Mt/a crude distillation and vacuum distillation unit, process simulation of three reflux schemes for the crude distillation column is carried out by using Aspen Plus. Effect of three schemes on product separation sharpness and end temperature of heat exchanger net was analyzed. The results show that scheme 1 and scheme 3 have higher separation sharpness,and scheme 2 has higher heat exchanger net end temperature, but scheme 2 has lower separation sharpness and worse operation flexibility.

Crude distillation and vacuum distillation unit; Crude distillation column; Reflux heat recovery

TQ 028

A

1671-0460（2012）05-0488-04

2012-03-30

劉統華（1979-），男，山東菏澤人，工程師，碩士研究生，2004年畢業于中國石油大學（北京）化學工藝專業，現從事石油化工裝置的工藝設計工作。E-mail：liutonghua@cnpccei.cn 。