減壓深拔關鍵技術研究

陳　紅，楊茂軍，史新營，張道光，陳金華

(中海油石化工程有限公司(青島)，山東 青島　266101)

減壓深拔[1]是通過減壓蒸餾把原油切割到560℃(TBP)以上，控制減壓重質蠟油(以下簡稱HVGO)的干點(或ASTM D1160 95%點)不高于切割點溫度30～40℃；控制HVGO中的殘碳、重金屬含量、C7不溶物含量等不超產品指標；控制減壓渣油中<538℃的輕組分含量不超過3%～5%。

減壓深拔技術是煉廠常減壓裝置提高蠟油收率、優化重油加工路線、提高煉廠效益的一項關鍵技術。與常規裝置相比，一套處理量為890萬t/a常減壓裝置，采用減壓深拔技術后，VGO產量增加1%～3%、能耗降低25%、設備適應性提高1.5%，煉廠的利潤提高約780萬美元/a。

國內外減壓深拔技術對比見表1。

表1　國內外減壓深拔技術對比表

減壓深拔技術的關鍵是提高減壓塔進料段溫度和降低減壓塔進料段壓力。

1　減壓深拔關鍵技術之加熱爐

減壓加熱爐的設計是提高減壓塔進料溫度的關鍵。其設計原則是控制爐管內油膜溫度，保證油品在爐管內受熱均勻，同時降低油品在爐管內的停留時間。

1.1　爐管排布

爐管的選擇是減壓深拔加熱爐設計的技術核心。采用專有爐管排布設計，降低油品在加熱爐內的受熱溫度和減少油品在高溫下的停留時間是減輕原料結焦的重要手段。

通常加熱爐熱負荷小于30MW多采用圓筒爐，爐管排布方式為立管排布，所有爐管下部受加熱爐輻射段的高溫影響，容易結焦。采用深拔技術可提高加熱爐熱負荷，加熱爐為方箱爐，爐管排布采用臥管設計。同時，爐管采用逐級擴徑方式降低減壓爐壓降和溫降，提高總拔出率。

1.2　高速轉油線設計

采用減壓高速轉油線，在保證減壓塔進料段汽化率的條件下，盡可能降低油品在轉油線內的停留時間，減輕油品裂解和縮合；采用高速轉油線后，轉油線壓降增大，油品在轉油線內的汽化率降低，可有效抑制流體的兩相流流速低于聲速，管線沖蝕和振動現象減輕，從而保證轉油線的機械穩定性。通過控制爐出口壓力使爐管內流速控制不大于0.6～0.7MH馬赫，可避免超速引起的爐管振動。

1.3　爐管注汽措施

采用爐管注汽可降低爐管內油氣分壓，提高油品汽化率。注汽量為介質流量的1%～2%左右。注汽方法是在每管程入口(爐外)設一個注汽嘴；在同樣的注汽量條件下，在靠近汽化點處進行注汽，對于降低最高油膜溫度，低于常壓重油的臨界結焦溫度，和減少結焦趨勢更為有利。

2　減壓深拔關鍵技術之減壓塔[2]

2.1　空塔噴淋

殼牌直接接觸式的空塔噴淋冷凝技術有助于提高拔出率。傳統的減壓塔中段回流取熱段通常設填料，但填料段會增加壓降和降低產品產量。殼牌公司的技術是在空塔段內氣液直接接觸來實現氣體冷凝，見圖1。該技術塔壓降低、塔高低、拔出率相對較高。為防止霧沫夾帶，本人認為減一線和洗滌段采用填料更好。

圖1　空塔噴淋技術

2.2　進料分布器[3]

常用的進料氣體分布器有以下幾種類型：多孔直管式、直管擋板式、切向號角式、單切向環流式、雙列葉片式、雙切向環流式和軸徑向式。幾種進料分布器比較見表2。

表2　幾種進料分布器比較

受VGO產品質量限制，閃蒸段的減渣夾帶往往限制了傳統減壓塔的蠟油收率。因此，SHELL設計了專用的Schoepentoeter Plus葉片式進料分布器，該進料分布器壓降更低、氣相分布好、去除渣油液滴夾帶的效率更高；可加工更苛刻的劣質原油，并滿足更為嚴格的產品質量要求。其結構見圖2。

圖2　葉片式進料分布器結構

2.3　塔頂高真空系統

減壓深拔操作時，抽真空系統的負荷較大，對減頂抽真空系統進行優化設計可以起到較顯著的節能效果，使減壓深拔技術的應用更有經濟意義。

國內減頂抽真空系統目前多采用蒸汽噴射式抽真空或蒸汽噴射式+機械抽組合真空方式。蒸汽抽真空方式蒸汽消耗大，能耗高；蒸汽+機械抽組合抽真空較蒸汽抽真空更為節能；對于大型裝置，機械式抽真空節能效果更為明顯。

2.4　洗滌段、過汽化油和急冷油的設計

減壓塔進料段之上設置洗滌段是用來進一步洗滌輕組分中夾帶的減壓渣油，將氣體中的焦質、瀝青質、殘碳、重金屬等洗滌下來，控制VGO的干點和保證VGO質量。防止洗滌段結焦首先需保證洗滌段下部最小的洗滌油流量。對于比表面積在125～200 m2/m3的規整填料，推薦最小洗滌油量為0.5 m3/( m2·h)左右。

設置過汽化油是保證減壓深拔產品質量的關鍵。減壓過汽化油的質量較差，焦質、瀝青質、殘碳、重金屬含量都很高，這部分油通常有三種出路：做減粘裂化或加氫處理原料、循環到減壓加熱爐入口。

設置急冷油是因為減壓深拔后，渣油的溫度通常可達到390℃左右，為防止減壓渣油在減壓塔底部結焦，一方面可適當減少減壓渣油在減壓塔底的停留時間，另一方面可降低減壓塔底溫度至360～365℃以下。

2.5　減壓塔底注汽

減壓塔底注入適量蒸汽，采用微濕式帶汽操作，降低塔底油氣分壓，可使塔底渣油中的蠟油組分被攜帶上去，從而提高VGO收率和產品質量。塔底不同注汽形式VGO質量對比[5]見表3。

表3　塔底不同注汽形式VGO質量對比

3　案例研究

3.1　中化某350萬t/a常減壓裝置深拔技術

2010年，中國化工某常減壓深拔裝置規模為350萬t/a，加工高硫高酸混合原油(API°=28)。主要深拔措施有：減壓塔采用濕式全填料；設置減壓塔底注汽；設置洗滌段油和急冷油流程；減壓爐采用方箱爐臥式爐管布置；高速轉油線等。總拔出率達73.59%，減壓蠟油的實沸點切割溫度達580℃，拔出率比常規提高了3.03%(w)。

3.2　韓國某煉廠-減壓深拔改造以提高加氫裂化裝置的處理量和效益

該減壓蒸餾裝置的改造目標是將VGO的產率從3萬桶/d增加至3.5萬桶/d，以滿足下游加氫裂化裝置原料的處理量和進料的質量要求。

該煉油廠選用了投資成本最低、改造工程量最大的一種方法。

①通過增加對流段加熱爐管數及將雙燃料火嘴換為燃氣火嘴，以增加加熱爐熱負荷。

②利用殼牌專有的 Schoepentoeter Plus進料分布器替代氣相喇叭型進料分布器以減少VGO中減壓渣油的夾帶并確保更好的氣體分布；

③加粗轉油線和塔進料開口大小，來限制轉油線內的兩相流流速低于聲速限制，從而保證轉油線的機械穩定性和進料分布器的高效除沫夾帶能力。

表4　改造前后蠟油產品品質對比

裝置改造的投資和裝置停產所需費用約2600萬美元，改造后VGO產率增加帶來的利潤約為4600萬美元/a，投資回收期不到一年。

改造前后流程示意見圖3。

圖3　煉廠VDU改造前后流程示意圖

4　結論

減壓深拔是抽真空系統、減壓塔、轉油線和減壓加熱爐在內的系統工程，以上四點的共同進步才能真正做到減壓蒸餾裝置的深拔。減壓深拔技術為拓寬加工重質和劣質原油、提高VGO產量和質量創造了條件，同時提高了煉廠裝置的可靠性、靈活性和經濟效益，增強了煉廠的綜合競爭實力。但一味地追求高拔出率，可能造成裝置能耗高、VGO質量差，因此應統籌考慮煉廠上下游裝置的產品結構、裝置配套等眾多因素后再確定常減壓裝置是否深拔。

[1]翁興勇.原油蒸餾裝置減壓深拔改造的研究[D].北京:中國石油大學,2014:2-4.

[2]Kaushik Majumder，Karnataka.Novel approaches to controlling contaminant levels in vacuum gas oil (VGO)[C]//AFPM.Annual Meeting,San Antonio,TeXas,2017: 19-21.

[3]Tony B.Deep-cut vacuum unit design[J].Petroleum Technology Quarterly,2005,10(5):95-97.

[4]Charlene Crabb.Vacuum pump fill a void[J].Chemical Engineering,2000,107(2):37-41.

[5]毛衛群，張曉國，賀旺軍.減壓深拔技術在常減壓蒸餾裝置的應用[J].煉油技術與工程，2013，43(6):13-14.