连续重整装置加氢预处理工艺流程优化

摘要：催化重整装置预处理部分全馏分加氢工艺流程采用汽提塔完成汽提和分馏，简称“两塔合一”工艺设计，但该设计存在脱水效果不佳、操作不稳定等问题。以某1.5 Mt/a连续重整装置为例，在保证精制石脑油产品产量和质量的前提下，对原有“两塔合一”工艺设计进行了优化调整。优化后的方案可以保证汽提塔进料水含量稳定，提升了汽提塔的操作稳定性。通过优化换热流程，可降低装置能耗61.24 MJ/t，每年可节约操作费用397 万元。

关键词：连续重整预处理聚结器回收热量控制方案

重整装置原料的馏程和杂质含量一般达不到重整原料油的指标要求，需要通过预处理对原料进行精制和分馏，以脱除其中的轻组分和硫、氮、砷、铅、铜等有害杂质[1]。

预处理单元中的分馏部分，经常采用“两塔合一”工艺设计[2-3]，即汽提塔将汽提与分馏轻组分的功能合二为一，汽提塔塔底产出精制石脑油，塔顶含硫轻石脑油进拔头油分馏塔分离出不含硫的轻石脑油。由于汽提塔既要脱水又要分馏，原料波动对汽提塔操作稳定性影响很大，可能导致精制石脑油水含量超标[4]，进而降低重整催化剂的活性和寿命[5-6]。以某 1.5 Mt/a 连续重整装置预处理工艺设计为例，结合现场操作问题分析原方案的不足，并对其进行优化调整。

1、原设计存在的问题

1.1 原设计流程

原设计工艺流程如图1所示。

图1 原设计工艺流程示意

1.2 存在问题

1.2.1 精制石脑油水含量超标

对A，B两厂连续重整装置精制石脑油的硫含量和水含量进行统计，发现硫质量分数均小于0.5 μg/g，满足重整反应进料的要求，但水质量分数超过5 μg/g，且波动较大。

1.2.2 汽提塔塔顶热量没有回收利用

原设计流程中汽提塔塔顶温度111 ℃，直接通过汽提塔塔顶空冷器冷凝至50 ℃，空冷器负荷9.88 MW。通过汽提塔进料和塔顶物流的温度-热负荷图得出，在热流出口温度与冷流出口温度不交叉的情况下，塔顶物流有5.40 MW的富余热量可以利用。

2、操作条件

采用1.5 Mt/a连续重整装置(年操作时数 8 400 h)经过预加氢处理后的石脑油作为汽提塔进料(组成见表1)，进料量为202 t/h，以“两塔合一”工艺设计为基础进行优化。两塔系产品为精制石脑油、轻石脑油和含硫燃料气，其中精制石脑油产品要求：C5质量分数不大于1%，水质量分数不大于5 μg/g,硫质量分数不大于0.5 μg/g。

表1 汽提塔进料组成

3、工艺设计优化

3.1 工艺流程优化

优化后工艺流程示意见图2。

图2 优化后工艺流程示意

3.1.1 汽提塔进料设置聚结器

在汽提塔进料处增设1台聚结器。对进料进行过滤、聚结、沉降、分离，将进料中游离水的质量分数降到15 μg/g，消除进料水含量波动对汽提塔脱水效果的影响，再通过汽提塔进行精馏脱除剩余的游离水和溶解水，降低汽提塔塔底精制石脑油水含量超标的风险。

3.1.2 汽提塔塔顶气预热汽提塔进料

增设汽提塔进料/塔顶换热器，进料在与汽提塔塔底产物换热前先与汽提塔塔顶物流换热。该方案可充分利用汽提塔塔顶物料潜热，减少塔顶空冷器负荷，提升汽提塔进料温度，降低塔底加热炉负荷和燃料气消耗，从而降低装置能耗。优化后，可节省燃料气108 kg/h，降低装置能耗25.08 MJ/t。

3.1.3 汽提塔塔底产物作拔头油分馏塔塔底热源

使用汽提塔塔底产物替代1.0 MPa蒸汽作为拔头油分馏塔塔底热源，重沸器物流温度及其对应负荷见表2。

表2 拔头油分馏塔重沸器物流温度及其对应负荷

从表2可知，当拔头油分馏塔塔底重沸器正常负荷为1.27 MW时，作为热源的精制石脑油温度从219.0 ℃降至212.2 ℃即可满足拔头油分馏塔塔底重沸器的需要。由于预加氢进料中轻组分含量经常有较大的波动，而原料中轻组分的增加会导致拔头油分馏塔塔底负荷大幅增加。在精制石脑油产量不变的前提下，精制石脑油温度从219.0 ℃降至204.2 ℃可以提供2.5 MW的热量，该热量约是拔头油分馏塔重沸器正常负荷的2倍，同时拔头油分馏塔重沸器换热面积适当留有富余，可提高对进料中轻组分含量增加的适应能力。优化后，可节省1.0 MPa蒸汽2.3 t/h，降低装置能耗35.95 MJ/t。

3.2 控制方案优化

汽提塔系原设计的控制方案有3个：回流罐顶含硫燃料气压控阀控制塔顶压力、汽提塔回流泵出口流控阀控制塔回流比、汽提塔塔底加热炉燃料气量和重沸炉返回温度串级控制塔底负荷。

工艺流程优化后，汽提塔进料温度的影响参数增加，如：汽提塔进料预热深度、拔头油分馏塔塔底热负荷、汽提塔回流温度等。这些参数的变化可能会导致汽提塔进料温度波动，进而导致汽提塔操作波动，影响塔底精制石脑油的产品质量。

为了降低或避免这些参数的影响，优化后的流程增加了3个控制方案：汽提塔塔顶空冷器风机变频控制汽提塔塔顶水冷器出口温度，保证塔顶回流温度稳定；汽提塔塔底产物采用调节阀控制拔头油分馏塔塔底负荷；汽提塔进料/塔底换热器采用调节阀调整换热器热侧流量串级汽提塔进料温度，保证汽提塔进料温度稳定。因此，汽提塔塔顶压力、进料温度、回流比和塔底重沸炉返回温度均实现稳定控制，汽提塔操作稳定性相应提升。优化后流程控制方案见图3，其中阴影部分为新增方案。

4、优化前后各指标比较

4.1 产品及其性质

优化后，精制石脑油、轻石脑油、含硫燃料气的组分基本未发生变化，仅含硫燃料气中C3质量分数增加了0.02%，且产品均满足重整反应进料的要求。

4.2 物料平衡和操作条件

优化后，原料和产品(精制石脑油、轻石脑油、含硫燃料气和酸性水)的产量保持不变，拔头油分馏塔操作条件不变，仅汽提塔回流比(对进料)由0.30增加至0.35。这是由于进料温度与汽提塔塔顶物流换热后升高，气化率(质量分数)从2%上升至4%，为了维持精制石脑油产量不变，需要增大回流比，塔顶负荷对应增加1.25 MW,但由于汽提塔进料与塔顶气换热带走3.68 MW的热量，因此汽提塔塔顶空冷器的负荷没有增加。