CN106987264A - 一种凝析油分离装置及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凝析油分离装置及工艺方法，该装置的特点是将常压塔底油先用泵升压后送入侧线汽提塔再沸器，作为侧线汽提塔再沸器的热源；同时选择常压塔过冷进料，即原料凝析油经分馏产品换热后直接送入常压塔，使得进料在塔内换热，如此减少换热设备和摆脱了对公辅热源的依赖，不仅集中热源提高热效效率和降低能耗，而且可以减少设备投入；另外选择常压塔顶气先经塔顶气换热器，再经常压塔顶空冷器冷却后直接进入常压塔顶回流罐，如此常压塔顶回流罐操作温度较高，可以释放出更多的不凝气，从而降低了塔顶石脑油的饱和蒸汽压，将塔顶水冷器放置在塔顶回流罐后，使得塔顶不凝气具有更高的操作压力，便于外输。

Description

一种凝析油分离装置及工艺方法

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体的是一种凝析油分离装置，还是一种凝析油分离工艺方法。

背景技术

凝析油是指从凝析气田或者油田伴生天然气凝析出来的液相组分，又称天然汽油。其主要成分是C5至C11+烃类的混合物，比原油轻，其馏分多在20℃～260℃。此外因其产量较原油低，加工规模也多较小、流程也较短。国内的凝析油分离装置多为在常压蒸馏装置上改造获得，公用工程及辅助系统依托原油老厂，燃料气和蒸汽等一应俱全，现有的凝析油分离流程为蒸汽汽提法如图2和导热油系统加热法图3所示。然而，对于东南亚仅处于起步阶段的私营业主而言，投资能力及管理水平有限，选择短加工流程，少投入、快产出也理所当然。为此就需要在国内原油的常压装置流程的基础上进行改进，缩短流程，减少公辅投资，减少一次性投资。

发明内容

为了缩短工艺流程、减少公辅投资、减少一次性投资，本发明提供了一种凝析油分离装置及工艺方法，该凝析油分离装置及工艺方法的设备数量少，公辅投资少，具有缩短流程、减少投资和降低消耗等多个有益效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种凝析油分离装置，包括常压塔、常压塔顶气换热器、常压塔顶空冷器、塔顶回流罐、塔顶回流泵、塔顶石脑油冷却器、常压塔底油泵、侧线汽提塔再沸器、侧线汽提塔和常压塔重沸炉；常压塔底油泵、侧线汽提塔再沸器和侧线汽提塔依次连接，常压塔底油泵还与常压塔的底油出口连接，常压塔顶气换热器、常压塔顶空冷器、塔顶回流罐、塔顶回流泵和塔顶石脑油冷却器依次连接，常压塔顶气换热器还与常压塔的塔顶气出口连接。

常压塔底油泵能够将常压塔排出的常压塔底油输送至侧线汽提塔再沸器，侧线汽提塔再沸器能够吸收所述常压塔底油的热量并将该热量转移至侧线汽提塔内，常压塔底油泵还能够将被侧线汽提塔再沸器吸热后的常压塔底油送出该凝析油分离装置和送回常压塔。

常压塔重沸炉能够加热被侧线汽提塔再沸器吸热后的常压塔底油。

常压塔顶气换热器和常压塔顶空冷器能够依次对常压塔排出的塔顶气进行冷却和液化，塔顶回流泵能够将塔顶回流罐排出的石脑油经过塔顶石脑油冷却器的冷却后输送回常压塔和送出该凝析油分离装置，石脑油液相经过塔顶石脑油冷却器的冷却后输送回常压塔作为塔顶回流液。

所述凝析油分离装置还包括煤油换热器、塔底柴油换热器、煤油冷却器、柴油冷却器、原料凝析油泵和煤油泵。

一种凝析油分离工艺方法，所述凝析油分离工艺方法采用了上述的凝析油分离装置，所述凝析油分离工艺方法包括以下步骤：

原料凝析油经过分馏产品预热后以过冷状态进入常压塔，原料油在常压塔内进行换热和轻重组分分离，常压塔底油泵将常压塔排出的常压塔底油输送至侧线汽提塔再沸器，侧线汽提塔再沸器吸收所述常压塔底油的热量并将该热量转移至侧线汽提塔内实现侧线汽提塔再沸和煤油馏分的分离，释放出热量后的常压塔底油部分经过热量回收后作为产品送出该凝析油分离装置，部分经过常压塔重沸炉加热后返回常压塔，实现常压塔的再沸。常压塔排出的塔顶气依次经过常压塔顶气换热器和常压塔顶空冷器冷却后直接进入塔顶回流罐，常压塔顶回流罐在高于常规40℃条件下实现石脑油与不凝气的气液分离，不凝气通过燃料气回收管线送出界区，液相石脑油经塔顶回流泵将液化后的石脑油经过塔顶石脑油冷却器的冷却后输送回常压塔，实现塔的回流。

本发明的有益效果是：

1、相比较于现有的导热油流程，本发明所述凝析油分离装置的换热设备少和省去导热油系统，能耗低，操作成本低，整体成本低。

2、相比较于现有的蒸汽汽提流程，本发明所述凝析油分离装置可以避免使用蒸汽，优势在于一些场合避免了发生蒸汽设施的投资。

3、本发明所述凝析油分离装置将塔顶回流罐的位置前移，塔顶回流罐的操作温度可以适当提高，按需选择更高温度，不凝气释放更多，操作压力也高，能够降低液相的饱和蒸汽压力和提高气相的送出界区压力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述凝析油分离装置及工艺流程图。

图2是现有常规凝析油分离蒸汽汽提流程图。

图3是现有凝析油分离导热油方案流程图。

1、顶气换热器；2、常压塔顶空冷器；3、煤油换热器；4、塔底柴油换热器；5、常压塔；6、常压塔重沸炉；7、侧线汽提塔再沸器；8、侧线汽提塔；9、塔顶回流罐；10、煤油冷却器；11、柴油冷却器；12、原料凝析油泵；13、常压塔底油泵；14、煤油泵；15、塔顶回流泵；16、塔顶石脑油冷却器；

21、石脑油输出管线；22、煤油输出管线；23、柴油输出管线；24、柴油换热管线；25、凝析油原料供应管线；26、燃料气回收管线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种凝析油分离装置，包括常压塔5、常压塔顶气换热器1、常压塔顶空冷器2、塔顶回流罐9、塔顶回流泵15、塔顶石脑油冷却器16、常压塔底油泵13、侧线汽提塔再沸器7、侧线汽提塔8和常压塔重沸炉6；常压塔底油泵13、侧线汽提塔再沸器7和侧线汽提塔8依次连接，常压塔底油泵13还与常压塔5的底油出口B连接，常压塔顶气换热器1、常压塔顶空冷器2、塔顶回流罐9、塔顶回流泵15和塔顶石脑油冷却器16依次连接，常压塔顶气换热器1还与常压塔5的塔顶气出口D连接，如图1所示。

原料凝析油先后经常压塔顶气换热器、煤油换热器和塔底柴油换热器预热后，依然是过冷状态，并以过冷状态直接进入常压塔，在常压塔内进行换热和轻重组分的分离。在分馏塔中塔顶分离出石脑油组分和不凝气，侧线抽出石脑油馏分进入侧线汽提塔，塔底抽出柴油馏分。

常压塔底油泵13能够将常压塔5排出的常压塔底油进行升压，首先将常压塔底油送至侧线汽提塔再沸器7，侧线汽提塔再沸器7能够吸收所述常压塔底油的热量并将该热量转移至侧线汽提塔8内，实现侧线汽提塔8的再沸，释放出热量的常压塔底油部分经过热量回收后送出装置，部分送入常压塔再沸炉，在重沸炉内升温和部分气化后送回常压塔5，实现常压塔的再沸。侧线汽提塔8的热源选择操作温度较高的常压塔底油，为自热利用；避免使用外部蒸汽、导热油等；减少对外界公辅设施的依赖和降低了公辅投资。

常压塔重沸炉6能够加热被侧线汽提塔再沸器7吸热后的常压塔底油。经过侧线汽提塔再沸器7吸热的塔底油送入常压塔重沸炉6加热，全分馏塔系统的热阱集中到重沸炉，使得重沸炉的热负荷增大，从而提高炉效率实现节能。

常压塔顶气换热器1和常压塔顶空冷器2能够依次对常压塔5排出的塔顶气进行冷却和液化，塔顶回流泵15能够将塔顶回流罐9分离出的石脑油液相经过塔顶石脑油冷却器16的冷却后输送回常压塔5和送出装置界区。本发明的特点在于将塔顶石脑油冷却器16放置塔顶回流罐9后，使得塔顶气先经常压塔顶空冷器2冷却，在经塔顶回流罐9高于40℃进行气液分离，在经塔顶回流泵15升压后再送入塔顶石脑油冷却器16冷却。塔顶回流罐9的操作温度高于一般常压塔回流路温度(40℃)，可以使得更多的塔顶不凝气释放，从而降低塔顶石脑油的饱和蒸汽压，为石脑油的后续储存和加工带来方便。将塔顶石脑油冷却器16至于塔顶回流罐9后，还省去了塔顶石脑油冷却器16的阻力降，可以适当增加塔顶回流罐9的操作压力，为不凝气的对外输送提供了有利条件。另外，提高塔顶回流罐9的操作温度，还可以将塔顶回流选择热回流，而仅塔顶输出石脑油进一步冷却送出装置。

上述内容为本发明所述凝析油分离装置的主要发明点，所述凝析油分离装置还包括煤油换热器3、塔底柴油换热器4、煤油冷却器10、柴油冷却器11、原料凝析油泵12和煤油泵14。煤油换热器3、塔底柴油换热器4、煤油冷却器10、柴油冷却器11、原料凝析油泵12和煤油泵14的连接方式与现有技术相同，可以参考图2或图3所示，图2或图3所示的技术内容均为现有技术，本发明不再详细介绍。

下面介绍该凝析油分离装置中的部分连接关系，常压塔5的底油出口B与常压塔底油泵13的入口连接，常压塔底油泵13的出口与侧线汽提塔再沸器7的第一介质入口连接，侧线汽提塔再沸器7的第一介质出口通过第一管线与常压塔5的重沸炉返回口A连接，侧线汽提塔再沸器7的第二介质出口和第二介质入口均与侧线汽提塔8连接，常压塔重沸炉6能够对该第一管线内的流体进行加热，如图1所示。

图1中还含有石脑油输出管线21、煤油输出管线22、柴油输出管线23、柴油换热管线24、凝析油原料供应管线25和燃料气回收管线26。上述第一管线通过柴油换热管线24与塔底柴油换热器4的第一介质入口连接，柴油换热管线24与该第一管线的连接处位于常压塔重沸炉6和侧线汽提塔再沸器7之间。

下面介绍本发明所述的凝析油分离工艺方法，所述凝析油分离工艺方法采用了上述的凝析油分离装置，所述凝析油分离工艺方法包括以下步骤：

原料凝析油先后经过石脑油、煤油和塔底柴油产品预热后由进料口C进入常压塔5以过冷状态进入分馏塔，在常压塔内实现换热和轻重组分的分离，常压塔底油泵13将常压塔5塔底排出的常压塔底油输送至侧线汽提塔再沸器7，侧线汽提塔再沸器7吸收所述常压塔底油的热量并将该热量转移至侧线汽提塔8内，从而实现侧线汽提塔8再沸，被侧线汽提塔再沸器7吸热后的常压塔底油部分作为产品送出装置，部分经过常压塔重沸炉6加热后返回常压塔5，实现常压塔5的再沸；常压塔5塔顶排出的塔顶气依次经过常压塔顶气换热器1和常压塔顶空冷器2的冷却后直接进入塔顶回流罐9，塔顶出料在塔顶回流罐9实现高于40℃的气液相分离，塔顶回流泵15将塔顶回流罐9分离的石脑油液相经过塔顶石脑油冷却器16的冷却后部分作为产品送出界区，部分输送回常压塔5，实现常压塔5的塔顶回流，如图1所示。

本发明所述凝析油分离工艺方法中，常压塔底油先用常压塔底油泵13升压后送入侧线汽提塔再沸器7，作为侧线汽提塔再沸器7的热源，同时选择常压塔过冷进料，即原料凝析油经产品换热后直接送入常压塔5，使得进料在塔内换热，如此减少了对公辅设施的依赖和降低其投资，不仅可以降低能耗，而且可以减少设备投入；另外选择常压塔顶气先经常压塔顶气换热器1，再经常压塔顶空冷器2冷却后直接进入常压塔顶回流罐9，也即将塔顶石脑油冷却器16(现有常压塔顶水冷器)放置在塔顶回流罐9后，如此常压塔顶回流罐9操作温度较高(如塔顶回流罐9的操作温度大于40℃，优选塔顶回流罐9的操作温度为50℃～60℃，可以再优选55℃～60℃)，这样可以释放出更多的不凝气，从而降低了塔顶石脑油的饱和蒸汽，将塔顶石脑油冷却器16放置在塔顶回流罐9后，使得塔顶不凝气具有更高的操作压力，便于外输。

在对比以往常压蒸馏装置流程的基础上，侧线塔多采用蒸汽汽提，其流程图详见图2，然而产汽系统是个复杂的过程，投入高，用量少，因此排除设置蒸汽汽提方案。结合原料预热、汽提塔再沸器、常压塔再沸器三处热源供应，考虑选择导热油系统作为加热热源，其流程详见图3，然而导热油系统是一个相对复杂的闭路循环系统，包括导热油炉、导热油循环泵、导热油换热器及其控制系统等，而且导热油需要定期更换加之价格不菲。经综合比较和流程规划并结合模拟计算，最终确定选用本发明工艺流程，本发明具有设备数量少，公辅投资少，能够实现减少投资和降低消耗的目标。

凝析油常压分馏的目标产品分别是石脑油、煤油馏分和柴油馏分；石脑油用于半再生重整的原料，因为凝析油硫含量低，煤油和柴油馏分均可参与调和成品油，因此必须控制煤油和柴油的闪点、馏程、密度等各类指标。

首先实现本发明的难点在于解决热源的问题。用数学建模的方法假设常压塔分离所需的输入热源分别Q1代替，设凝析油原料离开塔底柴油换热器4所带热量为Qf，凝析油进料所需热量输入为Q1f，常压塔底所需热量输入为Q1b，侧线汽提塔8所需热量为Q1s，而常压塔顶所需取出热量为Q2d；分馏产品带出热量为Qp，因此依据常压塔系统的平衡有Qf+Q1f+Q1b+Q1s＝Qp+Q2d；如果常压塔的操作参数不变，则Qf、Qp和Q2d也均不变，所以常压塔输入热量的和＝Q1f+Q1b+Q1s，也不变。

1.首先解决塔底输入热源Q1b的问题，鉴于现实条件不设置蒸汽，Q1b所需温位最高，作为能够提供热源的唯一设备-加热炉，只能选择常规化工精馏塔的模式选择塔底常压塔重沸炉，而且加热炉可以提供较高的温位和较大的热负荷，往往不会受到外界条件的约束和限制。

2.其次是解决原料进塔输入热源Q1f的问题，Q1f大小决定了塔进料的温度和气化率。容易受到传统常压塔的供热方式的思维限制，常压进料过气化率为1～3％，Q1f尽量大，可以节约蒸汽使用。然而通过《化工原理》可以知道，精馏塔的进料状态可以选择泡点进料(液相分率q＝1)、过热进料(液相分率q＜1)和过冷进料(液相分率q＞1)，最优进料是泡点进料，否则塔进料入塔后则形成塔内换热，其弊端就是换热塔盘形成返混，降低了分离效果。然而换言之，塔进料在塔内进行直接接触换热其效果则优于间接换热。目前选择过冷进料，则低温的塔进料液会被上升的高温气相直接加热，并产生对应温度下的气液分离。

3.最后解决Q1s的问题，Q1s是保证侧线抽出煤油的有效手段，其量增大可以提高煤油的闪点，其量降低可以降低侧线煤油的闪点。常压塔底抽出的柴油产品是在没有蒸汽供应的条件下，凝析油分离装置内唯一能够对外供热的高温位热源，然而其量不足。恰是这个不足，证明存在唯一高温位介质-常压塔底油，因为常压塔底油就是柴油产品的输出源，均来自常压塔底。然而常压塔底油其实是需要吸热实现再沸，而非输出热量，而且塔底油流量也不匹配，为了解决这个问题，采取了“先借后还”的模式，就是将需要再沸循环的常压塔底油先用于煤油汽提塔的再沸器热源，然后再送入常压塔再沸炉充分加热到所需要的返塔状态，如此煤油侧线塔再沸器的问题也就随之解决。

综合而言，Q1f、Q1b和Q1s三处热阱均集中到了Q1b上，最终由常压塔重沸炉6统一提供。

此外，在后续石脑油储存的过程中发现了石脑油饱和蒸汽压过高，一定量的低碳烃给后续储存和加工均带来不利影响，为了减少这种影响提出把塔顶回流罐的操作温度提高的设想，塔顶回流罐的操作温度改变实现了更多的不凝气被释放出来，从而降低塔顶输出石脑油的饱和蒸汽压。其实现方式分存在塔顶热回流和塔顶冷回流，塔顶热回流就是塔顶取热Q2d＝Gr×Cp×ΔT，ΔT变小，Gr变大保证塔顶取出热量，即只对塔顶输出石脑油进行冷却并送出，不对塔顶回流液进行水冷；塔顶冷回流的方式是，将常压塔顶冷却器放置到常压塔顶回流泵后对塔顶回流液和输出石脑油均进行冷却。将塔顶水冷器放置到塔顶回流罐后，不仅因为操作温度提高，降低了输出石脑油的饱和蒸汽压，还提高了塔顶回流罐的操作压力，使得塔顶不凝气具备更高的操作压力，从而更方便输出。

具体使用数据：

第一步按照设想的凝析油分离流程，在分馏模拟中设定具体的分离目标，详见表1。

表1 凝析油分离产品目标

凝析油进料为12819kg/h，经建立流程模拟及对比结果发现在同样达到分离目标的前提下；

用本流程其计算结果为：流程模拟收敛塔板分别是15～18板，收敛最佳进料板为15板，最低理论热量输入是1362kW，然而存在不收敛的风险，应该是因为换热板的因素的降低了分离效果所致；

用导热油炉方案流程与本发明进行对比，所得结果供应理论热量为1616kW，最佳进料版分别15板。对比可知，导热油方案流程比本发明流程多了2台换热器，而且还多出图内除加热炉外的导热泵及其控制系统等。

再考虑到设备的减少量，以及塔内换热损失少于外部换热的热损失，因此选择本流程在达到分离效果的前提下，不仅可以降低投资，同时节能效果达到15.7％。

另外将塔顶回流罐操作温度确定为60℃和25kPa，因此塔顶回流只用空冷器进行温度控制，然后在将分离所得石脑油液体进行水冷却至40℃(或者输出石脑油再用水冷却器冷却至40℃)，部分输出和部分塔顶回流，输出石脑油饱和蒸汽压为86kPa，同时闪蒸出176kg/h不凝气；然而选择常规流程空冷加水冷，塔顶回流罐操作温度40℃，输出石脑油饱和蒸汽压为122.7kPa，输出不凝气65kg/h。因为塔顶气的冷凝主要体现在潜热变化上，同时仅对常压塔顶水冷器移植塔顶回流罐后，所以对换热及塔顶回流影响均很小。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (8)

1.一种凝析油分离装置，其特征在于，所述凝析油分离装置包括常压塔(5)、常压塔顶气换热器(1)、常压塔顶空冷器(2)、塔顶回流罐(9)、塔顶回流泵(15)、塔顶石脑油冷却器(16)、常压塔底油泵(13)、侧线汽提塔再沸器(7)、侧线汽提塔(8)和常压塔重沸炉(6)；常压塔底油泵(13)、侧线汽提塔再沸器(7)和侧线汽提塔(8)依次连接，常压塔底油泵(13)还与常压塔(5)的底油出口连接，常压塔顶气换热器(1)、常压塔顶空冷器(2)、塔顶回流罐(9)、塔顶回流泵(15)和塔顶石脑油冷却器(16)依次连接，常压塔顶气换热器(1)还与常压塔(5)的塔顶气出口连接。

2.根据权利要求1所述的凝析油分离装置，其特征在于，常压塔底油泵(13)能够将常压塔(5)排出的常压塔底油输送至侧线汽提塔再沸器(7)，侧线汽提塔再沸器(7)能够吸收所述常压塔底油的热量并将该热量转移至侧线汽提塔(8)内，常压塔底油泵(13)还能够将被侧线汽提塔再沸器(7)吸热后的常压塔底油送出该凝析油分离装置和送回常压塔(5)。

3.根据权利要求2所述的凝析油分离装置，其特征在于，常压塔重沸炉(6)能够加热被侧线汽提塔再沸器(7)吸热后的常压塔底油。

4.根据权利要求1所述的凝析油分离装置，其特征在于，常压塔顶气换热器(1)和常压塔顶空冷器(2)能够依次对常压塔(5)排出的塔顶气进行冷却和液化，塔顶回流泵(15)能够将塔顶回流罐(9)排出的石脑油经过塔顶石脑油冷却器(16)的冷却后输送回常压塔(5)和送出该凝析油分离装置。

5.根据权利要求1所述的凝析油分离装置，其特征在于，所述凝析油分离装置还包括煤油换热器(3)、塔底柴油换热器(4)、煤油冷却器(10)、柴油冷却器(11)、原料凝析油泵(12)和煤油泵(14)。

6.一种凝析油分离工艺方法，其特征在于，所述凝析油分离工艺方法采用了权利要求1至5中任意一项所述的凝析油分离装置，所述凝析油分离工艺方法包括以下步骤：

原料凝析油经过分馏产品预热后由进料口进入常压塔(5)，在塔内实现过冷进料与塔内介质的换热和原料的轻重组分分离，常压塔底油泵(13)将常压塔(5)排出的常压塔底油输送至侧线汽提塔再沸器(7)，侧线汽提塔再沸器(7)吸收所述常压塔底油的热量并将该热量转移至侧线汽提塔(8)内，侧线汽提塔(8)实现再沸和煤油馏分的分离，被侧线汽提塔再沸器(7)吸热后的常压塔底油经过常压塔重沸炉(6)加热后返回常压塔(5)，常压塔(5)排出的塔顶气依次经过常压塔顶气换热器(1)和常压塔顶空冷器(2)的冷却后直接进入塔顶回流罐(9)，常压塔顶回流罐(9)实现石脑油与不凝气的气液分离，不凝气送出界区，塔顶回流泵(15)将塔顶回流罐(9)排出的石脑油经过塔顶石脑油冷却器(16)的冷却后输送回常压塔(5)和送出该凝析油分离装置。

7.根据权利要求6所述的凝析油分离工艺方法，其特征在于，塔顶回流罐(9)的操作温度大于40℃。

8.根据权利要求7所述的凝析油分离工艺方法，其特征在于，塔顶回流罐(9)的操作温度为50℃～60℃。