CN107541235B - 一种原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法及分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法，其特征在于，原油经常压蒸馏塔蒸馏后的塔顶油气经壳程串联连接的第一换热器、第二换热器换热、液化并收集在第一回流油罐中，得重整料；其中，第一换热器输出端的油气温度为90‑95℃；第一回流油罐输入端的油气温度为85‑90℃；第一回流油罐未冷凝的油气再经串联连接的空冷器和第三换热器换热、液化并收集在第二回流油罐中，得乙烯料；其中，第二回流油罐输入端的油气温度为30‑40℃；第二回流油罐未冷凝的油气经压缩机压缩后进入催化装置富气系统进行回收。此外，本发明还公开了一种实施所述分离方法的分离系统。本发明能耗低、投资小、流程简单，可实现重整料和乙烯料的高效、连续化分离。

Description

一种原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法及分 离系统

技术领域

本发明属于石油炼制技术，具体涉及一种原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法及分离系统。

背景技术：

原油在蒸馏过程中，因各组分挥发能力的差异，较轻组分在常压蒸馏塔塔顶形成高温油气，经冷却、分离为石脑油和不凝气体等产品。石脑油直接作为车用燃料汽油的调配，存在饱和蒸汽压不合格，辛烷值低等问题，在炼油工业应用中，石脑油一般作为乙烯裂解原料(以下简称乙烯料)和催化重整原料(以下简称重整料)等。

一般来说乙烯料要求其中的烷烃含量较高，重整料要求其中的芳潜较高，研究发现石脑油馏分越轻烷烃含量越高，但馏分越轻，其蒸汽压也越高；石脑油馏分越重芳潜越高，但馏分越重氮含量也越高。传统工艺上是将石脑油通过精馏进一步轻重分离来生产合格的乙烯料和重整料。

袁毅夫等人(《石油化工设计》2014年第2期(第31卷)第13-15页)介绍了常规的常压蒸馏塔塔顶油气一段式冷凝流程，并在此基础上提出了两段冷凝流程，可有效缓解常压塔顶部和第一段冷凝系统的H₂S-Cl^-腐蚀，解决低温热回收不合理及投资较大的问题。

以上流程得到的常顶油(即石脑油)因馏分较宽，不能直接作为乙烯料或重整料，还需另外通过精馏塔进一步分离，切割成烷烃含量较高的乙烯料和芳潜较高的重整料，精馏过程中需另外提供热量进行精馏，由此造成装置投资大、能耗高、流程复杂等问题。

发明内容：

针对现有常顶油需采用精馏分离的诸多不足，本发明公开了一种流程简单、可直接分离生产合格的乙烯料和重整料的低能耗的一种原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法。此外，本发明还提供了实施所述分离方法的分离系统。

一种原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法，原油经常压蒸馏塔蒸馏后的塔顶油气经壳程串联连接的第一换热器、第二换热器换热、液化并收集在第一回流油罐中，得重整料；其中，第一换热器输出端的油气温度为90-95℃；第一回流油罐输入端的油气温度为85-90℃；

第一回流油罐未冷凝的油气再经串联连接的空冷器和第三换热器换热、液化并收集在第二回流油罐中，得乙烯料；其中，第二回流油罐输入端的油气温度为30-40℃；

第二回流油罐未冷凝的油气经压缩机压缩后进入催化装置富气系统进行回收。

本发明人发现，将所述两段式冷凝的各段冷凝后油气温度控制在所述的范围内，通过所述梯度降温、冷凝方式可协同配合实现石脑油重整料和乙烯料产品馏程的良好、连续化切割，有助于得到芳潜含量高、氮含量低的重整料和烷烃含量高、蒸汽压适中的乙烯料。相较于现有精馏分离工艺，本发明能耗低、投资小、流程简单，且可实现石脑油中重整料和乙烯料的高效、连续化分离。

重整料关键质量指标包括芳潜含量不小于29％(w)，氮含量不大于3mg/kg。乙烯料关键质量指标包括烷烃含量不小于67％(w)，饱和蒸汽压不大于89KPa。本发明人发现，在所述的两段式冷凝方式下，控制第一回流油罐输入端、第二回流油罐输入端的油气温度和第二回流油罐压力在所述的范围内能有效保证重整料和乙烯料的各指标合格。

例如，若第一回流油罐输入端的油气的温度高于本发明所述的温度时，采出的重整料中芳潜含量满足指标要求，但其氮含量超标，且即使同样控制第二回流油罐输入端的油气温度为本发明所述的30-40℃时，采出的乙烯料中烷烃含量仍可能不足，也即是得到的重整料和乙烯料的质量均难于保证合格。反之，若控制第一回流油罐输入端的油气的温度低于本发明所述的温度时，采出的重整料的芳潜含量不足。

再如，控制第一回流油罐输入端的油气的温度在本发明所述范围内时，当控制第二回流油罐输入端的油气的温度偏高(高于本发明所述的温度范围)时，尽管乙烯料中饱和蒸气压满足指标要求，但烷烃含量常难保证合格；反之，可能出现饱和蒸气压超标的现象。

作为优选，第二回流油罐未冷凝的油气经压缩机压缩后部分循环套用至第二回流油罐内。

通过将压缩机压缩后部分物料循环套用可调节第二回流油罐压力，进一步调控制备的乙烯料的质量，如饱和蒸汽压。

本发明中，控制第一换热器输出端的油气温度在所述范围内有助于控制第一回流油罐输入端的油气温度，本发明通过控制换热介质的输入流量来控制第一回流油罐油气温度。

作为优选，第一换热器的换热介质为原油；第一换热器的换热介质的温度为45-50℃。采用所述温度的原油作为换热介质更利于控制第一回流油罐输入端的油气温度。第一换热器的换热介质的输送流量优选为为60％到100％原油加工流量。

本发明人发现，该温度下的原油更有利于调控第一换热器输出端的油气温度控制在90-95℃内，进而进一步精准控制第一回流油罐输入端的油气温度在所述的范围内。第一换热器采用原油(待常压蒸馏的原油)作为换热介质，在降低塔顶油气温度的同时，提升原油的温度，有利于节约加热原油的能耗，节约能源。

第二换热器的换热介质为水，其温度为32-42℃。第二换热器的换热介质的流量根据第一回流油罐油气温度进行调整，范围为0到全流量。该温度下的换热介质更有利于第一回流油罐输入端的油气温度调控在所述范围内。

作为优选，第三换热器的换热介质为水，其温度为32-42℃。第三换热器的换热介质的流量根据第二回流油罐油气温度进行调整，范围为0到全流量。

本发明还提供了一种实施所述的两段式冷凝、分离方法的分离系统，包括依次连接的第一段冷凝系统、第二段冷凝系统和催化装置富气系统；第一段冷凝系统、第二段冷凝系统之间设置有第一回流油罐，第二段冷凝系统和催化装置富气系统之间设置有第二回流油罐；

其中，第一段冷凝系统包括壳程串联连接的第一换热器和第二换热器；且常压蒸馏塔塔顶的油气出口与第一换热器的壳程入口连接；第二换热器壳程出口与第一回流油罐入口连接；第一回流油罐底部设置有重整料采出口；

第二段冷凝系统包括串联连接的空冷器和第三换热器，其中，第一回流油罐的顶部油气出口与空冷器入口连接，第三换热器的出口与第二回流油罐的出口连接；第二回流油罐的底部设置有乙烯料采出口；

第二回流油罐的顶部的油气出口与压缩机输入端连接，压缩机输出端与催化装置富气系统连接。

换热器包括壳程和管程，其中，油气可流经换热器的壳程或管程。

本发明人发现，采用二级串联的换热器(或，空冷器与换热器)并配合各输出油气的温度的控制，不仅能提高制得的重整料、乙烯料的质量，还能节约能源。

为了提高分离的连续化效率及控制各段油气的温度的调控效果，作为优选，

第一换热器的管程入口和换热介质输入管路连接，且所述换热介质输入管路上设置有第一流量控制阀，第一换热器的管程出口和换热介质输出管路连接；其中，换热介质输入管路和换热介质输出管路之间还设置有换热介质旁路，旁路上设置有第二流量控制阀；第二换热器的换热介质的输入端设置有第三流量控制阀；其中，各流量控制阀分别受控于相应换热器的壳程输出油气的温度。

第一换热器的换热介质输出的原油可接入其他换热器中继续作为换热介质，进一步提升温度。所述旁路与换热介质输送管路的连接点在第一换热器的换热介质来路的上游。

本发明人发现，通过调控第一流量控制阀、第二流量控制阀和第三流量控制阀控制各换热介质的流量、输出的油气的温度从而实现提升重整料产品的质量的目的。

第三换热器的换热介质输入端设置有第四流量控制阀，第四流量控制阀受控于第三换热器的壳程输出油气的温度。

压缩机输出端还设有使压缩后的物料回流至第二回流油罐的回流复线，且该回流复线上设置有调节阀。

第二回流油罐顶部出口与压缩机输入端连接，压缩机输出端接入尾气吸收系统，送催化装置回收处理。压缩机输出端和压缩机输入端之间设置有回流复线，且该回流复线设置有调节阀。本发明中，对第二回流油罐未冷凝的油气(俗称不凝气)设置压缩机并在回流复线上设置调节阀，可实现第二油罐的压力精准调控，便于乙烯料饱和蒸汽压控制，同时还利于常压蒸馏塔塔顶系统压力的控制。

本发明人发现，通过调控第四流量控制阀和调节阀分别控制与塔顶油气换热的换热介质和不凝气返回量来控制一级油馏程和饱和蒸气压从而提高乙烯料产品质量的目的。

本发明所述的分离系统的优选为：常压蒸馏塔塔顶的油气出口与第一换热器的壳程入口连接，第一换热器的壳程出口与第二换热器的壳程入口连接；第二换热器的壳程出口与第一回流油罐入口连接，第一回流油罐的底部重整料出口与重整料储罐和/或常压蒸馏塔的油气入口连接；

第一换热器的管程入口与原油输入管路连接；第一换热器的管程出口与原油输出管路连接；其中，第一换热器的原油输入管路设置有第一流量控制阀，第一换热器的原油输入管路和输出管路之间还设有换热介质的旁路，旁路上设置有第二流量控制阀；

第二换热器的管程入口与供水设备连接，其换热介质输入端设置有第三流量控制阀；第三换热器的换热介质输入端设置有第四流量控制阀；

第一回流油罐的顶部气相出口与空冷器的入口连接，空冷器的出口与第三换热器的壳程入口连接，第三换热器的壳程出口与第二回流油罐的入口连接，第二回流油罐的底部乙烯料出口与乙烯料储罐和/或常压蒸馏塔的油气入口连接；第三换热器的管程出口与供水设备连接；

第二回流油罐的顶部出口与压缩机的输入端连接，压缩机的输出端接入催化装置富气压缩系统回收处理。压缩机的输出端和压缩机的输入端设置有回流复线，且该回流复线设置有调节阀。

本发明中，在两段冷凝的基础上，通过增设调节阀调节冷却介质流量灵活调节常压蒸馏塔塔顶油气冷却温度，实现塔顶油气在不同温度下分级冷却，代替现有技术采用精馏塔对其进行馏分切割生产重整料和乙烯料，同时通过后续的压缩机调节乙烯料饱和蒸汽压，实现了常压蒸馏塔塔顶油气直接生产合格的乙烯料和重整料产品。

附图说明

图1为本发明所述的两段式分离系统设备示意图；

图2为对比例1分离系统设备示意图。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

如图1所示，所述的两段式分离系统包括依次连接的第一段冷凝系统、第二段冷凝系统和催化装置富气系统。

常压蒸馏塔1的塔顶的油气出口与第一换热器2(塔顶油气-原油换热器)的壳程入口连接，第一换热器2的壳程出口与第二换热器3(塔顶油气-循环水换热器)的壳程入口连接。

第二换热器3的壳程出口与第一回流油罐4入口连接，第一回流油罐4的底部重整料出口与第一油泵5的输入端连接，第一油泵5的输出端与重整料储罐和/或常压蒸馏塔1的油气入口连接。

第一回流油罐4的顶部气相出口与空冷器6的入口连接，空冷器6的出口与第三换热器7的壳程入口连接，第三换热器7的壳程出口与第二回流油罐8的入口连接。

第二回流油罐8的底部乙烯料出口与第二油泵9的输入端连接，第二油泵9的输出端与乙烯料储罐和/或常压蒸馏塔1的油气入口连接。

第二回流油罐8的顶部出口与压缩机10的输入端连接，压缩机10的输出端接入尾气吸收系统，送催化装置回收处理。压缩机10的输出端和压缩机10的输入端设置有回流复线，且该回流复线设置有调节阀15。

第一换热器2的管程入口与原油输入管路连接，其中，第一换热器2的原油输入管路上设置有第一流量控制阀11，第一换热器2的管程出口与原油输出管路连接。第一换热器2的原油输入管路和原油输出管路还设有换热介质旁路，旁路上设置有第二流量控制阀12。

第二换热器的管程入口与供水设备连接，第二换热器3的换热介质输入端设置有第三流量控制阀13。

第三换热器的管程入口与供水设备连接，第三换热器7的换热介质输入端设置有第四流量控制阀14。

本发明的分离系统的塔顶油气的分离方法为：常压蒸馏塔1的塔顶油气经第一换热器2与脱前原油进行换热、降温后再经第二换热器3的换热、降温后在第一回流油罐4中冷凝得重整料，冷凝得到的重整料经第一油泵5采出并部分循环套用至常压蒸馏塔1中作为常压蒸馏塔塔顶回流。未冷凝的低沸点物料由第一回流油罐4的顶部出口进入空冷器6和第三换热器7的换热后再冷凝收集在第二回流油罐8内，冷凝得到的乙烯料经第二油泵9采出或部分循环套用至常压蒸馏塔1中作为常压蒸馏塔塔顶回流备用流程。第二回流油罐8中未冷凝的气相物质(俗称不凝气)经压缩机10增压后送催化装置回收。

分离方法关键在于，第一流量控制阀11和第二流量控制阀12根据油气冷后温度调节与塔顶油气换热的原油量。第三流量控制阀13根据油气冷后温度调节与塔顶油气换热的循环水量。第四流量控制阀14根据油气冷后温度调节与塔顶油气换热的循环水量，调节阀15根据第二回流油罐9压力控制返回第二回流油罐9的不凝气量。

以下实施例采用上述的两段式分离系统进行塔顶油气的冷凝、分离：

实施例1

在某200万吨/年常压蒸馏装置上设置本发明的塔顶油气冷却、分离系统，原油在常压蒸馏塔1蒸馏过程中，较轻组分从常压蒸馏塔1顶蒸馏出来，并经第一换热器2(塔顶油气-原油换热器)、第二换热器3(塔顶油气-循环水换热器)换热冷却后进入第一回流油罐4，此时第一回流油罐4的输入端油气的温度为85-90℃。

第一回流油罐4内的液相部分经第一油泵5抽出，部分作为重整料产品出装置，另一部分作为常压蒸馏塔1塔顶回流，气相部分经空冷器6、第三换热器7(塔顶油气-循环水换热器)换热冷却至30-40℃，进入第二回流油罐8。

第二回流油罐8的液相部分经第二油泵9抽出作为乙烯料产品出装置，也可部分作为常压蒸馏塔1塔顶回流，气相部分经压缩机10增压后送催化装置(尾气吸收系统)回收。

其中，第一换热器的原油的输入端温度控制在45-50℃，流量为143-262t/h，

第二换热器3入口端的原油的温度控制在32℃；输入流量为10-80t/h。第三换热器的换热介质的温度为32-42℃，输入流量为10-80t/h。

本实施例传统常压蒸馏塔顶工艺流程也是利用原油、空冷器、循环水将油气冷却至常温以回收石脑油，与传统的常压蒸馏塔塔顶工艺流程能耗基本一致，但却直接生产出合格的重整料和乙烯料。该实施例生产的重整料和乙烯料关键质量合格，关键质量数据及指标如表1所示

表1

本实施例常压蒸馏塔塔顶冷却分离工艺，在两段式冷凝流程基础上，通过对冷却介质(原油、循环水)设置流量调节阀，并选择合适的分级冷却温度，对二级回流油罐出来的不凝气设置压缩机及调节阀控制的返回复线控制二级回流油罐压力，实现塔顶油气直接分级冷却生产合格的重整料和乙烯料产品，简化了工艺流程，节约了投资，同时也降低了重整料和乙烯料生产能耗。

对比例1

在某200万吨/年常压蒸馏装置中，如图2。原油在常压蒸馏塔a蒸馏过程中，较轻组分从常压蒸馏塔a顶蒸馏出来，并经第一换热器b(塔顶油气-原油换热器)换热冷却后进入第一回流油罐c，此时第一回流油罐c的输入端油气的温度为90-95℃。

第一回流油罐c内的液相部分经第一油泵e抽出，作为常压蒸馏塔a塔顶回流，气相部分经空冷器d、第二换热器f(塔顶油气-循环水换热器)换热冷却至40℃-50℃，进入第二回流油罐g。

第二回流油罐g的液相部分经第二油泵h抽出进入精馏塔j，气相部分经压缩机i增压后送催化装置(尾气吸收系统)回收。精馏塔j通过塔底重沸器k(以5t/h的1.0MPa蒸汽作为热源)提供热动力，在精馏塔j塔底分离出重整料，上部分离出乙烯料，顶部产出少量不凝气。

和实施例相比，区别在于，常压蒸馏塔顶油气冷却得到的石脑油需进入精馏塔进一步分离，才能得到合格乙烯料和重整料，乙烯料和重整料(关键质量数据见表2)，精馏过程中消耗1.0Mpa蒸汽5/h，装置流程复杂，投资相对偏大且能耗较高。

表2

对比例2：

和实施例1相比，区别仅在于，第一回流油罐4的输入端油气的温度为70-80℃。

对比例3：

和实施例1相比，区别仅在于，第一回流油罐4的输入端油气的温度为91-95℃。

对比例4：

和实施例1相比，区别仅在于，第二回流油罐8的输入端油气的温度为45-50℃。

对比例5：

和实施例1相比，区别仅在于，第二回流油罐8的输入端油气的温度为20-25℃。

各对比例的乙烯料和重整料关键质量数据见表3：

表3

通过表3的数据可知，实施例1制得的乙烯料和重整料的质量更优。

Claims (9)

1.一种原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法，其特征在于，原油经常压蒸馏塔蒸馏后的塔顶油气经壳程串联连接的第一换热器、第二换热器换热、液化并收集在第一回流油罐中，得重整料；其中，第一换热器输出端的油气温度为90-95℃；第一回流油罐输入端的油气温度为85-90℃；

第一回流油罐未冷凝的油气再经串联连接的空冷器和第三换热器换热、液化并收集在第二回流油罐中，得乙烯料；其中，第二回流油罐输入端的油气温度为30-40℃；

第二回流油罐未冷凝的油气经压缩机压缩后进入催化装置富气系统进行回收。

2.如权利要求1所述的原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法，其特征在于，第二回流油罐未冷凝的油气经压缩机压缩后部分循环套用至第二回流油罐内。

3.如权利要求1所述的原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法，其特征在于，第一换热器的换热介质为原油；第一换热器的换热介质的温度为45-50℃。

4.如权利要求3所述的原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法，其特征在于，第二换热器的换热介质为水，其温度为32-42℃。

5.如权利要求4所述的原油常压蒸馏塔塔顶油气的两段式冷凝、分离方法，其特征在于，第三换热器的换热介质为水，其温度为32-42℃。

6.一种实施权利要求1～5任一项方法的两段式冷凝、分离方法的分离系统，其特征在于，包括依次连接的第一段冷凝系统、第二段冷凝系统和催化装置富气系统；第一段冷凝系统、第二段冷凝系统之间设置有第一回流油罐，第二段冷凝系统和催化装置富气系统之间设置有第二回流油罐；

其中，第一段冷凝系统包括壳程串联连接的第一换热器和第二换热器；且常压蒸馏塔塔顶的油气出口与第一换热器的壳程入口连接；第二换热器壳程出口与第一回流油罐入口连接；第一回流油罐底部设置有重整料采出口；

第二段冷凝系统包括串联连接的空冷器和第三换热器，其中，第一回流油罐的顶部油气出口与空冷器入口连接，第三换热器的出口与第二回流油罐的出口连接；第二回流油罐的底部设置有乙烯料采出口；

第二回流油罐的顶部的油气出口与压缩机输入端连接，压缩机输出端与催化装置富气系统连接。

7.如权利要求6所述的两段式冷凝、分离方法的分离系统，其特征在于，第一换热器的管程入口和换热介质输入管路连接，且所述换热介质输入管路上设置有第一流量控制阀，第一换热器的管程出口和换热介质输出管路连接；其中，换热介质输入管路和换热介质输出管路之间还设置有换热介质旁路，旁路上设置有第二流量控制阀；第二换热器的换热介质的输入端设置有第三流量控制阀；其中，各流量控制阀分别受控于相应换热器的壳程输出油气的温度。

8.如权利要求7所述的两段式冷凝、分离方法的分离系统，其特征在于，第三换热器的换热介质输入端设置有第四流量控制阀，第四流量控制阀受控于第三换热器的壳程输出油气的温度。

9.如权利要求8所述的两段式冷凝、分离方法的分离系统，其特征在于，压缩机输出端还设有使压缩后的物料回流至第二回流油罐的回流复线，且该回流复线上设置有调节阀。

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