CN112843764A - 具有卫星式塔釜的减压精馏塔以及常压渣油的减压精馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔以及常压渣油的减压精馏方法。该减压精馏塔包括卫星环绕式减压塔釜和精馏段；卫星环绕式减压塔釜包括主塔釜和呈卫星式环绕设置在主塔釜外部的多个子反应器；主塔釜设置有第一出口和多个喷射入口，且主塔釜的顶部具有开口；子反应器设置有第二出口和第一进口，喷射入口一一对应地与各子反应器的第二出口相连，第一出口与第一进口相连；其中，各喷射入口的喷射方向可调节或者至少两个喷射入口的喷射方向有交叉，子反应器的容积小于主塔釜的容积；精馏段与主塔釜的顶部开口相连通，精馏段的顶部设置有轻组分出口。利用上述减压精馏塔处理常压渣油，能够在相对温和的温度、压力环境下有效提高轻油拔出率。

Description

具有卫星式塔釜的减压精馏塔以及常压渣油的减压精馏方法

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体而言，涉及一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔以及常压渣油的减压精馏方法。

背景技术

众所周知，炼厂的常减压系统是炼油企业甚至炼化行业的龙头工序。炼油厂常减压系统中常被称为‘三塔两炉’的工序连接为：初馏塔→常压炉→常压塔→减压炉→减压塔，该工序能够将炼化行业所需原料的70-80％馏出，因此常减压系统是炼厂最重要的工序之一。

但是，自本世纪初以来，随着石油开采程度的加深，采出原油的组分越来越重，原油重质化、劣质化以及页岩油、油砂油、重(稠)油、超重油、深层石油以及沥青、煤焦油等非常规重质劣油开始大量生产，导致炼厂工况不断下降，炼厂蒸馏系统的效率大大降低。上世纪中期，炼厂常压塔能够从原油中馏出50～70％的直馏汽柴油，而现在许多炼厂，因为只能获得劣质原油，其常压塔仅能从原油中馏出10～30％甚至更低比例的直馏燃油。直馏燃油的减少必然带来炼厂常压渣油、减压渣油的急剧增加，其最终的结果就是炼厂处理重油的压力增大，效益降低。

目前，重质油储量约占世界原油可开采储量的50％以上。重质油令石油工业从上游到下游面临着开采、输送和加工的严峻问题，炼油企业更是面临着原料重质化、劣质化，产品要求轻质化、环保化，生产过程要求清洁化、低碳化的三重压力。

基于上述的原因，炼厂的常减压工序也被迫做出相应的改变：对于能够获得轻质原油(API＞34)和中质原油(API＝34～20)的炼厂而言，‘三塔两炉’是典型的常减压正规工序。但如果炼厂只能获得重质原油(API＝10～20)甚至超重原油(API＜10)，炼厂的常减压系统就退化为‘一塔一炉’，即：减压炉→减压塔，因为这种原油里完全没有轻质组分，常压塔不可能蒸馏出任何产品。

综上所述，对所有的炼厂而言，无论是否能够获得优质原油，其减压塔以及为减压塔原料加温的减压炉都是必不可少的关键设备。如果能够提高减压塔的轻油拔出率，减少被称为减压渣油的尾油产出，该工序就可以极大地提高炼厂的经济效益。

就目前我国引进国外先进技术而言，提高减压塔拔出率的途径主要有两种途径，其中一种途径是增加减压塔进料温度，一般从380～390℃提高到410～420℃。而提高减压塔拔出率的另一途径是提高减压塔的真空度，通常被称为减压深拔。减压深拔的真空度一般到达92～97KPa，蒸馏实沸点在600℃左右。当然，采取这样的措施，可以将减压塔拔出率提高5-8％。对于百万吨级原料处理量而言，其经济效益是显著的。

但是，将进料温度提高到大量结焦的边缘(426℃)，对设备运行是有风险的，因此减压塔进料温度的提高必须慎行。而减压深拔过程中要达到如此高的真空度，至少要三级蒸汽喷射才能满足要求，这需要耗费大量的能源。

基于以上原因，有必要提供一种轻油拔出率高，且操作温度、压力条件更温和，能耗更低的减压塔。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔以及常压渣油的减压精馏方法，以解决现有技术中常压渣油在减压塔中进行减压精馏时存在的轻油拔出率低，或者操作条件苛刻、能耗巨大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其包括：卫星环绕式减压塔釜，包括主塔釜和呈卫星式环绕设置在主塔釜外部的多个子反应器；主塔釜设置有第一出口和多个喷射入口，且主塔釜的顶部具有开口；子反应器设置有第二出口和第一进口，喷射入口一一对应地与各子反应器的第二出口相连通，第一出口与第一进口相连通；其中，各喷射入口的喷射方向可调节或者至少两个喷射入口的喷射方向有交叉，且子反应器的容积小于主塔釜的容积；精馏段，位于主塔釜上方，并与主塔釜的顶部开口相连通，精馏段的顶部设置有轻组分出口。

进一步地，主塔釜内还设置有非淹没式撞击流组件，非淹没式撞击流组件设置在各喷射入口的喷射方向上，用于对喷射入口的喷出物料进行非淹没式撞击、空化及剪切。

进一步地，各第一出口与第一进口通过循环管路相连，且循环管路上还设置有强制循环泵。

进一步地，将子反应器的容积记为V1，将主塔釜容积的记为V2，V1/V2＝1/20～1/10000。

进一步地，子反应器为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器。

进一步地，还包括：真空泵，与轻组分出口相连；废气罐，具有轻组分入口，轻组分入口与真空泵的出口相连。

进一步地，废气罐还具有液相组分出口和废气出口，废气出口与至少部分子反应器的第一进口相连。

进一步地，精馏段的侧部还具有侧线采出口，侧线采出口包括由上至下设置的汽油馏分采出口、柴油馏分采出口和残余馏分油采出口，具有卫星式塔釜的减压精馏塔还包括：汽油储罐，与汽油馏分采出口相连；柴油储罐，与柴油馏分采出口相连；残余馏分油储罐，与残余馏分油采出口相连。

进一步地，残余馏分油储罐的出口还与至少部分子反应器的第一进口相连。

进一步地，还包括氢气供应单元，氢气供应单元与至少部分子反应器的第一进口相连。

进一步地，主塔釜的底部还具有减压渣油排放口。

进一步地，任意一个喷射入口的喷射方向与其余喷射入口中至少一个的喷射方向有交叉。

进一步地，非淹没式撞击流组件包括：壳体，壳体的内腔用于提供非淹没式撞击场所，且壳体包括多个与各喷射入口一一对应设置的喷射通道，喷射通道的外壁上设置有多个第一孔结构，且第一孔结构的轴向与喷射通道的轴向方向具有夹角。

进一步地，喷射通道的远离喷射入口的一端设置有撞击底板；或者，喷射通道的径向截面积沿远离喷射入口的方向逐渐减小，喷射通道的另一端封闭。

进一步地，非淹没式撞击流组件设置在主塔釜顶端靠近精馏段的位置。

进一步地，子反应器为管式结构，且子反应器的内部还设置有多个管道空化板，管道空化板上设置有多个第二孔结构。

进一步地，主塔釜包括由下至上依次包括塔釜本体、提馏段和进料段，喷射入口设置在进料段处，第一出口设置在塔釜本体处，进料段还设置有常压渣油进口。

根据本发明的另一方面，还提供了一种常压渣油的减压精馏方法，其采用上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔对常压渣油进行处理，且处理过程包括以下步骤：步骤S1，将常压渣油通过第一进口通入至少一个子反应器，然后进一步通过喷射入口以喷射状态通入主塔釜；将主塔釜内的油料从第一出口排出，并循环到至少一个子反应器中以再次通过喷射入口以喷射状态通入主塔釜，循环多次；其中通入常压渣油的子反应器和循环主塔釜内油料的子反应器相同或不同；步骤S2，步骤S1中得到的气相轻质油进入精馏段进行减压精馏，得到汽油馏分、柴油馏分、残余馏分以及轻组分气体。

进一步地，步骤S1中，将常压渣油以及循环的主塔釜内的油料从喷射入口通入后，使其通过非淹没式撞击流组件发生非淹没式撞击、空化及剪切。

进一步地，精馏段的塔顶真空度为2～5kPa，主塔釜中的反应温度为350～400℃，常压渣油的进料温度为380～400℃，主塔釜中的物料停留时间为0.5～1h。

进一步地，步骤S1中，主塔釜内的油料循环次数为10～100。

进一步地，步骤S1中，在通入常压渣油和主塔釜内的油料的同时，选择至少一个子反应器用于通入氢气，且氢气与常压渣油的体积比为80～200:1。

进一步地，步骤S2还包括，在得到轻组分气体之后，将轻组分气体通入废气罐，得到液化气和废气；将废气循环到至少一个子反应器中。

进一步地，步骤S1中，同时将常压渣油从进料段处设置的常压渣油进口通入主塔釜。

本发明提供的是一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其具体包括卫星环绕式减压塔釜和精馏段。卫星环绕式减压塔釜除了主塔釜以外，还包括小体积的呈卫星式环绕设置在主塔釜外部的多个子反应器。在对常压渣油进行减压精馏的过程中，常压渣油原料可以通过子反应器进入，并将进入减压塔釜的渣油通过多个子反应器多次循环，也可以将新鲜的常压渣油和主塔釜第一出口返回的油料在子反应器中混合后再送入主塔釜，从而形成一个循环状态。一方面，新鲜常压渣油和釜中油料的不断循环，能够用最快捷最简便的方式令物料在质量传递、热量传递和能量传递上达到工艺要求，是一种高效的反应器。另一方面，新鲜常压渣油和釜中油料通过子反应器进入喷射入口后，因各喷射入口的喷射方向可调节或者至少两个喷射入口的喷射方向有交叉，实际喷入过程可使至少两股物料在喷入后会产生碰撞。且这种碰撞因是液相在气相环境中进行，为非淹没式撞击过程，因此能够发生一定的氢转移反应，促使常压渣油和循环油料发生浅度轻质化反应，从而对于提高减压精馏塔氢组分的质量和拔出率有相当好的作用。进入减压塔釜的常压渣油和塔釜油料通过子反应器不断循环、碰撞和闪蒸，产生了气相的轻质油并进入上方的精馏段进行减压精馏，以分离出汽油馏分、柴油馏分和残余馏分，精馏塔顶部则采出轻组分气相。

利用上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔处理常压渣油，能够在相对温和的温度、压力环境下有效提高轻油拔出率，对于能耗—效益数据而言，是一种突破性的变化。

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。在附图中：

图1示出了根据本发明一种实施例的具有卫星式塔釜的减压精馏塔的结构示意图；以及

图2示出了根据本发明一种实施例的具有卫星式塔釜的减压精馏塔中卫星环绕式减压塔釜的结构示意图；

图3示出了根据本发明另一种实施例的具有卫星式塔釜的减压精馏塔中卫星环绕式减压塔釜的结构示意图；

图4示出了根据本发明另一种实施例的具有卫星式塔釜的减压精馏塔的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、卫星环绕式减压塔釜；11、主塔釜；12、子反应器；13、非淹没式撞击流组件；14、强制循环泵；111、塔釜本体；112、提馏段；113、进料段；20、精馏段；30、真空泵；40、废气罐；50、汽油储罐；60、柴油储罐；70、残余馏分油储罐；80、平衡罐；90、第一输料泵；100、第二输料泵；110、液化气罐。

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。

现有技术中常压渣油在减压塔中进行减压精馏时存在的轻油拔出率低，或者操作条件苛刻、能耗巨大的问题。除此以外，一般炼厂的减压塔中，减压塔釜直径约5～8米，容积在25～250立方米，传统的减压塔釜，其功能仅是承接减压渣油一个容器。为了提高减压塔的轻油拔出率，减压塔釜需要承担起反应器功能。但是，超大体积减压塔釜作为反应器，釜内物料的传热、传质以及动量传递都存在严重的不均衡现象。

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔，如图1所示，其包括：卫星环绕式减压塔釜10和精馏段20；卫星环绕式减压塔釜10包括主塔釜11和呈卫星式环绕设置在主塔釜11外部的多个子反应器12(如图2和3)；主塔釜11设置有第一出口和多个喷射入口，且主塔釜11的顶部具有开口；子反应器12设置有第二出口和第一进口，喷射入口一一对应地与各子反应器12的第二出口相连通，第一出口与第一进口相连通；其中，各喷射入口的喷射方向可调节或者至少两个喷射入口的喷射方向有交叉，且子反应器12的容积小于主塔釜11的容积；精馏段20位于主塔釜11上方，并与主塔釜11的顶部开口相连通，精馏段20的顶部设置有轻组分出口。

本发明提供的是一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其具体包括卫星环绕式减压塔釜和精馏段。卫星环绕式减压塔釜除了主塔釜以外，还包括小体积的呈卫星式环绕设置在主塔釜外部的多个子反应器。在对常压渣油进行减压精馏的过程中，常压渣油原料可以通过子反应器进入，并将进入减压塔釜的渣油通过多个子反应器多次循环，也可以将新鲜的常压渣油和主塔釜第一出口返回的油料在子反应器中混合后再送入主塔釜，从而形成一个循环状态。一方面，新鲜常压渣油和釜中油料的不断循环，能够用最快捷最简便的方式令物料在质量传递、热量传递和能量传递上达到工艺要求，是一种高效的反应器。另一方面，新鲜常压渣油和釜中油料通过子反应器进入喷射入口后，因各喷射入口的喷射方向可调节或者至少两个喷射入口的喷射方向有交叉，实际喷入过程可使至少两股物料在喷入后会产生碰撞。且这种碰撞因是液相在气相环境中进行，为非淹没式撞击过程，因此能够发生一定的氢转移反应，促使常压渣油和循环油料发生浅度轻质化反应，从而对于提高减压精馏塔氢组分的质量和拔出率有相当好的作用。进入减压塔釜的常压渣油和塔釜油料通过子反应器不断循环、碰撞和闪蒸，产生了气相的轻质油并进入上方的精馏段进行减压精馏，以分离出汽油馏分、柴油馏分和残余馏分，精馏塔顶部则采出轻组分气相。

利用上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔处理常压渣油，能够在相对温和的温度、压力环境下有效提高轻油拔出率，对于能耗—效益数据而言，是一种突破性的变化。

关于氢转移反应，常压渣油中的部分重油在撞击过程中能够将自身携带的氢转移至其他组分中，完成非临氢状态下的氢转移，使一部分重油更重，另一部分重油变轻。尤其是在子反应器的多次循环、喷射、撞击过程中，这种氢转移反应更明显，从而实现了常压渣油和循环油料的浅度轻化，使卫星环绕式减压塔釜既承担了承接物料的功能，又承担了反应器的功能。

为了进一步提高常压渣油和循环油料的轻质化程度，在一种优选的实施方式中，如图1所示，主塔釜11内还设置有非淹没式撞击流组件13，非淹没式撞击流组件13设置在各喷射入口的喷射方向上，用于对喷射入口的喷出物料进行非淹没式撞击、空化及剪切。利用该组件，从喷射入口喷出的常压渣油和子反应器中循环进入的油料能够在非淹没式撞击流组件13中发生更强的非淹没式撞击、空化及剪切，从而进一步加强反应效率，提高轻质化程度，以进一步提高轻油拔出率。优选地，各第一出口与第一进口通过循环管路相连，且循环管路上还设置有强制循环泵14。利用该强制循环泵14能够更稳定地循环主塔釜中的油料，并提供循环动能，甚至为子反应器中物料的喷射提供动能。

在一种优选的实施方式中，将子反应器12的容积记为V1，将主塔釜11容积的记为V2，V1/V2＝1/20～1/10000。这样一方面更有利于物料在子反应器中的混合，一方面也有利于提高处理效率。实际应用过程中，根据处理规模可以调整子反应器的容积，比如在实验室规模下，V1/V2在1/20～1/100更合适。在工业规模下，V1/V2的值更低，优选为1/100～1/10000。更优选地，子反应器12为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器。采用上述微型反应器作为子反应器，能够更有效地解决物料的非均衡性问题，使物料在质量传递、热量传递和能量传递方面更加高效均衡，有利于进一步改善轻质化反应的效果。在实际生产中，子反应器12的具体个数可以根据处理量进行调整，至少为一个。

在一种优选的实施方式中，上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔还包括：真空泵30，与轻组分出口相连；废气罐40，具有轻组分入口，轻组分入口与真空泵30的出口相连。这样，通过真空泵30即可向精馏段20及主塔釜11中提供真空环境，也促使撞击、闪蒸得到的轻质气体在精馏段中分离不同的馏分油、废气罐40则可用于收集精馏段20顶部排出的轻组分气体。

更优选地，废气罐40还具有液相组分出口和废气出口，废气出口与至少部分子反应器12的第一进口相连。精馏段20中完成精馏后，轻组分出口排出放入组分通常包括干气比如H₂(如果加氢)、CO、CO₂、CH₄、C2等常温不凝气，以及一些常温下大部分凝结的C3、C4和少量C5等。经过废气罐40收集后，其不凝气组分H₂(如果加氢)、CO、CO₂、CH₄及少量未凝结的C3、C4等组分能够通过至少部分子反应器12返送如主塔釜11。这样，废气即可作为返送气用于气提，替代水蒸汽气提(现有的减压塔中为了产生更多的气相，在进料中会加入少量水分，进入减压塔后水变蒸汽从液体中高速度逸出，在水蒸汽出来的同时，带出了不少烃类的轻组分，增加了减压塔的拔出率)，可降低水蒸汽产生的废液的处理量，进一步增加减压精馏塔的拔出率。同时，按道尔顿定律，废气返送降低了大于C5烃类的油气分压，相应起到了稳定装置内压力的作用。且废气中的甲烷等低碳烃类，有可能再次参与子反应器中的反应，从而减少甲烷等低碳烃的数量。此外，如图1所示，在轻组分入口与真空泵30连接的管路上还设置有平衡罐80，用以维持真空环境的稳定。废气出口与至少部分子反应器12连接的管路上还设置有第一输料泵90，用以提供动力。

为收集精馏段20分离出的各馏分油，在一种优选的实施方式中，上述精馏段20的侧部还具有侧线采出口，侧线采出口包括由上至下设置的汽油馏分采出口、柴油馏分采出口和残余馏分油采出口，具有卫星式塔釜的减压精馏塔还包括：汽油储罐50，与汽油馏分采出口相连；柴油储罐60，与柴油馏分采出口相连；残余馏分油储罐70，与残余馏分油采出口相连。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，残余馏分油储罐70的出口还与至少部分子反应器12的第一进口相连。这样可将部分参与馏分油(通常为350～500℃的馏分油)返回至子反应器中，再次进入主塔釜11进行反应和减压精馏。

如前文所述，在非淹没式撞击过程中，常压渣油及循环的油料能够在非临氢状态下发生一定程度的氢转移反应，达到浅度轻质化的目的。当然，为了进一步提高轻质化效果，在一种优选的实施方式中，上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔还包括氢气供应单元，氢气供应单元与至少部分子反应器12的第一进口相连。这样可以将新氢投入到轻质化反应的过程中，以促使常压渣油和循环油料进一步进行临氢状态下的轻质化反应。在实际应用过程中，可以在氢气供应流路上设置加温单元，用于预先对氢气进行加温，再使其进入子反应器12。

经过多次循环，主塔釜11底部会积累减压渣油，优选主塔釜11的底部还具有减压渣油排放口，将减压渣油定期排出。如图1所示，主塔釜11的底部的减压渣油排放口所在管路上还设置有第二输料泵100，用于稳定排出减压渣油。

为了使常压渣油和循环的油料更充分地撞击、闪蒸、反应，在一种优选的实施方式中，任意一个喷射入口的喷射方向与其余喷射入口中至少一个的喷射方向有交叉。这样使得每一股进入的喷射物料均能够发生非淹没式撞击，进而进一步提高轻质化效果。

为了进一步强化非淹没式撞击过程，在一种优选的实施方式中，非淹没式撞击流组件13包括：壳体，壳体的内腔用于提供非淹没式撞击场所，且壳体包括多个与各喷射入口一一对应设置的喷射通道，喷射通道的外壁上设置有多个第一孔结构，且第一孔结构的轴向与喷射通道的轴向方向具有夹角。这样，各子反应器12中的物料进入主塔釜11后，均能够在喷射通道中完成撞击，且撞击后产生的二次流体进入喷射通道的第一孔结构中。因第一孔结构的轴向与喷射通道的轴向方向具有夹角，会对二次流体形成剪切、空化，以进一步加强非淹没式撞击效果，改善轻质化反应效果。完成撞击、剪切、空化后的轻质化组分则闪蒸形成气体，进入精馏段20中完成馏分分离。

更优选地，喷射通道的远离喷射入口的一端设置有撞击底板；或者，喷射通道的径向截面积沿远离喷射入口的方向逐渐减小，喷射通道的另一端封闭。如此设置，有利于进一步提高撞击效果，从而进一步改善反应效率，提高轻油拔出率。

关于非淹没式撞击流组件13，也可以参照专利201911175767.7中的记载进行设置，只要能够达到子反应器12喷射物料的非淹没式撞击、剪切、空化即可，在此不再赘述。

在不断的循环操作过程中，主塔釜11中始终保留有一部分液相物料，为了是喷射的常压渣油和循环油料能够在气体环境中进行非淹没式撞击，在一种优选的实施方式中，非淹没式撞击流组件13设置在主塔釜11顶端靠近精馏段20的位置。这样除了能够改善非淹没式撞击效果外，还能够促使撞击、反应、闪蒸形成的轻质化组分的气体及时进入精馏段20。

在一种优选的实施方式中，子反应器12为管式结构，且子反应器12的内部还设置有多个管道空化板，管道空化板上设置有多个第二孔结构。利用管道空化板有利于进一步强化子反应器12中的物料混合，从而进一步改善轻质化反应效果，提高轻油拔出率。具体的管道空化板设置方式也可以参照专利201911175767.7中的记载进行设置，在此不再赘述。

为节约成本，本发明提供的上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔也可以在现有的减压精馏塔的基础上进行改造，比如：如图4所示，主塔釜11包括由下至上依次包括塔釜本体111、提馏段112和进料段113，喷射入口设置在进料段113处，第一出口设置在塔釜本体111处，进料段113还设置有常压渣油进口。如此设置，相当于在现有减压精馏塔的基础上，增加了子反应器12、可选的非淹没撞击组件等部件，且子反应器12的循环油料可以越过提馏段(仅有4块左右的塔板)，从原料输入的塔板处(进料段113，塔径最大处)进入。此期间，新鲜的常压渣油也可仅通过常压渣油进口进入，子反应器12则进行塔釜本体111处油料的循环。

需要说明的是，具体的子反应器12的数量可以通过主塔釜11的容积、子反应器12的容积、循环次数等进行设计，只要在相应工艺条件下，能够达到相应停留时间下的相应循环次数即可，当然也可以考虑一定的备用能力，这是本领域技术人员都应理解的。

优选地，废气罐40的液相组分出口和液化气罐110相连，用以将常温凝结的组分进行收集。

根据本发明的另一方面，还提供了一种常压渣油的减压精馏方法，其采用上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔对常压渣油进行处理，且处理过程包括以下步骤：步骤S1，将常压渣油通过第一进口通入至少一个子反应器12，然后进一步通过喷射入口以喷射状态通入主塔釜11；将主塔釜11内的油料从第一出口排出，并循环到至少一个子反应器12中以再次通过喷射入口以喷射状态通入主塔釜11，循环多次；其中通入常压渣油的子反应器12和循环主塔釜11内油料的子反应器12相同或不同；步骤S2，步骤S1中得到的气相轻质油进入精馏段20进行减压精馏，得到汽油馏分、柴油馏分、残余馏分以及轻组分气体。

利用上述方法，常压渣油原料可以通过子反应器进入，并将进入减压塔釜的渣油通过多个子反应器多次循环，也可以将新鲜的常压渣油和主塔釜第一出口返回的油料在子反应器中混合后再送入主塔釜，从而形成一个循环状态。一方面，新鲜常压渣油和釜中油料的不断循环，能够用最快捷最简便的方式令物料在质量传递、热量传递和能量传递上达到工艺要求，是一种高效的反应器。另一方面，新鲜常压渣油和釜中油料通过子反应器进入喷射入口后，因各喷射入口的喷射方向可调节或者至少两个喷射入口的喷射方向有交叉，实际喷入过程可使至少两股物料在喷入后会产生碰撞。且这种碰撞因是液相在气相环境中进行，为非淹没式撞击过程，因此能够发生一定的氢转移反应，促使常压渣油和循环油料发生浅度轻质化反应，从而对于提高减压精馏塔氢组分的质量和拔出率有相当好的作用。进入减压塔釜的常压渣油和塔釜油料通过子反应器不断循环、碰撞和闪蒸，产生了气相的轻质油并进入上方的精馏段进行减压精馏，以分离出汽油馏分、柴油馏分和残余馏分(通常为350～500℃的馏分油)，精馏塔顶部则采出轻组分气相。利用上述具有卫星式塔釜的减压精馏塔处理常压渣油，能够在相对温和的温度、压力环境下有效提高轻油拔出率，对于能耗—效益数据而言，是一种突破性的变化。

实际处理过程中，子反应器循环输入的物料是主塔釜中的油料(渣油)，某台或数台子反应器也会担任输入通过减压炉被加热的常压渣油新鲜物料，这些子反应器同时也会循环输入塔釜中的物料，当然它们的循环量会低没有新料输入的子反应器。

为了进一步加强轻质化反应效果，在一种优选的实施方式中，步骤S1中，将常压渣油以及循环的主塔釜11内的油料从喷射入口通入后，使其通过非淹没式撞击流组件13发生非淹没式撞击、空化及剪切。

优选地，上述喷射入口的孔径为1～50mm，液体物料进入喷射入口的流速为5～100m/s。

综合考虑能耗、轻油拔出率等因素，在一种优选的实施方式中，精馏段20的塔顶真空度为2～5kPa(微负压)，主塔釜11中的反应温度为350～400℃，常压渣油的进料温度为380～400℃，主塔釜11中的物料停留时间为0.5～1h。

为使常压渣油的轻质化效果更佳，并综合改善物料的均衡性，提高处理效率，在一种优选的实施方式中，步骤S1中，主塔釜11内的油料循环次数为100～300次/h。当然，需说明的是，该循环次数是针对常压渣油的减压精馏而言，对于其他不同的原料和不同反应状况，循环次数也可以根据实际情况进行调整。当然，根据物料的喷射速度，也可以适当改变循环次数，喷射速度快时可适当减少循环次数，反之亦然。

在一种优选的实施方式中，步骤S1中，在通入常压渣油和主塔釜11内的油料的同时，选择至少一个子反应器12用于通入氢气，且氢气与常压渣油的体积比为80～200:1。这样可以将新氢投入到轻质化反应的过程中，以促使常压渣油和循环油料进一步进行临氢状态下的轻质化反应。

优选地，步骤S2还包括，在得到轻组分气体之后，将轻组分气体通入废气罐40，经常温(20～30℃)液化后，得到液化气和废气；将废气循环到至少一个子反应器12中。这样，废气即可作为返送气用于气提，替代水蒸汽气提，可降低水蒸汽产生的废液的处理量，进一步增加减压精馏塔的拔出率。同时，按道尔顿定律，废气返送降低了大于C5烃类的油气分压，相应稳定了装置内部的操作压力。且废气中的甲烷等低碳烃类，有可能再次参与子反应器中的反应，从而减少甲烷等低碳烃的数量。

当通入氢气时，进入主塔釜的新氢在一次反应后参与塔釜废气，通过某子反应器再次进入塔釜，参与不断的循环过程，直至氢气与渣油完全结合。因此上述氢油比实际也为轻质化过程中的氢耗。

更优选地，步骤S1中，同时将常压渣油从进料段113处设置的常压渣油进口通入主塔釜11。这样可以利用传统的减压精馏塔改造形成本发明的减压精馏塔，将其气提段112和进料段113保留，增设子反应器12和可选的非淹没式撞击流组件13即可，有利于节约能耗。实际处理过程中，可将传统的减压精馏塔的减一线改为顶采，输出汽油馏分；减二线改为输出柴油馏分；保留减三线和减四线的蜡油输出，作为参与馏分油输出。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

采用本发明图1所示具有卫星式塔釜的减压精馏塔进行处理，该减压精馏塔主塔釜的外围设置有呈卫星式环绕排布的3个子反应器，子反应器为主塔釜容积的1/20。非淹没式撞击流组件为一壳体，其内腔用于提供非淹没式撞击场所，且壳体包括与各喷射入口一一对应设置的多个喷射通道，喷射入口的孔径为6～10mm，液体物料的喷射流速为8～12m/s，喷射通道的外壁上设置有多个第一孔结构(孔径1～3mm)，且第一孔结构的轴向与喷射通道的轴向方向具有夹角。各喷射通道均在中心位置交叉，且各喷射通道的远离喷射入口的一端(相当于壳体内部的位于各喷射通道的中间位置)设置有撞击底板。子反应器为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器，其为管式结构，且内部还设置有多个管道空化板，管道空化板上设置有多个第二孔结构(孔径1～3mm)

原料：委内瑞拉原油；处理量：实验室中试规模，原料处理量为3～7kg/h。

反应温度：370℃

反应压力：低真空：真空度＝2～5KPa

实际操作过程中，将温度365～375℃的委内瑞拉原油从其中1个子反应器进入，主塔釜油料从另外2个子反应器中循环，循环次数为200～300次/h。剩余2个子反应器中，1个通入氢气，氢气与原料油体积为100:1，另外1个循环精馏轻组分气体中的废气。

原料实沸点≈375℃

轻油拔出率：70％

拔出轻质油馏程：IBP～350℃(汽油和柴油馏分)：100％。

对比例1

采用现有的炼油厂减压塔，由下至上依次包括减压塔釜、气提段、原料进料段和精馏段。某炼油厂30万吨/a减压塔；原料：委内瑞拉原油；

说明：委内瑞拉是世界上石油储量最多的国家，但委内瑞拉原油是世界上质量最差的原油之一(API≈10，属于重油或超重油，相当于常压渣油)。一般委内瑞拉原油进口中国主要用于生产道路沥青。

因此，该炼油厂将委内瑞拉进口原油不经初馏塔、常压塔处理而直接进入减压塔进行减压深拔。拔出轻油(蜡油)经过加氢裂化后获得轻质汽柴油和＜500℃的馏分油；拔出蜡油后的底油(尾油)用于生产各种沥青。

工艺参数：

设备：典型的30万吨/a减压精馏塔

原料处理量：300KT/a＝37.5T/h

反应温度：385℃

反应压力：高真空：真空度＝92～94KPa，

原料实沸点：520～540℃

轻油拔出率≦50％

拔出轻质油馏程：

IBP-350℃：25％；350～500℃：65％；≥500℃：10％。对比例1温度、压力条件苛刻，且拔出产品中有75％为高于350度的馏分油，轻质化效果不佳。

结论：用投资-成本-收益分析来考察传统减压塔和本发明具有卫星式塔釜的减压精馏塔，后者全面优于前者，轻油拔出率高于现有减压塔拔出率的20-50％。本发明提出了现有减压塔改进方案，改进方案的投资回收期均小于12个月。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，包括：

卫星环绕式减压塔釜(10)，包括主塔釜(11)和呈卫星式环绕设置在所述主塔釜(11)外部的多个子反应器(12)；所述主塔釜(11)设置有第一出口和多个喷射入口，且所述主塔釜(11)的顶部具有开口；所述子反应器(12)设置有第二出口和第一进口，所述喷射入口一一对应地与各所述子反应器(12)的所述第二出口相连通，所述第一出口与所述第一进口相连通；其中，各所述喷射入口的喷射方向可调节或者至少两个所述喷射入口的喷射方向有交叉，且所述子反应器(12)的容积小于所述主塔釜(11)的容积；

精馏段(20)，位于所述主塔釜(11)上方，并与所述主塔釜(11)的顶部开口相连通，所述精馏段(20)的顶部设置有轻组分出口。

2.根据权利要求1所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述主塔釜(11)内还设置有非淹没式撞击流组件(13)，所述非淹没式撞击流组件(13)设置在各所述喷射入口的喷射方向上，用于对所述喷射入口的喷出物料进行非淹没式撞击、空化及剪切。

3.根据权利要求1所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，各所述第一出口与所述第一进口通过循环管路相连，且所述循环管路上还设置有强制循环泵(14)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，将所述子反应器(12)的容积记为V1，将所述主塔釜(11)容积的记为V2，V1/V2＝1/20～1/10000。

5.根据权利要求4所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述子反应器(12)为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，还包括：

真空泵(30)，与所述轻组分出口相连；

废气罐(40)，具有轻组分入口，所述轻组分入口与所述真空泵(30)的出口相连。

7.根据权利要求6所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述废气罐(40)还具有液相组分出口和废气出口，所述废气出口与至少部分所述子反应器(12)的所述第一进口相连。

8.根据权利要求6所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述精馏段(20)的侧部还具有侧线采出口，所述侧线采出口包括由上至下设置的汽油馏分采出口、柴油馏分采出口和残余馏分油采出口，所述具有卫星式塔釜的减压精馏塔还包括：

汽油储罐(50)，与所述汽油馏分采出口相连；

柴油储罐(60)，与所述柴油馏分采出口相连；

残余馏分油储罐(70)，与所述残余馏分油采出口相连。

9.根据权利要求8所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述残余馏分油储罐(70)的出口还与至少部分所述子反应器(12)的所述第一进口相连。

10.根据权利要求6所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，还包括氢气供应单元，所述氢气供应单元与至少部分所述子反应器(12)的所述第一进口相连。

11.根据权利要求6所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述主塔釜(11)的底部还具有减压渣油排放口。

12.根据权利要求2所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，任意一个所述喷射入口的喷射方向与其余所述喷射入口中至少一个的喷射方向有交叉。

13.根据权利要求2所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述非淹没式撞击流组件(13)包括：

壳体，所述壳体的内腔用于提供非淹没式撞击场所，且所述壳体包括多个与各所述喷射入口一一对应设置的喷射通道，所述喷射通道的外壁上设置有多个第一孔结构，且所述第一孔结构的轴向与所述喷射通道的轴向方向具有夹角。

14.根据权利要求13所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述喷射通道的远离所述喷射入口的一端设置有撞击底板；或者，所述喷射通道的径向截面积沿远离所述喷射入口的方向逐渐减小，所述喷射通道的另一端封闭。

15.根据权利要求2所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述非淹没式撞击流组件(13)设置在所述主塔釜(11)顶端靠近所述精馏段(20)的位置。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述子反应器(12)为管式结构，且所述子反应器(12)的内部还设置有多个管道空化板，所述管道空化板上设置有多个第二孔结构。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔，其特征在于，所述主塔釜(11)包括由下至上依次包括塔釜本体(111)、提馏段(112)和进料段(113)，所述喷射入口设置在所述进料段(113)处，所述第一出口设置在所述塔釜本体(111)处，所述进料段(113)还设置有常压渣油进口。

18.一种常压渣油的减压精馏方法，其特征在于，采用权利要求1至17中任一项所述的具有卫星式塔釜的减压精馏塔对所述常压渣油进行处理，且处理过程包括以下步骤：

步骤S1，将常压渣油通过第一进口通入至少一个子反应器(12)，然后进一步通过喷射入口以喷射状态通入主塔釜(11)；将所述主塔釜(11)内的油料从第一出口排出，并循环到至少一个所述子反应器(12)中以再次通过所述喷射入口以喷射状态通入所述主塔釜(11)，循环多次；其中通入所述常压渣油的所述子反应器(12)和循环所述主塔釜(11)内油料的所述子反应器(12)相同或不同；

步骤S2，所述步骤S1中得到的气相轻质油进入精馏段(20)进行减压精馏，得到汽油馏分、柴油馏分、残余馏分以及轻组分气体。

19.根据权利要求18所述的常压渣油的减压精馏方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述常压渣油以及循环的所述主塔釜(11)内的油料从所述喷射入口通入后，使其通过非淹没式撞击流组件(13)发生非淹没式撞击、空化及剪切。

20.根据权利要求18或19所述的常压渣油的减压精馏方法，其特征在于，所述精馏段(20)的塔顶真空度为2～5kPa，所述主塔釜(11)中的反应温度为350～400℃，所述常压渣油的进料温度为380～400℃，所述主塔釜(11)中的物料停留时间为0.5～1h。

21.根据权利要求20所述的常压渣油的减压精馏方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述主塔釜(11)内的油料循环次数为10～100。

22.根据权利要求18或19所述的常压渣油的减压精馏方法，其特征在于，所述步骤S1中，在通入所述常压渣油和所述主塔釜(11)内的油料的同时，选择至少一个所述子反应器(12)用于通入氢气，且所述氢气与所述常压渣油的体积比为80～200:1。

23.根据权利要求18或19所述的常压渣油的减压精馏方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，在得到所述轻组分气体之后，将所述轻组分气体通入废气罐(40)，得到液化气和废气；将所述废气循环到至少一个所述子反应器(12)中。

24.根据权利要求18或19所述的常压渣油的减压精馏方法，其特征在于，所述步骤S1中，同时将所述常压渣油从进料段(113)处设置的常压渣油进口通入所述主塔釜(11)。

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