一種凝析油分離裝置及工藝方法與流程
2023-06-08 17:18:11
本發明涉及石油化工技術領域，具體的是一種凝析油分離裝置，還是一種凝析油分離工藝方法。
背景技術：
凝析油是指從凝析氣田或者油田伴生天然氣凝析出來的液相組分，又稱天然汽油。其主要成分是c5至c11+烴類的混合物，比原油輕，其餾分多在20℃～260℃。此外因其產量較原油低，加工規模也多較小、流程也較短。國內的凝析油分離裝置多為在常壓蒸餾裝置上改造獲得，公用工程及輔助系統依託原油老廠，燃料氣和蒸汽等一應俱全，現有的凝析油分離流程為蒸汽汽提法如圖2和導熱油系統加熱法圖3所示。然而，對於東南亞僅處於起步階段的私營業主而言，投資能力及管理水平有限，選擇短加工流程，少投入、快產出也理所當然。為此就需要在國內原油的常壓裝置流程的基礎上進行改進，縮短流程，減少公輔投資，減少一次性投資。
技術實現要素：
為了縮短工藝流程、減少公輔投資、減少一次性投資，本發明提供了一種凝析油分離裝置及工藝方法，該凝析油分離裝置及工藝方法的設備數量少，公輔投資少，具有縮短流程、減少投資和降低消耗等多個有益效果。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種凝析油分離裝置，包括常壓塔、常壓塔頂氣換熱器、常壓塔頂空冷器、塔頂回流罐、塔頂回流泵、塔頂石腦油冷卻器、常壓塔底油泵、側線汽提塔再沸器、側線汽提塔和常壓塔重沸爐；常壓塔底油泵、側線汽提塔再沸器和側線汽提塔依次連接，常壓塔底油泵還與常壓塔的底油出口連接，常壓塔頂氣換熱器、常壓塔頂空冷器、塔頂回流罐、塔頂回流泵和塔頂石腦油冷卻器依次連接，常壓塔頂氣換熱器還與常壓塔的塔頂氣出口連接。
常壓塔底油泵能夠將常壓塔排出的常壓塔底油輸送至側線汽提塔再沸器，側線汽提塔再沸器能夠吸收所述常壓塔底油的熱量並將該熱量轉移至側線汽提塔內，常壓塔底油泵還能夠將被側線汽提塔再沸器吸熱後的常壓塔底油送出該凝析油分離裝置和送回常壓塔。
常壓塔重沸爐能夠加熱被側線汽提塔再沸器吸熱後的常壓塔底油。
常壓塔頂氣換熱器和常壓塔頂空冷器能夠依次對常壓塔排出的塔頂氣進行冷卻和液化，塔頂回流泵能夠將塔頂回流罐排出的石腦油經過塔頂石腦油冷卻器的冷卻後輸送回常壓塔和送出該凝析油分離裝置，石腦油液相經過塔頂石腦油冷卻器的冷卻後輸送回常壓塔作為塔頂回流液。
所述凝析油分離裝置還包括煤油換熱器、塔底柴油換熱器、煤油冷卻器、柴油冷卻器、原料凝析油泵和煤油泵。
一種凝析油分離工藝方法，所述凝析油分離工藝方法採用了上述的凝析油分離裝置，所述凝析油分離工藝方法包括以下步驟：
原料凝析油經過分餾產品預熱後以過冷狀態進入常壓塔，原料油在常壓塔內進行換熱和輕重組分分離，常壓塔底油泵將常壓塔排出的常壓塔底油輸送至側線汽提塔再沸器，側線汽提塔再沸器吸收所述常壓塔底油的熱量並將該熱量轉移至側線汽提塔內實現側線汽提塔再沸和煤油餾分的分離，釋放出熱量後的常壓塔底油部分經過熱量回收後作為產品送出該凝析油分離裝置，部分經過常壓塔重沸爐加熱後返回常壓塔，實現常壓塔的再沸。常壓塔排出的塔頂氣依次經過常壓塔頂氣換熱器和常壓塔頂空冷器冷卻後直接進入塔頂回流罐，常壓塔頂回流罐在高於常規40℃條件下實現石腦油與不凝氣的氣液分離，不凝氣通過燃料氣回收管線送出界區，液相石腦油經塔頂回流泵將液化後的石腦油經過塔頂石腦油冷卻器的冷卻後輸送回常壓塔，實現塔的回流。
本發明的有益效果是：
1、相比較於現有的導熱油流程，本發明所述凝析油分離裝置的換熱設備少和省去導熱油系統，能耗低，操作成本低，整體成本低。
2、相比較於現有的蒸汽汽提流程，本發明所述凝析油分離裝置可以避免使用蒸汽，優勢在於一些場合避免了發生蒸汽設施的投資。
3、本發明所述凝析油分離裝置將塔頂回流罐的位置前移，塔頂回流罐的操作溫度可以適當提高，按需選擇更高溫度，不凝氣釋放更多，操作壓力也高，能夠降低液相的飽和蒸汽壓力和提高氣相的送出界區壓力。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。
圖1是本發明所述凝析油分離裝置及工藝流程圖。
圖2是現有常規凝析油分離蒸汽汽提流程圖。
圖3是現有凝析油分離導熱油方案流程圖。
1、頂氣換熱器；2、常壓塔頂空冷器；3、煤油換熱器；4、塔底柴油換熱器；5、常壓塔；6、常壓塔重沸爐；7、側線汽提塔再沸器；8、側線汽提塔；9、塔頂回流罐；10、煤油冷卻器；11、柴油冷卻器；12、原料凝析油泵；13、常壓塔底油泵；14、煤油泵；15、塔頂回流泵；16、塔頂石腦油冷卻器；
21、石腦油輸出管線；22、煤油輸出管線；23、柴油輸出管線；24、柴油換熱管線；25、凝析油原料供應管線；26、燃料氣回收管線。
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
一種凝析油分離裝置，包括常壓塔5、常壓塔頂氣換熱器1、常壓塔頂空冷器2、塔頂回流罐9、塔頂回流泵15、塔頂石腦油冷卻器16、常壓塔底油泵13、側線汽提塔再沸器7、側線汽提塔8和常壓塔重沸爐6；常壓塔底油泵13、側線汽提塔再沸器7和側線汽提塔8依次連接，常壓塔底油泵13還與常壓塔5的底油出口b連接，常壓塔頂氣換熱器1、常壓塔頂空冷器2、塔頂回流罐9、塔頂回流泵15和塔頂石腦油冷卻器16依次連接，常壓塔頂氣換熱器1還與常壓塔5的塔頂氣出口d連接，如圖1所示。
原料凝析油先後經常壓塔頂氣換熱器、煤油換熱器和塔底柴油換熱器預熱後，依然是過冷狀態，並以過冷狀態直接進入常壓塔，在常壓塔內進行換熱和輕重組分的分離。在分餾塔中塔頂分離出石腦油組分和不凝氣，側線抽出石腦油餾分進入側線汽提塔，塔底抽出柴油餾分。
常壓塔底油泵13能夠將常壓塔5排出的常壓塔底油進行升壓，首先將常壓塔底油送至側線汽提塔再沸器7，側線汽提塔再沸器7能夠吸收所述常壓塔底油的熱量並將該熱量轉移至側線汽提塔8內，實現側線汽提塔8的再沸，釋放出熱量的常壓塔底油部分經過熱量回收後送出裝置，部分送入常壓塔再沸爐，在重沸爐內升溫和部分氣化後送回常壓塔5，實現常壓塔的再沸。側線汽提塔8的熱源選擇操作溫度較高的常壓塔底油，為自熱利用；避免使用外部蒸汽、導熱油等；減少對外界公輔設施的依賴和降低了公輔投資。
常壓塔重沸爐6能夠加熱被側線汽提塔再沸器7吸熱後的常壓塔底油。經過側線汽提塔再沸器7吸熱的塔底油送入常壓塔重沸爐6加熱，全分餾塔系統的熱阱集中到重沸爐，使得重沸爐的熱負荷增大，從而提高爐效率實現節能。
常壓塔頂氣換熱器1和常壓塔頂空冷器2能夠依次對常壓塔5排出的塔頂氣進行冷卻和液化，塔頂回流泵15能夠將塔頂回流罐9分離出的石腦油液相經過塔頂石腦油冷卻器16的冷卻後輸送回常壓塔5和送出裝置界區。本發明的特點在於將塔頂石腦油冷卻器16放置塔頂回流罐9後，使得塔頂氣先經常壓塔頂空冷器2冷卻，在經塔頂回流罐9高於40℃進行氣液分離，在經塔頂回流泵15升壓後再送入塔頂石腦油冷卻器16冷卻。塔頂回流罐9的操作溫度高於一般常壓塔回流路溫度(40℃)，可以使得更多的塔頂不凝氣釋放，從而降低塔頂石腦油的飽和蒸汽壓，為石腦油的後續儲存和加工帶來方便。將塔頂石腦油冷卻器16至於塔頂回流罐9後，還省去了塔頂石腦油冷卻器16的阻力降，可以適當增加塔頂回流罐9的操作壓力，為不凝氣的對外輸送提供了有利條件。另外，提高塔頂回流罐9的操作溫度，還可以將塔頂回流選擇熱回流，而僅塔頂輸出石腦油進一步冷卻送出裝置。
上述內容為本發明所述凝析油分離裝置的主要發明點，所述凝析油分離裝置還包括煤油換熱器3、塔底柴油換熱器4、煤油冷卻器10、柴油冷卻器11、原料凝析油泵12和煤油泵14。煤油換熱器3、塔底柴油換熱器4、煤油冷卻器10、柴油冷卻器11、原料凝析油泵12和煤油泵14的連接方式與現有技術相同，可以參考圖2或圖3所示，圖2或圖3所示的技術內容均為現有技術，本發明不再詳細介紹。
下面介紹該凝析油分離裝置中的部分連接關係，常壓塔5的底油出口b與常壓塔底油泵13的入口連接，常壓塔底油泵13的出口與側線汽提塔再沸器7的第一介質入口連接，側線汽提塔再沸器7的第一介質出口通過第一管線與常壓塔5的重沸爐返回口a連接，側線汽提塔再沸器7的第二介質出口和第二介質入口均與側線汽提塔8連接，常壓塔重沸爐6能夠對該第一管線內的流體進行加熱，如圖1所示。
圖1中還含有石腦油輸出管線21、煤油輸出管線22、柴油輸出管線23、柴油換熱管線24、凝析油原料供應管線25和燃料氣回收管線26。上述第一管線通過柴油換熱管線24與塔底柴油換熱器4的第一介質入口連接，柴油換熱管線24與該第一管線的連接處位於常壓塔重沸爐6和側線汽提塔再沸器7之間。
下面介紹本發明所述的凝析油分離工藝方法，所述凝析油分離工藝方法採用了上述的凝析油分離裝置，所述凝析油分離工藝方法包括以下步驟：
原料凝析油先後經過石腦油、煤油和塔底柴油產品預熱後由進料口c進入常壓塔5以過冷狀態進入分餾塔，在常壓塔內實現換熱和輕重組分的分離，常壓塔底油泵13將常壓塔5塔底排出的常壓塔底油輸送至側線汽提塔再沸器7，側線汽提塔再沸器7吸收所述常壓塔底油的熱量並將該熱量轉移至側線汽提塔8內，從而實現側線汽提塔8再沸，被側線汽提塔再沸器7吸熱後的常壓塔底油部分作為產品送出裝置，部分經過常壓塔重沸爐6加熱後返回常壓塔5，實現常壓塔5的再沸；常壓塔5塔頂排出的塔頂氣依次經過常壓塔頂氣換熱器1和常壓塔頂空冷器2的冷卻後直接進入塔頂回流罐9，塔頂出料在塔頂回流罐9實現高於40℃的氣液相分離，塔頂回流泵15將塔頂回流罐9分離的石腦油液相經過塔頂石腦油冷卻器16的冷卻後部分作為產品送出界區，部分輸送回常壓塔5，實現常壓塔5的塔頂回流，如圖1所示。
本發明所述凝析油分離工藝方法中，常壓塔底油先用常壓塔底油泵13升壓後送入側線汽提塔再沸器7，作為側線汽提塔再沸器7的熱源，同時選擇常壓塔過冷進料，即原料凝析油經產品換熱後直接送入常壓塔5，使得進料在塔內換熱，如此減少了對公輔設施的依賴和降低其投資，不僅可以降低能耗，而且可以減少設備投入；另外選擇常壓塔頂氣先經常壓塔頂氣換熱器1，再經常壓塔頂空冷器2冷卻後直接進入常壓塔頂回流罐9，也即將塔頂石腦油冷卻器16(現有常壓塔頂水冷器)放置在塔頂回流罐9後，如此常壓塔頂回流罐9操作溫度較高(如塔頂回流罐9的操作溫度大於40℃，優選塔頂回流罐9的操作溫度為50℃～60℃，可以再優選55℃～60℃)，這樣可以釋放出更多的不凝氣，從而降低了塔頂石腦油的飽和蒸汽，將塔頂石腦油冷卻器16放置在塔頂回流罐9後，使得塔頂不凝氣具有更高的操作壓力，便於外輸。
在對比以往常壓蒸餾裝置流程的基礎上，側線塔多採用蒸汽汽提，其流程圖詳見圖2，然而產汽系統是個複雜的過程，投入高，用量少，因此排除設置蒸汽汽提方案。結合原料預熱、汽提塔再沸器、常壓塔再沸器三處熱源供應，考慮選擇導熱油系統作為加熱熱源，其流程詳見圖3，然而導熱油系統是一個相對複雜的閉路循環系統，包括導熱油爐、導熱油循環泵、導熱油換熱器及其控制系統等，而且導熱油需要定期更換加之價格不菲。經綜合比較和流程規劃並結合模擬計算，最終確定選用本發明工藝流程，本發明具有設備數量少，公輔投資少，能夠實現減少投資和降低消耗的目標。
凝析油常壓分餾的目標產品分別是石腦油、煤油餾分和柴油餾分；石腦油用於半再生重整的原料，因為凝析油硫含量低，煤油和柴油餾分均可參與調和成品油，因此必須控制煤油和柴油的閃點、餾程、密度等各類指標。
首先實現本發明的難點在於解決熱源的問題。用數學建模的方法假設常壓塔分離所需的輸入熱源分別q1代替，設凝析油原料離開塔底柴油換熱器4所帶熱量為qf，凝析油進料所需熱量輸入為q1f，常壓塔底所需熱量輸入為q1b，側線汽提塔8所需熱量為q1s，而常壓塔頂所需取出熱量為q2d；分餾產品帶出熱量為qp，因此依據常壓塔系統的平衡有qf+q1f+q1b+q1s＝qp+q2d；如果常壓塔的操作參數不變，則qf、qp和q2d也均不變，所以常壓塔輸入熱量的和＝q1f+q1b+q1s，也不變。
1.首先解決塔底輸入熱源q1b的問題，鑑於現實條件不設置蒸汽，q1b所需溫位最高，作為能夠提供熱源的唯一設備-加熱爐，只能選擇常規化工精餾塔的模式選擇塔底常壓塔重沸爐，而且加熱爐可以提供較高的溫位和較大的熱負荷，往往不會受到外界條件的約束和限制。
2.其次是解決原料進塔輸入熱源q1f的問題，q1f大小決定了塔進料的溫度和氣化率。容易受到傳統常壓塔的供熱方式的思維限制，常壓進料過氣化率為1～3％，q1f儘量大，可以節約蒸汽使用。然而通過《化工原理》可以知道，精餾塔的進料狀態可以選擇泡點進料(液相分率q＝1)、過熱進料(液相分率q＜1)和過冷進料(液相分率q＞1)，最優進料是泡點進料，否則塔進料入塔後則形成塔內換熱，其弊端就是換熱塔盤形成返混，降低了分離效果。然而換言之，塔進料在塔內進行直接接觸換熱其效果則優於間接換熱。目前選擇過冷進料，則低溫的塔進料液會被上升的高溫氣相直接加熱，並產生對應溫度下的氣液分離。
3.最後解決q1s的問題，q1s是保證側線抽出煤油的有效手段，其量增大可以提高煤油的閃點，其量降低可以降低側線煤油的閃點。常壓塔底抽出的柴油產品是在沒有蒸汽供應的條件下，凝析油分離裝置內唯一能夠對外供熱的高溫位熱源，然而其量不足。恰是這個不足，證明存在唯一高溫位介質-常壓塔底油，因為常壓塔底油就是柴油產品的輸出源，均來自常壓塔底。然而常壓塔底油其實是需要吸熱實現再沸，而非輸出熱量，而且塔底油流量也不匹配，為了解決這個問題，採取了「先借後還」的模式，就是將需要再沸循環的常壓塔底油先用於煤油汽提塔的再沸器熱源，然後再送入常壓塔再沸爐充分加熱到所需要的返塔狀態，如此煤油側線塔再沸器的問題也就隨之解決。
綜合而言，q1f、q1b和q1s三處熱阱均集中到了q1b上，最終由常壓塔重沸爐6統一提供。
此外，在後續石腦油儲存的過程中發現了石腦油飽和蒸汽壓過高，一定量的低碳烴給後續儲存和加工均帶來不利影響，為了減少這種影響提出把塔頂回流罐的操作溫度提高的設想，塔頂回流罐的操作溫度改變實現了更多的不凝氣被釋放出來，從而降低塔頂輸出石腦油的飽和蒸汽壓。其實現方式分存在塔頂熱回流和塔頂冷回流，塔頂熱回流就是塔頂取熱q2d＝gr×cp×δt，δt變小，gr變大保證塔頂取出熱量，即只對塔頂輸出石腦油進行冷卻並送出，不對塔頂回流液進行水冷；塔頂冷回流的方式是，將常壓塔頂冷卻器放置到常壓塔頂回流泵後對塔頂回流液和輸出石腦油均進行冷卻。將塔頂水冷器放置到塔頂回流罐後，不僅因為操作溫度提高，降低了輸出石腦油的飽和蒸汽壓，還提高了塔頂回流罐的操作壓力，使得塔頂不凝氣具備更高的操作壓力，從而更方便輸出。
具體使用數據：
第一步按照設想的凝析油分離流程，在分餾模擬中設定具體的分離目標，詳見表1。
表1凝析油分離產品目標
凝析油進料為12819kg/h，經建立流程模擬及對比結果發現在同樣達到分離目標的前提下；
用本流程其計算結果為：流程模擬收斂塔板分別是15～18板，收斂最佳進料板為15板，最低理論熱量輸入是1362kw，然而存在不收斂的風險，應該是因為換熱板的因素的降低了分離效果所致；
用導熱油爐方案流程與本發明進行對比，所得結果供應理論熱量為1616kw，最佳進料版分別15板。對比可知，導熱油方案流程比本發明流程多了2臺換熱器，而且還多出圖內除加熱爐外的導熱泵及其控制系統等。
再考慮到設備的減少量，以及塔內換熱損失少於外部換熱的熱損失，因此選擇本流程在達到分離效果的前提下，不僅可以降低投資，同時節能效果達到15.7％。
另外將塔頂回流罐操作溫度確定為60℃和25kpa，因此塔頂回流只用空冷器進行溫度控制，然後在將分離所得石腦油液體進行水冷卻至40℃(或者輸出石腦油再用水冷卻器冷卻至40℃)，部分輸出和部分塔頂回流，輸出石腦油飽和蒸汽壓為86kpa，同時閃蒸出176kg/h不凝氣；然而選擇常規流程空冷加水冷，塔頂回流罐操作溫度40℃，輸出石腦油飽和蒸汽壓為122.7kpa，輸出不凝氣65kg/h。因為塔頂氣的冷凝主要體現在潛熱變化上，同時僅對常壓塔頂水冷器移植塔頂回流罐後，所以對換熱及塔頂回流影響均很小。
以上所述，僅為本發明的具體實施例，不能以其限定發明實施的範圍，所以其等同組件的置換，或依本發明專利保護範圍所作的等同變化與修飾，都應仍屬於本專利涵蓋的範疇。另外，本發明中的技術特徵與技術特徵之間、技術特徵與技術方案之間、技術方案與技術方案之間均可以自由組合使用。