国内外主要炼油装置生产技术水平调查-----常减压装置

国内外主要炼油装置生产技术水平调查-----常减压装置内容摘要：

10]，因其造价低、效率高、压降小、不易堵塞的优点而获得了大范围的推广应用。 此后，规整填料的研究十分活跃，新品种、高效率的填料层出不穷。 发展到今天，已经出现 Mellapak 型金属孔板波纹填料的换代产品，瑞士 K252。 hni公司 Rombopak 填料，德国 Raschig 公司 RaschigSuperpak 填料和美国 Norton 公司的 Intalox填料等等。 这些填料几何形状基本类似，主要差别在金属板的表面处理以及波纹角度的大小。 为 顺应扩能改造的需要，以 Sulzer 的 Mellapak 和前 Glitsch 的 Gempak 规模填料为代表的新型填料在国外蒸馏塔中得到广泛应用，并推动了传质技术发展，其性能为人所熟悉。 具有优越性能的规整填料 RaschigSuperpak 填料是 Mellapak 型金属孔板波纹填料的最新换代产品。 自分布填料和再分布填料是规整填料多功能化的标志。 另外，开发乱堆填料的公司也有许多，如 Jaeger 产品公司、 Koch 工程公司、 Norton 和Nutter 工程公司。 高能金属乱堆填料包括 Norton 公司的 IMTP 系列； Nutter 公司 Nutter环系列以及 KochGlitsch 公司 Fleximax系列。 高能塑料填料包括 Jaeger 公司的 Tripacks 系列、 Lantech公司的 Lantech 系列、 Norton 公司 Snowflake 以及 Rauschert 公司的 HiFlow 系列。 国内填料 为满足大型填料塔国产化的需求，经过多方努力，目前国内在工艺模拟计算方面同国外的差距在日益减小，而就大型塔器的塔内件而言，国内水平与国外水平并驾齐驱甚至有超过《国内外主要炼油装置生产技术水平调查》之一 常减压装置 59 国外之势。 在规整填料方面，国内大部分规整填料性能与 Mellapak 相近。 采用 国内高新技术，由我国自行设计、全部设备国产化的茂名石化Φ 8400 润滑油型减压塔一次投产成功，是我国炼油行业大型塔器国产化的重要标志。 （ 1） Zupak 填料 组片式波纹填料 (Zupak)是天津大学近年来开发出的专利产品。 该填料主要对填料表面结构和开孔作了特殊考虑，该填料与相应型号的 Mellapak 填料相比，此表面增加了 10%左右，开孔率增加 30%～ 40%，实验中的分离效率约提高 10%，通量提高 20%，压降降低 30%以上。 组片式波纹填料首次问世就成功地应用于茂名Φ 8400 的 500 万 t/a减压塔上，其减三线的馏程范围为 60℃～ 70℃，残炭值为 %～ %，能够满足 70%到 120%的处理能力。 另外，天津大学还推出了一系列高新技术产品：组合式液体分布器、槽盘式及新型槽盘式气液分布器、悬槽式及托槽式液体分布器、带导气板和捕液吸能器的双切向环流式进气初始分布器、双层双切向环流式进气分布器、辐射式进气初始分布器、组片式波纹填料、自 (再 )分布填料、抗堵直管式填料、峰谷搭片波纹填料、组片式格栅填料等一系列高新技术产品的推出，将大型塔器国产化推进到一个新的阶段。 （ 2）自分布填料和再分布填料 自分布填料是一种改善液体分布 性能的特制规整填料，通常是放置于填料层的最上端，其作用是将多点式或多线式液体分布状态变成多线式或多面式分布，以减少液体分布的端效应，这对于高径比≤ 的大型填料塔而言是至关重要的。 在济南炼油厂Φ 4200 润滑油型减压塔技改项目中，在净洗段液体分布器不变情况下，用一盘自分布填料替换 176mm高的格栅，在减压塔处理能力提高 20%的同时，减四线残炭值由 %降到 %。 自分布填料也适用于散装填料塔，在齐鲁石化乙烯装置Φ 6600DA101 汽油分馏塔技改项目中，在将塔顶筛孔盘式液体分布器换成新型槽盘式气液 分布器的同时，将 400mm 高的散装Intalox换成两盘自分布填料，结果使塔顶汽油的干点下降了 20℃。 再分布填料是一种结构和性能上区别于自分布填料的特制规整填料，不仅克服了壁流现象，更重要的是其能将环塔壁区的高液流量向塔轴心方向缩移，同时将塔轴心部位的高气流量向环塔壁区扩展。 它既是气体再分布器又是液体再分布器，而且还起传质的作用。 再分布填料既适用于规整填料塔，也适合于散装填料塔。 目前应用最大的塔径达 10m。 应当指出的是再分布填料只是液体收集 再分布的补充和完善，绝对不可以代替液体收集再分布器使用。 天津市 新天进科技开发有限公司开发了新型的脉冲规整填料，其特征是降低每层填料之间的流通通道，增加气体流通面积，同时在每盘填料内设置 1～ 4 个脉冲区，提高传质效率。 实验结果表明：与普通 250填料相比，效率提高 5%，压降降低约 10%，通量提高 30%以上。 《国内外主要炼油装置生产技术水平调查》之一 常减压装置 60 气液分布器 在常压或减压下操作的大型填料塔进气初始分布器的作用尤为重要。 由于大型塔器中填料层的相对高度较矮或高径比小，规整填料的压力降很小，一旦进气初始分布不够均匀，那么填料层中的气体分布亦很难均匀，这样势必影响到大型填料塔的传质分离和传热效果。 性能优良 的三种类型的进气初始分布器有天津大学申请专利的辐射式进气初始分布器、双切向环流式进气分布器 (清华大学 )及新型双切向环流进气分布器 (天津大学 )和双列叶片式进气初始分布器 (瑞士 Sulzer 公司 )及新型双列叶片式进气初始分布器 (天津大学 )。 辐射式进气初始分布器和双切向环流式进气初始分布器是两种适合于大型填料塔用的综合性能优良的进气初始分布器，前者性能更好一些。 双切向环流式进气初始分布器 此分布器是清华大学在美国 Glitch 公司单切向环流式进气初始分布器的基础上研制出的一种面对称类、环流型、导流式 进气初始分布器，它由锥形进气口、环向导流板、内套筒、环形衬板、轴向导流板等部件组成。 迄今为止，在国内炼油行业已推广应用于近十座大型塔器中。 由其结构形式可以看出，在塔中心区域气流偏多，环塔壁区气流偏少，轴向返转气流易将塔底部液层搅起形成严重的液沫夹带。 带导流器和捕液吸能器的双切向环流式进气分布器 为了克服双切向环流式进气初始分布器的不足，天津大学设计的带导流器和捕液吸能器的双切向环流式进气初始分布器。 其上部的多层导流板使气流更均匀，由框架及捕液填料组成的捕液吸能器则将气体夹带的液滴捕集下来， 同时减弱气体的动能，防止下部液体被气流搅起而产生严重的液体夹带。 目前已推广应用于多座大型填料塔中，最大塔径达Φ 8400，效果甚佳。 辐射式进气初始分布器 辐射式进气初始分布器是天津大学专利产品。 它是一种轴对称类、导流型、辐射式进气初始分布器，由进气管、分液器、辐射器，伞形导流器或捕液吸能器组成。 该分布器分为两种类型：带伞形导流器的辐射式进气初始分布器，分上喷式和下喷式；带捕液吸能器的辐射式进气初始分布器，分上喷式和下喷式。 该气体分布器的工作原理如下：夹带液滴的高速气流经进气管入塔，气体经分 液器部分脱除液体后到达塔中心处的辐射器，辐射器的分配器将轴向气流分成若干层，再经喇叭口状导流器将多层轴向气流转变成多层径向辐射状气流；伞形导流器则将多层径向辐射气流转变成等速轴向气流，同时借助于捕液器实现气液分离；或者多层径向辐射气流直接深入环塔壁放置的捕液吸能器以吸收气体的功能，捕集气流所夹带的液滴并使液体充分脱气，而气流则自然转为轴向气流。 迄今为止，已成功应用于几十座大型填料塔中。 《国内外主要炼油装置生产技术水平调查》之一 常减压装置 61 分壁式蒸馏塔 用于分离三组分混合物的分壁式蒸馏塔构思大约出现于 50 年前，但是直到最近才进入工业化领域。 分壁式塔 一般用于对中间组分纯度要求很高的情况。 在相同进料速率下，分壁塔回流率较常规塔低，因而可以提高能力。 分壁塔可以节能 60%，投资节省 30%。 该系统可以满足各种炼油厂、石化厂、化工厂以及气体精馏装置等。 主要障碍是缺乏设计知识和害怕出现操作、控 制 问题 [11]。 目前，世界上有 10～ 20套用于工业的分壁式塔。 其中大多数是 BASF 公司在过去的几年中兴建的，该公司开发该技术是为了自用。 真空泵 大多数类型的真空泵均采用与抽真空蒸汽相接触达到工作流体。 如果这些气体不只是空气，则会污染工作流体。 目前更为严格的 环保法规要求将这些排放物进行清洁处理或烧掉，这样生产成本就会增加，因此，越来越多的用户转而选择不需要工作流体的干式真空泵或因密封剂循环而消除或大幅减少废物排放的液环真空泵系统。 新一代液环和干式真空泵可以使动力消耗 降 低 1/3 以上 [12]。 干式真空泵不需工作流体，因而不会导致流体污染。 但是由于没有流体消散压缩热，其运转温度很高，达 300℃。 较高的温度可以防止蒸汽冷凝，从而防止产生腐蚀，但是高温会使工艺气体降解、聚合甚至自燃，还会加速机械密封和轴承的磨损。 目前，干式真空泵市场增长很快，年增长率为 2%～ 5%。 尽 管液环真空泵将继续在某些领域获得应用，但是干式真空泵是未来的发展方向。 先进过程控制和窄点技术 先进过程控制技术 先进控制技术在常减压蒸馏装置稳定操作、控制产品质量、节能降耗以及提高装置运转性能中的作用日益重要。 原油蒸馏装置已采用先进控制作为深入节能、提高质量和增加收率的有力措施，国外各公司开发出各种先进控制软件包，一般包括调节模块、收率优化模快、能耗最小化模块以及离线和在线装置优化模快。 根据具有快速响应的过程参数，采用推断模型来预估产品质量。 利用在线寻优，数学规划和约束控制技术保证装置 的最佳化操作。 Foxboro 公 司认为 [13]，自动化的效益是超乎寻常的；最好的项目投资回报期短到以日计。 在一个炼油厂，最大的最容易量化的自动化效益来自先进控制。 对于常压装置而言，先进过程控制的典型效益为 ～ /桶；而减压蒸馏装置为 ～ /桶。 1997年 Conoco公司在英国的 Humber炼厂一套常减压装置采用 Honeywell公司的 RMPCT 多变量预测控制技术取代以前的 IDCOMM 控 制系统 [14]，采用新的一体化控制系统后，控制系统的利用率提高了近 40%，不合格产品的 数量减少了约 60%，装置操作更加稳定，维护工作也大大减少。 《国内外主要炼油装置生产技术水平调查》之一 常减压装置 62 对于蒸馏系统的控制而言，首先是搞好基础 工 作，如： 1）确保流量、液位和压力控制器运行正常； 2）测算分析仪空耗时间、可靠性和精确度； 3）当使用塔板温度计算组成时，确保温度传感器位置恰当并使用压力补偿温度； 4）确保进料焓在低回流情况下恒定； 5）利用内回流控制回流温度的变化等。 其次是解决组成控制问题。 选择了合适的流程后，对于单塔控制，采用比例积分（ PI）控制系统是最佳选择；对于有复杂限制的多塔的控制，模型预测控制（ MPC）在控制系统维护和标准化方面具有相 当大的优势，尤其在提高处理量时。 Marathon Ashland 石油公司 Garyvile 炼油厂采用 Aspen 公司的 DMCplus 控制器以来，保守估计收益为 360 万美元 /年。 DMCplus 控制算法采用线性动态模型来计算稳态优化目标以及完成维持该目标的动态变化的规划。 该先进控制系统自实施以来，投资回收期为。 这种实施先进控制的方法带来了控制利用率和收益，到 1998 年 11 月，该系统带来的收益是其本身成本的 40 多倍。 美国 KBC 先进技术公司开发的 Profit Manager 技术采用 PETROfine、 VECTORfine 和CAMS 控制包。 CAMS 的数据库中包含了当今世界 200 多种原油的有关数据，用户可以评估产品质量和收率，确定最佳操作条件，并可以根据原料和产品价格的变化，及时作出调整。 根据已有的经验对于 10万桶 /d的炼厂（ 500 万 t/a），不增加投资，每桶原油获益 10～ 20美分。 已在世界 25 套常减压装置得到应用。 美国 Setpoint 公司采用在线优化的先进控制，常压塔实行实沸点切割点快速反馈控制、原料进料前馈控制、加热炉支路平衡控制、塔压及预估优化控制，每立方米进料效益为 ～ 美分。 已在 25 个地区 53 座常压塔中得到应用。 丹麦 Statoil 炼厂原油装置采用基于模型的先进控制，全部控制包括原油进料、加热炉、分馏塔热回收、分馏塔产品质量、原油轻馏分控制，大大改善了控制性能和产品质量。 使得装置生产能力提高约 3%；每立方米原油的燃料消耗减少约 5%；重整装置进料增加 1%；原油切换操作由原来 4～ 8h 缩短为 1h；产品切割点偏差给定值由 4～ 10℃变为 1～ 2℃。 窄点技术的应用 窄点技术的发展目前呈现出三维趋势。 一维，应用范围不断扩大：换热网络→热电联产网络→整个工艺过程→涉及若干过程和服务系统的 整个工厂；第二维，网络优化的评价指标逐步深入：能量费用→投资费用→原材料费用→可操作性、弹性、安全性、可控性等定性指标→水费用→污染物排放量；第三维，设计类型逐渐扩展：新厂设计→老厂改造。 由于创造者结合工程实际，并不断努力开拓应用领域，窄点技术的优越性越来越为国内外广大学者和工程技术人员所接受和推崇。 据不完全统计，。