90万吨/年炼油装置吸收稳定系统工艺初步设计

【摘 要】石油炼化工厂催化裂化装置的吸收稳定系统主要任务是利用吸收和精馏的方法加工来自主分馏塔塔顶油气分离器的粗汽油和富气，分离得到干气（C2及C2以下）、液化气（C3和C4）和蒸气压合格的稳定汽油。应用Aspen Plus软件，对工艺流程进行稳定可靠的基础设计，为系统工艺设计提供大量的基础数据，提高设计效率和设计水平，通过模拟分析确定一个由吸收塔、解析塔和稳定塔三塔串联组成的初级吸收稳定系统，模拟设计出90万吨/年炼油装置吸收稳定系统的工艺流程并确定其工艺参数。

【关键词】吸收稳定系统；炼油；催化裂化；Aspen Plus；设计

0 概述

催化裂化（FCCU）是炼油厂中重要的二次加工过程。催化裂化主要作用是在加热和催化剂的共同作用下，将常压渣油、蜡油、脱沥青渣油等重质馏分油转换成高质量的干气、液化气、汽油和柴油等轻质油品的主要过程，而且该装置中干气作为本装置燃料气烧掉，液化石油气也是宝贵的石油化工原料和民用燃料。

催化裂化吸收稳定系统的作用是将富气与粗气油分离成干气（C2及C2以下）、液化气（C3、C4）和蒸汽压合格的稳定汽油（C4以上）[1]。所谓吸收稳定，目的在于将来自分馏部分的催化富气中C2以下组分与C3以上组分分离以便分别利用，同时将混入汽油中的少量气体烃分出，以降低汽油的蒸气压，保证符合商品规格。该系统主要有吸收塔、解吸塔、稳定塔、再吸收塔以及相应的换热器等辅助设备组成。压缩富气、富吸收油和解吸器在高压分离器中平衡闪蒸后，气相物流进入吸收塔，用汽油回收其中的C3以上组分；液相物流经换热器后进入解吸塔，从解吸塔顶脱出的少量解吸气及中石脑油回收残余的C3气体；脱乙烷汽油送至稳定塔分立为液化气（LPG）和稳定汽油。

1 工艺流程

1.1 单塔流程

我国在20世纪60年代设计的吸收/解吸过程是单塔流程，见图1[14]，为国外20世纪50年代的技术。吸收和解吸在一个塔中进行，上段为吸收段，下段为解吸段。单塔流程的优点是设备较简单，比双塔流程少用一台富吸收油泵，富气冷却器和平衡罐也小。但吸收和解吸是两个完全相反的过程，要求的条件不一样，使得吸收段和解吸段缺乏有效的控制方法，在同一个塔内比较难做到同时满足塔顶和塔底的要求。因此，单塔流程的塔顶贫气和塔底脱乙烷汽油的质量都较差，贫气中C3 含量高，脱乙烷汽油中C2 含量高。

1.2 双塔流程

为解决吸收塔（低温、高压）和解吸塔（高温、低压）对操作条件要求不同的矛盾，国外于20 世纪50 年代末开始采用双塔流程[15]，我国在20 世纪70 年代也开始设计双塔流程。双塔流程是指一级吸收和解吸过程使用两个独立的吸收塔和解吸塔，在布置上也可将两塔重叠在一起。为适应增大处理能力和改善产品质量的需要，20 世纪80 年代大多数老装置把单塔流程改为双塔流程，解决了吸收和解吸的相互干扰，避免了单塔塔顶贫气中C3含量高和塔底脱乙烷汽油中C2含量高的缺点。目前，在催化裂化装置中“双塔流程”模式已占据了主导地位。

1.3 双塔流程优化

针对现有“双塔流程”缺点，应用流程模拟和总体优化技术，陆恩锡等[2]提出了一个新的节能的吸收稳定系统工艺流程。他们认为该流程采用油吸收脱乙烷塔代替原有的吸收塔和解吸塔，并对换热网络重新进行了匹配，从而取消了原“双塔流程”的两股返回物料，新流程不但增加了产品的回收率，而且还降低了能耗[16]。采用新型油吸收脱乙烷塔取代了“双塔流程”中的吸收塔和解吸塔， 该油吸收脱乙烷塔也不同于“单塔流程”中的吸收解吸塔，其实质是一个复杂蒸馏塔，由于设置了塔顶冷凝器，可以通过调节回流比有效地控制塔顶气相产品的质量，因而从根本上解决了原“单塔流程”产品质量较难控制的问题。

2 双塔流程优化

图1 本设计确定的去除再吸收塔的工艺流程图

目前国内外普遍运用的吸收稳定系统为“双塔流程”[2]，新的研究方向为取消“双塔流程”中存在的两股返还物料，从而大幅的降低操作费用，采用油吸收脱乙烷塔取代吸收塔和解吸塔[3]，介于格尔木炼油厂采用的是“双塔流程”，故设计重点侧重于“双塔流程”的优化。流程图如图1。

2.1 质量指标

本次设计采用的基本数据来自格尔木炼油厂，且主要通过格尔木炼油厂产品质量指标衡量设计结果的准确性。格尔木炼油厂催化裂化车间吸收稳定部分的主要产品及其产品指标。其吸收稳定部分的主要原料为来自分馏部分的粗气油、富气；主要产品为至脱硫车间的干气、液化气以及至醚化车间的稳定汽油。

2.2 研究方法

采用虚拟组分法用Aspen软件完成初步物料衡算和热量衡算、进行塔器的基本计算、完成塔器的详细设计，然后在已确定塔的基础上反推进出口物料，直到与设计要求相吻合，以期实现模拟设定的成产需求，并最终经过论证、检验应用于实际生产。[4-5]

2.3 采用的基本工艺

气压机压缩后的富气与来自吸收塔底部凝缩油、解吸塔顶解吸气体、酸性水一起进入空冷器冷却至50℃后进入冷凝器冷却至40℃进入油气分离器，进行平衡分离；分离后气体进入吸收塔底部，与来自塔顶的粗气油和稳定汽油逆流接触，经过吸收后的干气自吸收塔顶馏出后经干气分液罐送至高压瓦斯管网[8-9]；吸收塔塔底凝缩油用解吸塔进料泵抽出，先进入油气分离罐，经分离后一部分直接进入解吸塔上部，另一部分经解吸塔进料换热器加热后送入解吸塔；解吸塔塔底脱乙烷汽油由稳定塔进料泵送到稳定塔进料/稳定汽油换热器加热，根据不同操作情况进稳定塔的不同层；稳定塔塔顶液化石油气自塔顶进入稳定塔塔顶空冷器、冷凝器冷凝冷，进入稳定塔顶回流罐，液化气由稳定塔顶回流罐经稳定塔顶回流泵加压后，一部分返回稳定塔顶作回流，另一部分作为产品送至液化气脱硫系统；稳定汽油由稳定塔底流出经稳定塔进料换热器、解吸塔进料换热器、热媒水换热器冷却后分两路，一路经空冷、稳定汽油循环水换热器冷却后，送到吸收塔作补充吸收剂；一路送至汽油醚化装置，在汽油醚化装置停工期间，稳定汽油送至罐区。[13]

3 设计结果分析

从吸收塔进料气和贫气组成数据来看，C3、C4组分的吸收率分别为83.35%、79.51%，说明吸收塔的吸收效果良好；从解吸塔进料及出口气相可得出解吸塔解吸率为2%，说明凝缩油中，气体组分较少；从液化气组成数据来看，C2为0.09598%，含量较低，说明稳定塔的分离效果良好。

4 经济效益

格尔木炼油厂重油催化裂化车间，吸收稳定工段的主要产品有干气、液化石油气、以及稳定汽油，将优化吸收稳定系统与原系统比较可发现，优化系统减少了材料利用，提高设备效率，提高吸收稳定系统的处理能力及处理水平，可明显改善干气质量以及稳定汽油的产量，从而提高经。故该优化系统的推广应用具有较大的社会和经济效益。

【参考文献】

[1]徐春明，杨朝合编.石油炼制工程.4版[M].背景.石油工业出版社，2009：161-177.

[2]陆恩锡，张慧娟，朱霞林.吸收稳定系统工艺流程现状和新流程开发[J].炼油设计.2011，7（31）.

[3]胡海荣.催化裂化装置吸收稳定系统的技术改造与操作优化[J].炼油设计.1999，9（29）.

[4]董练昌，徐柏祥.Aspen Plus流程模拟软件在西安石化公司催化裂化装置上的应用[J].石化技术与应用，2011，29（4）.

[5]袁东艳.AspenPlus软件在吸收稳定系统技术改造中的应用[J].石油化工设计.2004，21（1）.

[6]刘光启，马连湘，刘杰.化学化工物性数据手册（有机卷）[M].北京：化学工业出版社，2002.

[7]化学工业部化学工程设计技术中心站.化工单元操作设计手册[S].北京：化学工业部第六设计院，1987.

[8]景玉忠.催化裂化装置分馏及吸收稳定系统工艺参数分析与研究[D].天津：天津大学，2005.

[9]曹湘洪.石油化工流程模拟技术进展及应用[M].北京：中国石化出版社，2010：95-109.

[10]石油化工科学研究院.原油评价资料汇编[M].北京：石油化工科学研究院，1974.

[11]朱霞林.新的省能的吸收稳定系统工艺流程研究[D].广州：华南理工大学，1999.

[12]孙津生，张吕鸿，曹宏斌，等.催化裂化吸收/解吸双塔流程模拟策略[J].天津大学学报，2000，33（6）：763-768.

[13]90万吨/年催化裂化装置临时操作规程[S].中国石油青海油田分公司格尔木炼油厂，2009.