工艺设备一体化协同助炼化节能降耗——记基于节能降耗的原油蒸馏精准分离关键技术及其应用

　　减压深拔是国内外炼油企业公认的节能降耗和提高综合效益的有效措施。如何在尽可能多拔出原油中轻馏分的同时实现轻重不同馏分的精准分离，一直是炼油业亟待破解的世界性难题。西安石油大学、中国石油大学(华东)、陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂等单位经过20多年持续攻关，开发出“基于节能降耗的原油蒸馏精准分离关键技术及其应用”成果，首创常减压清晰切割深拔技术及其配套设备，通过工艺设备一体化协同发力，促进炼化企业节能降耗提质增效。前不久，该成果获陕西省科技奖科学技术进步奖一等奖。

　　多个技术“拦路虎”并存

　　作为炼化的龙头环节，原油常减压蒸馏技术成熟，但由于处理量大，且需要在较高温度下操作，一直是耗能大户。此外，原油常减压蒸馏的目的是在尽可能多拔出原油中轻馏分的同时实现轻重不同馏分的精准分离，但因该装置内各塔均为汽液混相进料，实际闪蒸效率不到75%，且汽提段国内外尚无高效提馏专用设备，造成塔底油切割不清晰。因此，减压深拔度不足、深拔蜡油质量差、高附加值轻质油收率低、常减压能耗高成为炼化企业的共性难题。

　　西安石油大学化学化工学院教授张君涛告诉记者，由他和中国石油大学(华东)重质油全国重点实验室主任、西安石油大学特聘教授田原宇牵头组成的研究团队，多年来围绕原油蒸馏精准分离与节能深拔技术及其配套设备持续攻关，早在1996年就率先研发国际首例NS导向提馏专用塔板原创技术。

　　但科研道路并不平坦。国内外学界基于气相分散和液相分散传质模式提出的传统蒸馏传质理论，按照相界面积最大化理念，仅关注毫米以上尺度气液相界面积，尚未考虑界面更新的影响，难以为新型高效分离塔内件开发提供理论指导。此外，现有常减压装置存在的塔底油切割不清晰、在降低优质馏分油收率的同时增加蒸馏能耗等问题，也是需要攻克的“拦路虎”。

　　目前，代表国际先进水平的深拔技术仅有荷兰壳牌公司基于空塔喷淋取热和美国KBC公司基于提高减压炉出口温度的减压深拔技术，但均存在提高蜡油收率却增加能耗和蜡油质量变差的共性缺陷，渣油制沥青关键指标调控困难且使用时存在因轻组分过多产生的“发烟现象”。

　　协同创新“一石三鸟”

　　针对这些技术难点和传统传质理论的局限性，团队从基础研究做起，提出了液相分散—聚并传质新模式，创建以塔内件立体空间动量传递调控、微纳尺度气液相界面更新传质模型、气液相分散传质调控强化方法和塔板与填料体系高效立体耦合方法为基础的气液相界面微纳尺度更新传质理论，为塔器原创分离设备研发和选型提供依据。

　　同时，研究团队发明了NS提馏深拔器、除沫整流进料器、高效减压穿流复合塔板及系列配套塔内件，使气液传质由毫米尺度提升到微纳尺度，传质面积、时间和更新速率提高2至3个数量级，为原油蒸馏实现精准分离和节能深拔提供了有力保障。技术创新方面，团队通过工艺设备一体化协同整体统筹原油蒸馏装置，提高原油蒸馏各塔底油切割清晰度和减压塔闪蒸段真空度，开发了基于节能降耗的原油精准分离成套技术，首次将蜡油质量较差的减压耗能深拔提升到确保油品质量的常减压节能深拔。

　　张君涛介绍，这套协同创新的“组合拳”达到了常减压装置蒸馏深拔、精细分离与能耗降低“一石三鸟”的效果。与国外同类技术相比，柴油、蜡油收率分别提高3个和4~6个百分点，系统能耗降低20%。

　　科研攻关期间，这些设备和工艺累计获授权发明专利36件。2021年5月，陕西省化工学会组织科技成果鉴定，专家认为该成果在常减压深拔成套技术及其关键装备方面创新性显著，达到国际领先水平。

　　工业应用降耗增效

　　据了解，该成果已在中国石油、中国石化、中国海油、延长石油所属企业等43套常减压/常压蒸馏系统使用，配套塔内件在茂名石化、上海石化、燕山石化等企业的420座不同类型塔器上成功应用，节能降耗和提质增效效果显著。与目前国内普遍使用的F1高效浮阀塔板技术相比，NS穿流复合塔板处理能力提高1倍以上，塔板压降仅为1/6，板效率提高35%以上。

　　据统计，近3年来，该成果在延长石油延安炼油厂、中海沥青(营口)有限责任公司、山东华星石油化工集团有限公司3家企业总计1000万吨/年常减压装置应用后，净增销售额33.7亿元、利税8.5亿元。

　　田原宇表示，研究团队将继续完善非平衡级模型塔板计算应用设计软件和分离耦合流程模拟软件开发，构建原油蒸馏精准分离与节能深拔强化技术的评价选型标准体系和使用导则，加大原油常减压精准分离与节能深拔技术推广应用力度，为炼化企业节能降耗、提质增效和“油转特”转型升级提供技术支撑。