常减压蒸馏工艺.ppt

常 减 压 蒸 馏 工 艺,目录,作用与地位装置构成及产品原油脱盐脱水蒸馏的基本概念回顾装置腐蚀与控制关键技经指标,石油是极其复杂的混合物，要想从中提炼出所需要的产品，基本的途径就是要将其分割为不同沸程的馏分，然后根据需要进行进一步加工和精制。蒸馏是石油炼制过程运用最广泛的单元操作，是进行原油分割和二次加工产物分离基本方法。,一、常减压蒸馏在炼油工业中的作用与地位,它的加工能力代表炼油厂的加工能力。是原油的第一道加工过程，也叫做一次加工。它是用物理方法蒸馏，将原油按不同的沸点范围分离成不同的馏分，为炼油其他装置提供原料。,二、常减压蒸馏装置构成及产品,初馏塔,常减压装置典型构成,常压塔,减渣(催化、焦化),减压塔,煤油,柴油,蜡油（催化原料）,原油,根据原油中各组份的沸点不同，将混合物切割成不同沸点的“馏份”。,重整料,常减压蒸馏装置的构成：一般包括：电脱盐、初馏塔、常压塔、减压塔四部分对于加工原油性质较轻的企业，也设置有轻烃回收系统（回收液化气和塔顶不凝气）。单套装置最大能力国内目前为1200万吨/年（惠州），世界上为1650万吨/年（印度信任贾姆纳贾尔）,原油蒸馏工艺流程按炼油厂类型不同，可大致分为燃料型、燃料-润滑油型二大类。常减压蒸馏主要产品：常压系统：石脑油或重整原料、煤油、柴油等产品减压系统：润滑油馏分、催化裂化原料、加氢裂化原料、焦化原料、沥青原料、燃料油等,燃料型常减压装置典型工艺流程,燃料型常减压装置流程特点,一般在常压塔前设置初馏塔或闪蒸塔。作用：将换热升温过程中已气化的轻组分及时蒸出，使其不进常压炉，降低加热炉负荷，减少换热系统压降，从而降低能耗；去除原油中的气体烃和水分，稳定常压塔操作，有利于产品质量控制。如果加工的原油轻馏分很少，也可不设置初馏塔或闪蒸塔。常压塔设34个侧线，生产重整料、溶剂油、航煤、柴油等产品或调合组分。为调整各侧线产品的闪点和馏程范围，侧线都设置汽提塔。,减压塔出催化裂化或加氢裂化原料，产品分离精度要求不高，一般设23个侧线且不设汽提塔，为控制最下一个侧线的残炭和重金属含量，一般在进料口和最下一个侧线之间设置12个洗涤段。减压塔一般按“干式”操作，三级抽真空，以获得较高拔出率。,润滑油型常减压装置典型工艺流程,润滑油型常减压流程特点,常压塔相同。减压系统流程复杂，减压侧线生产润滑油各种原料组分，一般设45个侧线，每个侧线对粘度、色度、馏程、残炭都有具体指标，要设有侧线汽提塔控制各馏分的闪点并改善馏程范围。减压炉管内最高点油温一般不大于400，以防止油品局部过热而裂解。减压一般采用炉管主汽和塔底吹汽的“湿式”工艺。注汽是为了改变炉管内油品的流型，避免局部过热而裂解，同时降低塔内油气分压以提高拔出率。减压塔进料口以上和最下一个侧线抽出之间，设置轻、重洗涤段，以改善润滑油料的质量。,三、原油脱盐脱水,原油中盐的危害,在管道、炉管、换热器内壁结垢，影响传热，增加能耗，同时造成垢下腐蚀；造成塔顶系统低温部位腐蚀严重、分馏塔结盐等现象的发生，威胁装置安全稳定生产；对二次加工装置催化剂造成影响。,原油中水的危害,含水高增加能耗；会导致冲塔、换热器泄漏等事故；出于防腐的目的，可以要求脱后含盐5mg/L，但为了保护二次加工装置催化剂，则要求脱后含盐指标3mg/L；脱后含水0.3%。,脱盐脱水原理,原油中的盐类除一小部分以结晶状态悬浮于油中外，绝大部分溶于水，并以微小的水滴状态分散在油中，形成较稳定的油包水型乳化液。电脱盐过程：在原油中注入一定氯含量比较低的水（新鲜水、污水汽提净化水等），经充分混合，溶解残留在原油中的盐类，同时稀释原有盐水，形成新的乳化液。然后在破乳剂和高压电场的作用下，使微小水滴逐渐聚集成大水滴，借助重力从油中沉降分离出来，达到脱盐脱水的目的。,原油乳化液通过高压电场时，使分散相水滴的两端带上不同极性的电荷，水滴按电场的方向排列，其相邻两端的电荷相反，具有相互吸引的静电吸引力称为偶极聚结力，使水滴相互靠近、接触、聚结成较大的水滴，然后借助重力作用从原油中沉降分离出来。偶极聚结力公式,水滴在油中的沉降速度服从斯托克斯定律，水滴直径越大、原油和水的相对密度差越大、温度越高、原油粘度越小时，沉降速度越快。其中水滴直径、油水相对密度差是关键。斯托克斯定律是颗粒半径与颗粒在静水中自由沉降速率的关系式。,影响脱盐效果的主要操作因素,温度：温度越高，原油粘度越小，油水密度差越大，有利于油水分离。原油越重，需要的操作温度越高一些。破乳剂：不同原油所需的破乳剂成分不同，应对破乳剂进行选择。破乳剂品种、用量应经过实验室筛选，并通过工业实践确定。压力:应至少比脱盐温度下原油的饱和蒸汽压高0.15MPa，以防止气化。,注水：水质要求盐含量低，水量一般占原油量的48%，过多对脱盐效果影响不大。混合强度：保证原油、水、破乳剂充分混合，数值需根据工业试验确定。电场梯度：电场梯度越大，越有利于脱盐，但不能超过临界分散梯度。文献介绍水滴的临界分散梯度为4.7KV/cm，实际工业应用值远低于这一数值。,典型电脱盐工艺流程,电脱盐技术,交直流电脱盐：目前应用最广泛高速电脱盐：是低速电脱盐罐体处理能力的近2倍。脉冲式电脱盐：节电鼠笼式电脱盐,四、蒸馏的基本概念回顾,1、蒸馏的三种基本类型,闪蒸平衡汽化 进料以某种方式加热至部分汽化，经过减压设施，在一个容器（闪蒸罐、蒸发塔、蒸馏塔的汽化段内）的空间内，于一定的温度和压力下，气、液两相迅速分离，得到相应的气相和液相产物。在有些场合下，也可以只有加热或减压设施。上述过程中，如果气液两相有足够的时间密切接触，达到了平衡状态，则称为平衡汽化。,闪蒸过程示意图,平衡汽化的逆过程平衡冷凝,简单蒸馏渐次汽化 是实验室或小型装置上应用的用于浓缩物料或粗略分割油料的一种蒸馏方法。液体混合物在蒸馏釜中被加热，在一定压力下，当温度达到混合物的泡点温度时，液体即开始汽化，生成微量蒸气。生成的蒸气立即经冷凝冷却后收集起来，同时液体继续加热，继续生成蒸气并被引出。这种蒸馏称为简单蒸馏或微分蒸馏。,从本质上看，简单蒸馏过程是有无穷多次平衡汽化所组成，是渐次汽化过程。简单蒸馏所剩下的残液是与最后一个轻组分含量不高的微量蒸气相平衡的液相，而平衡汽化剩下的残液则是与全部气相处于平衡状态。因此简单蒸馏所得到的液体中的轻组分含量会低于平衡汽化得到的液体中的轻组分含量，也就是说简单蒸馏的分离效果要优于平衡汽化。简单蒸馏是一种间歇过程，一般只在实验室中使用。用于测定油品馏程的恩式蒸馏可以近似看作是简单蒸馏。,简单蒸馏过程示意图,精馏 精馏是分离液相混合物的有效手段。连续式精馏-工业装置 间歇式精馏-实验室或小型装置（如原油评价的实沸点蒸馏）,连续式精馏塔示意图,上图显示的连续式精馏塔有两段：进料段以上是精馏段，进料段以下是提馏段，因此是个完全精馏塔。精馏塔内装有供汽液两相接触的塔板或填料。塔顶送入轻组分浓度很高的液相，称为塔顶回流。塔顶馏出物冷凝后通常一部分作塔顶回流，一部分作为塔顶产品。塔底设有再沸器，加热塔底流出的液相以产生一定量的气相由下至上流动，塔底的气相是轻组分含量很低而温度较高的蒸气。,精馏塔的两个梯度：温度梯度-自塔底至塔顶温度逐级下降。浓度梯度-气液相物流中的轻组分浓度自塔底至塔顶逐级上升。由于温度梯度和浓度梯度的存在，气液相在塔板上经过多次的逆流接触，进行多次的传质和传热，不断达到平衡和产生新的气液相平衡，是气相中的轻组分和液相中的重组分分别得到提浓，最终在塔顶得到较纯的轻组分，塔底得到较纯的重组分。,精馏过程的必要条件,温度梯度浓度梯度汽液两相接触的设施塔板或填料,对于石油精馏，一般只要求其产品是一定沸程的馏分，而不是某个组分纯度很高的产品。因此，通常在精馏塔的精馏段抽出一个或几个侧线产品（称为复杂塔），有些精馏塔只有精馏段或提馏段（称为不完全塔）。如常减压装置的常压塔：除塔顶出汽油馏分外，在精馏段还侧线抽出煤油、柴油等馏分；进料段以下与前述的提馏段也不同，只是塔底通入一定量的过热蒸汽，降低塔内油气分压，使得携带的轻组分蒸发回到精馏段。由于过热蒸汽提供的热量有限，轻组分蒸发所需的热量主要依靠物流本身温度降低获得，因此进料段以下是温度逐步降低而不是逐步升高的。因此原油常压精馏塔是一个复杂塔，同时也是个不完全塔。,2、石油馏分分离精度,石油精馏塔两个相邻组分之间的分离精度通常用两个馏分的组成或蒸馏曲线（一般用恩式蒸馏曲线）的相互关系来表示。,恩式蒸馏（0100）间隙=t0H-t100L 若较重馏分的初馏点高于较轻馏分的终馏点，则两个馏分之间“脱空”，称这两个馏分之间有一定的间隙；间隙愈大，表示分馏精确度越高。当t0H-t100L为负值时，则两个馏分之间存在重叠，意味着一部分重馏分进入了轻馏分。重叠值（绝对值）越大，表示分馏精确度越差。在实际应用中，由于t0和t100不容易得到准确的数值，通常是用较重馏分的5%点t5H和较轻馏分的95%点t95L之间的差值来表示分馏精确度。即恩式蒸馏（595）间隙=t5H-t95L,为什么会出现“脱空”现象？恩式蒸馏本身是一个粗略的分离过程，并不能严格反应各组分的沸点分布，因此才会出现“脱空”现象。如果用实沸点蒸馏曲线来表示两个相邻馏分的相互关系，则只会出现重叠，而不可能发生间隙。,影响分馏精确度的主要因素,组分之间分离的难易程度：纯组分物系用组分之间的相对挥发度表示，对于石油馏分可以用两个馏分的恩式蒸馏50%点温度差来表示即t50来表示。回流比塔板数 由于馏分组成复杂，同时馏分的分离精确度要求不是非常高，石油精馏塔通常用经验方法来估计达到分馏精度所需要的回流比和塔板数。,3、石油精馏塔的回流方式,由于石油精馏塔处理量大，塔内气液相负荷、温度沿塔高变化很大，石油精馏塔除了采用惯常使用的冷回流方式外，还采用以下几种回流方式:,塔顶热回流-二级冷凝冷却,二级冷凝冷却是首先将塔顶气体（例如105）基本上全部冷凝（一般冷到5590），将回流部分用泵打回塔顶，然后将出装置的部分进一步冷却至安全温度以下。与冷回流的比较：传热温差大，所需传热面积小得多，节省投资；流程复杂些，所需回流量多，输送回流耗电多些。热回流适合于大型装置或塔顶气体量大的场所。,塔顶热回流示意图,塔顶循环回流,循环回流是从塔内抽出冷却至某个温度后再送回塔中，物流在整个过程中都处于液相，只是在塔内塔外循环流动，借助换热器取走回流热。,塔顶循环回流应用场合：塔顶回流热较大时，采用塔顶循环回流有利于回收热量，降低能耗；塔顶馏出物中含有较多不凝气（如催化分馏塔），使塔顶冷凝冷却器传热系数降低，可使用循环回流降低塔顶冷凝冷却负荷，减少塔顶冷凝冷却器的数量；要求尽量降低塔顶馏出线及冷凝冷却系统压降，以保证塔顶压力不致于过高（FCC的分馏塔）或保证塔顶有尽可能高的真空度（减压塔）。某些场合，塔顶循环回流和塔顶冷回流可以同时采用。,中段循环回流,使全塔气液相负荷分布比较均匀，有利于减小塔径；有利于节能：设置中段回流，可以从高温部位取走回流热，有利于热量利用。,-采用两个中段回流 只有塔顶冷回流,中段回流数目：理论上数目越多，塔内气液相负荷越均匀，但工艺流程越复杂，投资也越高。一般有3、4个侧线的，推荐采用两个中段回流；1、2个侧线的，采用一个中段回流。中段回流进出口温差：温差越大，需要的换热塔板数越多，而且温度降低过多热量也不好利用。国内设计采用的温差一般在80120。,中段回流进出口位置：中段回流进塔口一般在抽出口的上方。中段回流抽出口一般与下一侧线抽出口保持23块塔板的距离，返塔口一般与上一侧线的抽出口隔一层塔板。,4、石油精馏塔操作条件的确定,操作压力 原油常压精馏塔的最低操作压力最终受制于塔顶产品在接受罐温度下的泡点压力。常压塔顶压力应为塔顶产品在接受罐温度下的泡点压力+塔顶馏出物流经管线、管件及冷凝冷却设备的压降。国内多数常压塔的塔顶操作压力在0.130.16MPa（绝压）之间。塔顶压力确定后，塔的其他部位压力就可以计算得到，其他部位压力与油气流经塔板压降有关。,不同型式塔板压降经验值,在同样塔径条件下，提高操作压力可以提高塔的处理能力，而且整个塔的操作温度提高，有利于侧线馏分热量的回收；但提高操作压力会使精馏效率有所降低，特别是由于炉出口温度不能随意提高而使轻质油收率受到影响。,温度 确定精馏塔各部位操作压力后，就可以确定其操作温度。理论上，在稳定的操作工况下，可以将精馏塔内离开任一块塔板或汽化段的气、液两相都是处于相平衡状态。因此，气相温度就是该处油气分压下的露点温度，液相温度则是其泡点温度。设计计算时就是按这一理论来计算精馏塔各点温度。,汽提蒸汽用量 采用的一般都是400450的0.3MPa过热蒸汽。侧线汽提：驱除其中的低沸点组分，提高产品闪点和改善分馏精度。常压塔底汽提：降低塔底重油中350前馏分含量，提高轻油收率，同时减轻减压塔负荷。减压塔底汽提：降低汽化段油气分压，提高减压塔拔出率。汽提蒸汽用量与需要被汽提出的轻组分含量有关，设计一般是根据馏出量的经验百分比来取值。实际操作中，尽可能减少汽提蒸汽用量，以利于节能。,5、减压蒸馏,原油中350500左右的高沸点馏分是润滑油基础油、催化裂化及加氢裂化原料。由于在高温下油品会发生分解并结焦，所以常压蒸馏不能获得这些馏分，必须通过减压蒸馏在较低温度下获得。减压蒸馏的核心设备是减压塔和抽真空系统。减压塔分为润滑油型和燃料型两类，都追求尽可能高的拔出率。,减压蒸馏分为湿式减压蒸馏和干式减压蒸馏两类。湿式减压蒸馏使用塔底蒸汽汽提、加热炉炉管中注入水蒸汽的措施，其目的是在最高允许温度和汽化段真空度条件下获得最大的减压拔出率。使用水蒸汽虽然对提高拔出率有作用，但：蒸汽消耗大；塔内气相负荷增大；增加塔顶冷凝器负荷；含硫污水量增大。,干式减压蒸馏则是通过提高减压塔真空度、降低塔内压降，在不使用蒸汽条件下获得提高减压拔出率的同样效果。在燃料型减压塔上，干式减压蒸馏目前已取代湿式减压蒸馏。,干式减压蒸馏技术措施,使用三级抽真空以提高减压塔真空度（塔顶残压可降至12KPa）；使用高效、大通量、低压降的规整填料代替塔板，降低汽化段至塔顶的压降；减压炉管逐级扩径，取消减压炉出口过渡段阀门，采用低速转油线（油气线速70m/s），降低减压炉出口至减压塔入口之间的压降；汽化段上方设置洗涤段，减少杂质携带；填料上方设置高效的液体分配器，保证填料表面的有效利用率。,湿式减压蒸馏塔顶残压一般为34KPa，而干式减压蒸馏塔顶残压可降至1KPa左右，有助于提高拔出率；干式减压蒸馏能耗较湿式能耗要低0.51千克标油/吨。,减压深拔技术,减压深拔含义 通过减压蒸馏，将原油切割点提高到560（TBP）以上，减压重蜡油的干点通常不高于切割点30（ASTM D1160 95%点），减压重蜡油的质量得到一定控制（残炭、重金属、C7不溶物等，通常略高于原油分析得到的该馏分的这些物质含量），减压渣油中538组分含量不超过5（也有称3）。,为获得更多的催化原料，降低渣油收率，越来越多的常减压装置采用减压深拔技术。大连石化10M/的常减压引进shell 的HVU减压深拔技术，设计的渣油TBP切割温度达到575，较常规的减压蒸馏，蜡油收率可提高5个百分点；青岛大炼油10M/的常减压采用KBC的减压深拔技术，设计的渣油TBP切割温度达到565；国内的武汉、九江等新建的常减压采用国内的减压深拔技术，设计的渣油TBP切割温度在530540。,减压深拔的难点,理念的变化：常规：炉管内基本不裂解，炉出口温度400；深拔：裂解出现，但要控制在可控范围，更要防止结焦。深拔变化：炉出口温度410430；塔顶压力830mmHg(a);适量注汽。炉管结焦风险、塔顶负荷大幅提高、减压塔径增大、投资上升、能耗升高。,减压深拔关键技术,加热炉核心是控制裂解、结焦速度满足长周期要求，降低减压塔顶负荷。首先要稳定炉管内的流动状态、提高传热速率、降低油膜温度（极限值460）、减少停留时间（极限值40秒）；恰当的结构和炉管布置，保证受热均匀；可靠的测量和控制，确保深度供热，避免局部过热。,转油线：稳定的气液两相流状态（防止柱塞流）和适宜的流速，满足管道热膨胀的应力补偿要求，防止管道的振动和晃动。减压塔：低压降、防结焦、防止内构件热膨胀损坏。适宜的洗涤油（通常为洗涤段上方的蜡油）、适宜的填料（孔隙率大，表面光滑、填料高度不宜过高）、合适的喷淋密度、集油箱结构（底板倾斜结构、外置过汽化油罐及急冷油措施）；进料分布器选择：切向进料结构较好。塔底急冷油：控制塔底360以下，至少370以下。过汽化油宜循环到减压炉前：降低进料密度和粘度，减少结焦可能性；洗涤油循环后，进料变轻，炉出口温度可降低34。,五、常减压装置腐蚀与控制,腐蚀类型无机盐类的腐蚀：HCl-H2S-H2O低温腐蚀，小于120且有水存在的环境，主要是发生在塔顶部的塔体、馏出线、冷凝冷却器等部位。硫化物腐蚀：原油中的硫化物有硫醇、硫醚、硫化氢、多硫化物及元素硫等。参与腐蚀反应的主要是硫化氢、元素硫、硫醇等活性硫以及易分解为硫化氢的硫化物。,硫化物对设备的腐蚀与温度、水分、介质流速关系很大。小于120且有水存在的环境，主要是HCl-H2S-H2O低温腐蚀；在无水环境下，温度虽升至240，对设备也无腐蚀；但超过240时，硫化物开始分解，形成高温S-H2S-RSH腐蚀，随温度升高腐蚀加重；当温度大于350时，H2S开始分解成氢气和活性很高的S,S与Fe反应生成FeS，在设备避免形成FeS膜，对设备起到一定的保护作用，但在有HCl或环烷酸存在时FeS膜被破坏，又强化了硫化物的腐蚀。,温度达到425，高温硫对设备腐蚀最快。根据硫化物特性，所以常压塔和减压塔的进料段及以下塔体、常压炉出口附近的炉管和转油线、减压炉管及转油线、减压塔底部管线都会发生较严重的腐蚀，特别是减压高温部位。,环烷酸腐蚀 原油中的酸性物质主要为环烷酸。低分子的环烷酸腐蚀性更强。温度与气相流速对环烷酸腐蚀速率影响很大。220时，环烷酸基本不腐蚀；随温度升高，腐蚀逐渐增强，270280之间腐蚀性最强；温度再提高，环烷酸部分气化但未冷凝，而液相中的环烷酸浓度降低，其腐蚀性下降；到350左右环烷酸气化增加，气相速度增加，腐蚀又加剧；到425环烷酸基本全部气化，又不产生腐蚀。,常压塔柴油馏分侧线、减压侧线、常压炉出口附近炉管、常压转油线、常压塔进料段均存在较严重的环烷酸腐蚀。环烷酸腐蚀除造成常减压装置设备穿孔外，还对下游加氢裂化、蜡油加氢、渣油加氢等装置的运行构成严重威胁。-环烷酸铁在氢气和催化剂作用下会生成颗粒极细的硫化铁造成造成催化剂床层堵塞，压降上升。,腐蚀控制,化学防腐控制低温腐蚀：低温的塔顶及其馏出线上的冷凝冷却系统采用化学防腐措施，即一脱四（三）注（脱盐脱水、注碱、注中和剂、注缓蚀剂、注水）。选择合适的耐腐蚀材料控制高温腐蚀：250的部位，选用耐蚀合金材料。大量实验数据表明，选用奥氏体、高钼、超低碳不锈钢材料是防止环烷酸腐蚀的有效办法。,六、常减压装置关键技经指标,能耗：原油性质、流程设置、回流取热比、换热网络设计、加热炉效率、低温余热回收、节能措施（变频、液环抽真空等）总拔出率加工损失率脱盐合格率常底重油中350前馏分含量减压渣油中500前馏分含量运行周期（最长已达6年）,