第八章石油蒸馏过程.ppt
2023/6/25,炼油工艺学,1,第八章 石油蒸馏过程,Crude oil Distillation,2023/6/25,炼油工艺学,2,原油 产品,？,基本途径一般为：将原油先按不同产品的沸点要求，分割成不同的直馏馏分油，然后按照产品的质量标准要求，除去这些馏分油中的非理想组分；或者通过化学反应转化，生成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。,炼油厂首先必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。蒸馏正是一种常用的最经济和最容易实现的分离手段。,几乎所有炼油厂中原油的第一个加工过程就是蒸馏（俗称为龙头），例如拔顶蒸馏和常减压蒸馏等。所谓原油一次加工，即指原油蒸馏而言。,2023/6/25,炼油工艺学,3,蒸馏原理：按其组分沸点的不同而达到分离的目的蒸馏操作的三种基本类型:闪蒸平衡汽化 简单蒸馏渐次汽化 精馏：连续式和间歇式,了解几个概念：相平衡、泡点和露点,2023/6/25,炼油工艺学,4,相平衡：置于密闭容器中的液体，在一定温度下，蒸发和冷凝同时存在，开始时蒸发速度大于冷凝速度，随着蒸发出的分子数增加，冷凝速度相应也增大，此过程进行到最后，蒸发速度等于冷凝速度，达到动态平衡，此状态即为气-液相平衡状态。,气液相平衡的特征：气相和液相温度相等。处于气-液相平衡状态的气体和液体分别称为饱和蒸气和饱和液体。饱和蒸气具有的压力称为饱和蒸气压。气相和液相中的组成保持稳定，不再变化。混合物各组成同时存在于气-液两相中，每一组分都处于平衡状态不同的外界条件，可以建立不同的相平衡状态,2023/6/25,炼油工艺学,5,泡点和露点：,在一定压力下，加热原油，使其温度升高到某一数值时，原油刚刚开始气化，即原油刚刚出现第一个气泡并保持相平衡状态，此时的温度，称为泡点温度，或称为平衡气化0%温度,继续升高温度使原油不断气化，当原油刚刚全部气化并保持相平衡时的温度，称为露点温度，也称为平衡气化100%的温度。,处于泡点状态时的液体是饱和液体，而处于露点状态时的气体是饱和气体。,纯物质，在一定压力下，其泡点温度与露点温度相等，也就是它的沸点。对于混合物，混合物的泡点温度低于露点温度。,高于露点温度的气体为过热气体，低于其泡点温度，称为过冷液体,2023/6/25,炼油工艺学,6,将液体混合物加热，使其部分气化，然后将蒸气引出冷凝为冷凝液，这样就可以使液体混合物得到分离的过程称为蒸馏。蒸馏是炼油工业中最常用和最基本的一种分离混合物的方法，也是实验室常用方法。根据所用设备和操作方法的不同，蒸馏方式可分为以下几类：,闪蒸平衡汽化 简单蒸馏渐次汽化 精馏：连续式和间歇式,2023/6/25,炼油工艺学,7,1闪蒸平衡气化,在闪蒸过程中，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 气相产物中含较多的低沸点组分，液相产物中含较多的高沸点组分。但所有组分都同时存在于气、液相中,2023/6/25,炼油工艺学,8,平衡气化的逆过程称为平衡冷凝 平衡气化和平衡冷凝时，气相产物中含有较多低沸组分，液相产物中含有较多高沸组分，因此都能使液体混合物得到一定程度的分离 在平衡状态下，所有组分都同时存在于气、液两相中，而两相中的每一个组分都处于平衡状态，因此这种分离是比较粗略的,2023/6/25,炼油工艺学,9,2简单蒸馏渐次气化,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，液体开始气化，生成微量蒸气。生成的蒸气当即被引出并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。这种蒸馏方式称作简单蒸馏或微分蒸馏,2023/6/25,炼油工艺学,10,在整个简单蒸馏过程中，所产生的一系列微量蒸气的组成是不断变化的 从本质上看，简单蒸馏过程是由无数次平衡汽化所组成的，是渐次气化过程 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，所得的液体中的轻组分含量会低于平衡汽化所得的液体的轻组分含量 简单蒸馏是一种间歇过程，基本上无精馏效果，分离程度也还不高，一般只是在实验室中使用,2023/6/25,炼油工艺学,11,3精馏,精馏可分为连续式和间歇式两种 汽化段、精馏段、提馏段、塔顶冷凝冷却设备、再沸器、塔板塔顶冷回流：轻组分浓度高、温度低塔底气相回流：轻组分浓度低、温度高,2023/6/25,炼油工艺学,12,由于塔顶液相回流和塔底气相回流的作用，沿精馏塔高度建立了两个梯度：(1)自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度；(2)气、液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大的 浓度梯度。精馏塔内沿塔高的温度梯度和浓度梯度的建立及接触设施的存在是精馏过程得以进行的必要条件,2023/6/25,炼油工艺学,13,由于两个梯度的存在，在塔中每一个气、液两相的接触级中，由下而上的较高温度和较低轻组分浓度的气相与由上而下的较低温度和较高轻组分部的液相存在相间差别，因此气、液两相在接触前处于不平衡状态，形成相间推动力，使气、液两相在接触过程中进行相间的传热和扩散传质，最终使气相中的轻组分和液相中的重组分分别得到提纯。经过多次气、液相逆流接触，最后在塔顶得到较纯的轻组分，在塔底得到较纯的重组分。精馏的实质气、液两相进行连续多次的平衡汽化和平衡冷凝精馏的分离效果要远远优于平衡汽化和简单蒸馏。,2023/6/25,炼油工艺学,14,石油及石油馏分的蒸馏曲线,恩式蒸馏（ASTM)曲线实沸点蒸馏(BTP)曲线平衡气化(EFV)曲线馏出温度和体积之间的关系曲线,2023/6/25,炼油工艺学,15,2023/6/25,炼油工艺学,16,三种蒸馏曲线的比较 三种方法的分离效果是TBPASTMEFV,恩式蒸馏：反映在一定条件下的汽化性能实沸点蒸馏：大致反映油品中各组分沸点变化的连续曲线平衡气化：在一定条件下，可以确定在不同汽化率时的温度或某一温度下的汽化率,2023/6/25,炼油工艺学,17,要得到相同的气化率，实沸点蒸馏所需温度最高，恩式蒸馏居中，平衡气化最低那就是在同样气化率的前提下，平衡气化所需的温度最低，这样就减轻了加热设备的负荷,2023/6/25,炼油工艺学,18,蒸馏曲线的相互换算油品蒸馏所得三种蒸馏曲线的工作量有很大差别，平衡汽化的工作量最大，恩氏蒸馏最小 三种蒸馏曲线的换算主要求助于经验方法 使用这些经验图表时必须严格注意它们的适用范围及可能的误差，尽量采用实测数据 换算图表一般都是以体积分数来表示收率,2023/6/25,炼油工艺学,19,1常压蒸馏曲线的相互换算常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算 常压恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算 常压实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线的换算 2减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线的相互换算,2023/6/25,炼油工艺学,20,3减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线减压实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线 减压1.33kPa(残压10mmHg)恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线 1.33kPa(残压10mmHg)恩氏蒸馏曲线1.33kPa实沸点蒸馏曲线见图7-18；1.33kPa实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线，用本节3方法 减压1.33kPa(残压10mmHg)恩氏蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线 减压1.33kPa(残压10mmHg)恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线，见本节3；常压实沸点蒸馏曲线换算成常压恩氏蒸馏曲线，见本节1,2023/6/25,炼油工艺学,21,4常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线,不同的压力下相同汽化百分数的各点可以连成一条直线，而且不同汽化百分数连成的各P-T线都会聚于一点(焦点)焦点并没有实际意义，只是各条P-T线的会聚点 本法只适用于临界温度以下的温度,2023/6/25,炼油工艺学,22,5常压与减压下平衡汽化曲线的换算 常压平衡汽化曲线与减压平衡汽化曲线的换算以及减压下不同压力平衡汽化曲线的换算用图7-26。由图查得所需残压下平衡汽化50%的温度(或30%温度)然后假设减压下平衡汽化曲线各线段温度差不随压力而变化，从而推算出其他各点温度。误差一般不超过14,2023/6/25,炼油工艺学,23,油-水不互溶体系的气-液平衡 1.P-T-e相图的用途 有了石油馏分的P-T-e相图，便可以从P，T，e三者中的两者求得第三者：若已知P，e，求T，可直接从图中查得T；若已知T，e，求P，也可直接从图中查得P；若已知P，T，求e，需用试差法；先假设e为某一数值e，求得对应压力Po，然后由Po、Te”，若e=e”，则假设即为所求；否则，重新假设，重复此过程，直至假设与所求相同为止,2023/6/25,炼油工艺学,24,2.过热水蒸气存在下油的汽化 水蒸气的作用 降低油气分压，使油在较低的温度下气化 水蒸气存在下体系的压力：P=Po+Ps 过热水蒸气，就是指在整个过程中，水蒸气都不会冷凝，在体系中，它始终以气相形式存在,2023/6/25,炼油工艺学,25,水蒸气存在下油的汽化,此时有：P=PA+Ps根据分压定律：,由上式可以看出：P一定，如要求A的汽化量也一定，则：NS，PA，汽化温度；P，T一定，则(P/PA-1)不变，故NS/NA一定，则汽化A的量越大，水蒸气的量也越大,2023/6/25,炼油工艺学,26,3、饱和水蒸气存在下油的汽化,当气液两相达到平衡时：PO=PO0：PS=PS0体系的总压力为：P=PS+PO=PS0+PO0气相中的水蒸气与油气的摩尔数之比为：,2023/6/25,炼油工艺学,27,含水原油在换热器中被加热：TPS0，PO0，但PS0+PO0P不汽化 到达某点，PS0+PO0=P，油水同时汽化 但PO0PS0+PO0PTPS0+PO0=P进一步汽化重复上述过程水全部汽化过热水蒸气存在下油的汽化,2023/6/25,炼油工艺学,28,油水同时开始汽化点O和汽化后油的汽化分率的计算：对于油水同时开始汽化点O的确定，采用猜算法：假设同时开始汽化的温度为t0，由t0查图表得PS0和PO0，若两者之和PS0+PO0=P，则假设之t0正确，否则再假设t0，重复进行计算，直至PS0+PO0=P对于开始汽化后，油在不同温度下的汽化分率的计算：由tPS0PO0=P-PS0查P-T-e相图得t时的汽化率e 对于水完全汽化时的温度的求法，可由前面的方法算得,2023/6/25,炼油工艺学,29,4、油气-水蒸气混合物的冷凝 油气、水蒸气都处于过热状态，仅是单相冷却过程；油气是饱和状态，水蒸气是过热状态；油气、水蒸气都处于饱和状态；油和水同时冷凝完毕；油和水是单相的冷却过程,2023/6/25,炼油工艺学,30,例：某原油含水0.4%(w)，经一组换热器换热后进入初馏塔，测得初馏塔汽化段温度为250，压力为2.0atm，请计算初馏塔汽化段原油和水的汽化率。已知：1atm下原油的平衡汽化数据：汽化%(v)0 10 20 30 40 汽化温度，160 230 300 350 380 原油的焦点温度为450，焦点压力为45atm；250时水的饱和蒸气压为41atm。为简化计算，可以假设：原油的重量汽化分率与体积汽化分率相同；令油气的分子量为100；原油含水0.4%可以认为是100g原油外加0.4g水，而不是油水共100g。,2023/6/25,炼油工艺学,31,解：汽化段的温度为250，压力是2.0atm，而250时水的饱和蒸气压PS0=41 atm，由此我们可以得到：P=PS0+PO0=2.0atm PS2.0atm，而PS0=41 atm PSPS0因此，水处于过热状态，也就是说水已完全汽化，e水=100%。需用试差法求油的汽化率，假定汽化率为10%：由分压定律：NS/NO=PS/PO=PS/PO0,又：P=2atm=PS+PO0可求得：PO0=1.64atm,2023/6/25,炼油工艺学,32,第一节 原油蒸馏工艺流程,一、典型的三段原油常减压蒸馏工艺流程,汽化段数：在原油蒸馏流程中，原油经历的加热汽化蒸馏的次数,原油的脱盐脱水系统 原油的精馏系统，如初馏塔、常压塔、汽提塔等 加热、换热系统，如换热器、加热炉等 产品的冷凝冷却系统 自动检测和控制系统,2023/6/25,炼油工艺学,33,拔头原油,280,370,常压渣油，AR,400,减压渣油，VR,2023/6/25,炼油工艺学,34,1、汽化段数的确定 一段蒸馏：原油蒸馏流程是拔头蒸馏，只有一个精馏塔，仅经过一次汽化，则就是一段蒸馏；二段蒸馏：原油的蒸馏流程是常减压蒸馏，有两个精馏塔，经过了两次汽化，就称为二段精馏；三段蒸馏：在常减压蒸馏塔的最前面再设一个初馏塔，原油加工流程方案中就有了三个精馏塔，则称为三段蒸馏,2023/6/25,炼油工艺学,35,2、原油加工方案中设初馏塔的情况 原油中轻馏分多，一般轻馏分20%时，设初馏塔 原油乳化现象比较严重，脱盐、脱水都不充分时 原油的含砷量高，又要出重整原料时 适应原油性质变化需要 原油含硫量高 Fe+H2SFeS+H2 FeS+2HClFeCl2+H2S,2023/6/25,炼油工艺学,36,3、炼厂蒸馏装置的工艺流程 燃料型,2023/6/25,炼油工艺学,37,燃料-润滑油型,2023/6/25,炼油工艺学,38,燃料-化工型,2023/6/25,炼油工艺学,39,第二节 原油常压精馏塔,一、原油常压精馏塔的工艺特征,2023/6/25,炼油工艺学,40,2023/6/25,炼油工艺学,41,1原料和产品都是复杂的混合物,不能采用单组分的百分数表示进料组成和控制产品质量，而只能控制馏程、抽出温度等,产品都满足一定的质量指标，但不能像二元或多元精馏塔一样得到较纯的化合物 当产品多于两个时，如出汽油、煤油、柴油等时，要用复合塔，且往往是半截塔，也就是说这个塔没有提馏段，但为了保证分馏的精确度，采用汽提段弥补,2023/6/25,炼油工艺学,42,2石油精馏塔是复合塔和不完全塔,侧线产品设汽提塔或再沸器用汽提段代替提留段（用过热蒸汽代替再沸器）汽提蒸汽的作用 由塔底通入少量的过热水蒸气，以降低油气分压，有利于轻组分的汽化；侧线汽提的目的是使混入产品中的较轻组分汽化再返回常压塔，即保证了轻质产品的收率，又保证了本产品的质量,2023/6/25,炼油工艺学,43,2023/6/25,炼油工艺学,44,侧线采用再沸器的原因：侧线油品汽提时，产品中会溶解微量水分，影响产品质量，尤其是要求低凝点低结晶点的产品，如航煤等汽提水蒸气的质量分数虽小（2%3%），但体积流量大使塔内汽相负荷增加水蒸气的冷凝潜热很大，采用再沸器可以降低塔顶冷凝冷却器的负荷采用再沸器提馏有利于减少蒸馏装置的含油污水量,2023/6/25,炼油工艺学,45,3恒摩尔（分子）回流的假定不成立 各组分之间的汽化潜热和沸点相差很大4原油进塔进料要有适量的过汽化度 使进料段上最低一个测线下几层塔板上有足够的液相 回流以保证最低侧线产品的质量 过汽化度一般为24%5 热量基本上全靠进料带入，回流比是由全塔热平衡决定的，调节余地很小,2023/6/25,炼油工艺学,46,6.常压塔中，进料段温度最高，塔顶最低7沿塔高自下而上，液相负荷先缓慢增加，到抽出板，有一个突增，然后再缓慢增加，到抽出板又突增至塔顶第二块板达最大，到第一块板又突然减小；而汽相负荷一直是缓慢增加的，到第二块板达最大，到第一块板又突然减小,2023/6/25,炼油工艺学,47,侧线抽出,第一、二板之间,2023/6/25,炼油工艺学,48,二、分馏精确度的表示方法1分馏精确度的表示方法,对于二元或多元系：用组成来表示（A或B组分的含量表示）对于石油馏分分馏精确度的表示方法：用ASTM(0100)间隙=t0H-t100L 表示 t0H-t100L0，馏分间有间隙，间隙越大，分离精确度越高 t0H-t100L0，馏分间有重叠，重叠越大，分馏精确度越差 通常用t5H和t95L之间的差值来表示 用ASTM(595)间隙=t5H-t95L 表示,2023/6/25,炼油工艺学,49,间隙：分馏效果好,重叠：分馏效果差,2023/6/25,炼油工艺学,50,2、分馏精确度的决定因素 石油馏分的分馏精确度主要由物系中组分之间的分离难易程度、回流比和塔板数决定 分馏精确度与回流比、塔板数的关系：回流比和塔板数一般是凭经验估算得到的,2023/6/25,炼油工艺学,51,三、石油精馏塔的汽、液相负荷分布规律 精馏塔内汽、液相负荷分布规律的分析工具是热平衡 选择几个有代表性的截面，做适当的隔离体系，进行热平衡计算，求出塔板上汽液相负荷 1塔顶汽、液相负荷,2023/6/25,炼油工艺学,52,F、D、M、G、W：分别代表进料、塔顶汽油、侧线煤油、柴油和塔底重油的流量，Kmol/hr,tD、tM、tG、tW：分别为D、M、G、W的抽出温度,t1、t0、tG：分别为塔顶抽出温度、塔顶回流返塔温度和进料进塔温度,L0、e：分别为塔顶回流量和进料汽化率,h：各物流的焓值，上角V代表气相，L代表液相。,2023/6/25,炼油工艺学,53,2023/6/25,炼油工艺学,54,2汽化段至G抽出板下方各板的V、L(1)汽化段的V、L 过汽化量为0时：Ln=0 Kmol/hr VF=D+M+G+S+Ln(2)第n板上的L、V,2023/6/25,炼油工艺学,55,2023/6/25,炼油工艺学,56,3第m板的L、V(侧线抽出板下),下面分析一下Lm-1和Ln-1及Vm与Vn的大小：沿塔由低到高温度逐渐降低，tmQn分析可得：Lm-1Ln-1从而有：VmVn,2023/6/25,炼油工艺学,57,4经过侧线抽出板时的L、V的变化,2023/6/25,炼油工艺学,58,5塔顶第一、二层塔板之间的L、V,Q1Q2 HVL1,t2HVL0,t1 HLL0,t0 HLL1,t1 L0L1,V1=D+S+L0 V2=D+S+L1V1V2,2023/6/25,炼油工艺学,59,结论：沿塔高自下而上，液相负荷先缓慢增加，到抽出板，由一个突增，然后再缓慢增加，到抽出板又突增至塔顶第二块板达最大，到第一块板又突然减小；而汽相负荷一直是缓慢增加的，到第二块板达最大，到第一块板又突然减小,2023/6/25,炼油工艺学,60,6有中段回流时气液相负荷的变化,7汽提段的气液相负荷变化规律 在汽提段，由上而下，液相和气相的负荷越来越小；温度有所下降,2023/6/25,炼油工艺学,61,四、回流方式采用各种回流的目的 保证精馏塔具有精馏的作用 取走塔内剩余热量 控制和调节塔内各点温度 保证塔内汽液相负荷分布均匀 保证各产品质量,2023/6/25,炼油工艺学,62,1、塔顶冷回流,部分过冷液体从塔顶返回塔内，用于控制塔顶温度，提供塔内精馏所需回流，并从塔顶取走剩余热量；当只采用塔顶冷回流时，冷回流的取热量应等于全塔总剩余热量；当回流热量一定时，冷回流的温度越低，冷回流的流量就越低；一般常压塔的汽油冷回流温度为3040,2023/6/25,炼油工艺学,63,2塔顶油气二级冷凝冷却 冷却时分两次，它首先将塔顶油气冷到基本冷凝，仅把回流部分用泵送回塔顶，而降剩下的产品部分送到下一个冷却器冷却到所需的安全温度,2023/6/25,炼油工艺学,64,在第一级油气和水蒸气基本上被冷凝冷却，这里集中了绝大部分的热负荷，由于传热温差大，即热源比冷源的温度高得多，因此传热面积不会太大 在第二级冷凝冷却中，仅冷却产品部分，虽然传热温差小，但其热负荷占总热负荷的比例小，所以总起来看，二级冷凝冷却所需的总传热面积要比一级冷凝冷却小 缺点：返回塔顶的是热回流，也就是说返回温度比一级冷凝冷却时高，因而造成内回流量增大，另外流程也更复杂,2023/6/25,炼油工艺学,65,塔顶馏出物温度低，带出的热量很难回收利 用，但却需要很大的冷凝冷却设备（如空冷、水冷等）造成塔内上下汽液相负荷分布不均匀，影响了塔的处理量采用循环回流与塔顶回流相结合可以上述不足,上述两种回流方式都是从塔顶取走回流热量，仅用这种回流取热方式的不利因素：,循环回流：是从塔内某个位置抽出部分液体，经换热冷却到一定温度后再返回塔内，物流在整个过程中处于液相，只是在塔内外循环流动，借助于换热器取走部分剩余热量,2023/6/25,炼油工艺学,66,循环回流：塔顶循环回流 中段循环回流,2023/6/25,炼油工艺学,67,2023/6/25,炼油工艺学,68,3塔顶循环回流,塔顶循环回流主要应用于以下情况：塔顶回流热量大，考虑回收这部分热量，以降低装置能耗 塔顶馏出物中含有较多的不凝气，使搭顶冷凝冷却器的传热系数降低 要求尽量降低塔顶馏出线及冷却系统的流动压力降，以保证塔顶压力不致过高，或保证塔内有尽可能高的真空度,2023/6/25,炼油工艺学,69,4中段循环回流优点：使塔内汽、液相负荷分布均匀可以更加合理地利用回流热量 不足：打入冷回流，需增加换热板 循环回流段以上内回流减少了，塔板效率降低 投资高，制造工艺复杂,设计塔：可以减小塔径正在生产的塔：可以提高处理量,是原油换热的主要热源,2023/6/25,炼油工艺学,70,数量：34个侧线：采用2个循环回流 12个侧线：采用1个循环回流 进出塔温差：80120 取热比例：40%60%（占全塔回流热）,2023/6/25,炼油工艺学,71,五、操作条件的确定1操作压力(1)回流罐压力P,回流罐的压力至少要大于产品在该温度下的泡点压力，即PP泡，一般P0.10.25MPa,压力,2023/6/25,炼油工艺学,72,(2)塔顶压力塔顶压力在数值上等于回流罐的压力再加上塔顶流出物流经管线的压降和冷凝冷却设备的压降 P顶=P回流罐+P管线+P冷在我国，塔顶压力一般在1.31.6 atm之间(3)塔内各点的压力 塔内各点的压力可以由塔顶压力和塔板压降来确定,2023/6/25,炼油工艺学,73,2操作温度塔顶温度为塔顶油气分压下产品的露点温度 各侧线抽出板温度为侧线板油气分压下产品的泡点温度汽化段温度为在汽化段油气分压下，汽化率为eF时的温度 塔底温度为在塔底油气分压下塔顶产品的泡点温度 计算各点温度需综合运用热平和相平两个工具采用试差法,2023/6/25,炼油工艺学,74,试 差 法,如：塔顶查该油气分压汽化率100%的温度,2023/6/25,炼油工艺学,75,塔顶温度塔顶温度是塔顶产品在其油气分压下的露点温度 在确定塔顶温度时，应同时校核水蒸气在塔顶是否会冷凝 侧线温度通常是按经汽提后的侧线产品在该处油气分压下的泡点温度来计算 汽化段温度汽化段温度是指进料的绝热闪蒸温度,2023/6/25,炼油工艺学,76,塔底温度轻馏分气化所需的热量，绝大部分由液相油料本身的显热提供，油料的温度由上而下逐板下降，塔底温度比汽化段温度低不少 原油常、减压塔的塔底温度一般比汽化段温度低510 侧线汽提塔底温度当用水蒸气汽提时，汽提塔底温度比侧线抽出温度约低810或更低 当用再沸器提馏时，温度为塔底压力下侧线产品的泡点温度，此温度可高出侧线抽出温度十几度,2023/6/25,炼油工艺学,77,3汽提蒸汽用量 汽提蒸汽一般都是用温度为400450的过热水蒸气 目的侧线汽提：驱除低沸点组分，提高产品闪点，改善分馏精确度；常压塔底汽提：降低塔底重油中350的馏分含量，以提高轻质油收率，同时也减轻了塔的负荷；减压塔底汽提：降低汽化段的油气分压，尽量提高减压塔的拔出率 用量 汽提蒸汽一般要占汽提油品重量的24%,2023/6/25,炼油工艺学,78,第三节 原油精馏塔工艺计算,一、应收集、整理的基础数据 1、原料油性质2、装置处理量及正常生产时间3、产品方案、产品性质（密度、ASTM数据）及产率4、汽提水蒸气的温度、压力5、同类型装置的操作数据,2023/6/25,炼油工艺学,79,二、工艺设计计算主要内容及步骤 1、整理、计算原料油、产品的常用性质数据2、确定原料油及产品的物料平衡3、选择合适的汽提方案及其用量4、选择合适的塔板型式及塔板数5、画出精馏塔简图6、确定各部位压力和炉出口压力,2023/6/25,炼油工艺学,80,7、确定进料的过气化率，计算汽化段温度8、确定塔底温度 9、确定塔顶、各侧线抽出温度及回流热分配10、做出全塔气液相负荷分布图 11、确定塔径和塔高12、进行塔板水力学计算，决定塔板工艺结构尺寸 13、画出委托工艺设计草图,2023/6/25,炼油工艺学,81,第四节 减压蒸馏塔,减压蒸馏的核心设备 是减压精馏塔和它的抽真空系统,减压精馏塔的基本要求：尽量提高拔出率，对馏分组成 要求不是很严格,提高拔出率的关键：提高减压塔汽化段的真空度,2023/6/25,炼油工艺学,82,1类型 润滑油型：为后续的加工过程提供润滑油原料 燃料油型：为FCC和加氢裂化提供原料2侧线产品(也称之为馏分油)润滑油原料 裂化原料 3塔底产品减压渣油 焦化原料、催化原料等二次加工原料 经加工后生产重质润滑油 生产沥青 做燃料油,2023/6/25,炼油工艺学,83,一、减压蒸馏塔的工艺特征 1减压蒸馏塔的一般工艺特征减压塔也是一个复合塔和不完全塔塔顶设有抽真空系统 采用塔顶循环回流，尽量减少馏出管线及冷却系统的压降 采用低压降的塔板和较少的塔板数，以降低从汽化段到塔顶的流动压降 对于湿式减压蒸馏，塔底采用大蒸汽量汽提控制减压炉出口温度，从而减少裂化反应,2023/6/25,炼油工艺学,84,其它特征：塔径大，采用多个中段回流 底部缩径，防止结焦 塔底标高高 设破沫网,2023/6/25,炼油工艺学,85,2、燃料型减压塔的工艺特征(1)工艺要求 尽量提高拔出率，对馏分组成要求不是很严格(2)工艺特征塔板数尽量减少 可以大大减少内回流量 有23个侧线，侧线产品不用汽提 汽化段上方设洗涤段,2023/6/25,炼油工艺学,86,Fuels type vacuum towerNote that the overflash liquid is condensed by cooled pumpback reflux rather than by another pumparound circuit.The grid materials used in these towers,2023/6/25,炼油工艺学,87,3、润滑油型减压塔的工艺特征 为后续加工过程提供润滑油料 粘度合适、残炭值低、色度好，馏程要窄 有45个侧线，需要汽提除具有减压塔的共同特征外，其他工艺特征与常压塔相似,2023/6/25,炼油工艺学,88,2023/6/25,炼油工艺学,89,二、减压蒸馏的抽真空系统,采用蒸汽喷射器-机械真空泵组合抽真空系统，具有较好的经济效益 真空度=大气压-塔内残压，残压越低，真空度越高,结构简单，没有运转不见，使用可靠，水蒸气安全,2023/6/25,炼油工艺学,90,2023/6/25,炼油工艺学,91,作用是将塔内产生的不凝气和吹入的水蒸气连续地抽走以保证减压塔的真空度的要求。冷凝器在真空下操作的。为了使冷凝水顺利地排出，通常此排液管的高度至少应在10m以上，大气腿蒸汽喷射器是利用高压水蒸气在喷管内膨胀，使压力能转化为动能从而达到高速流动，在喷管出口周围造成真空 理论上冷凝器中所能达到的残压最低只能达到该处温度下水的饱和蒸气压（真空度的极限）减压塔顶的残压，则应在上述的理论极限值上加上不凝气的分压、塔顶馏出管线的压降、冷凝器的压降，故减压塔顶残压比冷凝器中水的饱和蒸气压高得多水温为20时，冷凝器所能达到的最低残压为2.3kPa，减压塔顶的残压就可能高于4.0kPa抽真空的级数根据减压塔所要求的真空度来确定,2023/6/25,炼油工艺学,92,增压喷射泵上游没有冷凝器，所以塔顶真空度就能摆脱水温的限制，减压塔的残压相当于增压喷射器所能造成的残压加上馏出线压降。,2023/6/25,炼油工艺学,93,三、干式和湿式减压蒸馏,湿式减压蒸馏：传统的减压塔使用水蒸气以降低油汽分压，尽可能地提高减压塔的拨出率；多用于润滑油型减压蒸馏 塔顶残压一般在5.58.0kPa，常采用两级（喷射）抽真空系统干式减压蒸馏：不依赖注入水蒸气以降低油汽分压的减压蒸馏方式；燃料型减压塔常用 干式减压塔顶残压一般为1.3kPa左右，要用三级抽真空系统,2023/6/25,炼油工艺学,94,实现湿式减压蒸馏采用的主要技术措施有：采用压降小、传质传热效率高的塔板 减压炉管逐级扩径，以避免油流在管内出现高温而裂解 减压塔进料口与最低侧线抽出口之间设洗涤段，以控制油品的残碳值和胶质含量,2023/6/25,炼油工艺学,95,湿式减压蒸馏塔的不足之处：消耗蒸汽量大 塔内汽相负荷大 增大了塔顶冷凝冷却器的负荷 含油污水量大,2023/6/25,炼油工艺学,96,实现干式减压蒸馏的措施：使用增压喷射器，以提高塔的真空度 利用填料代替塔板，达到降低汽化段到塔顶压降的目的 采用低速转油线，降低减压炉出口到塔入口之间的压降 为减少气相携带杂质，塔内设洗涤段和液体分配器,2023/6/25,炼油工艺学,97,使用干式减压蒸馏的效益：提高了拔出率和处理量 减压炉的负荷减小，节省燃料 减少冷凝冷却器负荷，减少含油污水量 能耗下降（可以降低炉出口温度、冷却负荷小，水蒸气用量少等）,2023/6/25,炼油工艺学,98,第五节 原油蒸馏的换热方案 及腐蚀与防腐,2023/6/25,炼油工艺学,99,原油蒸馏流程主要考虑以下四个方面的问题：流程方案的制定汽化段数的确定回流方式的选择换热方案的选择常减压蒸馏装置的能耗在炼厂全厂能耗中占有重要比重，其能耗约相当于加工原油量的2%,2023/6/25,炼油工艺学,100,一、最优换热方案的判断标准从理论上来说，可能的换热方案几乎是无限多个，因此在选择换热方案时涉及到最优化的问题 一个换热方案是否合理，要做全面分析。一般认为能最大限度节约投资和操作费用的换热方案是最优的 一个完善的换热流程应当达到以下要求：充分利用各种余热，使原油预热温度较高而且合理；换热器的换热强度较大，可以使用较少的换热面积就能达到换热要求；原油流动压降较小；操作和检修可靠、方便,2023/6/25,炼油工艺学,101,二、选择换热方案的原则 尽可能选择温度高、热量大(即温位高)的油品做热源 注意分析各线产品的换热价值 所选的换热流程即能充分回收余热，又能尽量节省设备投资,2023/6/25,炼油工艺学,102,三、如何安排换热流程 原油要先与温度低的油品换热，再与温度较高的油品换热原油通过换热器的压降不要太大 高温位热源的油品要进行多次换热，以充分回收热量,2023/6/25,炼油工艺学,103,制定换热流程方案需考虑的几个重要问题,原油预热温度 冷热流匹配：温位与热容量 低温位热能的利用：节能的一个重要问题 换热时的传热系数和流动压力降,2023/6/25,炼油工艺学,104,2023/6/25,炼油工艺学,105,四、蒸馏装置的腐蚀与防腐常见的腐蚀 高温重油部位对金属的腐蚀 常见于加热炉管、转油线、蒸馏塔底及热油泵叶轮等部位主要原因是由活性硫和环烷酸引起,2023/6/25,炼油工艺学,106,低温轻油部位对金属的腐蚀 常见于冷凝水出现的相变区 主要原因是原油中的盐水解生成盐酸，属HCl-H2O型腐蚀 若原油中既含盐又含硫，则腐蚀更为严重，属H2S-HCl-H2O 型腐蚀,2023/6/25,炼油工艺学,107,防腐措施“一脱”指原油的脱盐脱水“四注”原油注碱 塔顶馏出管线注氨 塔顶馏出管线注水 塔顶馏出管线注缓蚀剂,2023/6/25,炼油工艺学,108,本 章 小 结,蒸馏的基本概念：相平衡、泡点、露点等蒸馏的原理：按其组分沸点的不同而达到分离的目的蒸馏操作的三种基本类型（蒸馏方式）闪蒸平衡汽化 简单蒸馏渐次汽化 精馏：有连续式和间歇式两种实现连续精馏的必要条件：使气、液两相充分接触的设备；液相回流和气相回流；沿塔高存在的温度梯度和浓度梯度,2023/6/25,炼油工艺学,109,三段汽化常减压工艺流程蒸馏工艺流程方案设置初馏塔的几条因素常压蒸馏塔的工艺特征：复合塔，不完全塔；汽提塔和汽提段；全塔热平衡 常压塔的回流比由全塔热平衡决定分离精确度的表示方法回流方式常压塔的操作条件,2023/6/25,炼油工艺学,110,减压蒸馏的核心设备是减压（精馏）塔和它的抽真空系统。减压蒸馏塔的工艺特征根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型和燃料型两种，不同点干式蒸馏和湿式蒸馏塔顶抽真空流程：二级和三级抽真空流程换热流程及选用原则蒸馏装置的腐蚀与防腐,
