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1、第七章 石油蒸馏过程,Petroleum Distillation,原油 产品,?,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。,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。,蒸馏过程在石油加工过程中的重要性,第一节 原油蒸馏原理,一、蒸馏的原理,了解三个概念：相平衡、泡点和露点,蒸馏原理：按其组分沸点的不同而达到分离的目的。,相平衡,气液相平衡的特征：气相和液相
2、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。,泡点和露点,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，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。,泡点和露点的特征：,二、蒸馏的方法,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
3、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。,闪蒸平衡汽化 简单蒸馏渐次汽化 精馏：连续式和间歇式,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：,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。,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
4、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。,2简单蒸馏渐次气化,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。简单蒸馏是一种间歇过程，基本无精馏效果，分离程度也不高，一般只在实验室中使用。,3精 馏,进料段（气化段）,精馏段,提镏段,在特定设备精馏塔中，液体混合物连续多次的进行气化和冷凝，气、液两相通过多次的逆流接触，进行换热和物质交换，最后达到有效分离混合物的过程。,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、塔板或填料。是连续多次的平衡气化。
5、分离效果优于平衡气化和渐次气化。可得到纯度和收率都较高的产品。,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。,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。降低油气分压，使油在较低的温度下气化。油的气液两相平衡时体系的压力：P=PO0+PS,4.油-水不互溶体系的气-液平衡,P-体系总压；PS-过热水蒸气分压；PO0-油的饱和蒸气压,P一定，PS增加，PO0减小，即，增加水蒸气分压，可使油在较低温度下气化。,第二节 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,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
6、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。,2、初馏塔的作用 及时将原油在换热过程中已汽化的轻油和水蒸汽蒸出，使其不进入常压炉，降低加热炉和常压塔的负荷；降低原油换热系统的操作压力，节约装置能耗和操作费用；有利于常压塔的操作平稳，保证产品质量；减轻常压塔顶、馏出管线和冷凝冷却设备的腐蚀。,3、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 原油部分杂原子
7、含量高 Fe+H2S FeS+H2 FeS+2HCl FeCl2+H2S,4、三段常减压蒸馏流程,280,370,常压渣油，AR,减压渣油，VR,400,拔头原油,此流程主要由四个系统组成：,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,二、原油常减蒸馏的工艺流程方案,燃料型,燃料-润滑油型,特 点：减压系统比燃料型复杂，一般设45个侧线，各侧线均设汽提塔，以满足生产润滑油的要求；2.减压炉要严格控制加热温度，炉内最高不大于395；3.减压塔内和减压炉管内均需注入水蒸气，目的是改善炉管内油流型式，避免局部过热和降低油品在
8、炉管内的停留时间，降低减压塔内油气分压；4.减压塔的进料段与最低侧线抽出口之间，设洗涤段，改善润滑油的质量。,燃料-化工型,特 点：常压塔前一般只设置闪蒸塔，闪蒸塔油气进入常压塔中部；常压塔产品作为裂解原料，分离要求不高，因此塔板数可以减少；常压塔侧线一般设23个侧线，不设汽提塔；减压塔与燃料型相同。,第三节 原油常压精馏塔,一、原油常压精馏塔的工艺特征,1复合塔2.汽提塔和汽提段3.恒分子回流的假 设完全不适用4.全塔热平衡,二、常压精馏塔的汽、液相负荷分布规律,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
9、；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。,结论：塔顶第一、二块塔板间气、液负荷最大,三、回流方式回流的目的：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,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。,2、塔顶热回流,回流温度与塔顶温度相同，处于塔顶产品的露点温度；热回流只吸收气化热由液相变
10、成气相；取走相同的热量，热回流的回流量比冷回流大；一般用于小型塔。,减少大处理量的塔顶冷却器的传热面积；塔顶油气（110）先冷却到5590，部分冷凝液回流，其余部分再冷却到40 作为塔顶产品；,回流量大于冷回流，小于热回流；适用于大型塔。,3、二级冷凝冷却,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。,上述三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
11、于换热器取走部分剩余热量。,采用循环回流与塔顶回流相结合可以上述不足,4、循环回流,（1）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；,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）,（2）中段循环回流,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
12、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,可以减小塔径，提高处理量,是原油换热的主要热源,四、操作条件的确定1操作压力,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；塔内各点的压力可以由塔顶压力和塔板压降来确定。,塔顶温度是塔顶产品在其油气分压下的露点温度；气化段温度是进料的绝热闪蒸温度；侧线汽提塔底温度约比侧线抽出口温度低810；塔底温度一般比气化段低510。,2操作温度,3回流比,常压塔的回流比是工艺操作中最关键的因素，也是最灵敏的调节手段。,回流比
13、的大小需满足以下条件：,能取走全部的剩余热量，保证全塔进热与出热维持平衡；确保塔内各段的回流量大于各段产品分馏需要的最小回流量；使各塔板上的气、液负荷处于各塔板适宜操作范围内，以保证平稳操作。,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：在尽量避免油料发生分解的前提下，尽可能地提高拔出率。,提高拔出率的关键：提高减压塔汽化段的真空度,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(VR)焦化、催化和加氢裂化等二次加工原料 经加工后生产重质润
14、滑油 生产沥青 燃料油,一、减压蒸馏塔概述,二、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；塔顶设有抽真空系统；塔顶不出产品，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。,采用多个中段循环，使塔内气相负荷均匀，减小塔径，并且有利于回收利用回流热；其它特征：底部缩径，防止结焦 塔底标高高 设破沫网 增加塔板间距,外观：高架在底座上的上粗下细的塔，比常压塔粗而矮,(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
15、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。,2、燃料型减压塔的工艺特征,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原料；侧线产品要求粘度合适，色度好，残炭值低，馏程较窄；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。,三、湿式和干式减压蒸馏,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1.3k
16、Pa左右，要用三级抽真空系统,1、湿式减压蒸馏,（1）实现湿式减压蒸馏的措施：采用压降小，传热效率高的塔板；减压炉逐级扩径，避免油流在炉管内出现高温裂解；采用低速转油线，降低减压炉出口到塔入口之间的压降；进料口与最低侧线间设洗涤段。,（2）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,（1）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；为减少气相携带杂质，塔内设洗涤段和液体分配器。,2、干式减压蒸馏,（2）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
17、少冷凝冷却器的负荷，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）。,四、减压蒸馏的抽真空系统,抽真空系统,蒸汽喷射器,机械真空泵,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,结构简单，没有运转部件，使用可靠，水蒸气安全,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,冷凝器的作用在于使可凝的油气和水蒸气冷凝排出，从而减轻喷射器
18、的负荷，其本身并不能形成真空。,1、抽真空系统流程,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。,2、增压喷射泵,第五节 原油蒸馏的换热方案,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%。,一、最优换热方案的判断标准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
19、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。,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。,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。,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,本 章 小 结,蒸馏的基本概念 蒸馏的原理 蒸馏操作的三种基本类型（蒸馏方式）实现连续精馏的必要条件 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,回流方式常压塔的操作条件,减压蒸馏的核心设备 减压蒸馏塔的工艺特征 减压塔类型 干式蒸馏和湿式蒸馏 塔顶抽真空流程 换热流程及选用原则,
