海川化工论坛-_气体分馏装置实用教材.doc

第一章、简单的炼油知识第一节、气体分馏在石油化工生产中的应用炼厂气是石油化工过程中，特别是破坏加工过程中产生的各种气体的总称。包括热裂化气、催化裂化气、催化裂解气、重整气、加氢裂化气等，炼厂气的产率一般占所加工原油的510%。4.5万吨/年气体分馏装置气体来源于20万吨/年重油催化裂化装置产生的炼厂气。这些气体的组成较为复杂，主要有C1C4的烷烃和烯烃，其中有少量的二烯烃和C5以上重组分，此外还有少量的非烃类气体，如：CO、H2、CO2、H2S和有机硫（RSH、COS）等。炼厂气过去大多是用作工业和民用燃料，少部分加工成为高辛烷值汽油和航空汽油的组成，随着石油化学工业的发展，炼厂气已成为宝贵的化工原料。众所周知，乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、丁二烯这些气体，通过气体分馏装置进一步分离出来，炼厂气中的所含的各种烃类经氧化、硝化、卤化等反应，可得到各种含氧有机化合物，如（醇、酮、醛、酸等）硝基化合物及卤素的衍生物，烯烃可以通过各种合成反应，得到种类很多的化学制品，是合成橡胶、合成塑料、合成纤维的重要原料。例如以丙烯为原料可以得到聚丙烯、磺酸盐（表面洗性剂，可以作洗涤剂等）、丙烯醇、甘油、丙二醇、丙酮、丙烯酸、丙烯腈、丁醇等。炼厂气作为化工原料，必须进行分离，分离的方法很多，就其本质来说可以分为两类，一类是物理分离法，即利用烃类的物理性质的差别进行分离。如：利用烃类的饱和蒸汽压、沸点不同而进行气体分离过程，有些合成过程对气体纯度要求较高时，则需要高效率的气体分离，如吸附、超精馏、抽提精馏、共沸蒸馏等；另一类方法是化学方法，既利用化学反应的方法将它们分离，如化学吸附和分子筛分离。目前，我国绝大多数炼油厂采用气体分离装置对炼厂气进行分离，以制取丙烷、丁烷、异丁烷，可以说是以炼油厂气为原料的石油化工生产的龙头装置。第二节、气体分馏的基本工艺过程气体分馏是一个标准的精馏过程，是一个基本的化工单元过程，但是，气体分馏不是一个简单的二元精馏，而是一个复杂的典型的多元精馏。它需要几个精馏塔同时操作来完成多组分的分离任务。一套精馏装置通常由以下三个主要设备组成：1、精馏塔；2、冷凝冷却器；3、重沸器，如图所示。精馏塔内设有许多塔盘。工业上应用的精馏塔有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和填料塔等。这主要是指塔板的形式，气体分馏装置就是采用的浮阀塔，进料口把精馏塔分为上下两段，上段为精馏段，下段为提馏段。原料进入精馏塔内，其汽液两相在进料板的温度和压力下，分别和塔内的汽液混合后，经过与塔内汽液两相传质、传热，有部分液相汽化，有部分气体冷凝，汽相上升到精馏段，液相下降至提馏段，精馏塔底温度较高，塔顶温度较低，形成了一定的温度梯度，汽液两相在每层塔板上密切接触，不断进行传质传热，其结果是，沿塔高向上，轻组分浓度递增，重组分浓度递减。塔顶馏出物经塔顶冷凝冷却器冷却，一部分抽出做为塔顶产品，一部分送回塔顶作为塔顶回流，塔底再沸器蒸汽加热，使塔底物中所含的部分轻组分蒸发，作为塔内汽相回流，重组分从塔底抽出。由于分馏技术比较成熟，操作比较简单，规模可大可小，一般情况下分离费用也不是很高，故被广泛采用。第三节、分馏的基本概念 气体分馏是一个典型的多元精馏过程，为了搞清过程的实质，首先需要了解有关的一些基本概念。一、相平衡任何物质（气态、液态、固态）的分子都在不停地运动着，都有向周围挥发逃逸的能力，液体中各个分子的运动速度不相同，速度快的动能也大，可以脱离液面进入汽相，这种液体分子进入汽相转化为气体的现象叫做汽化。当汽化在液体表面上进行时，称为蒸发。若汽化在液体表面和内部同时进行则称为沸腾。物质从液体挥发到周围空间的分子，在环境影响下同样具有返回液体的能力。在一定条件下，使一部分气体返回到液体中变成液体分子，这种从气态变成液态的现象叫液化或冷凝。液体物质在密闭容器中，在一定温度下，当液面挥发到空间的分子数与同一时间从空间返回的分子数相同时，容器中液体与其表面上的蒸汽建立起动态平衡，称之为汽液相平衡。二、饱和蒸汽压在某一温度下，液体与其表面上的蒸汽呈平衡状态时，由此蒸汽所产的压力称之为该温度下的饱和蒸汽压，简称蒸汽压。此时的液体称为该温度下的饱和液体。饱和蒸汽压的大小表明了液体挥发能力的大小，由于各种物质其化学结构的物理性质不同，分子从液相跑到汽相中的能力也不同，因此在一定温度下，达到平衡状态时，各种物质的饱和蒸汽压数值也不相同。见表2-1。表2-1、各组分的饱和蒸汽压（0）纯物质的饱和蒸汽压仅与温度有关，它是温度的函数，即P=f(t)，随温度的升高而增加，随温度的下降而下降，它与系统的液体体积与数量无关。气体分馏就是利用液体混合物在同一温度下具有不同的饱和蒸汽压的性质，使混合物得以分离提纯。三、道尔顿和拉乌尔定律1、道尔顿定律：溶液是由两种或两种以上的组分所组成，因此溶液的蒸汽压和这些组分有关，在一定的温度下，溶液混合物处于平衡状态的饱和蒸汽的总压力等于该温度下混合物各组分蒸汽压之和。P=P1+P2+P3+Pn P=Pi混合物质的总压力等于其中各组分的分压之和，这就是道尔顿定律。2、拉乌尔定律Pi=PiXiPi为某一温度下稀溶液中溶剂i的蒸汽压。Pi同温度下纯溶剂的饱和蒸汽压。Xi为溶剂i的摩尔分数。四、理想溶液与非理想溶液1、理想溶液所谓的理想溶液，就是各组分的分子间的吸引力相同，表现为该溶液既符合拉乌尔定律，又符合道尔顿定律。由于分子间吸引力不因混合而有所变化，因此，混合形成溶液时，无容积效应，既混合液的容积为两纯组分容积之和，并且无混合热效应，既不放热也不吸热，混合温度不变。理想溶液是一些性质相似，分子大小接近的组分所组成溶液一个很好的近似。2、非理想溶液工业上处理的混合液，不少与理想溶液有较大差别，主要是由于不同组分的分子间的作用力与相同组分间的作用力不同，大量遇到的是所谓的正偏差系统，这种溶液相异分子间的互吸引力小于相同分子的互吸力，由于不同组分同一排拆倾向，使溶液的饱和蒸汽压较理想溶液为高，沸点比理想溶液低。五、泡点与露点各纯组分液体在一定的温度下处于相平衡时，有其不同的饱和蒸汽压，当其蒸汽压与外压相等时，液体就会沸腾，液体开始沸腾的温度称为该压力下的沸点。沸点与压力有关，压力增大，沸点上升，一般说来组分愈低，易挥发。混合组分在恒温下，沸腾温度与冷凝温度与纯组分不同,它随混合物的组成而变化，这时就不能用“沸点”的概念，而通常用泡点和露点的概念来表示各混合和物的沸腾汽化与冷凝的温度。泡点在一定的压力下，将液体混合物加热，当出现第一个汽泡时的平衡温度，称为该混合物的泡点。露点将混合气体冷却，当出现第一滴液体时平衡温度称之为该混合物的露点，在相同压力下，混合物的重组分的含量愈高，则它的泡点、露点温度愈高。轻组分含量多则相反。当混合组分一定时，泡点与露点随压力的增加而增加，气体的温度如果高于其露点温度，则称之为过热气体。液体的温度如果低于泡点温度，则称为过冷液体。对于一种纯物质，在一定的压力下，它的泡点温度和露点温度是相同的，也就是其沸点，如水在常压下它的泡点和露点温度均为100，对于混合物，它的泡点和露点随组成变化而变化，它的泡点温度要低于露点温度。六、挥发和相对挥发度精馏能分离混合液的基本依据是两组分挥发性的差异，因此可以粗略地用沸点差来判别分离难易，沸点差大的容易分离，小的难以分离，这样的判别方法虽然简便但不全面，一般采用挥发度与相对挥发度来判别分离的难易程度。挥发度挥发度通常是用来表示纯物质在一定条件下蒸汽压的大小，也就是其分子向周围扩散挥发的能力，因此，具有较高蒸汽压的物质，其挥发度也大，称之为易挥发性物质，它的分子向周围空间扩散挥发的能力大；反之，蒸汽压较低的物质其挥发度也小，称之为难挥发性物质，它的分子向周围扩散的能力小。相对挥发度相对挥发度是指互溶两组分的挥发度之比。对于理想溶液来说，也就是等于两个纯组分的饱和蒸汽压之比，相对挥发度是温度、压强和浓度的函数，压强大则相对挥度小，压强小则大。相对挥发度随温度而改变，对于许多有机化合物和烃类化合物相对挥发度随温度的增高而变小，但此变化缓慢，相对挥发度不但能说明混合液能否分离，而且也能预测分离的难易程度，对于相对挥发度为1的二元混合液在汽化时，所生成的蒸汽组成与混合液组成相同，故不能用简单的蒸馏方法将其分离。所以，若分离混合液必须是混合液各组分在同一温度下的蒸汽压力不同，也就是相对挥发度大于1，相对挥发度愈大，越易分离，在二元混合物中，轻组分A对重组分B的相对挥发度AB=KA/KB对于理想溶液：AB=PA/PBKA、KB分另为A、B两组分的相平衡常数。PA、PB分别为A、B分别两组分的饱和蒸汽压。七、汽化与冷凝在精馏分离过程中，我们会经常遇到汽化与冷凝的问题，比如说：原料加热后进入精馏塔的汽化，塔底产品经再沸器加热的汽化，这些都是汽化问题，塔顶蒸汽的部分冷凝或全凝，每层塔盘上不同温度的汽液两相接触时，蒸汽被部分冷凝，液体被部分汽化，这些都牵扯到冷凝与汽化的问题。由道尔顿定律和拉乌尔定律可知，液体混合物在沸腾时各组分在气体和液体中的组成是不同的，即低沸点的组分在气相中含量多，高沸点组分在液相中含量多，高沸点组分在液相中含量多，所以，混合物的分离是不断冷凝与汽化的问题。一次汽化与一次冷凝混合液体加热使之部分汽化，汽化所产生的气体和液体始终密切接触，如果接触足够充分，在一定的温度和压力下达到相平衡时，使汽液两相分开，这种汽化称之为一次汽化或平衡冷凝。如果4.5104吨/年，气体分馏装置，液化气被加热后进入塔-100的汽化过程，如图：与一次汽化过程相反，将混合气体降温冷却，使之部分冷凝，冷凝液体始终密切接触，如果接触足够充分，在一定的温度和压力下，可以达到汽液相平衡，使汽液两相分开，这种冷凝过程称之为一次冷凝。将混合液体加热使之汽化，因轻组分（蒸汽压大、沸点低、挥发度大）易挥发，由拉乌尔定律和道尔顿定律可知，气体中的轻组分的浓度较原来轻组分的浓度要大。混合气体降低温度，使之部分冷凝时，因重组分（蒸汽压小、沸点高、挥发度小）容易冷凝，故冷凝中重组分浓度比原来混合液体中重组分浓度要大。所以一次汽化或一次冷凝对混合物有一定的分离作用，但是分离程度的大小受相平衡关系的限制。因此，单靠一次汽化或冷凝是不能将混合物分离为纯度较高的轻组分和重组分。渐次汽化或渐次冷凝在汽化过程中，如果将汽化产生的气体不断引出并冷凝下来，而液体的温度不断上升到某一规定限度为止，此过程称为渐次汽化过程，和渐次汽化过程相反的过程是渐次冷凝过程，即在恒压下恒混合气体降温冷凝过程中，将凝液不断引出，随着温度的降低，凝液中轻组分的浓度逐渐增大，直至气体全部冷凝，此过程就是一简单的蒸馏过程。进入塔内原料的汽化量（V）与原料量（F）之比称之为汽化率（e），汽化率的高低反映进料的状况。e0为过冷液体进料；0e1为过热蒸汽进料。九、回流与回流比回流：塔顶气体经过冷却冷凝后一部分作为塔顶产品送出，另一部分打入塔内作为回流，这就是液相回流，再沸器把塔底物料加热后，汽相返回塔内作为回流，此称之为汽相回流。回流比塔顶回流流量与塔顶产品流量的比值称之为回流比（R）R=L/D L：塔顶回流流量；D：塔顶产品流量。在精馏塔中，必须有足够的液相回流才能得到良好的分离效果，实践表明：减小回流比，则精馏效果变差，当回流比减小到某一程度，可能会导致没有足够的液体返回塔内，使上行的蒸汽逐渐得到增浓，也就是精馏塔失去分离能力，这时的回流比称之为最小回流比（Rmin）实际的精馏不能在低于或等于最小回流比下进行。在最小回流比下要求实现分离要求，必须有无穷多的塔板。一般情况下，操作回流比R=（1.32.0）Rmin，另一种极限操作情况是将馏出物全部作为回流称为全回流操作，在全回流条件，要达到一定的分离程度所需的塔板数最少，称为理想塔板数Nmin，液相负荷和汽相负荷沿塔高自下而上逐渐增大，在第1，2层塔板间汽液相负荷达到最大值，经过第一层塔板后汽液相负荷均显著减少，要达到 较好的分离效果，必须保证精馏过程所必须的条件。现实的精馏过程中，保证塔内温度分布均匀，即从上到下温度逐渐升高这一条件，就是依靠回流的作用。4.5万吨/年气分装置液相回流两种：顶回流，塔顶汽相经冷凝后一部分做为塔顶产品抽出，一部分打入塔内作为顶回流，顶回流一般采用冷回流。内回流：是塔内各塔板上的液相回流称为内回流（或热回流），其特点是回流温度都处在饱和温度下。如塔-101/3经泵打回塔-101/2，又经泵打回塔-101/1，这是热回流。十、理论塔板与实际塔板尽管从过程的实质来说，精馏为一传质、传热过程，但这一过程十分复杂。特别是塔板与汽液两相的传质、传热，这与汽液两相的接触面积的混合程度，汽液相流速等有关，而这些与塔板结构密切相关。因此难以采用和传热速率类似的方法，应用传质、传热速率方程来处理，为了使问题简化引入理论塔板和效率概念。所谓理论塔盘是指这样的一块塔板，当汽液两相在其上进行接触时汽液两相在传质、传热方面都达到平衡，既汽液两相温度相同，且呈平衡状态，理论塔板是一对实际塔板的一种近似，实际塔板由于种种原因不可能使两相都达到平衡，然而，理论塔板可以作为衡量实际塔板分离效果的基础，它们之间的差别，可以用塔板效率来校正。精馏塔板数量的多少是根据理论计算，并结合经验数据而确定的，单靠理论计算而求出的塔板数称为理论塔板数，实际塔板上进行传热和传质过程远没有达到平衡，还存在一个板效率问题，如图22表示第几层塔板的情况，它的分离能力可以用在该板上平衡的汽液两相浓度为Yn和Xn(分子分率)，Yn、Yn+1为离开第n板及n+1板的汽相组成（分子分率），Xn、Xn+1离开第n层板及n-1板液相组成，如果为理想塔板其分离能力应为(Yn-Yn+1)或（Xn-1-Xn），实际塔板与理想板的分离能力之比，称为板效率（EM）。对于汽相EMV=Yn-Yn+1/Yn-Yn+1对于液相EML=Xn-1Xn/Xn-1-Xn精馏塔内各板效率是不同的，工程上常用全塔效率的概念，其意义为传质（即精馏过程）所需的理论板数NT与实际板数N之比EI=NT/N第四节、精馏原理一、相间传质“双阻力”理论认为，在相同传质的情况下，扩散阻力只存在于两侧液体之内而在界面液体的传递没有阻力，通常情况下，传质的阻力主要来源于一侧，传质速率主要受一侧所控制，如果传质速率主要受液侧阻力所控制，叫液阻控制，也叫液膜控制，相反的情况叫汽阻控制或汽膜控制。在石油精馏中，轻质油品的精馏塔常常处于液阻控制的情形，而重质油品的精馏塔往往属于汽阻控制，对于所考察的体系一旦能够判断属于汽阻还是液阻控制，对于设备造型计算和强化操作都具有指导性意义。二、精馏过程的实质精馏过程的实质是汽液两相在塔内进行多次部分汽化和部分冷凝过程的有机结合，在汽化与冷凝的同时，存在着传质、传热过程，最终达到使混合物分离的目的。精馏过程的基本条件：1、进料中各组分的挥发度不同，即相对挥发度大于1，这是精馏过程首要的条件，相对挥发度愈大，愈容易分离。2、必须提供足够的汽液两相传质、传热的场所，即塔板。3、在每层塔板上同时存在着相接触的汽液两相都是不平衡的，即具有浓度差和温度差，否则传质传热就无法进行。4、为了在塔内产生浓度差和温度差，顶部的冷凝器和底部的再沸器所造成的回流是必要的条件。顶部产品冷凝器为精馏过程提供了轻组分浓度很高，而温度较低的液相回流，底部再沸器则提供了汽相回流，它的重组分浓度很高，温度也比较高，这就是每层塔板造成的相应的汽相回流，其重组分总是高于平衡汽相浓度，其温度也高于平衡温度，于是在顶部液相回流和底部的汽相回流协同作用下，各接触级才具备了相间差别和温度梯度，使精馏得以顺利进行。3、精馏塔的构成一个完整的精馏塔由精馏段、提馏段和进料段三部分构成的。如图23所示。原料在进料段汽化以后，自下而上进入塔的上部，塔顶液相回流自上而下流动，在塔的上半部的各接触级中与上升的汽流相接触，液相回流中低沸点组分的浓度自上而下不断下降，而其温度则逐渐上升，而汽相中的轻组分浓度则自下而上不断升高，其温度则逐渐降低到塔顶时，低沸点的浓度提的很高，可接近于纯轻组分。精馏塔的上半部的作用，就在于将进料中的轻组分提浓，在塔顶得到合乎要求的产品，精馏塔的这一段称为精馏段，其中进行的是精馏过程。液相回流是精馏操作的必要条件，如果没有液相回流，汽流就会一直穿过精馏段直近塔顶而不会有任何提浓作用。精馏塔进料段下方直至塔底，是提馏段进料的液相部分与精馏段底部流下来的液体一起进入提馏段，在其中的几个接触级中，此液流与逆流而上的汽相回流相接触，逐级传质、传热，液流中的低沸点组分逐渐被提出，最后由塔底流入再沸器，残剩在液体的轻组分被汽化殆尽，得到合格的塔底产品。再沸器中形成的气体，返回塔底作为汽相回流。如果提馏段底部不供给汽相回流，则液体是穿流而过，其中的重组分没有可能被提纯。因此汽相回流是提馏段操作必要条件，非此不能在塔底取得高浓度的重组分，也不能保证塔顶产品的收率，可见提馏段的作用就是将进料的液相部分提浓以保证塔底产品的质量，从而也提高了塔顶产品的收率，从本质上看，提馏段中发生的依然是精馏过程。综合上述内容，可以得出结论：若要求从进料混合物同时获得高纯度的轻重产品，精馏塔必须兼备精馏段和提馏段，这样的塔称为完整的精馏塔。在只需制取一种高纯度产品的情况下，为简化计，所采用的精馏塔可以仅有精馏段（以得到较纯的低沸点产品）或提馏段（以得到较纯的高沸点产品）组成。这样的塔称为不完整精馏塔或半截塔。四、进料与进料口的选择进料塔入塔的部位称为进料段，进料段下方的一层塔板为进料板，因为进料常常在此汽化闪蒸，所以进料段又叫汽化段，进料段通常只有一个汽化空间，有时设有切线进料和防冲装置，在进料段中，进料的汽相部分与提馏段来的汽流汇合而上升于精馏段，液相部分则与精馏段来的液相回流而下降至提馏段。最适宜的进料口就是在相同的理论板数和相同的操作条件下，具有最大分离效果和分离能力的位置，或同一操作条件下所需要理论板数为最少的进料位置。在气分装置中，有的塔设计有几个进料口，4.5万吨/年气分装置的丙烷、丙烯分离塔均设有三个进料口，当进料口组成发生变化时，可以调整进料口位置。当进料组成中轻关键组分比正常操作低时，应将进料位置下移，以增加精馏段的板数，从而提高精馏段的分离能力。当进料中轻关键组分较正常高时，进料口应上移，是为了增加提馏段的板数，以提高提馏段分离能力。总之，在进料口处的进料板上，进料组成中轻关键组分含量应小于精馏段最大一层塔板上的轻关键组分的含量，这样进料后就不至于破坏各层板的物料平衡，从而保证平稳操作，正常生产。五、塔板上的汽液传质过程精馏塔中汽、液两相的传质主要在塔板上进行，为此每块塔板均需开设一定数量的供气体通过的通道，气体通道有多种形式，即塔板的形式多种多样，如筛板、导向筛板、浮阀、泡罩、舌片等，这些塔板各有利弊，可根据原料性质，操作弹性，处理量的大小来选择，4.5万吨/年气分装置塔除脱乙烷塔外其余都是浮阀塔板。为了使液体由上塔板流至下塔板，绝大多数的塔板之间需设置供液体通过的通道，称为降液管或溢流管，显然，降液管的存在将占去大部分塔板面积，降液管常采用方形，只有一股液体横向流过塔板的溢流称为单溢流，在塔板两边都有降液管的称为双溢流，降液管上端高出塔板的一段距离形成溢流堰，其作用就是迫使横过塔板上的液体由基上流出，从而使塔上能够维持一定厚度的液层。筛板和浮阀塔的生产实践和研究发现，从严重漏液到液泛的范围中，工业规模的塔板可能存在三种类型的汽液接触状况，如图24所示。鼓泡状态发生在低气流率区域，气体被分散成断断续续的气泡，气泡的表面为两相间传质面积，紧靠板面还有一层清液层，随气速的增大而减薄，此接触状态下的湍流程度 弱，传质面积小，传质速度低，效率差。泡沫状态随着气体流量的增大，两相接触状由鼓泡状转变为泡沫状态，此时，气泡已成串，液体不断地成膜状而存在气泡之间，泡沫剧烈湍动，气泡不断破裂和生成，为传质创造了良好的条件，是工业塔板重要的汽液接触状态之一。喷射状态在适当的气体流量范围和合适的筛孔直径及开孔率下，筛孔或阀孔中吹出的高速气流使液体喷射成液滴，液体由连续相变成分散相，而气体变成连续相，喷射下的两相间传质为液滴群表面，液体流经每一块塔板都受到分散和聚并的作用，同样为传质创造了良好的条件，也是工业塔板上一种重要的气液接触状态，喷射状态下操作，塔板的处理能力大，但雾沫夹带严重，这时塔板间距应适当增大。应当指出：汽液两相在塔板上的接触和流动状态是比较复杂的，它往往同时给传质带来一些不利的影响。气体穿过液层时，部分液体被气体分散成液滴或雾沫，少量液滴和雾沫将不可避免地被上升气体带至上层塔板，这种现象称为雾沫夹带。类似的，越过溢流堰进入降液管的液体也不可避免地夹带少量气体，若来不及释出将被带至下层塔板，这种现象称为汽泡夹带，显然，无论是液体夹带还是汽泡夹带，都使得塔板上已经分离的汽液两相少部分又和待分离的汽液两相重新混合，常称为返混，结果使塔板效率降低。液体横过塔板流动时要克服阻力，故塔板进口处的液层一定比出口处的稍高，这个高度差称为液面落差或水力坡度，液面落差的存在将导致气流分布不均，此外，液体横过塔板流动时，由于受到塔壁的作用使速度分布不均；中央部分的液体流速较大，而靠近塔壁部分的液体流速较小，在液体流速很低时，这种液体分布不均甚至可以在塔壁附近形成液流不畅的滞流区，显然，气流或液流的分布不均会妨碍塔板上汽液两相均匀而充分的接触，从而影响塔板的传质性能。如果塔的设计或操作不当，还可能出现以下几种非常状况：液泛精馏塔中液体自上而下和气体呈逆流接触，并在塔板上和气体进行传质，当气流量大时，使气体通过每层塔板的压降增大，同时液体通过降液管的阻力也变大，引起降液管中液体泛滥，这种现象称为液泛。雾沫夹带雾沫夹带是指下层塔板产生的雾滴，被上升的气流带到上层塔板的现象。漏液当塔板上汽相负荷减小，从而导致气相速度降低，当气流速度小到一定程度时，液体就会从气体通道漏下，这种现象称为漏液。第五节、多元分离系统在炼油厂中二元精馏是罕见的，经常遇到的是多组分混合物的分离，即多元精馏。4.5万吨/年气体分馏就属于多元精馏。虽然双组分精馏的基本原理都可以应用到多元精馏中，但是多元精馏，由于组分数较多，流程复杂，需要解决的问题也更为复杂。多元混合物的分离，可区分为两种情况：要求混合物中的若干个组分精确分离，从而得到一系列产品，如4.5万吨/年气体分馏装置。只要求将混合物按一定的要求分成“轻”、“重”两个馏分，例如汽油稳定中，只要将未稳定汽油中C1C4烃类脱除，得到蒸汽压合格的稳定汽油。对于第二种情况，如汽油稳定，一个塔就可以完成任务，但是在第一种情况下，当要求由进料分离得到一系列的产品时，显然 一个塔就不够了，由于这些塔中除最后那个塔可分出一个纯度较高组分外，其余各个塔都只能分出一个高纯度的组分，所以分离N个组分就需N-1个塔，这N-1个塔又可以以不同方式组合成各种流程，这就产生了流程方案的比较选择的问题。对于多组分精馏，除最后那个塔外，其余各塔至少涉及二个组分，有时可能是塔顶和塔底都含有多个组分。因此，相应地只能根据该塔的主要分离目的，从中选取两个组分来规定其分离要求，而且只能规定其中较难挥发组分在馏出液中的组成不得高于某一个允许值，易挥发性组分在釜液中的组成不得高于某一允许值。显然这两个关键组分对精馏过程中的计算和分析将起关键的作用，常称为关键组分。其中挥发度较大的称为轻关键组分，挥发度较小的称为重关键组分，而其余的组分则称为非关键组分，例如：在脱乙烷塔中，乙烷为轻关键组分，挥发度与乙烷相邻的重关键组分为丙烯。选择关键组分时，有几条原则可以遵循：当要求得到较纯的产品时，所选择的组分应该是沸点相邻的两组分。仅要求粗略地分离时，关键组分的选择主要是保证合格产品的最佳收率。在有的情况下，关键组分是不是相邻的两个组分，其间夹一、二个中间或者叫分配组分，例如在脱丙烯塔中，可能同时要求丙烯（塔顶）和异丁烯的回收率，就可以选它们为轻、重关键组分，其间的丙烯、异丁烷作为中间组分。第二章、气分装置简介1、气体分馏装置设计加工能力为4.5万吨/年，于1997年1月建成投产。中间经两次技术改造，于1998年6月生产出合格产品。2、工艺流程说明经脱硫后的液化气进入气分装置原料罐，作为气体分馏的原料，装置开工生产时，将液化气由原料罐引进气分装置原料缓冲罐（容100），原料在原料罐中经沉降脱水后，由原料泵（泵100/1,2,3）抽出，经原料预加热器（换100）向脱乙烷塔（塔100）进料，在塔内完成分离脱掉C2组分的任务。脱乙烷塔底加热器（换101）用0.50.1Mpa饱和蒸汽加热。塔顶气相通过冷凝冷却器（冷100）冷却后，进入回流罐（容101）回流罐内的液面经沉降脱水后，由回流泵（泵101/1,2）抽出打回塔内最上层塔盘，为塔内精馏提供液相回流。回流罐内的不凝气排入瓦斯管网。脱乙烷塔底物料由自压向丙烯塔（塔101/2）进料。丙烯塔是由三个塔（塔101/1，塔101/2，塔101/3）构成。塔101/2的下部与塔101/1构成提馏段，由泵102/1,2,3打内回流。塔101/2与上部塔101/3构成精馏段，由泵102/4,5,6打内回流。丙烯塔101/1底加热器（换102）用0.50.1Mpa蒸汽加热。丙烯顶101顶，即（塔101/3）塔顶气相去冷凝冷却器（冷101/1,2,3），经冷凝冷却后的液体进入回流罐（容102）。在回流罐经沉降脱水后，由丙烯回流泵（泵103/1,2,3）抽出一部分作为塔顶回流返回塔内，一部分作为丙烯产品出装置，丙烯纯度控制在99.5%以上。经脱丙烯塔（即塔101/1）塔底分离出丙烯后，塔底物料作为液化气组分送往液化气罐区。3、工艺流程图：见工艺操作规程附图。4、产品质量指标：5、工艺控制参数：（设计参数）6、设备规格表、塔类：、冷换设备、机泵、容器、安全阀7、仪表一览表温度测量调节仪表、压力测量仪表、流量仪表、液位仪表：第三章、气分装置开停工气分装置的任务：由催化裂化装置生产的液化石油气经脱硫后进入气体分馏装置作为原料，液化石油气中含有C3-C4的烷烃和烯烃和少量C2及C5以上的重组分，此外还有微量的非烃类，如CO、CO2、O2、H2S和有机硫等。在本装置内通过精馏使混合液态烃得到分离，从而生产出高纯度的丙烯及其余部分，作为液化气或者作为溶剂和化工生产的原料，装置的设计加工能力为4.5万吨/年，聚丙烯产量为1.4万吨/年。一、开工方案（岗位操作法）1、开工前的全面检查、精馏塔的检查检查地脚螺栓是否坚固，入孔有无垫片，螺检是否把紧，塔顶安全阀、放空阀、压力表安装部位量程是否符合设计要求，各附件是否安装齐全，与塔联接的法兰阀门是否把紧，所加的盲板是否全部拆除，塔体必要的开口是否堵死，塔内的塔盘及构件安装是否符合设计图纸要求，塔内杂物是否清扫。、冷换设备的检查检查各冷凝设备的浮头的垫片材质是否符合设计要求，螺栓是否齐全，把紧管线的流向是否正确，温度计、压力表、丝堵、低点放空，地脚螺栓是否安装完毕。、容器的检查检查各容器的各进出口法兰，入孔垫片，螺栓材质是否符合要求。安全阀、压力表、温度计、液面计、放空阀、排凝阀是否安装完毕，容器内杂质是否清除。、机泵检查检查地脚螺栓是否紧固，泵出入口管线安装是否正确，进出口阀门安装是否能用，安装位置是否合理，便于操作，开关使用是否灵活，单项阀压力表、压力表、流量计、放空阀等附件是否安装完毕，机泵冷却水是否畅通。、工艺管线检查检查管线的焊缝及口径是否符合设计要求，阀门安装是否正确，便于操作，开关操作是否灵活。管线上的支、吊管抚是否牢固，管线上的加盲板处是否拆除，应加盲板是否加好。、仪表的检查检查控制阀材质，控制方案，控制范围及表的选用，安装位置是否符合设计要求，构件要齐全无损。控制仪表调节阀型号、规格是否符合要求。调节阀安装方向是否正确。、铭牌和标记的检查所有的设备、机泵在合适的位置写上醒目的工艺编号，在每条管线的起点，终点和必要中途部位要写清楚介质的来源和去向。每条管线及设备所涂刷的颜色是否符合要求。管线设备保温质量是否达到生产要求，各设备的铭牌不得损失和涂盖。、安全设施的检查装置内消防蒸汽和消防水线能否满足安全生产需要，各消防器具是否齐全，各设备机泵的静电接地是否安装完毕，符合要求。2、蒸汽吹扫蒸汽吹扫的要求和注意事项a）将施工过程中遗留在管线内的脏物及铁锈吹扫干净，保证工艺管线畅通，符合生产要求。b）吹扫前管线上的孔板、控制阀、单项阀、流量计等都应拆下，管线内的脏物不充许吹入塔内、容器、换热器、冷却器泵体内，根据情况进冷却器、换热器等容器前拆法兰，（并用铁片将法兰盖好）排放或走副线不进冷换设备。c）吹扫前，应注意检查各冷却器循环水是否停止且关闭上下游阀，打开放空阀放净存水。d）根据吹扫流程是否改好，有无放工漏项及未封口处。e）注意压力、液面计阀吹扫时先不打开。f）按吹扫流程吹扫逐段进行不可遗漏。g）吹扫时注意安全，防止伤人。h）吹扫完毕后，把管线内和设备的存水放净，并把拆下的法兰重新安装。i）吹扫过程中，装置内吹扫尽量不留死角、盲肠，一般情况下均采用就近取汽，阀前后法兰处排除污物。j）有些管线阀门等不必拆法兰，只要管线吹扫干净，无污杂物，可视具体情况而定。k）吹扫调节阀组时，调节阀拆开，并用铁片堵住，走副线并吹扫上、下游阀，吹净后关闭。l）吹扫时，为保证蒸汽压力，进行分段、分流吹扫，一个系统吹扫完毕后，再进行下系统吹扫。2、脱乙烷岗位吹扫（略）、脱丙烯岗位吹扫（略）3、蒸汽赶空气及液态烃置换为保证开工安全顺利进行，在装置引液态烃前，必须把系统中的空气用蒸汽置换出来。、技术要求：a）按生产流程顺序赶空气b）气密时所加盲板应拆除。c）系统各连通阀，机泵的出口阀均应打开放完。d）打开塔和容器的顶放空阀及低点放空，排放气体。e）置换过程中要注意节约蒸汽。f）采用蒸汽赶空气时，应将高压瓦斯和低压瓦斯的流程贯通开出装置总阀置换，置换后化验合格后关闭。g）置换过程：蒸汽脱水后，从各塔底引入，打开塔回流罐，冷换设备，调节阀组的放空阀，将空气排入大气。、赶空气方法及步骤a）脱乙烷岗位系统引蒸汽赶空气及液态烃置换。蒸汽赶空气流程（略）b）说明容-101顶见蒸汽后，排放10分钟关闭放空阀。待系统压力憋至0.050.1Mpa时，关蒸汽给汽阀，停止进汽，注意在置换过程冷却器必须停水，出入口阀打开排空。c）引液态轻置换流程（略）d）说明（A）在引瓦斯置换蒸汽过程中要注意各低点排空，将蒸汽和水脱净，见瓦斯后立即关闭放空阀。（B）容-100顶排空阀见瓦斯后关闭放空阀，改排火焰15分钟置换完毕，即可进料开工。e）脱丙烯系统蒸汽赶空气及液态烃置换（A）蒸汽赶空气流程（略）容-102顶见蒸汽后，排放10分钟关闭放空阀，待系统压力憋至0.050.1Mpa时，是蒸汽给汽阀，停止进汽。在置换过程中，冷却器必须停水，出口阀打开防止憋压。（B）引液态烃置换流程（略）f）说明（A）在引瓦斯置换蒸汽过程中要注意各低点排空，将蒸汽和水脱净，见瓦斯后立即关闭放空阀。（B）注：由塔-100底引液态烃置换塔-101系统蒸汽，先置换塔101/2进料线，关闭进料阀，然后按流程向塔-101/1底引液态烃。（C）容-102顶排空阀见瓦斯后，关放空阀，改排火炬15分钟，置换完毕，即可进料开工。4、开工方案、进料前的准备工作a）检查原料、产品线是否畅通，管线中的盲板应拆的是否拆除，应加的是否加好，设备管线拆口是否全部把好，有无缺漏顶，敝口处是否做处理。b）检查所有阀门是否符合开工要求，压力表、温度计等零部件是否齐全好用。流程是否改好正确无误。c）详细检查消防设施及可燃气体报警，设备是否灵活好用。d）与调度联系准备开工，做好开工各项安排。e）与油品车间联系，准备好原料罐及产品罐，原料要做好脱水。f）与电工、钳工联系，按需要启动机泵和有关设备。g）与供排水联系保证循环水、新鲜水供应。h）与仪表车间联系准备投用控制仪表。i）与动力联系引蒸汽。j）与质检处联系，做好分析化验的准备。k）各塔进料位置根据分析选择适宜进料口。l）打开各安全阀的入口阀门，使安全阀投入使用。m）进料前系统要进行蒸汽赶空气，使系统内含氧分析合格，引原料时，先用液态烃置换蒸汽，然后引进原料，操作方法见赶空气及置换步骤。、开工步骤a、脱乙烷岗位开工（A）蒸汽赶空气（见赶空气方法）（B）改好塔-100系统流程，关闭塔-100底至塔-101/2进料之间的阀门。（C）引液态烃置换蒸汽。（见置换方法）（D）从原料罐引合格的液态烃进原料缓冲罐容-100，投表LIC907，操作时要缓慢，在引进原料的过程中注意容-100的脱水。（E）启用流量控制FRC901，当容-100液面过至50%时，启动泵-100/1,2,3，以每小时34吨的流量向塔-100开始进料。（F）启用表TRC901，换-100管程，通入少量蒸汽缓慢升温，逐渐达到正常进料温度，投用冷-100，投表PRCA-901。（G）启用表LRC901，根据塔-100底液面情况，液面过高时，塔底物料外送走不合格线去罐区。（H）当塔-100底液面达到20%时，启用表TRC-902，换-101投用，升温过程要严格控制升温速度，以每小时20的速度，升温至正常控制指标。（I）当容-101液面达到50%时，启动表FRC-902，启动泵-101/1,2，塔-100顶打回流，视液面情况控制回流。（J）调节温度、压力使其达到正常工艺指标，稳定塔的操作，联系采样分析，塔顶、塔底产品合格后，可向塔-101/2进，根据生产情况，塔-100进料量提至正常。b、脱丙烯岗位开工（A）蒸汽赶空气（见赶空气方法）（B）塔-100底产品合格后，向塔-101/2引液态烃置换蒸汽（见置换方法），置换完毕向塔-101/2进料。（C）启用表LRC-903，当塔-101/2底液面达到50%时，启动泵-102/1,2,3向塔101/1顶打回流，调节LRC-903，以保证塔-101/2底的正常液面。（D）投用冷-101/1,2,3，投用容-102的压力调节阀PRC903，投用塔-101/3顶的压力调节PRCA-902，逐渐调节塔内压力达到正常指标。（E）当塔-101/1底液面达到20%时，投用塔底加热换-102，启用表TRC903以每小时1015的速度升温至正常指标。（F）当回流罐-102液面达到50%时，启用FRC903，启动泵103/4,5,6，向塔-101/3顶打回流，逐渐调节回流量达到正常指标。（G）投用塔-101/1底液位调节阀LRC-902，根据塔-101/1底液面情况，液面过高时，将塔-101/1底物料经冷-104冷却后，送至罐区。（H）启用表LRC-904，当塔-101/3底液面达到50%时，启动泵-102/4,5,6向塔-101/2打回流，同时调节LRC-904，控制塔-101/3的正常液面。（I）改好塔顶产品出装置流程，同时投用容-102液位调节LIC908，当塔-101/3顶馏出量不断增多，回流罐容-102液面不断增高，塔顶不合格产品经不合格线进入罐区。（J）调节温度、压力、液面使其达到正常工艺指标，稳定塔的操作。（K）联系化验分析，当两次采样分析塔顶产品合格后，丙烯产品走不合格线改走合格线，出装置进丙烯球罐。（L）当两次采样分析塔底产品合格后，改走民用烃线。、注意事项a）各塔在进料前均应采样分析含氧量1%，若不合格继续进行瓦斯置换，待合格后改排入低压瓦斯线。b）开工过程中，各岗位要坚守岗位，紧密配合，严格按照开工方案进行。c）在开产过程中，要加强巡回检查，发现问题及时处理。d）加强各容器脱水，脱水时不能离人。e）严格执行工艺纪律及操作规程，各部操作条件按工艺卡执行。f）开工时车间及班组安全员应进行上岗检查及开工安全检查。g）开工过程中，要认真检查，精心操作，严防设备超压，防止安全阀启跳。h）开改流程时，流程改好后，需经车间、班长检查，防止误操作。二、停工方案1、停工要求停工前制定好停工方案及做好停工后，整改堵漏问题项目统计，并充分讨论。做好停工的准备工作及停工检修所需的物品。操作人员必须熟练掌握停工方案，按停工方案进行停工。停工前必须与厂调度、仪表、油品等单位联系，做好准备工作。停工时，注意安全，做到不跑、不冒、不串、不超压、不出任何大小设备或人身事故。停工过程中应服从班长的统一指挥，各岗位要密切配合做到有条不紊，忙而不乱，使装置安全平稳，文明停工。装置停工后所加的盲板必须作好登记，专人负责。塔底降温的同时，必须适当的减少回流量，以防大量塔顶产品压入塔底进入下塔，引起下塔超压。停回流时，必须切断塔底热源。减压应缓慢进行，以防设备冻凝。当塔、容器内液态烃退净后，可向高低压瓦斯管网泄压，放压原则是先排放高压瓦斯系统，待压力平衡后再排放低压瓦斯系统。放压前先与油品车间联系，放压时速度不应太快，应缓慢进行，避免全厂瓦斯系统波动较大。放压时，塔顶水冷却器要使用，各塔底重沸器可通入少量蒸汽，使塔内残余液态烃汽化，缩短放压时间。放压时，应将设备有关的连接管线的阀门打开，避免有憋压地方。严禁向装置内或下水道排放瓦斯，确保安全停工。泄压后，根据要求严格按照吹扫流程进行吹扫，不留死角。需要动改及修检时，要蒸塔48小时，达到动火检修标准。2、停工步骤接到停工指示后，与液化气罐区联系，停送液态烃，关闭原料进装置阀门。通知液化气罐区改好产品进不合格罐的流程。在保证原料泵不抽空的前提下，维持正常处理量，在原料泵-100/1,2,3抽空时，切断塔-100进料阀，停换100逐渐降温。逐渐减少塔-100回流为零，停换101停冷-100。停止进料后，塔-100系统保持温度、压力。当容-101液面抽空后，停泵-101/1,2，逐渐降低塔底温度，塔-100底液面压空后，关闭塔-101/2进料阀，塔-100缓慢降温。塔101/2停止进料后，逐渐降塔-101/3回流量为零，停换-102，冷-101/1,2,3的温度，加大出装置量。塔-101/3顶外送流程：容-102丙烯球罐，容-102液面抽空后，停泵-103/1,2,3，关闭出装置阀。塔-101/3底液面抽空后，停泵-102/4,5,6，塔-101/2底液面抽空后，停泵-102/1,2,3，塔-101/1底液面压空后关闭塔-102的进料阀，塔-101/1,2,3缓慢降温。停工后各设备管线要泄压，打开各塔、容器、机泵的放空阀，将设备内的瓦斯先排入高压瓦斯线，后排入低压瓦斯线。逐个打开系统内所有塔、容器、换热器的停工减液阀，用泵将系统内残余的液态烃送到不合格罐。将系统中各容器、冷却器、换热器中的冷凝水低点排放。3、停工后的处理检查冷却器停水，应打开放空阀，将冷却器内水排净。吹扫前，设备及管线上的温度计应全部取走以防超温损坏。吹扫过程中，应将设备管线的阀门全部拆开，防止短路和死角。吹扫时，各岗位要听指挥，并认真做好吹扫记录。发现管线存液过多，放空口瓦斯浓度较大时，必须用蒸汽保护。蒸汽吹扫流程进行，先主线后支线，做到不遗漏管线，不留死角。吹扫管线时不能把大量的蒸汽吹扫到低压瓦斯线内。各塔均从塔底给汽，由塔顶放空与塔相连的设备、管线一起吹扫蒸汽，吹扫时间为：塔、容器：见汽时间不少于48小时；管线：见汽时间不少于24小时。注意安全，防止任何事故发生，发现问题及时上报处理。蒸汽吹扫完毕后，设备管线内的存水必须放净。吹扫工作结束后，把装置与系统连接的管线全部断开，并加好盲板。设备人孔打开后，要采样分析合格后方可进入施工。三、正常开停工1、正常开工步骤正常开工与新装置开工和大检修后的开工是不同的，它是指在原来停工不退料的基础上开工生产，因此开工较为简单。接开工指示后，按以下步骤开工：联系仪表工启用所有测量调节仪表。联系罐区准备采样分析。联系化验准备采样分析。进行全面的安全检查，检查各安全设施是否齐全，好用。详细检查工艺控制流程，防止开工中的跑、冒、串、跳。打开各冷却器的循环水，将蒸汽引到各换热器入口。开泵-100向塔-100进料，同时启用换-101升温升压。开泵-101向塔-100打回流，并调节各参数，使生产转入正常。待塔-100底产品合格后，向塔-101/2进料，同时启用换-102升温，升压。启用泵-103/1,2,3向塔-101/3打回流，启用泵-102/4,5,6抽塔-101/3底向塔-101/2打内回流。启用泵-102/1,2,3抽塔-101/2底向塔-101/1打内回流，调节各参数使生产转入正常，顶产品不合格时送产品不合格罐。塔-101/3顶丙烯产品合格后，改去成品罐，塔-101/1底物料罐区送。2、正常停工步骤正常的不退料的停工，这种停工方法较检修停工简单得多，一般按以下步骤进行：停止各塔进料，关闭进料阀门。逐步降低塔底温度，减小热源，加大顶底产品出装置量，当回流罐和塔底液面达50%停止出装置，各塔保温保压。关小各冷却器循环水阀。关闭原料进装置及产品出装置的阀门。停工后详细检查流程，将所有应关闭的阀门关闭，防止跑冒串跳。第四章、气分岗位操作法一、脱乙烷、脱丙烯岗位1、操作中注意的问题注意观察并掌握各塔系统