第八章 石油蒸馏过程.ppt

1、第八章 石油蒸馏过程,Crude oil Distillation,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。,：,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:

2、 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,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,泡点和

3、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,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

4、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,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,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

5、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,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,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，

6、分离程度也还不高，一般只是在实验室中使用,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,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,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

7、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。,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

8、和控制系统,拔头原油,280,370,常压渣油，AR,400,减压渣油，VR,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,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

9、+2HClFeCl2+H2S,3、炼厂蒸馏装置的工艺流程 燃料型, 燃料-润滑油型, 燃料-化工型,第二节 原油常压精馏塔,一、原油常压精馏塔的工艺特征,常减压蒸馏装置,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,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

10、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,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,二、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

11、般是凭经验估算得到的,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,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,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,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

12、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,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

13、冷却时高，因而造成内回流量增大，另外流程也更复杂,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,循环回流： 塔顶循环回流 中段循环回流,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

14、 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,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,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）,五、操作条件的确定 1操作压力 (1)回流罐压

15、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,(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,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,3

16、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%,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,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(

17、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,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,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,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

18、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,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,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，没有运转不灵，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

19、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,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

20、馏出线压降。,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,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,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

21、大了塔顶冷凝冷却器的负荷 含油污水量大,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,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）,第五节 原油蒸馏的换热方案 及腐蚀与防腐,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

22、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 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,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