第八章-塔

1第八章塔塔是整个常减压蒸馏装置工艺过程的核心设备，原油在分馏塔中通过传质、传热实现分馏作用，最终将原油分离成不同馏分的产品。塔的性能及操作的好坏，对常减压装置的产品质量和油品收率及装置能耗都有很大的影响。由于三塔（初馏塔、常压塔、减压塔）汽化流程包含了两塔汽化（常压塔、减压塔）流程的内容，且应用较为普遍，故本章只介绍三塔汽化流程的常减压蒸馏装置中的塔及其操作。根据塔内气液接触构件的结构形式的不同，塔可分为板式塔和填料塔及塔板、填料混合塔；根据塔内压力不同，分为常压塔、减压塔和高压塔（如稳定塔）。8.1.塔的结构、作用及相关流程常减压装置分馏塔通常由圆柱形的壳体及内构件等组成。8.1.1初馏塔的结构、作用及相关流程原油换热到230℃左右，进入初馏塔或闪蒸塔，已经有部分轻质油品汽化，初馏塔的任务就是对原油进行一次预蒸馏，从塔顶拔出原油中的部分汽油组分。换后原油进入汽化段后部分汽化，流入塔底的液相部分（初底油）送至常压炉。汽相上升到塔顶从塔顶拔出原油中的部分汽油组分。侧线可根据目的产品的要求而设置，例如作为回流或者作为产品出装置在原油性质较轻的情况下，开初馏塔侧线对降低常压炉和常压塔的负荷、提高装置处理量效果明显，且有利于常压一线油收率的提高。闪蒸塔的塔顶及侧线均不出产品，塔顶汽相至常顶冷凝冷却系统。初馏塔的作用主要有以下几点：①由于初馏塔的进塔温度较低，当需要生产重整原料，而原油中的砷含量又较高时，初顶可以生产出砷含量较低的干点170℃左右重整原料，其余的轻馏份则因进料温度较高砷含量较高自常压塔顶拔出；②当原油带水或电脱盐系统波动时，则增加初馏塔对稳定常压塔的操作，防止冲塔事故的发生较有好处；③稳定常压塔的操作。设置初馏塔可以大大降低因原油性质变化以及其它因素而引起的常压塔的操作波动，有利于生产工序的稳定。④在加工高硫高盐等劣质原油时，由于塔顶低温部位H2S—HCl—H2O型腐2蚀严重，设置初馏塔后，可将大部分腐蚀转移到初馏塔顶，减轻常压塔顶系统的腐蚀，这样做在经济上较为合理；⑤初馏塔可以采用较高的操作压力（绝压0.2～0.4MPa）以减少轻质馏分的损失。典型的初馏塔结构图8-1及工艺流程图8-2。8.1.2常压塔的结构、作用及相关流程常压塔的主要作用是切割350℃以前的馏分，如汽油、煤油和柴油等。因此，常压塔侧线开得较多，一般开3～4个侧线。初底油经常压炉加热到360～370℃左右进入常压塔。从塔顶馏出汽油馏分或重整原料油，从塔侧分别引出煤油和轻重柴油等侧线馏分。有些装置还利用常一线生产200#溶剂油。为了取走剩余热量，设一个塔顶冷回流和/或顶循环回流以及2～3个中段回流，使塔的负荷分布趋于均匀。塔底油经泵送至减压炉。常压塔的侧线一般均设有汽提塔，以提高产品的闪点及初馏点和塔的分离效果。汽提塔一般采用水蒸汽蒸馏的方式分离出常压侧线产品中的部分轻组分。典型的常压塔及常压汽提塔结构见图8-3、图8-4，工艺流程图见图9-5：3安全阀安全阀挥发线顶回流入口顶循环侧线进料热补偿放样口压差计管热电偶塔底油出口2423222019181716151413121110987654321热电偶图8-1初馏塔结构简图4图8-2初馏塔系统简单工艺流程图51413121098三中返回三中抽出出常四线抽出过热蒸汽玻璃液面计热电偶三线抽出46201918173332313045444342414039383736353429282726252423222116压力计常顶回流安全阀油汽出口二中返回二线汽热电偶一中抽出图8-3常压塔结构简图一线抽出二线抽出热电偶二中抽出顶循环抽出65432111进料715常五线抽出差压液2面管咀塔底抽出提返回提返回一中返回三线汽一线汽提返回顶循环返回6压力计玻璃液面计图8-4常压汽提塔结构简图抽出抽出抽出进料进料进料油气出油气出油气出7图8-5常压塔系统工艺流程简图由于产品种类较多，取热量大，故常压塔全塔塔板总数较多，一般有42～50层。各侧线之间的大致塔板数见表8-1。表8-1常压塔塔板数馏分塔板数：层汽油～煤油煤油～轻柴油轻柴油～重柴油重柴油～裂化原料裂化原料～进料进料～塔底10～1210～118～106～83～448.1.3减压塔的结构、作用及相关流程原油中的350℃以上的高沸点馏分在高温下会发生分解反应，为了保证该馏分范围的质量，所以在常压塔的操作条件下不能获得这些馏分，而只能在减压8和较低的温度下通过减压蒸馏取得。在现代技术水平下，通过减压蒸馏可以从常压重油中蒸馏出沸点约550℃以前的馏分油。减压蒸馏的核心设备是减压精馏塔和它的抽真空系统。减压塔的作用就是在减压条件下，分割常压炉进料温度下常压塔不能汽化的馏分（常底油），通常是350～550℃之间的馏分，获得加氢裂化料及催化裂化原料或者润滑油基础油料等产品。减压塔有多种类型。根据生产任务的不同，减压塔可分为燃料-化工型和润滑油型两种。燃料-化工型减压塔主要生产农柴和裂化原料，润滑油型减压塔主要生产润滑油基础油。根据工艺特点可以分为干式、湿式和微湿式。减压炉进料注汽或减压塔底吹汽的减压塔称为湿式蒸馏减压塔；否则称为干式蒸馏减压塔；减压塔底吹少量蒸汽的减压塔称为微湿式蒸馏减压塔。一般情况下，无论是哪种类型的减压塔，都要求有尽可能高的拔出率。因为馏分油的残碳值较低，重金属含量很少，更适宜于制备润滑油和作裂化原料。减压塔底的渣油可用于作燃料油、焦化原料、渣油加氢原料或经过加工后生产高粘度指数润滑油和各种沥青。在生产燃料油时，有时为了照顾到燃料油的规格要求(如粘度)也不能拔得太深。但是在一些大型炼厂则多采用尽量深拔以取得较多的直馏馏分油，然后根据需要，再在渣油中掺入一些质量较差的二次加工馏分油的方案，以获得较好的经济效益。根据生产方案的不同，减压塔开侧线数各不相同。如生产润滑油料，则需多开一些，一般为4个侧线，有的开5个侧线。如果只生产加氢或催化原料则侧线可少开一些，流程也可简化，一般开2～3个侧线即可。除侧线以外，减压塔也常开2～3个中段回流，并且多数采用一部分作产品、一部分作回流的形式，以减少减压塔的开口数量。在作为润滑油生产方案时，减压侧线均设有汽提塔，以提高产品的分割效果。只出裂化原料的减压塔侧线则不必设汽提塔，以便节省投资、简化流程。减压塔的结构与装置类型有关。燃料型减压塔的馏分一般是作为催化裂化或加氢裂化的原料，对相邻侧线馏分的分离精度要求不高，故侧线、中段回流以及全塔塔板数相对较少。润滑油型减压塔由于对馏分的馏程宽度有较高要求，故其塔板总数多于燃料型减压塔。近年新建厂多采用高效填料来代替V4型浮阀或网孔塔板，塔高有所降低。9典型的燃料型减压塔结构图8-6及工艺流程图8-7：图8-6减压塔结构简图顶破沫网一线回流返回环矩鞍填料减一出口集油箱减一中回流抽出减二抽出减二中回流抽出减三抽出破沫网减五抽出1716151413121110987654321减四抽出减四线汽提返回减三线汽提返回减二中回流返回减一中回流返回减二线汽提返回汽提蒸汽入口进料渣油出固舌减四抽出冲洗油入口减五汽相入口集油箱环矩鞍填料环矩鞍填料顶油气10图8-7减压塔系统工艺流程简图8.1.4减顶蒸汽抽真空系统减压塔的抽真空设备可以用蒸汽喷射器（也称蒸汽喷射泵或抽空器）或机械真空泵。蒸汽喷射器的结构简单，没有运转部件，使用可靠而无动力机械，并且水蒸汽在炼厂也是即安全又容易得到，因此常减压装置的减压塔多采用蒸汽喷射器来产生真空。但蒸汽喷射器的能量利用效率低，仅2%左右。机械真空泵的能量利用效率一般比蒸汽喷射器高，且能减少污水量。因此，近年来随着机械真空泵制造技术的日益成熟，采用机械真空泵的日渐增多。(1)蒸汽抽真空系统的作用及流程11蒸汽抽真空系统的作用是把减压塔内产生的不凝气（主要是裂解气和漏入的空气）和吹入的蒸汽连续的抽走以保证减压塔的真空度的要求。并把减顶馏出物料中可冷凝组分冷凝为液体加以回收，把常温常压下不可冷凝的气体组分引到加热炉真空火嘴或者升压后送去管网系统。主要设备包括塔顶冷凝器、蒸汽喷射器、中间冷凝器、后冷凝器、受液罐等设备及相应的连接管线。湿式减压蒸馏塔顶流出物由不凝气（裂解气和漏入的空气）、减顶油和水蒸气组成。它们首先在塔顶冷凝器中被冷却，在此大部分水蒸汽和减顶油气被冷凝成液体,由大气腿流入受液罐，未冷凝的水蒸汽及减顶油气被蒸汽喷射器组抽吸并升压，故减顶冷凝器的作用是减小喷射器的吸气量，降低吸气温度。蒸汽喷射器组一般由一级蒸汽喷射器、中间冷凝器和二级蒸汽喷射器组成。干式减压蒸馏在塔顶冷凝器前增加增压喷射器。它的作用是把被抽吸的组分压力提高到略大于大气压，并把所抽吸的可凝组分和蒸汽喷射器的工作蒸汽再冷凝成液体，并由大气腿流入受液罐。典型抽真空系统流程图8-8：(2)蒸汽喷射器及冷凝器蒸汽喷射器是抽真空系统的核心设备，由扩缩喷嘴、扩压管和一个混合室构成。蒸汽喷射器的工作原理：工作蒸汽通过喷嘴形成高速度、蒸汽压力能转变为速度能，与吸入的气体在混合室混合后进入扩压室。在扩压室中，速度逐渐降低，速度能又转变为压力能，从而使抽空器排出的气体压力显著高于吸入室图8-8典型抽真空系统流程图12的压力。蒸汽喷射器的抽真空能力受冷却温度的限制，当系统的绝对压力等于该温度下的饱和蒸汽压时，系统中的水将汽化。系统中绝压越低，水汽化所需的温度越低。增压器的原理和蒸汽喷射器相同，其作用是把塔顶馏出物的压力提高，这样，在常规冷凝器所能达到的冷却温度下，塔顶馏出物和增压器的工作蒸汽就能够被冷凝。干式减压蒸馏对塔顶真空度要求较高，采用二级喷射器不能达到所需的真空度，为此需在塔顶冷凝器加增压器。湿式减压蒸馏减顶真空度一般要求在700mmHg以上，通常是由两个蒸汽喷射器喷射泵串联组成的二级抽真空系统来实现。在二级抽真空系统中，一级喷射器从第一个冷凝器把不凝气抽出，升高压力后排入中间冷凝器。在中间冷凝器，一级喷射器的工作蒸汽被冷凝，不凝气再被二级喷射器抽走，升压后排入管网干式减压蒸馏一般要求减顶残压在30mmHg以下，为此在减压塔顶馏出物进入第一个冷凝器前，再安装一个蒸汽喷射器使馏出气体升压。这个喷射器通常称为增压喷射器。增压喷射器所吸入的气体，除减压塔来的不凝气以外，还有减压塔的汽提水蒸汽，因此负荷很大。这不仅要使增压泵有很大的尺寸，且其工作蒸汽量很大，使装置的能耗和操作费用大大增加。因此，对于湿式减压蒸馏，除非特别需要，尽可能不使用增压喷射器。(3)大气腿与水封罐冷凝器与液封罐之间的连接管线俗称大气腿，冷凝器中的冷凝液经大气腿流入液封罐中。由于冷凝器内处于负压状态，为了保证冷凝液能够顺利排出，同时防止外界空气倒吸入内，大气腿自液封罐液面起到冷凝器出口的高度应大于冷凝器内压力与大气压力差值所相当的水柱高度，一般约10米。液封罐不仅能使冷凝液油水分离，同时具有液封作用，避免空气进入大气腿及冷凝器内。其结构示意图见图9-8。8.2塔的主要内构件塔板和填料是分馏塔的主要内件。塔板是板式塔的主要内件，填料则是填料塔的主要内件。蒸馏塔板或填料在蒸馏过程中主要提供汽、液相良好的接触条件，以便于传热、传质的进行。在蒸馏塔板上或填料表面自上而下流动的轻组分含量较多、温度较低的液体与自下而上流动的温度较高的蒸汽相接触，回流液体的温13度升高、其中轻组分被蒸发到汽相中去。高温的蒸汽被低温的液体所冷却，其中重组分被冷凝下来转到回流液体中去。从而使回流液体每经过一块塔板其中重组分含量有所上升，而上升蒸汽每经过一块塔板的作用轻组分含量也有所上升，这就是蒸馏塔板或填料的传质过程。液相的轻组分汽化需要热量—汽化热，是由汽相中重组分冷凝时放出的热量冷凝热直接提供的。因此在蒸馏塔板上进行传质过程的同时也进行着热量传递的过程。8.2.1塔板板式塔是常减压蒸馏装置最常见的塔，而塔板是板式塔的主要内件，其种类繁多。8.2.1.1塔板的种类在塔板中,近30年来板式塔以泡罩、筛板和浮阀这3种为基本类型发展。我国应用了S型塔板、舌型塔板、浮阀塔板和筛孔塔板,并自行开发了浮喷塔板、斜孔塔板、浮舌塔板、旋流塔板等。同时,还引进了导向筛板、MD筛板、新型垂