石油蒸馏过程全解

石油炼制工艺学第五章原油蒸馏过程2原油气体汽油煤油轻柴油重柴油减一线减二线减三线减四线减压渣油蒸馏3原油的一次加工：原油常减压蒸馏原油的二次加工：催化重整催化裂化加氢裂化延迟焦化，等原油的三次加工：（炼厂气体加工）烷基化异构化叠合醚化（甲基叔丁基醚的生产）4第一节石油及其馏分蒸馏类型1、平衡汽化（闪蒸）与平衡冷凝52、简单蒸馏——渐次汽化简单蒸馏的分离效果要优于平衡汽化。63、精馏精馏过程的两个前提：1）气、液相间的浓度差2）合理的温度梯度精馏过程的实质：不平衡的气液两相，经过热交换，气相多次部分冷凝与液相多次部分气化相结合的过程，从而使气相中轻组分和液相中的重组分都得到了提浓，最后达到预期的分离效果。7蒸馏原理图8实现精馏的必要条件：①精馏塔内必须要有塔板或填料，它是提供气液充分接触的场所。②精馏塔内提供气、液相回流，是保证精馏过程传热传质的另一必要条件。气相回流液相回流9回流的作用和回流方式回流的作用：①提供塔板上的液相回流，创造汽液两相充分接触的条件，达到传质、传热的目的；②取出塔内多余的热量，维持全塔热平衡，利于控制产品质量。回流方式：（1）塔顶冷回流与热回流将塔顶蒸汽冷凝冷却为过冷液体，将其中一部分在塔顶送回塔内作回流，称塔顶冷回流。L0=Q1/(h1-h2)将塔顶蒸汽冷凝为饱和液体，将其中一部分在塔顶送回塔内作回流，称塔顶热回流。10（2）塔顶油汽二级冷凝冷却优点：可大大减少塔顶冷凝冷却器所需的传热面积。缺点：流程较复杂，回流泵耗能增加。对大型装置有利。11（3）循环回流从塔侧某处抽出部分液体经换热冷却后送回塔内作回流称为循环回流。塔顶循环回流中段循环回流塔底循环回流121）塔顶循环回流优点：①利于回收塔顶回流热；②可大大减少塔顶冷凝冷却器所需的传热面积。③可降低塔顶馏出线及冷凝冷却系统的压力降。回流量LC＝QC/（ht1L－ht2L）132）中段循环回流作用：①使汽液相负荷沿塔高分布均匀，可缩小塔径或提高处理量；②利于热量的回收利用。14缺点：影响上方塔板的分离效率；需增设换热塔板，使塔高增加；增加回流泵及换热器，流程较复杂。设置中段回流时需考虑的问题：1）中段回流的数目2）回流进出口温差3）回流进出口位置153）塔底循环回流第二节石油及石油馏分的蒸馏曲线及其换算17原油精馏的分馏精确度1、分馏精确度的表示方法对二元系，可用产品的纯度（或某组分浓度）表示。对石油精馏，常用相邻两馏分的馏分组成或蒸馏曲线的相互关系（间隙或重叠）来表示。18恩氏蒸馏（0～100）间隙＝t0H－t100L恩氏蒸馏（5～95）间隙＝t5H－t95L2、分馏精确度与回流比、塔板数的关系常用经验的方法估计达到分馏精确度所需的回流比及塔板数。石油精馏塔的塔板数主要靠经验选用。3、实沸点切割点和产品收率切割点：（t0H＋t100L）/2，实沸点数据产品收率：由切割点从实沸点蒸馏曲线上查得。19一、石油及石油馏分的蒸馏曲线1、石油及其馏分的蒸馏曲线①恩氏蒸馏曲线（ASTM曲线）②平衡汽化曲线（EFV曲线）③实沸点蒸馏曲线（TBP曲线）2、三种蒸馏曲线的比较图5-7、820三种蒸馏曲线的比较图5-4三种蒸馏曲线比较图5-5用液相温度为坐标的三种蒸馏曲线1-实沸点蒸馏；2-恩氏蒸馏；3-平衡汽化213、蒸馏曲线的相互换算（1）常压蒸馏曲线的相互换算①常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换用P153图5-9换算50％点温度；注意裂化校正用P154图5-10换算各曲线段温度差值；由50％点温度推算得其他各点温度。例5-1②常压恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换用P156图5-12换算50％点温度；用P157图5-13换算各曲线段温度差值；由50％点温度推算得其他各点温度。例5-2③常压实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换P158图5-14,参考线的引入22（2）减压1.33kPa(10mmHg)蒸馏曲线相互换算①恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换假定恩氏蒸馏50％点温度=实沸点蒸馏50％点温度；用P160图5-15换算各曲线段温度差值；由50％点温度推算得其他各点温度。②恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换用P161图5-16换算50％点温度；用P161图5-17换算各曲线段温度差值；由50％点温度推算得其他各点温度。③实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换用P162图5-18换算50％点温度；用P162图5-19换算各曲线段温度差值；由50％点温度推算得其他各点温度。23（3）减压1.33kPa（10mmHg）蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线减压10mmHg实沸点蒸馏曲线换算为常压实沸点曲线减压10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点曲线10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为10mmHg实沸点曲线10mmHg实沸点蒸馏曲线换算为常压实沸点曲线减压10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线常压实沸点蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线24（4）常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线图5-20石油馏分的p-T-e相图25焦点温度、压力的确定：P163图5-21、P164图5-22P164例5-4（5）常压与减压平衡汽化曲线的换算①常压平衡汽化曲线与减压下平衡汽化曲线的换算②减压下不同压力平衡汽化曲线的换算假定减压下平衡汽化曲线各段温差不随压力而变，由相应经验图表换算50%点温度，可推算得各点温度。26第三节石油精馏塔的气、液相负荷分布规律分析方法：隔离体系，热平衡（含物料平衡）符号：F，D，M，G，W—分别为进料、塔顶汽油、侧线煤油、柴油和塔底重油的流量，kmol/h；tD，tM，tG，tw--分别为D、M、G、W的温度，℃；tF，t1----分别为进料和塔顶的温度，℃；L0----塔顶回流量，kmol/h；e----进料汽化率，mol分率；S----塔底汽提蒸汽用量，kmol/h；tS----汽提用过热水蒸汽温度，℃；h----物流焓，kJ/kmol，上角标V代表气相，L表示液相。271、塔顶气、液相负荷隔离体系见图5-24先不考虑塔顶回流，则Q入=Fe+F(1-e)+S，kJ/hQ出=D+S+M+G+W，kJ/h令Q=Q入Q出，kJ/h则Q显然是为了达到全塔热平衡必须由塔顶回流取走的热量，亦即全塔回流热。Q=L0(－)，kJ/hVtLh10,LtLh00,VtFFh,VtFFh,VtSSh,VtDh1,VtSh1,LtMMh,LtGGh,LtWWh,28塔顶回流量：，kmol/h塔顶气相负荷：V1=L0+D+S，kmol/hLtLVtLhhQL0010,,0292、汽化段气、液相负荷如果将过汽化量忽略，则汽化段液相负荷(即精馏段最低一层塔板n流下的液相回流量)为：Ln=0，kmol/h实际计算中应将过汽化量计入，此时Ln不等于零，气相负荷(从汽化段进入精馏段的气相流量)为：VF=D+M+G+S+Ln，kmol/h303、最低侧线抽出板下方的气、液相负荷隔离体系见图5-25先考察Ln-1。为此，作隔离体系I，暂不计液相回流Ln-1在n板上汽化时焓的变化，则进、出隔离体系的热量为：Q入，n=D+M+G+SQ出，n=D+M+G+S在精馏过程中，沿塔自下而上有一个温度梯度，故tFtn所以Q入，nQ出，nVtDFh,VtMFh,VtGFh,VtSFh,VtDnh,VtMnh,VtGnh,VtSnh,31令Qn=Q入，n－Q出，n，则Ｑn就是液相回流Ln-1在第n板上汽化所取走的热量，称为n板上的回流热，所以其回流量为：第n板上的气相负荷：Vn=D+M+G+S+Ln-1kmol/hLtLVtLnnnnnnhhQL111,,1图5-25IIIIIItFLm-2Lm-1SGMDLn-1m,tmn-1,tn-1n,tnGm-1,tm-1tm-112333考察第m-1板下的Vm和Lm-1，在图5-25作隔离体系II。有Q入，m=Q入，n令m板上的回流热为Qm，则Qm=Q入，n－Q出，m而Qn=Q入，n－Q出，n由于tmtn，故Q出，mQ出，n，所以ＱmQn即汽化段以上，沿塔高上行，须由塔板上取走的回流热逐板增大。VtMmh,VtGmh,VtSmh,Q出，m=D+M+G+SVtDmh,34从第m-1板流至第m板的液相回流量为：式中的分母项仍可看作回流Lm-1的摩尔蒸发潜热与由tm降至tm-1显热之和。烃类的摩尔汽化潜热随着相对分子质量和沸点的减小而减小，而沿塔高每层塔板上的回流愈来愈大，这样，以摩尔数表示的液相回流量沿塔高是逐渐增大的，即LnLn-1LmLm-1Lm-1=，kmol/hLtLVtLmmmmmhhQ11,1,35气相负荷自第n板上升的气相负荷应为：Vn=D+M+G+S+Ln-1,kmol/h自第m板上升的气相负荷为：Vm=D+M+G+S+Lm-1,kmol/h因为Ln-1Lm-1，故VmVn与液相回流的变化规律一样，以摩尔流量表示的气相负荷也是沿塔高的高度自下而上渐增。364、经过侧线抽出板时的气、液相负荷以柴油抽出板m-1板为例，按图5-25对隔离体系III作热平衡。暂不计回流。Q入，m-1=Q入，n=Q入，m也可写成：Q出，m-1=D+M+G+SVtDmh1,VtMmh1,LtGmh1,VtSmh1,37令Qm－1=Q入，m－1－Q出，m－1kJ/h则由第m-2板流至第m-1板的液相回流量为：沿塔高自下而上，每经过一个侧线抽出塔板，液相回流量除由于塔板温降所造成的少量增加外，另有一个突然的增加。这个突增量可以认为等于侧线抽出量。Lm-2=kmol/hLtLVtLmmmmmhhQ2,21,2138柴油抽出板上的气相负荷为：Vm-1=D+M+S+Lm-2kmol/h与Vm相比较，Vm-1中减少了G，但是Lm-2比Lm-1却除了因塔板温降而引起的少量增加外，还增加了一个突增量，这个突增量正好相当于G。因此，在经过侧线抽出板时，虽然液相负荷有一个突然的增量，而气相负荷却仍然只是平缓地增大。395、塔顶第一、二层塔板之间的气、液相负荷图5-26塔顶部气、液相负荷从第一板流至第二板的回流量L1为：L1=，kmol/h塔顶冷回流量为：L0=，kmol/hLtLVtLhhQ1121,,2LtLVtLhhQ0020,,140一般来说，相邻两层塔板的温降是不大的，回流热的增长也不多，液相回流组成和蒸发潜热的变化不会很显著。因而可近似地认为Q1≈Q2，t1≈t2。。但t0明显地低于t1，故，所以L1L0。由V1=D+S+L0，kmol/hV2=D+S+L1，kmol/h知V2V1可见，在塔顶第一、二层塔板之间，气、液相负荷达到最高值，越过塔顶第一板后，气、液相负荷急剧下降。41原油精馏塔内汽液相负荷分布规律：①自进料段以上，沿塔高上行，从塔板上取走的回流热逐板增大，分子汽化潜热又逐板减小，所以汽液负荷逐板增大，到塔顶第一、二板之间时达到最大。②沿塔高自下而上，每经过一个侧线产品抽出板，液相负荷除由塔板温降所造成的少量增加外，另有一突然增加量，突增量约等于抽出量。42③侧线产品冷凝后需要同量的液相回流汽化带走冷凝热，所以侧线产品的抽出不影响汽相负荷，在流经产品抽出板时，汽相负荷只是由于塔板温降所造成的少量增加，没有突增量。④在塔顶第一、二板之间，原油精馏塔的汽液负荷达到最高值，越过塔顶第一板后，汽液负荷均大幅度下降。⑤中段循环回流取走大量回流热，在中段循环回流的上一块塔板，回流热大为减少，汽液负荷(回流)将大大减小。⑥在汽提段，由上而下，汽液相负荷愈来愈小。常压精馏塔精馏段的汽液相负荷分布规律图（-----设有中段回流）5-27第四节原油蒸馏的工艺流程45一、原油的预处理（脱盐脱水）传统的原油预处理是指对原油进行脱盐脱水，随着高酸值原油数量的