06-石油蒸馏过程解析

第六章石油蒸馏过程第一节概述原油的一次加工就是原油蒸馏。蒸馏的重要性：（1）可将原油分割成直馏汽油、煤油、轻柴油或重柴油及润滑油馏分。也可按不同生产方案得到二次加工原料，如重整原料、催化裂化原料、加氢裂化原料等；（2）在原油二次加工过程中，蒸馏也不可缺少。如重整装置需要将原料进一步准确切割；催化裂化、焦化产品混合物的分离、润滑油溶剂回收等（3）气体加工过程中将烃类逐个或按窄馏分分离也借助蒸馏。第二节原油蒸馏原理一、基本概念1.相和相平衡相是指在体系内部物理和化学性质完全相同均匀的部分，在特定条件下相与相之间有明显的界面。气-液相平衡是指在一定条件下，气、液相达到动态平衡时的状态。（T、p相等)2.泡点在一定压力下加热液体混合物，当加热至刚刚出现第一个气泡并保持相平衡状态时的温度，称为泡点温度。3.露点在一定压力下，混合气降温到开始出现第一滴液滴时的温度，称为露点温度。混合物的泡点温度低于露点温度。二、蒸馏过程三类基本类型“1、闪蒸----平衡汽化（平衡蒸馏）进料被加热至部分汽化，经过减压设施，在一个容器的空间内，于一定温度和压力下，汽、液迅速分离，此过程称为闪蒸。如果汽液两相有足够时间密切接触达到平衡状态，此汽化方式称为平衡汽化。闪蒸－平衡汽化的分离过程是较为粗略的，因为在平衡状态下，所有组分都同时存在于气、液两相，且两相中的每一组分都处于平衡状态。平衡汽化的逆过程称为平衡冷凝。2、简单蒸馏----渐次汽化：实验室或小型装置上常用于浓缩物料或粗略分割油料的一种蒸馏方法。如恩氏蒸馏或“土法”炼油。简单蒸馏的分离效果优于平衡汽化3、精馏：分离液相混合物的有效手段。有间歇式（如实沸点蒸馏）和连续式两种。石油加工装置都采用连续式精馏。精馏段提馏段两个梯度：温度梯度、浓度梯度分离效果远优于平衡汽化和简单蒸馏借助于精馏过程，可以得到一定沸程的馏分，也可以得到纯度很高的产品。对于石油精馏塔，一般只要求其产品是有规定沸程的馏分，而不是某个组分纯度很高的产品。常压精馏塔除塔顶出汽油馏分外，在精馏段还抽出煤油、轻柴油、重柴油等侧线产品。常压精馏塔无提馏段，温度在进料处最高。4、水蒸气蒸馏水蒸气的作用在于降低油气分压――降低沸点。(1)过热水蒸气存在下油的汽化油品汽化与水的饱和蒸汽压无关0001SSOOOOOOONPPPPPPNPPPP水蒸气的摩尔数油蒸气的摩尔数体系压力油的饱和蒸气压(2)饱和水蒸气存在下油的汽化油品汽化与水的饱和蒸汽压有关00SSSOOONPPNPP(3)油气和水蒸气混合物的冷凝(视为压力恒定过程)油蒸汽过热水蒸气过热油气先达露点水蒸气仍过热油气饱和水蒸气达露点油气、水蒸气同时冷凝完毕第三节原油精馏塔一、常减压蒸馏流程有哪些主要设备？其作用和操作原理？原料到产品的主要路线？三段气化常减压蒸馏工艺流程图初馏塔常压塔减压塔加热炉加热炉汽提塔二、常压蒸馏塔的工艺特点：七点1.原料和产品均为复杂混合物，不可能按组分来分离产品，而且石油产品的使用也不需要提出这样的要求，所以产品质量由质量指标控制，而不是纯度。2.复合塔：多元精馏N个产品，需要N-1个塔。石油产品分离精度不高，只需要几块塔板，为了节省投资几个塔合起来。无提馏段，不完全塔。3.设置汽提段和侧线汽提塔、:侧线汽提塔：侧线产品含轻馏分，影响产品质量，降低较轻馏分的产率。采用过热水蒸汽汽提，在汽提塔底部吹入少量过热水蒸气以降低油气分压，使产品中较轻馏分汽化返回塔内，达到分离要求。各侧线产品的汽提塔重叠起来，相互隔开。若不用水蒸汽可用再沸器。作用：提高产品闪点，改善分馏精确度汽提段：常压蒸馏塔底温度一般高达350℃左右，提馏段的温度也很高。在这样的高温下，如塔底设再沸器以提供提馏段的气相回流，很难找到合适的热源，加上原油蒸馏塔的处理量很大，再沸器必然十分庞大。因此常压蒸馏塔大都不设再沸器，而是从塔底注入过热水蒸气，用以降低塔内油气分压，从而使常压塔底重油中的较轻组分气化，返回常压塔。过热水蒸气是炼厂中易得和廉价的资源，使用安全性好，因此采用过热水蒸气汽提代替再沸器，既能达到分离要求，而且也很简便。塔底汽提段：降低油气分压4.全塔热平衡：塔底不设再沸器，整个塔的热量基本由进料带入。5.进料气化率：常压塔进料的气化率至少应等于塔顶产品和侧线产品的产率之和，否则因无其它热源而不能保证所要求的拔出率(轻油收率)。为使常压塔精馏段最低侧线以下、气化段以上的几层塔板上有一定液相回流，以保证最低侧线产品质量，进料的气化率应比进料段上部各种产品的总收率略高一些，高出的部分称为过气化度，常压塔的过气化度一般为进料的2%~4%(m)。6.回流比（回流比=回流量/塔顶产品流量）：精馏塔的回流比由分离精确度确定，而常压塔的回流比由全塔热平衡确定。7.恒分子流：精馏塔内汽液相摩尔流量不变，而石油组成复杂、性质不同，塔上下温差大，即非恒分子流。1、原料和产品均为复杂混合物，产品质量由质量指标控制，而不是纯度2、产品多于2个，用复杂塔代替多塔系统3、设置汽提段和侧线汽提塔4、蒸馏所需热量基本靠进料带入5、塔的进料要有适量的过气化率6、回流比取决于全塔热平衡7、恒分子回流的假定完全不适用三、分馏精确度表示方法：馏分组成或蒸馏曲线：脱空、重叠恩氏蒸馏曲线：5％－95％温差，间隙大，分离精确度越高；重叠越大，分离精确度越差。实沸点蒸馏曲线：只能重叠。四、汽液相负荷分布规律设计塔径、塔板水力学计算依据1、塔顶汽液相负荷：作全塔热平衡；2、汽化段汽液相负荷；3、最低侧线抽出板下方的汽液相负荷；4、经过侧线抽出板时汽液相负荷的变化；5、塔顶第一、二层塔板之间的汽液相负荷液相回流气相负荷进料段以上，液相回流量增大，气相负荷也不断增大。到塔顶第一、二层塔板之间，气相负荷达到最大值。经过第一板后，气相负荷显著减小。每经过一层侧线抽出板，液相负荷均有突然的下降。五、回流方式采用各种回流方式，目的是为了取走并充分利用塔内剩余热量，以确保热量平衡。回流方式：塔顶冷回流、热回流、塔顶油气二级冷凝冷却、塔顶循环回流、中段循环回流冷回流：将部分塔顶产品以过冷液体状态用泵打入塔顶，用以控制塔顶温度，提供塔内回流，保证产品质量。在只采用冷回流的塔中，冷回流入塔后，吸热升温气化，再从塔顶引出，冷回流的吸热量正好等于全塔的总剩余热，也就是回流热。因此，当回流热一定时，冷回流的温度越低，冷回流的用量也就越少。一般汽油的冷回流温度为30~40℃。热回流：在塔顶装有部分冷凝器(水冷)，将塔顶蒸气部分冷凝成液体作为回流，此回流温度与塔顶温度相同，即处于塔顶产品的露点温度状态，所以称为热回流。热回流只吸收气化热由液相变成为气相，所以，要取走同样的回流热，热回流的回流量比冷回流大。热回流一般用于小型塔。循环回流：上述两种回流方式都是从塔顶取走全部回流热，因为塔顶馏出物的温度低，带出的热量很难回收利用，却需要很大的冷凝冷却设备，并造成塔内上下负荷分布很不均匀，影响塔的处理量，采用循环回流可以改变这些情况。从塔侧用泵抽出部分液相馏分，经换热冷却到某个温度后，再送回到抽出板上方数块塔板上作为回流。这种回流方式称为循环回流，它在塔内外均处于液相，在塔内流动时一般不发生相变化，它只是在塔内塔外循环流动，借助于冷却器取走回流热。循环回流如果设在精馏塔的中部，称为中段循环回流。石油精馏塔采用中段循环回流基于以下两点：a.使塔内气、液相负荷沿塔高分布均匀b.从塔中部抽出的循环回流的热量的温位比从塔顶抽出的回流的温位高很多，其利用价值更高，是原油换热的重要热源。大、中型石油精馏塔几乎都采用中段循环回流液相回流气相负荷t1t2泵采用中段回流后汽、液相负荷变化循环回流在下列情况下，也可用于塔顶，代替塔顶冷回流或热回流，称为塔顶循环回流。1.塔顶回流热量大，塔顶循环回流的温位高于冷回流，便于回收热量，降低能耗。2.塔顶馏出物中含较多不凝气(如催化裂化主分馏塔），使冷凝冷却器传热系数降低。采用塔顶循环回流可大大减少塔顶冷凝冷却器的传热负荷，从而减少了塔顶冷凝冷却器的面积和数量。3.要求尽量降低塔顶馏出线及冷凝冷却系统的流动压降，以保证塔顶压力不致过高，使塔内有尽可能高的真空度。塔顶油气二级冷凝冷却为减少大处理量的常压塔顶冷凝冷却器所需的传热面积，可采用二级冷凝冷却的方法，即将塔顶油气(约110℃左右)先冷到55~90℃，使其基本冷凝，把部分冷凝液作为回流，送回塔顶；其余部分再冷却到40℃以下的安全温度，作为塔顶产品送出装置。这种回流的温度比冷回流高，但低于热回流，其回流量则大于冷回流而小于热回流。此方案适用于大型装置。六、常压塔的主要操作条件1、操作温度包括塔顶、侧线、汽化段及塔底温度。根据原油和产品性质，由分段热量衡算确定。塔顶温度指塔顶产品在塔顶油气分压下的露点温度侧线温度指侧线产品在油气分压下的泡点温度汽化段温度指进料的绝热闪蒸温度（最高）塔底温度比汽化段温度低5~10℃2、操作压力塔顶压力受制约于产品罐温度下塔顶产品的泡点压力，40℃，0.1~0.25MPa，常压塔顶压力稍高于产品罐的压力，一般为0.13MPa~0.16MPa，稍高于常压。3、回流比调节回流比大小可取走塔内剩余热量。第四节减压蒸馏塔一、减压蒸馏的必要性提高拔出率，并要避免或减少高温裂解损失二、减压蒸馏塔的工艺特征1.减压蒸馏塔的一般工艺特征操作特点：降低汽化段到塔顶压降；塔顶不出产品，塔顶采用循环回流不用冷回流；塔底汽提蒸汽用量大；炉出口温度高；减少塔底渣油停留时间－塔底内径缩小。塔顶缩径，便于抽真空原料特点减压条件下，油气、水蒸汽、不凝气比容大，塔径大，采用多个循环回流来减小塔径；油料重，粘度高，易形成泡沫，板间距较大，以减少泡沫携带量外形特点粗而短，提高塔底标高，给渣油泵提供足够的灌注头，塔底油液面与塔底油抽出泵10米高差。2.润滑油型减压塔的工艺特征润滑油料要求合适的粘度、色度好、残炭值低、馏程较窄。因此，润滑油型减压塔的分离精确度要求较高。与常压塔类似，侧线数量也多，一般为4~5个，其工艺条件也与常压塔类似。只是因减压下馏分之间的相对挥发度增大，减压塔内板间距较大，因此两个相邻馏分间塔板数比常压塔少，一般为3~5块板。3.燃料型减压塔的工艺特征生产催化裂化或加氢裂化的原料。对裂化原料的分离精确度要求不高，主要要求控制裂化原料中的重金属含量，特别是镍和钒的含量，以减少对催化剂的污染；并要求其残炭值尽可能低，即胶质、沥青质含量少。在这些前提下，应尽可能提高拨出率，因此采用大幅度减少塔板数（一般为13块板）、气化段上方设洗涤段、不设侧线汽提塔、采用塔顶循环回流和多个中段循环回流以大大减少内回流量等措施。对燃料型减压塔，倾向于用干式减压蒸馏技术，有利于提高拔出率。三、抽真空系统蒸汽喷射器：以高压水蒸气为动力机械泵：以电作动力四、湿式减压蒸馏与干式减压蒸馏1、湿式减压蒸馏是指塔底通入水蒸气的减压蒸馏。作用：通入水蒸气是为了降低油气分压，提高汽化段进料汽化率，由此提高减压塔的拔出率。不利：消耗蒸气量大；增大塔内气相负荷；增大塔顶冷凝器负荷；含油污水量增大2、干式减压蒸馏是指塔底不通入水蒸气的减压蒸馏技术特点:（1）能有效降低全装置的总能耗（2）能大大提高装置拔出率第五节换热流程一、最优换热方案的判断标准能最大限度节约设备投资和操作费用的换热方案二、选择换热方案的原则1、尽可能选用温度高、热量大的油品作热源；2、注意分析各线产品的换热价值；3、所选的换热流程既能充分回收余热，又能尽量节省设备费用三、如何安排换热流程1、原油先与温度低的油品换热，再与温度较高的油品换热；2、原油通过换热器的压降不要太大。如果一个热源需要通过若干个换热器时，最好采用并联方式，以减小压降；3、高温位热源的油品要进行多次换热，以充分回收热量。常减压蒸馏装置包括哪些主要设备？操作原理及作用各是什么？常压塔的工艺特征有哪些？减压塔有哪些一般工艺特征？润滑油型减压塔与燃料型减压塔各有什么特点？石油精馏塔有哪几种回流方式？气提塔的作用是什么？塔底气提蒸气的作用是什么？什么是干式减压蒸馏