石油炼制工程第6章-石油蒸馏过程

1主讲教师：刘英杰石油化工学院石油炼制工程第六章石油蒸馏过程原油预处理石油体系的表征及其馏分的气-液平衡原油蒸馏塔的操作特征常减压蒸馏塔的流程原油精馏塔工艺计算其他石油蒸馏塔必要性：原油中含有杂质6.1原油预处理少量泥沙、铁锈等固体杂质。含水（油田伴生水、开采过程中注水）含盐（Na、K、Ca、Mg的氯化物，含量：Na盐Ca盐，Mg盐和K盐很少硫。酸盐、碳酸盐和油溶性有机酸盐）含水、含盐的危害6.1原油预处理（1）增加能量消耗水汽化潜热大（2255kJ/kg），增加燃料和冷却水消耗；换热器、加热炉中，水蒸发后盐析出形成盐垢。（2）干扰常压塔的平稳操作水的分子量小，塔内汽相负荷大，导致蒸馏过程波动，影响正常操作，严重时会引起塔超压或出现冲塔事故。含水、含盐的危害6.1原油预处理（3）腐蚀设备（4）影响二次加工过程Na+对分子筛催化剂的晶格有破坏作用，造成催化剂永久性失活。含盐高的渣油延迟焦化时，加热炉炉管结焦，石油焦中灰分增加。22HFeSSHFeHClOHMgOHMgCl2)(2222HClOHCaOHCaCl2)(2222SHFeClHClFeS222原油脱盐脱水原理（脱水的同时脱盐）6.1原油预处理18).(2gduw-水滴沉降速度,m/s；-水滴直径,m-水（盐水）密度,kg/m3；-油密度,kg/m3-重力加速度,9.81m/s2；-油粘度,Pa.sgudw热脱水T升高，油品粘度下降，水的密度随温度升高而下降的幅度比原油变化小，故油水密度差增加。化学脱水加入水包油型破乳剂，破坏乳化膜，使水滴聚集长大。电脱水采用高压电场使微小水滴合并成大水滴，增加水滴直径。6.1原油预处理油田破乳：含水量降到0.5%，含盐量降至50mg/l由于油田脱盐脱水设施不完善或原油输送中混入水分，进入炼油厂的原油仍含有不等量的盐和水分。炼厂破乳：使含水量达0.1%～0.2%，含盐量5mg/l。对于有渣油加氢或重油催化裂化过程的炼油厂，要求原油深度脱盐，即原油含盐量3mg/l或含钠量1mg/l。6.1原油预处理6.1原油预处理-电脱盐脱水电脱盐脱水原理：18).(2gduwK-原油介电常数；E-电场强度；R-水滴半径；L-两水滴中心距离422)(6LRRKEFElectricalDesalting6.1原油预处理6.1原油预处理操作温度：100~120℃6.1原油预处理操作压力：0.8~2MPa（视轻组分含量和加热温度而定）让体系保持液相操作，避免轻组分和水汽化，引起油层搅动，影响水的沉降分离。6.1原油预处理6.1原油预处理注水量：一级：原油5%~6%二级：原油2%~3%溶解悬浮于原油中的部分盐；增大含水量很低的原油中的含水量，增大偶极聚结作用力。6.1原油预处理注水水质：氨氮含量40mg/L，氯化物含量300mg/L，PH86.1原油预处理注破乳剂：一般为：10~30ug/g具有较强的表面活性具有良好的湿润性能对破乳剂的要求具有足够的絮凝能力具有很高的凝结能力电场强度：0.8~2.0kV/cm电场强度E↗，F↗，脱盐效果↗。但提高E有一定限度。当E≥电场临界分散梯度时，水滴受电分散作用↗，大水滴易“爆裂”再度分散，且电耗也大。6.1原油预处理422)(6LRRKEF原油在强电场内的停留时间tm：E=0.7~1.0kV/cm时，合适的tm约为2min时间过短：影响水滴的聚结；时间过长：增大电耗，且易于产生电分散作用。6.1原油预处理轻重原油（混合物）蒸馏沸点或蒸气压不同馏分6.2石油体系的表征及其馏分的气-液平衡石油加工中的蒸馏过程：1、原油评价过程（恩氏蒸馏、实沸点蒸馏）2、炼厂一次加工过程（常减压蒸馏）3、炼厂二次加工过程（FCC分馏塔、焦化分馏塔…）6.2石油体系的表征及其馏分的气-液平衡一、常用的实验室蒸馏方法：6.2石油体系的表征及其馏分的气-液平衡恩氏蒸馏（简单蒸馏）实沸点蒸馏（间歇精馏）平衡汽化（闪蒸）6.2石油体系的表征及其馏分的气-液平衡恩氏蒸馏（ASTMD86）曲线6.2石油体系的表征及其馏分的气-液平衡实沸点（TBP）蒸馏曲线6.2石油体系的表征及其馏分的气-液平衡平衡汽化（EFV）曲线三种蒸馏曲线的比较恩氏蒸馏：表征油品质量（馏程）实沸点蒸馏：原油评价平衡汽化：确定汽化率三种蒸馏曲线的比较1.实沸点蒸馏3.平衡汽化2.恩氏蒸馏分离精确度：相邻两馏分，重馏分初馏点-轻馏分终馏点实沸点蒸馏恩氏蒸馏平衡汽化斜率，分离精确度大三种蒸馏曲线的比较1.实沸点蒸馏3.平衡汽化2.恩氏蒸馏蒸馏曲线的外推和内插恩氏蒸馏数据的外插和内推概率坐标纸法模型法b0Vtta[ln(1)]101二、蒸馏曲线的相互换算测定蒸馏曲线工作量：经验方法——注意适用性！平衡汽化实沸点蒸馏恩氏蒸馏1、常压蒸馏曲线的相互换算当恩氏蒸馏温度超过246oC，换算时需考虑热裂化影响lgD0.00852t1.6911、常压蒸馏曲线的相互换算（1）恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算API1987法btmpD8659t[a(t491.67)491.67]95体积分数0%-5%10%30%50%70%90%95-100%a0.9166680.52770.72490.893030.870510.9489750.80079b1.0018681.0900111.0425331.0175601.022591.0109551.03549不需温度修正1、常压蒸馏曲线的相互换算（2）恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算常压恩氏蒸馏50%点温度与平衡汽化50%点温度换算图常压平衡汽化曲线各段温差与恩氏蒸馏曲线各段温差换算图（3）实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算常压实沸点蒸馏50%点温度与平衡汽化50%点温度换算图常压实沸点蒸馏曲线各段温差与平衡汽化曲线各段温差换算图1、常压蒸馏曲线的相互换算【例6-1】某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下：1）换算为实沸点蒸馏曲线2）换算为平衡汽化曲线3）将1）得到的实沸点蒸馏曲线换算为平衡汽化曲线4）假设恩氏蒸馏50%点温度没有得到，用概率坐标纸法和模型法计算并比较结果馏出%V01030507090100温度℃2392502672742832963061、常压蒸馏曲线的相互换算1）换算为实沸点蒸馏曲线将表数据代入式btmpD8659t[a(t491.67)491.67]95馏出%V01030507090100温度℃202.3238.2251.5278.3292.8309.6320.4得到实沸点蒸馏数据：1、常压蒸馏曲线的相互换算2）换算为平衡汽化曲线校正恩氏蒸馏曲线：将温度超过246oC的数据进行换算，馏出%V01030507090100温度℃239252.8270.8278.4288.3302.8314.2lgD0.00852t1.6911813.87.69.914.511.41、常压蒸馏曲线的相互换算查图得：平衡汽化50%点温度-恩氏蒸馏50%点温度=9.5℃o288.3252.8=70100.592C/%恩氏蒸馏10%-70%点斜率平衡汽化50%点温度=278.4+9.5=287.9℃换算50%点温度1、常压蒸馏曲线的相互换算曲线线段恩氏蒸馏温差平衡汽化温差0%~10%13.8510%~30%181130%~50%7.63.850%~70%9.94.570%~90%14.56.290%~100%11.43.2查平衡汽化曲线各段温差1、常压蒸馏曲线的相互换算推算平衡汽化曲线各点温度馏出%V01030507090100287.9-5-11-3.8+4.5+6.2+3.2温度℃268.1273.1284.1287.9292.4298.6301.81、常压蒸馏曲线的相互换算3）将1）得到的实沸点蒸馏曲线换算为平衡汽化曲线。。。。。。馏出%V01030507090100温度℃268.1273.1284.1287.9292.4298.6301.8温度℃259.4268.4269.4281.8286.8292.6295.0恩氏蒸馏换算实沸点蒸馏换算1、常压蒸馏曲线的相互换算4）假设恩氏蒸馏50%点温度没有得到，用概率坐标纸法和模型法计算并比较结果b0Vtta[ln(1)]101概率坐标纸法：275℃模型法：274.8℃实测值：274℃2、减压1.33KPa(残压10mmHg)蒸馏曲线的换算（1）恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算假设二者50%点温度相同（2）恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算2、减压1.33KPa(残压10mmHg)蒸馏曲线的换算（2）实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算2、减压1.33KPa(残压10mmHg)蒸馏曲线的换算3、减压1.33KPa蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线（1）减压实沸点蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线3、减压1.33KPa蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线（2）减压恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线减压恩氏减压实沸点减压实沸点常压实沸点（3）减压恩氏蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线减压恩氏常压实沸点常压实沸点常压恩氏4、不同压力下平衡汽化曲线的换算（1）常压平衡汽化曲线和压力下平衡汽化曲线焦点4、不同压力下平衡汽化曲线的换算【例6-4】某石油的常压平衡汽化数据如下：其他性质为：相对密度d420＝0.9459；特性因数K=11.7；体积平均沸点=468.5℃；恩氏蒸馏曲线10％~90％的斜率=6.0℃／％；临界温度=638℃；临界压力=2.72MPa，求该原油在220kPa下的平衡汽化数据。汽化%V10305070温度℃302.5405.0492.0579.54、不同压力下平衡汽化曲线的换算解：由图6-22和图6-23确定，焦点温度=638＋32＝670（℃）焦点压力=2.72＋0.78=3.5（MPa）在P-T-e相图坐标纸上标出焦点和常压平衡汽化的各点，联成一组直线，得P-T-e相图，见图6-21。由图得220kPa平衡汽化数据：汽化%V10305070温度℃3564485156004、不同压力下平衡汽化曲线的换算（2）常压与减压平衡汽化曲线换算4、不同压力下平衡汽化曲线的换算【例6-5】某油料在1.33kPa（10mmHg）残压下的平衡汽化数据如下：确定它在13.33kPa（100mmHg）下的平衡汽化曲线。汽化%V1030507090温度℃158.3190.2214.2232.7263.424.031.918.530.74、不同压力下平衡汽化曲线的换算4、不同压力下平衡汽化曲线的换算馏出%V1030507090288-31.9-24.0+18.530.7温度℃232.1264.0288306.5337.2三、石油体系的处理方法常减压蒸馏汽油AGOVGOVR实沸点蒸馏数据直馏产品性质窄馏分及性质混合或直接切割1、实沸点切割和产品收率已知：产品恩氏蒸馏数据如何确定实沸点切割方案？三、石油体系的处理方法HL0100tt2切割温度=恩氏蒸馏初馏点、终馏点实沸点蒸馏初馏点、终馏点换算三、石油体系的处理方法例：汽油馏分，恩氏蒸馏终馏点：141℃煤油馏分，恩氏蒸馏初馏点：159℃汽油馏分，实沸点蒸馏终馏点：150℃煤油馏分，实沸点蒸馏初馏点：133℃切割温度=（150+133）/2=141.5℃换算确定切割温度三、石油体系的处理方法汽油的蒸馏收率：4.2V％三、石油体系的处理方法2、假组分切割和假多元系窄馏分假组分多元气液平衡处理方法切割宽度：10-20℃三、石油体系的处理方法2、假组分切割和假多元系四、假组分体系气液平衡计算相平衡常数KiiiyKx气相中浓度液相中浓度四、假组分体系气液平衡计算(1)72bcbcKKK1、理想系ptaptatpapapatatataaKcc3827625433221072ln或压力0.l～1.0MPa，高沸点石油馏分：四、假组分体系气液平衡计算iLiVK2、SRK方程法0iLiLiVK