第五节-减压蒸馏

1石油炼制工程主讲人沈健教授2第四节减压蒸馏原油中350℃以上的高沸点馏分是馏分润滑油和催化裂化、加氢裂化的原料，但是由于在高温下会发生分解反应，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和较低的温度下通过减压蒸馏取得。在现代技术下，通过减压蒸馏可以从常压重油中蒸馏出沸点越550℃以前的馏分油。根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型和燃料型两种。3一、减压蒸馏的工艺特征1、减压精馏塔的一般工艺特征对减压塔的基本要求是在尽量避免油料发生分解反应的条件下尽可能多地拔出减压馏分油。做到这一点的关键在于提高汽化段的真空度。除了需要有一套良好的塔顶抽真空系统外，一般采取以下措施：①降低从汽化段到塔顶的流动压降；减少塔板数和降低油气通过塔板的压降。（减压塔在很低的压力下操作，各组分的相对挥发度比常压条件下大为提高，比较容易分离；另一方面，减压塔的分离要求比常压塔低。减压塔两个侧线之间一般为3-5块塔板就能满足要求；减压塔采用较小压降的塔板。4②降低塔顶油汽馏出管线的流动压降。为此，现代炼油减压塔塔顶不出产品，塔顶管线只供抽真空设备抽不凝气之用，以减小通过塔顶的气体量。减压塔的塔顶采用循环回流。③减压塔的塔底汽提蒸汽比常压塔大，这样可以降低汽化段中的油汽分压。当汽化段的真空度低时，要求加大汽提蒸汽用量，因此从总的经济效益看，减压塔的操作压力和汽提蒸汽用量有一个最优的配合关系，在设计时必须具体分析。5④减压塔汽化段温度并不是常压重油在减压蒸馏系统中所经受的最高温度，此最高温度的地点是在减压炉出口。为了避免油品的分解，对加压炉出口的温度有一个限制，在生产润滑油时不超过395℃，在生产裂化原料时不超过400-420℃，同时在高温炉内采用较高的油汽流速减少停留时间。⑤缩短渣油在减压塔内的停留时间。塔底渣油是最重的物料，如果在高温下停留时间过长，则分解和缩合反应会进行的比较显著，其结果是一方面，产生较多的不凝气，使减压塔的真空度下降。另一方面，造成塔内结焦。因此，减压塔底部的直径缩小以缩短渣油在塔内的停留时间。6⑥在减压下，油气、水蒸气、不凝气的比容大，比常压塔中的油比容要高出十余倍。尽管减压蒸馏时允许采用比常压塔高得多的空塔线速，减压塔的塔径还是比常压塔大。⑦减压塔处理的油料比较重，年度比较高，而且还含有表面活性物质。加之塔内的蒸汽速度有相当高，因此蒸汽穿过塔板液层时形成泡沫的倾向比较严重。为减少泡沫携带泡沫，减压塔的塔板间距比常压塔大。⑧减压塔的底座比较高，塔底液面与塔底油抽出泵入口的高差在10米左右，这主要是为了给热油泵提供足够的灌注头。72、润滑油型减压塔的工艺特征润滑油型减压塔对油料要求粘度合适、残炭值低、色度好，对分馏精确度的要求和原油常压分馏塔差不多。图7-58和图7-59是润滑油型减压塔的示意图。与常压塔区别：①由于减压下馏分的相对挥发度较大，而且他内采用较大的板间距，故两个侧线馏分之间的塔板数比常压塔少，一般为3-5块塔板。②侧线抽出板采用升气式抽出板，这种抽出板形式对于集油和抽油操作比较好，但是没有精馏作用。8③中段回流采用图7-58和图7-59两种形式，后者是把中段回流抽出和抽油操作结合在一起，这样可以使塔板效率受回流影响小些。④减压塔各点温度的确定与常压塔不同，但是在减压塔中，内回流对油气分压的作用比较难确定，因此，对减压塔的温度条件常安如下经验求定：侧线温度—取抽出板上总压的30-50％作为油汽分压计算在该分压下侧线油品的泡点；塔顶温度—是不凝气和水蒸汽离开塔顶的温度，一般比塔顶循环回流进他温度高出28-40℃塔底温度—通常比汽化段温度低5-10℃。9图7-58润滑油型减压塔（一）接抽真空系统减压一线减压二线减压三线减压四线减压渣油升汽管型抽出板破沫网进料过热水蒸汽10图7-59润滑油型减压塔（二）填料层填料层接抽真空系统减压一线减压二线减压三线减压四线过汽化油减压渣油过热水蒸汽进料113、燃料型减压塔的工艺特征燃料型减压塔即以生产燃料为目的，不生产润滑油，由于燃料型减压塔不出产品而是二次加工的原料，因此对塔的要求与润滑油型不一样，由此具有自身的特点。燃料型减压塔如图7-60所示。燃料型减压塔的主要任务是为催化裂化和加氢裂化提供裂化原料。对燃料型减压塔的基本要求是在控制馏出油中的胶质、沥青质和重金属含量的前提下尽可能提高馏出油的拔出率。为达到这个要求，燃料型减压塔具有以下的特点：12159接抽真空系统一线蜡油二线蜡油过汽化油渣油升汽管型抽出板进料水蒸汽急冷油图7-60燃料型减压塔13①可以大大减少塔板数以降低从汽化段至塔顶的压降。侧线抽出板之间的塔板只是换热板；②可以大大减少内回流量，在某些塔段，甚至可以使内回流为零。这可以通过塔顶循环回流和终端循环回流做到。例如7-60的顶部和中部两个塔段中·，其回流热几乎全部由塔顶回流和中段回流取走，因此在两个塔段中只有产品蒸汽、水蒸气和不凝气通过，而没有回流蒸汽塔与塔段之间只有升气管相通，而没有内回流联系。可见这几层塔板只是换热板，在其上部，低温的循环回流把该段侧线产品冷凝下来而抽出，所发生的是平衡冷凝过程。14③为了降低馏出油的残炭和重金属含量，在汽化段上面设有洗涤段。洗涤段中设有塔板和破沫网。所有的回流可以是最下侧线的回流油，也可以设循环回流。一般的做法是使用上一层的液相回流通过蒸馏作用出去杂质的效果比使用冷循环回流效果好些。为了保证最低侧线抽出板下方有一定的回流量，通常有1%-2%的过汽化度。对于裂化原料要求严格时，过汽化度可达4%。④燃料型减压塔的汽、液相负荷分布与常压塔或润滑油型减压塔有很大的不同。在燃料型减压塔内，除了汽化段以上几层塔板上有内回流以外，其余塔段都没有内回流。15进料在汽化段中生成气相，往上进入过汽化油冷凝段，由于温度逐渐下降，故逐板生成一些内回流，所以气、液相负荷由下而上逐板增加。进入到第二侧线产品冷凝段的气相量等于所有侧线产品的量加上不凝气和汽提蒸汽和水蒸气。进入第一侧线产品冷凝段以后，气相负荷也是逐板下降，直至塔顶时只有不凝气和水蒸气以及它们携带的少量油气，再进入抽真空系统。液相负荷在一级和二级冷凝段的顶板上，液相负荷就是进塔的循环回流量。如果不考虑循环回流，则每个冷凝段顶上的液相负荷为零。16往下流动时，由于侧线产品逐板冷凝而使液相负荷逐板增大，至第一侧线抽出板上，液相负荷等于该侧线产品的流量加上该塔段的循环回流量。这一部分液相，在抽出板上全部被抽出而不流到下一个冷凝段中去。在下一个塔段有重复这样的过程。燃料型减压塔由于侧线产品对闪点没有要求，所以不设侧线汽提塔。燃料型减压塔对油品的裂解限制不严格，所以进料最高加热允许温度提高至410-420℃。侧线产品温度是该处油气分压下侧线产品的泡点温度。1714578101457810塔板序号液汽图Ⅱ-3-4燃料型减压塔的汽、液相负荷分布18二、减压蒸馏的抽真空系统减压抽真空的方法（1）蒸汽喷器（也称蒸汽喷射泵或抽空器）；特点：结构简单，没有运转部件，使用可靠而无需动力机械，且水蒸汽易得到，但能量利用率低。（2）机械真空泵。特点：能量利用率高，减少水污染。191、抽真空系统的流程抽真空系统的作用是将塔内产生的不凝气和吹入的水蒸汽连续的抽走以保证减压塔的真空度的要求。减压塔的真空度是减压塔重要的操作参数，直接影响分离效率和减压馏分的拔出率，以及减压馏分的质量指标，在实际操作中我们总是希望在减压塔拔出更多的减压馏分油，这就要求减压塔有良好的真空度。图7-62是常减压蒸馏装置常用的抽真空系统的流程。20减压塔冷凝器一级喷射器二级喷射器中间冷凝器后冷凝器水封罐水水高压水蒸汽水油放入大气P1P2P2”P2’212、蒸汽喷射器的工作原理蒸汽喷射器的基本工作原理是利用高压水蒸汽在喷管内膨胀，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。1122（a）（b）图Ⅱ-3-6气体在喷管中的稳定连续流动（a）收敛型（b）扩散型223、真空度的极限和增压喷射泵（1）真空度的极限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减压塔顶残压比冷凝器中水的饱和蒸汽压高得多。（2）增压喷射泵在减压塔顶馏出物进入第一个冷凝器以前，再安装一个蒸汽喷射器使馏出汽体升压。这个喷射器称为增压喷射器或增压喷射泵。设增压喷射器的抽真空系统见图Ⅱ-3-9。表Ⅱ-3-1是一个处理量为100万吨/年常减压装置的计算数据。23图Ⅱ-3-9增压喷射器塔顶来不凝气加水蒸汽蒸汽蒸汽一级喷射器蒸汽二级喷射器放入大气去水封池24表Ⅱ-3-1某减压塔的蒸汽喷射器计算数据项目增压喷射器一级喷射器二级喷射器喷嘴，个数/喉径，mm9/11.71/14.71/13.7扩压管喉径，mm3058446.5工作蒸汽压力，公斤/cm2(表）999吸入气体温度，°C1004040吸入气体量，公斤/时油汽780——分解气310310310空气253035水蒸汽100025040吸入气体压力，mmHg2090310工作蒸汽用量，公斤/时276069070025（3）抽真空级数抽真空的级数根据减压塔所要求的真空度来确定，不同的生产目的，要求的真空度是不一样的。见表Ⅱ-3-2减压塔顶残压与抽真空级数的关系。塔顶残压，mmHg（千帕）级数~100190~20225~43（有增压喷射器）6~0.34（有增压喷射器）1~0.055（有增压喷射器）表Ⅱ-3-2减压塔顶残压与抽真空级数的关系26三、干式减压蒸馏传统的减压塔使用塔底水蒸汽汽提，并且在加热炉管中注入水蒸汽，其目的是在最高允许温度和汽化段能到达的真空度的限制条件下尽可能地提高减压塔的拔出率。减压塔中使用水蒸汽的不利之处：①消耗蒸汽量大；②塔内汽相负荷增大；③增大塔顶冷凝负荷；④含油污水量增大。271、实现干式减压蒸馏的技术措施不依赖注入水蒸汽以降低油汽分压的减压蒸馏方式称为干式减压蒸馏，而传统使用水蒸汽的方式则称为湿式减压蒸馏。实现干式减压蒸馏主要是采取以下的技术措施：①使用增压蒸汽喷射器以提高减压塔顶的真空度；②降低从汽化段至塔顶的压降；③降低减压炉出口至减压塔入口间的压力降；④设洗涤和喷淋段。282、使用干式减压蒸馏的效益表7-24列出了南京炼油厂常减压装置进行技术改造后，采用干式减压蒸馏与采用湿式减压蒸馏的结果比较。分析表中数据，可以看到以下几点：①由于汽化段真空度的提高，即使汽化段温度比湿式减压蒸馏低8°C，仍然可以得到更高的拔出率；②在同样的汽化段温度下，提高处理量至7089吨原油/天时，虽然汽化段的残压稍有升高，但仍可保持较高的拔出率；③抽真空系统消耗的水蒸汽量反而有所减少；④由于炉出口温度降低，在同样的处理量时，减压炉的热负荷降低，从而节约了燃料；29⑤可以减少冷却水用量或减少风机（当用空冷时）的耗电量；⑥节约能耗约相当于5.36╳104千焦/吨原油；⑦塔底渣油温位的提高有利于热量的回收利用。