《煉油工藝學(xué)》第8章石油蒸餾過程

第八章石油蒸餾過程

CrudeoilDistillation1/15/20231煉油工藝學(xué)

原油

產(chǎn)品？基本途徑一般為：將原油先按不同產(chǎn)品的沸點(diǎn)要求，分割成不同的直餾餾分油，然后按照產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，除去這些餾分油中的非理想組分；或者通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化，生成所需要的組分，進(jìn)而得到一系列合格的石油產(chǎn)品。

煉油廠首先必須解決原油的分割和各種石油餾分在加工過程中的分離問題。蒸餾正是一種常用的最經(jīng)濟(jì)和最容易實(shí)現(xiàn)的分離手段。幾乎所有煉油廠中原油的第一個(gè)加工過程就是蒸餾（俗稱為龍頭），例如拔頂蒸餾和常減壓蒸餾等。所謂原油一次加工，即指原油蒸餾而言。

1/15/20232煉油工藝學(xué)蒸餾原理：按其組分沸點(diǎn)的不同而達(dá)到分離的目的蒸餾操作的三種基本類型:

閃蒸——平衡汽化簡單蒸餾——漸次汽化精餾：連續(xù)式和間歇式了解幾個(gè)概念：相平衡、泡點(diǎn)和露點(diǎn)

1/15/20233煉油工藝學(xué)相平衡：

置于密閉容器中的液體，在一定溫度下，蒸發(fā)和冷凝同時(shí)存在，開始時(shí)蒸發(fā)速度大于冷凝速度，隨著蒸發(fā)出的分子數(shù)增加，冷凝速度相應(yīng)也增大，此過程進(jìn)行到最后，蒸發(fā)速度等于冷凝速度，達(dá)到動態(tài)平衡，此狀態(tài)即為氣-液相平衡狀態(tài)。氣液相平衡的特征：氣相和液相溫度相等。處于氣-液相平衡狀態(tài)的氣體和液體分別稱為飽和蒸氣和飽和液體。飽和蒸氣具有的壓力稱為飽和蒸氣壓。氣相和液相中的組成保持穩(wěn)定，不再變化?；旌衔锔鹘M成同時(shí)存在于氣-液兩相中，每一組分都處于平衡狀態(tài)不同的外界條件，可以建立不同的相平衡狀態(tài)1/15/20234煉油工藝學(xué)泡點(diǎn)和露點(diǎn)：在一定壓力下，加熱原油，使其溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，原油剛剛開始?xì)饣?，即原油剛剛出現(xiàn)第一個(gè)氣泡并保持相平衡狀態(tài)，此時(shí)的溫度，稱為泡點(diǎn)溫度，或稱為平衡氣化0%溫度繼續(xù)升高溫度使原油不斷氣化，當(dāng)原油剛剛?cè)繗饣⒈３窒嗥胶鈺r(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度，也稱為平衡氣化100%的溫度。處于泡點(diǎn)狀態(tài)時(shí)的液體是飽和液體，而處于露點(diǎn)狀態(tài)時(shí)的氣體是飽和氣體。純物質(zhì)，在一定壓力下，其泡點(diǎn)溫度與露點(diǎn)溫度相等，也就是它的沸點(diǎn)。對于混合物，混合物的泡點(diǎn)溫度低于露點(diǎn)溫度。高于露點(diǎn)溫度的氣體為過熱氣體，低于其泡點(diǎn)溫度，稱為過冷液體1/15/20235煉油工藝學(xué)將液體混合物加熱，使其部分氣化，然后將蒸氣引出冷凝為冷凝液，這樣就可以使液體混合物得到分離的過程稱為蒸餾。蒸餾是煉油工業(yè)中最常用和最基本的一種分離混合物的方法，也是實(shí)驗(yàn)室常用方法。根據(jù)所用設(shè)備和操作方法的不同，蒸餾方式可分為以下幾類：

閃蒸——平衡汽化簡單蒸餾——漸次汽化精餾：連續(xù)式和間歇式1/15/20236煉油工藝學(xué)1．閃蒸—平衡氣化在閃蒸過程中，氣、液兩相有足夠的時(shí)間密切接觸，達(dá)到了平衡狀態(tài)，則稱為平衡汽化氣相產(chǎn)物中含較多的低沸點(diǎn)組分，液相產(chǎn)物中含較多的高沸點(diǎn)組分。但所有組分都同時(shí)存在于氣、液相中1/15/20237煉油工藝學(xué)平衡氣化的逆過程稱為平衡冷凝

平衡氣化和平衡冷凝時(shí)，氣相產(chǎn)物中含有較多低沸組分，液相產(chǎn)物中含有較多高沸組分，因此都能使液體混合物得到一定程度的分離在平衡狀態(tài)下，所有組分都同時(shí)存在于氣、液兩相中，而兩相中的每一個(gè)組分都處于平衡狀態(tài)，因此這種分離是比較粗略的1/15/20238煉油工藝學(xué)2．簡單蒸餾—漸次氣化

液體混合物在蒸餾釜中被加熱，在一定壓力下，當(dāng)溫度達(dá)到混合物的泡點(diǎn)溫度時(shí)，液體開始?xì)饣?，生成微量蒸氣。生成的蒸氣?dāng)即被引出并冷凝冷卻后收集起來，同時(shí)液體繼續(xù)加熱，繼續(xù)生成蒸氣并被引出。這種蒸餾方式稱作簡單蒸餾或微分蒸餾1/15/20239煉油工藝學(xué)在整個(gè)簡單蒸餾過程中，所產(chǎn)生的一系列微量蒸氣的組成是不斷變化的從本質(zhì)上看，簡單蒸餾過程是由無數(shù)次平衡汽化所組成的，是漸次氣化過程簡單蒸餾所剩下的殘液是與最后一個(gè)輕組分含量不高的微量蒸氣相平衡的液相，所得的液體中的輕組分含量會低于平衡汽化所得的液體的輕組分含量簡單蒸餾是一種間歇過程，基本上無精餾效果，分離程度也還不高，一般只是在實(shí)驗(yàn)室中使用

1/15/202310煉油工藝學(xué)3．精餾精餾可分為連續(xù)式和間歇式兩種汽化段、精餾段、提餾段、塔頂冷凝冷卻設(shè)備、再沸器、塔板塔頂冷回流：輕組分濃度高、溫度低塔底氣相回流：輕組分濃度低、溫度高1/15/202311煉油工藝學(xué)由于塔頂液相回流和塔底氣相回流的作用，沿精餾塔高度建立了兩個(gè)梯度：

(1)自塔底至塔頂逐級下降的溫度梯度；

(2)氣、液相中輕組分自塔底至塔頂逐級增大的濃度梯度。

精餾塔內(nèi)沿塔高的溫度梯度和濃度梯度的建立及接觸設(shè)施的存在是精餾過程得以進(jìn)行的必要條件

1/15/202312煉油工藝學(xué)

由于兩個(gè)梯度的存在，在塔中每一個(gè)氣、液兩相的接觸級中，由下而上的較高溫度和較低輕組分濃度的氣相與由上而下的較低溫度和較高輕組分部的液相存在相間差別，因此氣、液兩相在接觸前處于不平衡狀態(tài)，形成相間推動力，使氣、液兩相在接觸過程中進(jìn)行相間的傳熱和擴(kuò)散傳質(zhì)，最終使氣相中的輕組分和液相中的重組分分別得到提純。經(jīng)過多次氣、液相逆流接觸，最后在塔頂?shù)玫捷^純的輕組分，在塔底得到較純的重組分。

精餾的實(shí)質(zhì)氣、液兩相進(jìn)行連續(xù)多次的平衡汽化和平衡冷凝精餾的分離效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于平衡汽化和簡單蒸餾。1/15/202313煉油工藝學(xué)石油及石油餾分的蒸餾曲線恩式蒸餾（ASTM)曲線實(shí)沸點(diǎn)蒸餾(BTP)曲線平衡氣化(EFV)曲線餾出溫度和體積之間的關(guān)系曲線

1/15/202314煉油工藝學(xué)恩氏蒸餾(ASTM)實(shí)沸點(diǎn)蒸餾(TBP)平衡氣化(EFV)本質(zhì)簡單蒸餾間歇精餾平衡氣化測定條件規(guī)格化的儀器和在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下規(guī)格化蒸餾設(shè)備(17塊理論板)中和規(guī)定條件下在一定壓力、溫度下分離效果基本無精餾作用，不能顯示各組分的沸點(diǎn)分離效果好，可大體反映各組分沸點(diǎn)的變化受氣液相平衡限制,分離效果差,僅相當(dāng)于一塊塔板的分離能力用途用于計(jì)算其它物性參數(shù)主要用于原油評價(jià)1/15/202315煉油工藝學(xué)

三種蒸餾曲線的比較三種方法的分離效果是TBP>ASTM>EFV恩式蒸餾：反映在一定條件下的汽化性能實(shí)沸點(diǎn)蒸餾：大致反映油品中各組分沸點(diǎn)變化的連續(xù)曲線平衡氣化：在一定條件下，可以確定在不同汽化率時(shí)的溫度或某一溫度下的汽化率1/15/202316煉油工藝學(xué)要得到相同的氣化率，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾所需溫度最高，恩式蒸餾居中，平衡氣化最低那就是在同樣氣化率的前提下，平衡氣化所需的溫度最低，這樣就減輕了加熱設(shè)備的負(fù)荷1/15/202317煉油工藝學(xué)蒸餾曲線的相互換算油品蒸餾所得三種蒸餾曲線的工作量有很大差別，平衡汽化的工作量最大，恩氏蒸餾最小三種蒸餾曲線的換算主要求助于經(jīng)驗(yàn)方法使用這些經(jīng)驗(yàn)圖表時(shí)必須嚴(yán)格注意它們的適用范圍及可能的誤差，盡量采用實(shí)測數(shù)據(jù)換算圖表一般都是以體積分?jǐn)?shù)來表示收率

1/15/202318煉油工藝學(xué)1．常壓蒸餾曲線的相互換算常壓恩氏蒸餾曲線和實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線的換算常壓恩氏蒸餾曲線和平衡汽化曲線的換算常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線與平衡汽化曲線的換算

2．減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線的相互換算

1/15/202319煉油工藝學(xué)3．減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線換算為常壓蒸餾曲線減壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線換算成常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線換算為常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線1.33kPa實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線見圖7-18；1.33kPa實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線換算成常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線，用本節(jié)3①方法減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線換算為常壓恩氏蒸餾曲線減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線換算為常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線，見本節(jié)3②；常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線換算成常壓恩氏蒸餾曲線，見本節(jié)1①1/15/202320煉油工藝學(xué)4．常壓平衡汽化曲線換算為壓力下平衡汽化曲線不同的壓力下相同汽化百分?jǐn)?shù)的各點(diǎn)可以連成一條直線，而且不同汽化百分?jǐn)?shù)連成的各P-T線都會聚于一點(diǎn)(焦點(diǎn))焦點(diǎn)并沒有實(shí)際意義，只是各條P-T線的會聚點(diǎn)本法只適用于臨界溫度以下的溫度1/15/202321煉油工藝學(xué)5．常壓與減壓下平衡汽化曲線的換算

常壓平衡汽化曲線與減壓平衡汽化曲線的換算以及減壓下不同壓力平衡汽化曲線的換算用圖7-26。由圖查得所需殘壓下平衡汽化50%的溫度(或30%溫度)然后假設(shè)減壓下平衡汽化曲線各線段溫度差不隨壓力而變化，從而推算出其他各點(diǎn)溫度。誤差一般不超過14℃

1/15/202322煉油工藝學(xué)油-水不互溶體系的氣-液平衡

1.P-T-e相圖的用途

有了石油餾分的P-T-e相圖，便可以從P，T，e三者中的兩者求得第三者：①若已知P，e，求T，可直接從圖中查得T；②若已知T，e，求P，也可直接從圖中查得P；③若已知P，T，求e，需用試差法；先假設(shè)e為某一數(shù)值e’，求得對應(yīng)壓力Po’，然后由Po’、T→e”，若e’=e”，則假設(shè)即為所求；否則，重新假設(shè)，重復(fù)此過程，直至假設(shè)與所求相同為止1/15/202323煉油工藝學(xué)2.過熱水蒸氣存在下油的汽化①水蒸氣的作用降低油氣分壓，使油在較低的溫度下氣化水蒸氣存在下體系的壓力：P=Po+Ps

過熱水蒸氣，就是指在整個(gè)過程中，水蒸氣都不會冷凝，在體系中，它始終以氣相形式存在1/15/202324煉油工藝學(xué)②水蒸氣存在下油的汽化

氣相A+S油相A此時(shí)有：P=PA°+Ps根據(jù)分壓定律：由上式可以看出：P一定，如要求A的汽化量也一定，則：NS↗，PA°↙，汽化溫度↙；P，T一定，則(P/PA°-1)不變，故NS/NA一定，則汽化A的量越大，水蒸氣的量也越大1/15/202325煉油工藝學(xué)3、飽和水蒸氣存在下油的汽化A+SAS當(dāng)氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)：

PO=PO0：PS=PS0體系的總壓力為：

P=PS+PO=PS0+PO0氣相中的水蒸氣與油氣的摩爾數(shù)之比為：1/15/202326煉油工藝學(xué)含水原油在換熱器中被加熱：T↗→PS0↗，PO0↗，但PS0+PO0<P→不汽化到達(dá)某點(diǎn)，PS0+PO0=P，油水同時(shí)汽化但PO0↙→PS0+PO0<P→T↗→PS0+PO0=P→進(jìn)一步汽化→重復(fù)上述過程→水全部汽化→過熱水蒸氣存在下油的汽化1/15/202327煉油工藝學(xué)油水同時(shí)開始汽化點(diǎn)O和汽化后油的汽化分率的計(jì)算：①對于油水同時(shí)開始汽化點(diǎn)O的確定，采用猜算法：假設(shè)同時(shí)開始汽化的溫度為t0，由t0查圖表得PS0和PO0，若兩者之和PS0+PO0=P，則假設(shè)之t0正確，否則再假設(shè)t0，重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直至PS0+PO0=P②對于開始汽化后，油在不同溫度下的汽化分率的計(jì)算：由t→PS0→PO0=P-PS0→查P-T-e相圖得t時(shí)的汽化率e③對于水完全汽化時(shí)的溫度的求法，可由前面的方法算得1/15/202328煉油工藝學(xué)4、油氣-水蒸氣混合物的冷凝①油氣、水蒸氣都處于過熱狀態(tài)，僅是單相冷卻過程；②油氣是飽和狀態(tài)，水蒸氣是過熱狀態(tài)；③油氣、水蒸氣都處于飽和狀態(tài)；④油和水同時(shí)冷凝完畢；⑤油和水是單相的冷卻過程1/15/202329煉油工藝學(xué)例：某原油含水0.4%(w)，經(jīng)一組換熱器換熱后進(jìn)入初餾塔，測得初餾塔汽化段溫度為250℃，壓力為2.0atm，請計(jì)算初餾塔汽化段原油和水的汽化率。已知：①1atm下原油的平衡汽化數(shù)據(jù)：汽化%(v)010203040汽化溫度，℃160230300350380②原油的焦點(diǎn)溫度為450℃，焦點(diǎn)壓力為45atm；③250℃時(shí)水的飽和蒸氣壓為41atm。為簡化計(jì)算，可以假設(shè)：①原油的重量汽化分率與體積汽化分率相同；②令油氣的分子量為100；③原油含水0.4%可以認(rèn)為是100g原油外加0.4g水，而不是油水共100g。

1/15/202330煉油工藝學(xué)解：汽化段的溫度為250℃，壓力是2.0atm，而250℃時(shí)水的飽和蒸氣壓PS0=41atm，由此我們可以得到：∵P=PS0+PO0=2.0atm∴PS<2.0atm，而PS0=41atm∴PS<<PS0因此，水處于過熱狀態(tài)，也就是說水已完全汽化，e水=100%。

需用試差法求油的汽化率，假定汽化率為10%：由分壓定律：NS/NO=PS/PO=PS/PO0又：P=2atm=PS+PO0可求得：PO0=1.64atm1/15/202331煉油工藝學(xué)第一節(jié)原油蒸餾工藝流程一、典型的三段原油常減壓蒸餾工藝流程汽化段數(shù)：在原油蒸餾流程中，原油經(jīng)歷的加熱汽化蒸餾的次數(shù)原油的脫鹽脫水系統(tǒng)原油的精餾系統(tǒng)，如初餾塔、常壓塔、汽提塔等加熱、換熱系統(tǒng)，如換熱器、加熱爐等產(chǎn)品的冷凝冷卻系統(tǒng)自動檢測和控制系統(tǒng)1/15/202332煉油工藝學(xué)拔頭原油280℃370℃常壓渣油，AR400℃減壓渣油，VR1/15/202333煉油工藝學(xué)1、汽化段數(shù)的確定一段蒸餾：原油蒸餾流程是拔頭蒸餾，只有一個(gè)精餾塔，僅經(jīng)過一次汽化，則就是一段蒸餾；二段蒸餾：原油的蒸餾流程是常減壓蒸餾，有兩個(gè)精餾塔，經(jīng)過了兩次汽化，就稱為二段精餾；三段蒸餾：在常減壓蒸餾塔的最前面再設(shè)一個(gè)初餾塔，原油加工流程方案中就有了三個(gè)精餾塔，則稱為三段蒸餾1/15/202334煉油工藝學(xué)2、原油加工方案中設(shè)初餾塔的情況原油中輕餾分多，一般輕餾分>20%時(shí)，設(shè)初餾塔原油乳化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，脫鹽、脫水都不充分時(shí)原油的含砷量高，又要出重整原料時(shí)適應(yīng)原油性質(zhì)變化需要原油含硫量高

Fe+H2S→FeS+H2FeS+2HCl→FeCl2+H2S1/15/202335煉油工藝學(xué)3、煉廠蒸餾裝置的工藝流程①燃料型1/15/202336煉油工藝學(xué)②燃料-潤滑油型1/15/202337煉油工藝學(xué)③燃料-化工型1/15/202338煉油工藝學(xué)第二節(jié)原油常壓精餾塔一、原油常壓精餾塔的工藝特征1/15/202339煉油工藝學(xué)1/15/202340煉油工藝學(xué)1．原料和產(chǎn)品都是復(fù)雜的混合物不能采用單組分的百分?jǐn)?shù)表示進(jìn)料組成和控制產(chǎn)品質(zhì)量，而只能控制餾程、抽出溫度等

產(chǎn)品都滿足一定的質(zhì)量指標(biāo)，但不能像二元或多元精餾塔一樣得到較純的化合物當(dāng)產(chǎn)品多于兩個(gè)時(shí)，如出汽油、煤油、柴油等時(shí)，要用復(fù)合塔，且往往是半截塔，也就是說這個(gè)塔沒有提餾段，但為了保證分餾的精確度，采用汽提段彌補(bǔ)1/15/202341煉油工藝學(xué)2．石油精餾塔是復(fù)合塔和不完全塔側(cè)線產(chǎn)品設(shè)汽提塔或再沸器用汽提段代替提留段（用過熱蒸汽代替再沸器）汽提蒸汽的作用由塔底通入少量的過熱水蒸氣，以降低油氣分壓，有利于輕組分的汽化；側(cè)線汽提的目的是使混入產(chǎn)品中的較輕組分汽化再返回常壓塔，即保證了輕質(zhì)產(chǎn)品的收率，又保證了本產(chǎn)品的質(zhì)量

1/15/202342煉油工藝學(xué)1/15/202343煉油工藝學(xué)側(cè)線采用再沸器的原因：側(cè)線油品汽提時(shí)，產(chǎn)品中會溶解微量水分，影響產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是要求低凝點(diǎn)低結(jié)晶點(diǎn)的產(chǎn)品，如航煤等汽提水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖?。?%～3%），但體積流量大使塔內(nèi)汽相負(fù)荷增加水蒸氣的冷凝潛熱很大，采用再沸器可以降低塔頂冷凝冷卻器的負(fù)荷采用再沸器提餾有利于減少蒸餾裝置的含油污水量1/15/202344煉油工藝學(xué)3．恒摩爾（分子）回流的假定不成立

各組分之間的汽化潛熱和沸點(diǎn)相差很大4．原油進(jìn)塔進(jìn)料要有適量的過汽化度

使進(jìn)料段上最低一個(gè)測線下幾層塔板上有足夠的液相回流以保證最低側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量過汽化度一般為2～4%

5．熱量基本上全靠進(jìn)料帶入，回流比是由全塔熱平衡決定的，調(diào)節(jié)余地很小

1/15/202345煉油工藝學(xué)6.常壓塔中，進(jìn)料段溫度最高，塔頂最低7．沿塔高自下而上，液相負(fù)荷先緩慢增加，到抽出板，有一個(gè)突增，然后再緩慢增加，到抽出板又突增……至塔頂?shù)诙K板達(dá)最大，到第一塊板又突然減小；而汽相負(fù)荷一直是緩慢增加的，到第二塊板達(dá)最大，到第一塊板又突然減小1/15/202346煉油工藝學(xué)側(cè)線抽出第一、二板之間1/15/202347煉油工藝學(xué)二、分餾精確度的表示方法1．分餾精確度的表示方法對于二元或多元系：用組成來表示（A或B組分的含量表示）對于石油餾分分餾精確度的表示方法：用ASTM(0～100)間隙=t0H-t100L表示

t0H-t100L>0，餾分間有間隙，間隙越大，分離精確度越高

t0H-t100L<0，餾分間有重疊，重疊越大，分餾精確度越差通常用t5H和t95L之間的差值來表示

用ASTM(5～95)間隙=t5H-t95L表示1/15/202348煉油工藝學(xué)間隙：分餾效果好重疊：分餾效果差1/15/202349煉油工藝學(xué)2、分餾精確度的決定因素

石油餾分的分餾精確度主要由物系中組分之間的分離難易程度、回流比和塔板數(shù)決定

分餾精確度與回流比、塔板數(shù)的關(guān)系：回流比和塔板數(shù)一般是憑經(jīng)驗(yàn)估算得到的1/15/202350煉油工藝學(xué)三、石油精餾塔的汽、液相負(fù)荷分布規(guī)律精餾塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷分布規(guī)律的分析工具是熱平衡選擇幾個(gè)有代表性的截面，做適當(dāng)?shù)母綦x體系，進(jìn)行熱平衡計(jì)算，求出塔板上汽液相負(fù)荷

1．塔頂汽、液相負(fù)荷1/15/202351煉油工藝學(xué)F、D、M、G、W：分別代表進(jìn)料、塔頂汽油、側(cè)線煤油、柴油和塔底重油的流量，Kmol/hrtD、tM、tG、tW：分別為D、M、G、W的抽出溫度t1、t0、tG：分別為塔頂抽出溫度、塔頂回流返塔溫度和進(jìn)料進(jìn)塔溫度L0、e：分別為塔頂回流量和進(jìn)料汽化率h：各物流的焓值，上角V代表氣相，L代表液相。1/15/202352煉油工藝學(xué)1/15/202353煉油工藝學(xué)2．汽化段至G抽出板下方各板的V、L(1)汽化段的V、L過汽化量為0時(shí)：Ln=0Kmol/hrVF=D+M+G+S+Ln

(2)第n板上的L、V

1/15/202354煉油工藝學(xué)圖7-44汽化段與精餾段隔離體系圖FFGF,tFGMDSIIILn-1Lm-1m-1,tm-1m,tmn-1,tn-1n,tnSWⅢ1/15/202355煉油工藝學(xué)3．第m板的L、V(側(cè)線抽出板下)下面分析一下Lm-1和Ln-1及Vm與Vn的大小：∵沿塔由低到高溫度逐漸降低，∴tm<tn∴Q出,m<Q出,n又∵Q入,m=Q入,n∴Qm>Qn分析可得：Lm-1>Ln-1從而有：Vm>Vn

1/15/202356煉油工藝學(xué)4．經(jīng)過側(cè)線抽出板時(shí)的L、V的變化1/15/202357煉油工藝學(xué)5．塔頂?shù)谝弧⒍铀逯g的L、VQ1≈Q2

HVL1,t2≈HVL0,t1

HLL0,t0<HLL1,t1

L0<L1

∵V1=D+S+L0

V2=D+S+L1∴V1<V2

1/15/202358煉油工藝學(xué)

結(jié)論：沿塔高自下而上，液相負(fù)荷先緩慢增加，到抽出板，由一個(gè)突增，然后再緩慢增加，到抽出板又突增……至塔頂?shù)诙K板達(dá)最大，到第一塊板又突然減?。欢嘭?fù)荷一直是緩慢增加的，到第二塊板達(dá)最大，到第一塊板又突然減小1/15/202359煉油工藝學(xué)6．有中段回流時(shí)氣液相負(fù)荷的變化

7．汽提段的氣液相負(fù)荷變化規(guī)律在汽提段，由上而下，液相和氣相的負(fù)荷越來越??；溫度有所下降1/15/202360煉油工藝學(xué)四、回流方式采用各種回流的目的保證精餾塔具有精餾的作用取走塔內(nèi)剩余熱量控制和調(diào)節(jié)塔內(nèi)各點(diǎn)溫度保證塔內(nèi)汽液相負(fù)荷分布均勻保證各產(chǎn)品質(zhì)量1/15/202361煉油工藝學(xué)1、塔頂冷回流部分過冷液體從塔頂返回塔內(nèi)，用于控制塔頂溫度，提供塔內(nèi)精餾所需回流，并從塔頂取走剩余熱量；當(dāng)只采用塔頂冷回流時(shí)，冷回流的取熱量應(yīng)等于全塔總剩余熱量；當(dāng)回流熱量一定時(shí)，冷回流的溫度越低，冷回流的流量就越低；一般常壓塔的汽油冷回流溫度為30～40℃1/15/202362煉油工藝學(xué)2．塔頂油氣二級冷凝冷卻

冷卻時(shí)分兩次，它首先將塔頂油氣冷到基本冷凝，僅把回流部分用泵送回塔頂，而降剩下的產(chǎn)品部分送到下一個(gè)冷卻器冷卻到所需的安全溫度

1/15/202363煉油工藝學(xué)在第一級油氣和水蒸氣基本上被冷凝冷卻，這里集中了絕大部分的熱負(fù)荷，由于傳熱溫差大，即熱源比冷源的溫度高得多，因此傳熱面積不會太大在第二級冷凝冷卻中，僅冷卻產(chǎn)品部分，雖然傳熱溫差小，但其熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的比例小，所以總起來看，二級冷凝冷卻所需的總傳熱面積要比一級冷凝冷卻小缺點(diǎn)：返回塔頂?shù)氖菬峄亓鳎簿褪钦f返回溫度比一級冷凝冷卻時(shí)高，因而造成內(nèi)回流量增大，另外流程也更復(fù)雜1/15/202364煉油工藝學(xué)塔頂餾出物溫度低，帶出的熱量很難回收利用，但卻需要很大的冷凝冷卻設(shè)備（如空冷、水冷等）造成塔內(nèi)上下汽液相負(fù)荷分布不均勻，影響了塔的處理量采用循環(huán)回流與塔頂回流相結(jié)合可以上述不足上述兩種回流方式都是從塔頂取走回流熱量，僅用這種回流取熱方式的不利因素：循環(huán)回流：是從塔內(nèi)某個(gè)位置抽出部分液體，經(jīng)換熱冷卻到一定溫度后再返回塔內(nèi)，物流在整個(gè)過程中處于液相，只是在塔內(nèi)外循環(huán)流動，借助于換熱器取走部分剩余熱量1/15/202365煉油工藝學(xué)循環(huán)回流：塔頂循環(huán)回流中段循環(huán)回流1/15/202366煉油工藝學(xué)1/15/202367煉油工藝學(xué)3．塔頂循環(huán)回流塔頂循環(huán)回流主要應(yīng)用于以下情況：塔頂回流熱量大，考慮回收這部分熱量，以降低裝置能耗塔頂餾出物中含有較多的不凝氣，使搭頂冷凝冷卻器的傳熱系數(shù)降低要求盡量降低塔頂餾出線及冷卻系統(tǒng)的流動壓力降，以保證塔頂壓力不致過高，或保證塔內(nèi)有盡可能高的真空度

1/15/202368煉油工藝學(xué)4．中段循環(huán)回流優(yōu)點(diǎn)：使塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷分布均勻可以更加合理地利用回流熱量不足：打入冷回流，需增加換熱板循環(huán)回流段以上內(nèi)回流減少了，塔板效率降低投資高，制造工藝復(fù)雜設(shè)計(jì)塔：可以減小塔徑正在生產(chǎn)的塔：可以提高處理量是原油換熱的主要熱源1/15/202369煉油工藝學(xué)數(shù)量：

3～4個(gè)側(cè)線：采用2個(gè)循環(huán)回流

1～2個(gè)側(cè)線：采用1個(gè)循環(huán)回流進(jìn)出塔溫差：

80℃～120℃

取熱比例：

40%～60%

（占全塔回流熱）1/15/202370煉油工藝學(xué)五、操作條件的確定1．操作壓力(1)回流罐壓力P

回流罐的壓力至少要大于產(chǎn)品在該溫度下的泡點(diǎn)壓力，即P≥P泡，一般P≥0.1～0.25MPa

壓力1/15/202371煉油工藝學(xué)(2)塔頂壓力塔頂壓力在數(shù)值上等于回流罐的壓力再加上塔頂流出物流經(jīng)管線的壓降和冷凝冷卻設(shè)備的壓降P頂=P回流罐+ΔP管線+ΔP冷在我國，塔頂壓力一般在1.3～1.6atm之間(3)塔內(nèi)各點(diǎn)的壓力

塔內(nèi)各點(diǎn)的壓力可以由塔頂壓力和塔板壓降來確定1/15/202372煉油工藝學(xué)2．操作溫度塔頂溫度為塔頂油氣分壓下產(chǎn)品的露點(diǎn)溫度各側(cè)線抽出板溫度為側(cè)線板油氣分壓下產(chǎn)品的泡點(diǎn)溫度汽化段溫度為在汽化段油氣分壓下，汽化率為eF時(shí)的溫度塔底溫度為在塔底油氣分壓下塔頂產(chǎn)品的泡點(diǎn)溫度計(jì)算各點(diǎn)溫度需綜合運(yùn)用熱平和相平兩個(gè)工具采用試差法1/15/202373煉油工藝學(xué)先假定一個(gè)溫度t熱平衡求得內(nèi)回流量例汽油

油氣分壓平衡汽化曲線(EFV)t’？試差法如：塔頂查該油氣分壓汽化率100%的溫度1/15/202374煉油工藝學(xué)①塔頂溫度塔頂溫度是塔頂產(chǎn)品在其油氣分壓下的露點(diǎn)溫度在確定塔頂溫度時(shí)，應(yīng)同時(shí)校核水蒸氣在塔頂是否會冷凝②側(cè)線溫度通常是按經(jīng)汽提后的側(cè)線產(chǎn)品在該處油氣分壓下的泡點(diǎn)溫度來計(jì)算③汽化段溫度汽化段溫度是指進(jìn)料的絕熱閃蒸溫度1/15/202375煉油工藝學(xué)④塔底溫度輕餾分氣化所需的熱量，絕大部分由液相油料本身的顯熱提供，油料的溫度由上而下逐板下降，塔底溫度比汽化段溫度低不少原油常、減壓塔的塔底溫度一般比汽化段溫度低5～10℃⑤側(cè)線汽提塔底溫度當(dāng)用水蒸氣汽提時(shí)，汽提塔底溫度比側(cè)線抽出溫度約低8～10℃或更低當(dāng)用再沸器提餾時(shí)，溫度為塔底壓力下側(cè)線產(chǎn)品的泡點(diǎn)溫度，此溫度可高出側(cè)線抽出溫度十幾度

1/15/202376煉油工藝學(xué)3．汽提蒸汽用量汽提蒸汽一般都是用溫度為400～450℃的過熱水蒸氣目的側(cè)線汽提：驅(qū)除低沸點(diǎn)組分，提高產(chǎn)品閃點(diǎn)，改善分餾精確度；常壓塔底汽提：降低塔底重油中<350℃的餾分含量，以提高輕質(zhì)油收率，同時(shí)也減輕了塔的負(fù)荷；減壓塔底汽提：降低汽化段的油氣分壓，盡量提高減壓塔的拔出率用量汽提蒸汽一般要占汽提油品重量的2～4%1/15/202377煉油工藝學(xué)第三節(jié)原油精餾塔工藝計(jì)算

一、應(yīng)收集、整理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1、原料油性質(zhì)2、裝置處理量及正常生產(chǎn)時(shí)間3、產(chǎn)品方案、產(chǎn)品性質(zhì)（密度、ASTM數(shù)據(jù)）及產(chǎn)率4、汽提水蒸氣的溫度、壓力5、同類型裝置的操作數(shù)據(jù)1/15/202378煉油工藝學(xué)二、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算主要內(nèi)容及步驟

1、整理、計(jì)算原料油、產(chǎn)品的常用性質(zhì)數(shù)據(jù)2、確定原料油及產(chǎn)品的物料平衡3、選擇合適的汽提方案及其用量4、選擇合適的塔板型式及塔板數(shù)5、畫出精餾塔簡圖6、確定各部位壓力和爐出口壓力1/15/202379煉油工藝學(xué)7、確定進(jìn)料的過氣化率，計(jì)算汽化段溫度8、確定塔底溫度9、確定塔頂、各側(cè)線抽出溫度及回流熱分配10、做出全塔氣液相負(fù)荷分布圖11、確定塔徑和塔高12、進(jìn)行塔板水力學(xué)計(jì)算，決定塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸13、畫出委托工藝設(shè)計(jì)草圖1/15/202380煉油工藝學(xué)第四節(jié)減壓蒸餾塔減壓蒸餾的核心設(shè)備是減壓精餾塔和它的抽真空系統(tǒng)

減壓精餾塔的基本要求：盡量提高拔出率，對餾分組成要求不是很嚴(yán)格提高拔出率的關(guān)鍵：提高減壓塔汽化段的真空度1/15/202381煉油工藝學(xué)1．類型

潤滑油型：為后續(xù)的加工過程提供潤滑油原料燃料油型：為FCC和加氫裂化提供原料2．側(cè)線產(chǎn)品(也稱之為餾分油)

潤滑油原料裂化原料

3．塔底產(chǎn)品—減壓渣油

焦化原料、催化原料等二次加工原料經(jīng)加工后生產(chǎn)重質(zhì)潤滑油生產(chǎn)瀝青做燃料油

1/15/202382煉油工藝學(xué)一、減壓蒸餾塔的工藝特征

1．減壓蒸餾塔的一般工藝特征減壓塔也是一個(gè)復(fù)合塔和不完全塔塔頂設(shè)有抽真空系統(tǒng)采用塔頂循環(huán)回流，盡量減少餾出管線及冷卻系統(tǒng)的壓降采用低壓降的塔板和較少的塔板數(shù)，以降低從汽化段到塔頂?shù)牧鲃訅航祵τ跐袷綔p壓蒸餾，塔底采用大蒸汽量汽提控制減壓爐出口溫度，從而減少裂化反應(yīng)1/15/202383煉油工藝學(xué)其它特征：

塔徑大，采用多個(gè)中段回流底部縮徑，防止結(jié)焦塔底標(biāo)高高

設(shè)破沫網(wǎng)

1/15/202384煉油工藝學(xué)2、燃料型減壓塔的工藝特征(1)工藝要求

盡量提高拔出率，對餾分組成要求不是很嚴(yán)格(2)工藝特征塔板數(shù)盡量減少可以大大減少內(nèi)回流量有2～3個(gè)側(cè)線，側(cè)線產(chǎn)品不用汽提汽化段上方設(shè)洗滌段1/15/202385煉油工藝學(xué)

FuelstypevacuumtowerNotethattheoverflashliquidiscondensedbycooledpumpbackrefluxratherthanbyanotherpumparoundcircuit.Thegridmaterialsusedinthesetowers1/15/202386煉油工藝學(xué)3、潤滑油型減壓塔的工藝特征

為后續(xù)加工過程提供潤滑油料粘度合適、殘?zhí)恐档?、色度好，餾程要窄有4～5個(gè)側(cè)線，需要汽提除具有減壓塔的共同特征外，其他工藝特征與常壓塔相似1/15/202387煉油工藝學(xué)1/15/202388煉油工藝學(xué)二、減壓蒸餾的抽真空系統(tǒng)抽真空系統(tǒng)

蒸汽噴射器

機(jī)械真空泵

采用蒸汽噴射器-機(jī)械真空泵組合抽真空系統(tǒng)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益真空度=大氣壓-塔內(nèi)殘壓，殘壓越低，真空度越高

結(jié)構(gòu)簡單，沒有運(yùn)轉(zhuǎn)不見，使用可靠，水蒸氣安全1/15/202389煉油工藝學(xué)1/15/202390煉油工藝學(xué)作用是將塔內(nèi)產(chǎn)生的不凝氣和吹入的水蒸氣連續(xù)地抽走以保證減壓塔的真空度的要求。冷凝器在真空下操作的。為了使冷凝水順利地排出，通常此排液管的高度至少應(yīng)在10m以上，大氣腿蒸汽噴射器是利用高壓水蒸氣在噴管內(nèi)膨脹，使壓力能轉(zhuǎn)化為動能從而達(dá)到高速流動，在噴管出口周圍造成真空

理論上冷凝器中所能達(dá)到的殘壓最低只能達(dá)到該處溫度下水的飽和蒸氣壓（真空度的極限）減壓塔頂?shù)臍垑?，則應(yīng)在上述的理論極限值上加上不凝氣的分壓、塔頂餾出管線的壓降、冷凝器的壓降，故減壓塔頂殘壓比冷凝器中水的飽和蒸氣壓高得多水溫為20℃時(shí)，冷凝器所能達(dá)到的最低殘壓為2.3kPa，減壓塔頂?shù)臍垑壕涂赡芨哂?.0kPa抽真空的級數(shù)根據(jù)減壓塔所要求的真空度來確定1/15/202391煉油工藝學(xué)增壓噴射泵上游沒有冷凝器，所以塔頂真空度就能擺脫水溫的限制，減壓塔的殘壓相當(dāng)于增壓噴射器所能造成的殘壓加上餾出線壓降。

1/15/202392煉油工藝學(xué)三、干式和濕式減壓蒸餾濕式減壓蒸餾：傳統(tǒng)的減壓塔使用水蒸氣以降低油汽分壓，盡可能地提高減壓塔的撥出率；多用于潤滑油型減壓蒸餾塔頂殘壓一般在5.5～8.0kPa，常采用兩級（噴射）抽真空系統(tǒng)干式減壓蒸餾：不依賴注入水蒸氣以降低油汽分壓的減壓蒸餾方式；燃料型減壓塔常用干式減壓塔頂殘壓一般為1.3kPa左右，要用三級抽真空系統(tǒng)1/15/202393煉油工藝學(xué)實(shí)現(xiàn)濕式減壓蒸餾采用的主要技術(shù)措施有：采用壓降小、傳質(zhì)傳熱效率高的塔板減壓爐管逐級擴(kuò)徑，以避免油流在管內(nèi)出現(xiàn)高溫而裂解減壓塔進(jìn)料口與最低側(cè)線抽出口之間設(shè)洗滌段，以控制油品的殘?zhí)贾岛湍z質(zhì)含量1/15/202394煉油工藝學(xué)濕式減壓蒸餾塔的不足之處：消耗蒸汽量大塔內(nèi)汽相負(fù)荷大增大了塔頂冷凝冷卻器的負(fù)荷含油污水量大1/15/202395煉油工藝學(xué)實(shí)現(xiàn)干式減壓蒸餾的措施：使用增壓噴射器，以提高塔的真空度利用填料代替塔板，達(dá)到降低汽化段到塔頂壓降的目的采用低速轉(zhuǎn)油線，降低減壓爐出口到塔入口之間的壓降為減少氣相攜帶雜質(zhì)，塔內(nèi)設(shè)洗滌段和液體分配器

1/15/202396煉油工藝學(xué)使用干式減壓蒸餾的效益：提高了拔出率和處理量減壓爐的負(fù)荷減小，節(jié)省燃料