《精编》常减压蒸馏装置与设备培训讲义

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1、27 05 2020 石油化工过程系统概论 1 第二章常减压蒸馏装置与设备 AtmosphericandVacuumDistillationUnit 27 05 2020 石油化工过程系统概论 2 27 05 2020 石油化工过程系统概论 3 原油产品 基本途径一般为 将原油先按不同产品的沸点要求 分割成不同的直馏馏分油 然后按照产品的质量标准要求 除去这些馏分油中的非理想组分 通过化学反应转化 生成所需要的组分 进而得到一系列合格的石油产品 几乎所有炼油厂中脱后原油的第一个加工过程就是蒸馏 俗称为龙头 所谓原油一次加工 即指原油蒸馏而言 27 05 2020 石油化工过程系统概论 4 一

2、原油蒸馏的基本原理及特点 一 蒸馏distillation 1 概念 蒸馏是利用原油混合物中各个物质沸点的不同 将其分离的方法 由于原油中物质的种类很多 而且很多物质的沸点相差不大 这样就使得原油中各个组分的完全分离十分困难 因此对原油加工来说 并不需要进行精确的分离 因此可以按一定的沸点范围 把原油分离成不同的馏分 再送往二次加工装置进行加工 27 05 2020 石油化工过程系统概论 5 27 05 2020 石油化工过程系统概论 6 27 05 2020 石油化工过程系统概论 7 2 馏分 不同沸点范围的组分 石油是一个多组分的复杂混合物 每个组分有其各自不同的沸点用分馏的方法 可以把石

3、油馏分分成不同温度段 如 200 200 350 等 称为石油的一个馏分馏分不等同于石油产品 馏分必须经过进一步加工 达到油品的质量标准 才能称为合格的石油产品3 直馏馏分 从原油直接分馏得到的馏分 它基本保留了石油化学组成的本来面目 如 不含不饱和烃 在化学组成中含有烷烃 环烷烃 芳香烃等 27 05 2020 石油化工过程系统概论 8 4 石油馏分组成 从常压蒸馏开始馏出的温度 初馏点 到小于200 的馏分为汽油馏分 也称轻油或石脑油馏分 常压蒸馏200 350 的馏分为煤 柴油馏分 也称常压瓦斯油 AGO 由于原油从350 开始有明显的分解现象 所以对于沸点高于350 的馏分 需在减压下

4、进行分馏 在减压下蒸出馏分的沸点再换算成常压沸点 沸点相当于常压下350 500 的馏分为减压馏分 也称减压瓦斯油 VGO 沸点相当于常压下大于500 的馏分为减渣馏分 VR Vacuumresiduum Vacuumgasoil Atmosphericgasoil naphtha Gasolinefraction 27 05 2020 石油化工过程系统概论 9 不同原油的各馏分含量差别很大 与国外原油相比 我国主要油田原油中 500 的减压渣油含量都较高 200 的汽油馏分含量较少 一般低于10 27 05 2020 石油化工过程系统概论 10 5 蒸馏的形式蒸馏有多种形式 可归纳为闪蒸 平

5、衡气化或一次气化 简单蒸馏 渐次气化 和精馏三种方式 简单蒸馏常用于实验室或小型装置上 如恩氏蒸馏 而闪蒸和精馏是在工业上常用的两种蒸馏方式 前者如闪蒸塔 蒸发塔或精馏塔的汽化段等 精馏过程通常是在精馏塔中进行的 27 05 2020 石油化工过程系统概论 11 1 闪蒸 flashdistillation 加热某一物料至部分气化 经减压设施 在容器 如闪蒸罐 闪蒸塔 蒸馏塔的气化段等 的空间内 于一定温度和压力下 气 液两相分离 得到相应的气相和液相产物 叫做闪蒸 闪蒸只经过一次平衡 其分离能力有限 常用于只需粗略分离的物料 如石油炼制和石油裂解过程中的粗分 27 05 2020 石油化工过

6、程系统概论 12 2 简单蒸馏 simpledistillation 作为原料的液体混合物被放置在蒸馏釜中加热 在一定的压力下 当被加热到某一温度时 液体开始气化 生成了微量的蒸气 即开始形成第一个汽泡 此时的温度 即为该液相的泡点温度 液体混合物到达了泡点状态 生成的气体当即被引出 随即冷凝 如此不断升温 不断冷凝 直到所需要的程度为止 这种蒸馏方式称为简单蒸馏 27 05 2020 石油化工过程系统概论 13 在整个简单蒸馏过程中 所产生的一系列微量蒸气的组成是不断变化的从本质上看 简单蒸馏过程是由无数次平衡汽化所组成的 是渐次气化过程简单蒸馏是一种间歇过程 基本上无精馏效果 分离程度也还

7、不高 一般只是在实验室中使用 27 05 2020 石油化工过程系统概论 14 3 精馏 rectification 精馏是分离液相混合物的有效手段 它是在多次部分气化和多次部分冷凝过程的基础上发展起来的一种蒸馏方式 炼油厂中大部分的石油精馏塔 如原油精馏塔 催化裂化和焦化产品的分馏塔 催化重整原料的预分馏塔以及一些工艺过程中的溶剂回收塔等 都是通过精馏这种蒸馏方式进行操作的 27 05 2020 石油化工过程系统概论 15 连续精馏塔动画精馏段 提馏段 塔顶冷凝冷却设备 再沸器 塔板塔顶冷回流 轻组分浓度高 温度低塔底气相回流 轻组分浓度低 温度高 27 05 2020 石油化工过程系统概论

8、 16 由于塔顶液相回流和塔底气相回流的作用 沿精馏塔高度建立了两个梯度 1 自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度 2 气 液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大的浓度梯度 精馏塔内沿塔高的温度梯度和浓度梯度的建立及接触设施的存在是精馏过程得以进行的必要条件 精馏原理 27 05 2020 石油化工过程系统概论 17 由于两个梯度的存在 在塔中每一个气 液两相的接触级中 由下而上的较高温度和较低轻组分浓度的气相与由上而下的较低温度和较高轻组分部的液相存在差别 因此气 液两相在接触前处于不平衡状态 形成相间推动力 使气 液两相在接触过程中进行相间的传热和扩散传质 最终使气相中的轻组分和液相中的重组分分别得到

9、提纯 经过多次气 液相逆流接触 最后在塔顶得到较纯的轻组分 在塔底得到较纯的重组分 精馏的实质气 液两相进行连续多次的平衡汽化和平衡冷凝精馏的分离效果要远远优于平衡汽化和简单蒸馏 27 05 2020 石油化工过程系统概论 18 二 常减压蒸馏装置AtmosphericandVacuumDistillationUnit 一 概述 常减压装置是对原油进行一次加工的蒸馏装置 即将原油分馏成汽油 gasoline 煤油 kerosene 柴油 diesel 蜡油 waxoil 渣油 residualoil 等组分的加工装置 27 05 2020 石油化工过程系统概论 19 27 05 2020 石油

10、化工过程系统概论 20 二 原油常压蒸馏及其特点原油蒸馏一般包括常压蒸馏 Atmosphericdistillation 和减压蒸馏 Vacuumdistillation 两个部分 所谓原油的常压蒸馏 即为原油在常压 或稍高于常压 下进行的蒸馏 所用的蒸馏设备叫做原油常压精馏塔 或称常压塔atmospherictower 27 05 2020 石油化工过程系统概论 21 进料 汽提塔 冷凝器 27 05 2020 石油化工过程系统概论 22 1 常压塔的原料和产品都是组成复杂的混合物2 常压塔是一个复合塔结构3 常压塔下部设置汽提段 侧线产品设汽提塔汽提 向待蒸馏原油通入高温水蒸汽作用 降低油

11、气的分压 促使原油中的重质油在较低的温度下沸腾 汽化 优点 操作简便 原料易得 缺点 需要消耗大量蒸汽 且增加了冷却水的用量 由于原油常压精馏塔的原料和产品不同于一般精馏塔 因此它具有以下工艺特点 其它的石油精馏塔也常常具有与之相似的工艺特点 27 05 2020 石油化工过程系统概论 23 对石油精馏塔 提馏段的底部常常不设再沸器 因为塔底温度较高 一般在350 左右 在这样的高温下 很难找到合适的再沸器热源 因此 通常向底部吹入少量过热水蒸汽 以降低塔内的油汽分压 使混入塔底重油中的轻组分汽化 即汽提 汽提所用的水蒸汽通常是400 450 约为3MPa的过热水蒸汽 27 05 2020 石

12、油化工过程系统概论 24 在复合塔内 汽油 煤油 柴油等产品之间只有精馏段而没有提馏段 这样侧线产品中会含有相当数量的轻馏分 这样不仅影响本侧线产品的质量 而且降低了较轻馏分的收率 所以通常在常压塔的旁边设置若干个侧线汽提塔 这些汽提塔重叠起来 但相互之间是隔开的 侧线产品从常压塔中部抽出 送入汽提塔上部 从该塔下注入水蒸汽进行汽提 汽提出的低沸点组分同水蒸汽一道从汽提塔顶部引出返回主塔 侧线产品由汽提塔底部抽出送出装置 汽提塔的作用 27 05 2020 石油化工过程系统概论 25 4 常压塔常设置中段循环回流即从精馏塔上部的精馏段引出部分液相热油 或者是侧线产品 经与其它冷流换热或冷却后再

13、返回塔中 返回口比抽出口通常高2 3层塔板 作用 在保证各产品分离效果的前提下 取走精馏塔中多余的热量优点 在相同的处理量下可缩小塔径 或者在相同的塔径下可提高塔的处理能力 可回收利用这部分温度较高的热源 27 05 2020 石油化工过程系统概论 26 三 减压蒸馏 Vacuumdistillation 及其特点常压蒸馏剩下的重油组分分子量大 沸点高 且在高温下易分解 使馏出的产品变质并生产焦炭 破坏正常生产 因此 为了提取更多的轻质组分 往往通过降低蒸馏压力 使被蒸馏的原料油沸点范围降低 这一在减压下进行的蒸馏过程叫做减压蒸馏 27 05 2020 石油化工过程系统概论 27 减压蒸馏是在

14、压力低于100KPa的负压状态下进行的蒸馏过程 由于物质的沸点随外压的减小而降低 因此在较低的压力下加热常压重油 上述高沸点馏分就会在较低的温度下气化 从而避免了高沸点馏分的裂解 通过减压精馏塔可得到高沸点馏分 而塔底得到的是沸点在500 以上的减压渣油 塔底产品 减压渣油Vacuumresiduum焦化原料 催化原料等二次加工原料经加工后生产重质润滑油生产沥青做燃料油 27 05 2020 石油化工过程系统概论 28 减压蒸馏的核心设备是减压塔和它的抽真空系统 减压塔的基本要求 尽量提高拔出率 对馏分组成要求不是很严格 提高拔出率的关键 提高减压塔的真空度 27 05 2020 石油化工过程

15、系统概论 29 减压蒸馏的原理与常压蒸馏相同 关键是减压塔顶采用了抽真空设备 使塔顶的压力降到几千帕 抽真空设备的作用是将塔内产生的不凝气 主要是裂解气和漏入的空气 和吹入的水蒸气连续地抽走以保证减压塔的真空度要求 减压塔的抽真空设备常用的是蒸汽喷射器 steamejector 也称蒸汽吸射泵 或机械真空泵 mechanicalvacuumpump 其中机械真空泵只在一些干式减压蒸馏塔和小炼油厂的减压塔中采用 而广泛应用的是蒸汽喷射器 27 05 2020 石油化工过程系统概论 30 与一般的精馏塔和原油常压精馏塔相比 减压精馏塔具有如下特点 1 减压精馏塔分燃料型和润滑油型两种燃料型减压塔主

16、要生产二次加工如催化裂化 加氢裂化等原料 它对分离精确度要求不高 希望在控制杂质含量的前提下 如残炭值低 重金属含量少等 尽可能提高馏分油拔出率 润滑油型减压塔以生产润滑油馏分为主 希望得到颜色浅 残碳值低 馏程较窄 安定性好的减压馏分油 因此不仅要求拔出率高 而且具有较高的分离精确度 27 05 2020 石油化工过程系统概论 31 2 减压精馏塔的塔径大 板数少 压降小 真空度高由于对减压塔的基本要求是在尽量减少油料发生裂解反应的条件下 尽可能多地拔出馏分油 因此要求尽可能提高塔顶的真空度 降低塔的压降 进而提高气化段的真空度 塔内的压力低 一方面使气体体积增大 塔径变大 另一方面由于低压下各组分之间的相对挥发度变大 易于分离 所以与常压塔相比 减压塔的塔板数有所减少 如前所述 燃料型减压塔的塔板数可进一步减少 亦利于减少压降 27 05 2020 石油化工过程系统概论 32 3 减小塔底塔径 缩短渣油在减压塔内的停留时间减压塔底的温度一般在390 左右 减压渣油在这样高的温度下 如果停留时间过长 其分解和缩合反应会显著增加 导致不凝气增加 使塔的真空度下降 塔底部结焦 影响塔的正