5石油蒸馏过程.ppt

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1、石油炼制工艺学 第五章原油蒸馏过程 2 原油 气体汽油煤油轻柴油重柴油减一线减二线减三线减四线减压渣油 蒸馏 3 原油的一次加工 原油常减压蒸馏原油的二次加工 催化重整催化裂化加氢裂化延迟焦化 等原油的三次加工 炼厂气体加工 烷基化异构化叠合醚化 甲基叔丁基醚的生产 4 第一节石油及其馏分蒸馏类型 1 平衡汽化 闪蒸 与平衡冷凝 5 2 简单蒸馏 渐次汽化 简单蒸馏的分离效果要优于平衡汽化 6 3 精馏 精馏过程的两个前提 1 气 液相间的浓度差2 合理的温度梯度精馏过程的实质 不平衡的气液两相 经过热交换 气相多次部分冷凝与液相多次部分气化相结合的过程 从而使气相中轻组分和液相中的重组分都得

2、到了提浓 最后达到预期的分离效果 7 蒸馏原理图 8 实现精馏的必要条件 精馏塔内必须要有塔板或填料 它是提供气液充分接触的场所 精馏塔内提供气 液相回流 是保证精馏过程传热传质的另一必要条件 气相回流液相回流 9 回流的作用和回流方式 回流的作用 提供塔板上的液相回流 创造汽液两相充分接触的条件 达到传质 传热的目的 取出塔内多余的热量 维持全塔热平衡 利于控制产品质量 回流方式 1 塔顶冷回流与热回流将塔顶蒸汽冷凝冷却为过冷液体 将其中一部分在塔顶送回塔内作回流 称塔顶冷回流 L0 Q1 h1 h2 将塔顶蒸汽冷凝为饱和液体 将其中一部分在塔顶送回塔内作回流 称塔顶热回流 10 2 塔顶油

3、汽二级冷凝冷却 优点 可大大减少塔顶冷凝冷却器所需的传热面积 缺点 流程较复杂 回流泵耗能增加 对大型装置有利 11 3 循环回流 从塔侧某处抽出部分液体经换热冷却后送回塔内作回流称为循环回流 塔顶循环回流中段循环回流塔底循环回流 12 1 塔顶循环回流 优点 利于回收塔顶回流热 可大大减少塔顶冷凝冷却器所需的传热面积 可降低塔顶馏出线及冷凝冷却系统的压力降 回流量LC QC ht1L ht2L 13 2 中段循环回流 作用 使汽液相负荷沿塔高分布均匀 可缩小塔径或提高处理量 利于热量的回收利用 14 缺点 影响上方塔板的分离效率 需增设换热塔板 使塔高增加 增加回流泵及换热器 流程较复杂 设

4、置中段回流时需考虑的问题 1 中段回流的数目2 回流进出口温差3 回流进出口位置 15 3 塔底循环回流 第二节石油及石油馏分的蒸馏曲线及其换算 17 原油精馏的分馏精确度 1 分馏精确度的表示方法对二元系 可用产品的纯度 或某组分浓度 表示 对石油精馏 常用相邻两馏分的馏分组成或蒸馏曲线的相互关系 间隙或重叠 来表示 18 恩氏蒸馏 0 100 间隙 t0H t100L恩氏蒸馏 5 95 间隙 t5H t95L2 分馏精确度与回流比 塔板数的关系常用经验的方法估计达到分馏精确度所需的回流比及塔板数 石油精馏塔的塔板数主要靠经验选用 3 实沸点切割点和产品收率切割点 t0H t100L 2 实

5、沸点数据产品收率 由切割点从实沸点蒸馏曲线上查得 19 一 石油及石油馏分的蒸馏曲线1 石油及其馏分的蒸馏曲线 恩氏蒸馏曲线 ASTM曲线 平衡汽化曲线 EFV曲线 实沸点蒸馏曲线 TBP曲线 2 三种蒸馏曲线的比较图5 7 8 20 三种蒸馏曲线的比较 图5 4三种蒸馏曲线比较图5 5用液相温度为坐标的三种蒸馏曲线1 实沸点蒸馏 2 恩氏蒸馏 3 平衡汽化 21 3 蒸馏曲线的相互换算 1 常压蒸馏曲线的相互换算 常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换用P153图5 9换算50 点温度 注意裂化校正用P154图5 10换算各曲线段温度差值 由50 点温度推算得其他各点温度 例5 1 常压恩氏

6、蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换用P156图5 12换算50 点温度 用P157图5 13换算各曲线段温度差值 由50 点温度推算得其他各点温度 例5 2 常压实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换P158图5 14 参考线的引入 22 2 减压1 33kPa 10mmHg 蒸馏曲线相互换算 恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换假定恩氏蒸馏50 点温度 实沸点蒸馏50 点温度 用P160图5 15换算各曲线段温度差值 由50 点温度推算得其他各点温度 恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换用P161图5 16换算50 点温度 用P161图5 17换算各曲线段温度差值 由50 点温度推算得其他各点温度 实沸点蒸

7、馏曲线和平衡汽化曲线的互换用P162图5 18换算50 点温度 用P162图5 19换算各曲线段温度差值 由50 点温度推算得其他各点温度 23 3 减压1 33kPa 10mmHg 蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线 减压10mmHg实沸点蒸馏曲线换算为常压实沸点曲线减压10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点曲线10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为10mmHg实沸点曲线10mmHg实沸点蒸馏曲线换算为常压实沸点曲线减压10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线10mmHg恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线常压实沸点蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线 24 4 常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线

8、图5 20石油馏分的p T e相图 25 焦点温度 压力的确定 P163图5 21 P164图5 22P164例5 4 5 常压与减压平衡汽化曲线的换算 常压平衡汽化曲线与减压下平衡汽化曲线的换算 减压下不同压力平衡汽化曲线的换算假定减压下平衡汽化曲线各段温差不随压力而变 由相应经验图表换算50 点温度 可推算得各点温度 26 第三节石油精馏塔的气 液相负荷分布规律 分析方法 隔离体系 热平衡 含物料平衡 符号 F D M G W 分别为进料 塔顶汽油 侧线煤油 柴油和塔底重油的流量 kmol h tD tM tG tw 分别为D M G W的温度 tF t1 分别为进料和塔顶的温度 L0 塔

9、顶回流量 kmol h e 进料汽化率 mol分率 S 塔底汽提蒸汽用量 kmol h tS 汽提用过热水蒸汽温度 h 物流焓 kJ kmol 上角标V代表气相 L表示液相 27 1 塔顶气 液相负荷 隔离体系见图5 24先不考虑塔顶回流 则Q入 Fe F 1 e S kJ hQ出 D S M G W kJ h令Q Q入 Q出 kJ h则Q显然是为了达到全塔热平衡必须由塔顶回流取走的热量 亦即全塔回流热 Q L0 kJ h 28 塔顶回流量 kmol h塔顶气相负荷 V1 L0 D S kmol h 29 2 汽化段气 液相负荷 如果将过汽化量忽略 则汽化段液相负荷 即精馏段最低一层塔板n流下

10、的液相回流量 为 Ln 0 kmol h实际计算中应将过汽化量计入 此时Ln不等于零 气相负荷 从汽化段进入精馏段的气相流量 为 VF D M G S Ln kmol h 30 3 最低侧线抽出板下方的气 液相负荷 隔离体系见图5 25先考察Ln 1 为此 作隔离体系I 暂不计液相回流Ln 1在n板上汽化时焓的变化 则进 出隔离体系的热量为 Q入 n D M G SQ出 n D M G S在精馏过程中 沿塔自下而上有一个温度梯度 故tF tn所以Q入 n Q出 n 31 令Qn Q入 n Q出 n 则 n就是液相回流Ln 1在第n板上汽化所取走的热量 称为n板上的回流热 所以其回流量为 第n板

11、上的气相负荷 Vn D M G S Ln 1kmol h 图5 25 1 2 3 33 考察第m 1板下的Vm和Lm 1 在图5 25作隔离体系II 有Q入 m Q入 n令m板上的回流热为Qm 则Qm Q入 n Q出 m而Qn Q入 n Q出 n由于tmQn即汽化段以上 沿塔高上行 须由塔板上取走的回流热逐板增大 Q出 m D M G S 34 从第m 1板流至第m板的液相回流量为 式中的分母项仍可看作回流Lm 1的摩尔蒸发潜热与由tm降至tm 1显热之和 烃类的摩尔汽化潜热随着相对分子质量和沸点的减小而减小 而沿塔高每层塔板上的回流愈来愈大 这样 以摩尔数表示的液相回流量沿塔高是逐渐增大的

12、即Ln Ln 1 Lm Lm 1 Lm 1 kmol h 35 气相负荷 自第n板上升的气相负荷应为 Vn D M G S Ln 1 kmol h自第m板上升的气相负荷为 Vm D M G S Lm 1 kmol h因为Ln 1Vn与液相回流的变化规律一样 以摩尔流量表示的气相负荷也是沿塔高的高度自下而上渐增 36 4 经过侧线抽出板时的气 液相负荷 以柴油抽出板m 1板为例 按图5 25对隔离体系III作热平衡 暂不计回流 Q入 m 1 Q入 n Q入 m也可写成 Q出 m 1 D M G S 37 令Qm 1 Q入 m 1 Q出 m 1kJ h则由第m 2板流至第m 1板的液相回流量为 沿

13、塔高自下而上 每经过一个侧线抽出塔板 液相回流量除由于塔板温降所造成的少量增加外 另有一个突然的增加 这个突增量可以认为等于侧线抽出量 Lm 2 kmol h 38 柴油抽出板上的气相负荷为 Vm 1 D M S Lm 2kmol h与Vm相比较 Vm 1中减少了G 但是Lm 2比Lm 1却除了因塔板温降而引起的少量增加外 还增加了一个突增量 这个突增量正好相当于G 因此 在经过侧线抽出板时 虽然液相负荷有一个突然的增量 而气相负荷却仍然只是平缓地增大 39 5 塔顶第一 二层塔板之间的气 液相负荷 图5 26塔顶部气 液相负荷 从第一板流至第二板的回流量L1为 L1 kmol h塔顶冷回流量

14、为 L0 kmol h 40 一般来说 相邻两层塔板的温降是不大的 回流热的增长也不多 液相回流组成和蒸发潜热的变化不会很显著 因而可近似地认为Q1 Q2 t1 t2 但t0明显地低于t1 故L0 由V1 D S L0 kmol hV2 D S L1 kmol h知V2 V1可见 在塔顶第一 二层塔板之间 气 液相负荷达到最高值 越过塔顶第一板后 气 液相负荷急剧下降 41 原油精馏塔内汽液相负荷分布规律 自进料段以上 沿塔高上行 从塔板上取走的回流热逐板增大 分子汽化潜热又逐板减小 所以汽液负荷逐板增大 到塔顶第一 二板之间时达到最大 沿塔高自下而上 每经过一个侧线产品抽出板 液相负荷除由塔

15、板温降所造成的少量增加外 另有一突然增加量 突增量约等于抽出量 42 侧线产品冷凝后需要同量的液相回流汽化带走冷凝热 所以侧线产品的抽出不影响汽相负荷 在流经产品抽出板时 汽相负荷只是由于塔板温降所造成的少量增加 没有突增量 在塔顶第一 二板之间 原油精馏塔的汽液负荷达到最高值 越过塔顶第一板后 汽液负荷均大幅度下降 中段循环回流取走大量回流热 在中段循环回流的上一块塔板 回流热大为减少 汽液负荷 回流 将大大减小 在汽提段 由上而下 汽液相负荷愈来愈小 常压精馏塔精馏段的汽液相负荷分布规律图 设有中段回流 5 27 第四节原油蒸馏的工艺流程 45 一 原油的预处理 脱盐脱水 传统的原油预处理

16、是指对原油进行脱盐脱水 随着高酸值原油数量的增加 原油的预处理现也包括脱酸部分 原油中的酸性含氧化合物主要是什么 原油脱酸过程中加入中和剂和增溶剂 中和产物进入溶剂相及水相 在破乳化剂和电场力作用下油和水相分离 酸进一步回收 46 一 原油含盐含水的危害 增加能量消耗水的汽化潜热很大 水在发生相变时 必然要消耗大量的燃料和冷却水 原油通过换热器 加热炉时 水分蒸发使溶于水中的盐类析出 在管壁上形成盐垢 不仅降低了传热效率 也会减小管内流通面积而增大流动阻力 水汽化之后体积明显增大 系统压力上升 导致泵出口压力增大 动力消耗增大 干扰蒸馏塔的平稳操作水的分子量比油小得多 水汽化后使塔内气相负荷增大 含水量的波动必然会打乱塔内的正常操作 轻则影响分离质量 重则因水的 爆沸 而造成冲塔事故 47 腐蚀设备在加热并有水存在时 氯化钙和氯化镁等可水解放出HCl 在有液相水存在时即成盐酸 造成蒸馏塔顶部低温部位的腐蚀 CaCl2 2H2O Ca OH 2 2HClMgCl2 2H2O Mg OH 2 2HCl加工含硫原油时 生成的FeS能附着在金属表面上起保护作用 可是 当有HCl存在时 FeS对