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1、1,第七章 石油蒸馏过程,2,主要内容,概述 石油及其馏分的气-液平衡 原油精馏塔 原油精馏塔的工艺计算 减压蒸馏塔 原油蒸馏装置工艺流程 裂化产物分馏塔,3,7.1 概述,蒸馏方法是石油加工中常见的分离手段。 利用混合物中各组分在同一压力下沸点不同(即挥发度不同)将混合物分成各种组分和馏分。 蒸馏产品：直馏汽油、喷气燃料、灯用煤油、轻柴油、催化裂化原料油、润滑油加工所需的各种原料油。 因此，几乎在所有的炼油厂中，原油的第一个加工装置就是蒸馏装置。,4,7.1 概述,蒸馏的形式有多种，可以根据分离要求和加工物料的性质及数量的情况具体选用。,一、闪蒸(Flash) 液体混合物经加热后，引入一个汽
2、化空间内，在一定的T和P下，汽液两相迅速分离，得到汽液两相产物。 若汽液两相有足够的接触时间，汽液两相分离时达到了平衡状态，,5,7.1 概述,二、简单蒸馏(Simple Distillation) 在实验室或小型工业装置上常采用这种方式，如图。,将液体混合物置于蒸馏釜中，加热达到混合物的泡点，将产生的汽相引出冷却收集。 随蒸馏的进行，液相逐渐变重，温度，汽化生成的汽相浓度也在不断变化。 釜底残液只与瞬时产生的汽相成平衡，而不是与前面产生的全部汽相成平衡。,6,7.1 概述,简单蒸馏最早得到的汽相冷凝液中轻组分含量最高，以后轻组分含量逐渐减少，但总比残液中轻组分含量高。 因此简单蒸馏虽然可以使
3、混合物中的轻重组分得到相对分离，但不能将轻重组分彻底分开。所以它只能用于分离要求不太严格的场合。 三、精馏(Rectification) 液体混合物连续多次进行部分气化和部分冷凝，不平衡的气、液两相，通过多次逆流接触，进行热交换和物质交换，最后达到有效分离混合物的过程。 可以连续有效地分离液体混合物，得到纯度和收率都较高的产品。,7,7.2 石油及其馏分的汽液平衡,一、基本概念回顾(自学) 1、溶液的性质 2、汽液相平衡判断准则 3、汽液相平衡常数 二、石油及石油馏分的蒸馏曲线 石油和石油馏分是一个复杂的混合物，无法测定其完整的化学组成。 要用解析的方法进行汽液平衡计算，极端复杂。 况且，石油
4、加工过程中并不要求从石油馏分中分离出单体烃。,8,7.2 石油及其馏分的汽液平衡,因此石油馏分的汽液平衡关系通常不用其化学组成来表示，而是通过蒸馏实验来测得数据，再通过计算得出汽液平衡数据。 石油和石油馏分的汽液平衡关系，可以通过三种实验蒸馏曲线来取得，实沸点蒸馏、恩氏蒸馏和平衡汽化。 1、蒸馏曲线 (1)恩氏蒸馏曲线 恩氏蒸馏是一种简单蒸馏，将馏出的气相温度和馏出体积作图，就得到恩氏蒸馏曲线。 (2)实沸点蒸馏 实沸点蒸馏是一种实验室内的间歇蒸馏。,9,7.2 石油及其馏分的汽液平衡,其蒸馏设备是一种规格化的，有起精密分馏作用的分馏柱，分馏精度高，馏出温度与馏出物沸点相近。 将馏出的气相温度
5、与馏出百分率标绘在坐标纸上，可得到一阶梯形曲线实沸点蒸馏曲线。 (3)平衡汽化曲线 在平衡汽化设备中，将油品加热，在一定温度和压力下使油品汽化。 将油品汽化率与汽化时的气相温度作图，即可得到油品平衡汽化曲线。 根据平衡汽化曲线，可以确定油品在不同汽化率时的温度。,10,7.2 石油及其馏分的汽液平衡,2、三种蒸馏曲线的比较 将同一种油品3种蒸馏曲线绘制在同一张坐标纸上进行比较，如图所示。,11,7.2 石油及其馏分的汽液平衡,(1)曲线的斜率：平衡汽化曲线恩氏蒸馏曲线实沸点蒸馏曲线。 (2)初馏点和终馏点之差：平衡汽化曲线恩氏蒸馏曲线实沸点蒸馏曲线； 这种差别是三种蒸馏方式的分离效率的差别的反
6、映，即实沸点蒸馏的分离精确度最高，恩氏蒸馏次之，而平衡汽化则最差。 (3)液相温度：在相同的汽化率时，实沸点蒸馏恩氏蒸馏平衡汽化。 (4)汽相温度与液相温度比较 平衡汽化时，汽、液相温度是相同的；,12,7.2 石油及其馏分的汽液平衡,实沸点蒸馏柱顶部汽相温度与蒸馏釜中液相温度相差很大(几十度)； 恩氏蒸馏汽相温度低于液相温度(几度到十几度)。 由于可见：在分离精确度不高的情况下，采用平衡汽化可以在较低温度下得到较高的汽化率。 利于节能、减轻热负荷、避免油品分解、防止结焦。 尽管平衡汽化分离效率最差，仍被炼油厂广泛使用。,13,7.3 石油精馏塔,一、石油精馏过程的特点 与一般精馏过程相比，石
7、油精馏过程有它自己明显的特点： 1、复杂系精馏 (1)原油是复杂的混合物 组成至今无法完全准确地测定，不可能按组分要求来分离产品。 (2)精馏原料的沸程很宽 对原油而言，甚至在高真空条件下，还有许多重组分不能汽化。,14,7.3 石油精馏塔,2、产品也是复杂混合物 石油精馏的产品不是高纯度的单体烃产品。 因此，石油精馏时对分馏精确度的要求不高。 3、处理量大 大型的炼油厂：年处理量上百万吨甚至上千万吨。 小炼油厂：年处理量也有几十万吨。 会影响工艺、设备、成本、安全等方面的要求。 4、严格要求安全可靠性 大型石油蒸馏装置的存油量常以数百吨计，对生产过程的安全有严格的要求。,15,7.3 石油精
8、馏塔,5、尽可能降低生产成本 炼油厂的产品多为燃料，其价格比通常的化工产品低廉。这要求炼油厂必须降低生产成本。 二、常减压蒸馏流程 为了从原油中得到各种馏分油，取得良好的经济效益，除了原油精馏塔以外，还必须配置换热器、加热炉、冷凝冷却器、机泵及自动检测和控制仪表等设备。 这些设备按一定关系用工艺管线连接起来，组成一个有机整体，就称为原油蒸馏装置的工艺流程。 下图是典型的原油常减压蒸馏原理流程图。,16,7.3 石油精馏塔,17,7.3 石油精馏塔,三、石油精馏塔的工艺特征 石油精馏塔的基本原理与一般精馏塔相同，但也有它自身的特点，如图所示。,18,7.3 石油精馏塔,1、复合塔结构 在常减压蒸
9、馏装置中，原油经常压塔蒸馏被分成若干个馏分，如汽油、煤油、轻柴油、重柴油和重油。 按照精馏原理，需要n-1个精馏塔才能把原料分割成n个产品，要得到5个产品就需要四个塔。 在多塔系统中，每一个塔都是一个完整的精馏塔，设备过于复杂，投资、占地面积、能耗等方面也较高。 原油蒸馏分离的精确度要求不高，采用一个复合塔代替几个塔的作用。 进料段上方相当于四个精馏段重叠布置而成的，每个精馏段相互联通。,19,7.3 石油精馏塔,在塔的侧部开若干侧线可得到多个产品，侧线产品未经提馏段，故分离能力较低，但可以满足石油产品的分离要求，且具有占地少，投资省，能耗低等优点。 2、设置汽提段和汽提塔 (1)汽提段 石油
10、精馏塔的塔底温度较高，常压塔底温度一般在350，减压塔底温度一般在390左右。 很难找到合适的再沸器热源，因此不用再沸器，而是注入过热水蒸汽以降低油气分压，帮助轻组分汽化. 这种方式称为汽提，原油精馏塔的提馏段习惯上称为汽提段。,20,7.3 石油精馏塔,(2)汽提塔 在复合塔中，每个产品之间的分离只有精馏段，没有提馏。 侧线产品是从精馏塔的精馏段中部以上的塔板上以液相状态抽出，相当于未经过提馏的液体产品，使侧线产品质量受到影响，而且影响前一组分的收率。 因此，在原油精馏塔旁边设立汽提塔，其作用相当于各侧线的提馏段(塔2、3、4三个精馏塔的提馏段重叠布置而成，三个提馏段是相互隔绝)。 侧线产品
11、由主塔中抽出，送入汽提塔上部，从塔下部注入过热水蒸汽进行汽提。,21,7.3 石油精馏塔,当某些侧线产品需要严格控制水分含量时，不能采用水蒸汽汽提，因油品中会溶解微量的水，影响航煤质量。 另外，水蒸汽体积大于同重量油品蒸汽体积，这样就会增加塔的负荷，会使含油污水量增加。 近些年来，侧线汽提常采用再沸器代替水蒸汽汽提。 3、全塔热平衡 (1)限定最高入口温度 原油主要是各种烃类的混合物，在高于350的温度下就会因受热分解而影响直馏油品的质量. 因此通常在某一限定的最高温度下，用常压蒸馏得到一定数量的油品，其余部分要在减压条件下蒸馏取得。,22,7.3 石油精馏塔,常压塔进料温度通常在360370
12、； 减压塔进料温度限在390410。 (2)基本固定的供热量 原油分馏所需的供热，主要是靠进料在加热炉中取得，使其加热到限定的最高温度后进入塔内。 不像一般精馏塔那样，可用塔底再沸器供热来调节，即原油分馏的供热量大体上是固定的。 因此，石油精馏常压塔的回流比是由全塔热平衡确定（一般精馏塔的回流比是由分离精确度要求确定），在正常生产中调节余地很少。,23,7.3 石油精馏塔,(3)进料应有适当的过汽化率 原油精馏塔所需的热量靠原油本身带入，要求原油在进入精馏塔的e应略高于塔顶和各侧线产品收率的总和。 这个过量的汽化百分率称为过汽化率。过汽化量的目的：使化段内有一定的内回流，以保证其分馏效果。 过
13、汽化率也不宜太高，以免使进料油温度升的过高引起进料裂解和不必要的消耗能量. 常压精馏塔一般推荐为进料的24%（重），对减压塔为36%（重）。 (4)恒分子回流的假定完全不适用,24,7.3 石油精馏塔,在二元和多元精馏塔的设计计算中，为简化计算，认为在塔内的汽、液相的摩尔流量不随塔高而变化。 此假设对原油精馏塔是完全不适用的。 石油是复杂混合物，各组分间的性质可以有很大差别，它们的摩尔汽化潜热可以相差很远，沸点之间的差别甚至可以达几百度。 因此，以精馏塔上、下部温差不大、塔内各组分的摩尔汽化潜热相近为基础的恒分子回流这一假设对石油常压精馏塔是完全不适用的。 实际上，塔内的回流摩尔量沿塔高会有很
14、大的变化。,25,7.5 减压蒸馏塔,原油中大于350的高沸点馏分在高温下会发生分解反应，在常压塔的操作条件下无法获得，只能在减压和较低温度下通过减压蒸馏得到。 在生产中通过提高精馏塔内的真空度，将蒸馏设备内的气体(水蒸汽、不凝气及少量的油气等)抽出，使精馏塔内的油品在1atm下进行蒸馏。 这样高沸点组分就在低于它们沸点的温度下气化蒸出，不至于产生裂解。 在目前技术水平下，通过减压蒸馏可以得到沸点550的馏分油。 减压蒸馏的核心设备：减压精馏塔及其抽真空系统。,26,一、减压精馏塔的工艺特征 根据生产任务不同，减压塔分为润滑油型和燃料型。 润滑油型减压塔 生产润滑油馏分，分离精确要求较高。 经
15、过精制、脱蜡等进一步加工可制取各种润滑油。 燃料型减压塔 以生产催化裂化、加氢裂化原料等二次加工原料为主，分离精确度要求不高。 无论哪种减压塔，都要求尽可能高的拔出率，因为馏分油的价值远比减压渣油高，同时也有利于渣油的利用。,7.5 减压蒸馏塔,27,1、一般工艺特征 和常压塔一样，也是一个复合塔和没有提馏段、只有汽提段的不完全塔。 减压塔的基本要求：在尽量避免油料发生分解的前提下，尽可能多地提高成压拔出率。 要求在经济合理的前提下，尽可能提高减压塔气化段的真空度。 除需配置抽真空系统外，一般还采取以下措施： (1)降低从汽化段到塔顶的流动压降 减少塔板数以及减少气相通过每层塔板的压力降，以尽
16、量降低从气化段到塔顶的流动压降。,7.5 减压蒸馏塔,28,一般减压馏分之间分馏精确度要求比常压馏分低，减压塔中两个减压馏分之间只设35块塔板就可以满足分离要求，并选用压降小的塔板，如舌型、网孔塔板和筛板等。 (2)降低塔顶馏出管线的流动压降 塔顶不出产品，塔顶管线只供抽真空设备抽出不凝气和水蒸气之用。 减少塔顶馏出管线中气体量，可降低管线中流动压降。 (3)降低塔中的油气分压 塔底汽提采用大蒸气用量，一般比常压塔大，以降低塔中油气分压，提高技出率。,7.5 减压蒸馏塔,29,(4)控制减压塔炉出口温度 控制减压炉出口温度，避免常压重油热分解。生产润滑油料时，t出395，生产裂化原料时，400420。 (5)缩短渣油在塔内的停留时间 缩短减压渣油在塔底停留时间，以免在高温下发生分解、缩合而结焦。 缩小塔下段的直径。 (6)采用多个中段循环回流 常在每两个侧线间设一个中段回流，使得塔内气相负荷均匀以减小塔径，并有利于回收利用回流热。,7.5 减压蒸馏塔,30,(7)塔板距大、数量少，汽化段和塔顶设有破沫网 为防止塔内重油形成
