第三章石油蒸馏过程课件

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1、 原油原油 产品产品 ？ 基基本本途途径径一一般般为为：将将原原油油先先按按不不同同产产品品的的沸沸点点要要求求，分分割割成成不不同同的的直直馏馏馏馏分分油油，然然后后按按照照产产品品的的质质量量标标准准要要求求，除除去去这这些些馏馏分分油油中中的的非非理理想想组组分分；或或者者通通过过化化学学反反应应转转化化，生生成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。 炼炼油油厂厂首首先先必必须须解解决决原原油油的的分分割割和和各各种种石石油油馏馏分分在在加加工工过过程程中中的的分分离离问问题题。蒸蒸馏馏正正是是一一种种常常用用的的最最经经济济和和最最容

2、容易易实实现的分离手段。现的分离手段。 几几乎乎所所有有炼炼油油厂厂中中原原油油的的第第一一个个加加工工过过程程就就是是蒸蒸馏馏（俗俗称称为为龙龙头头），例例如如拔拔顶顶蒸蒸馏馏和和常常减减压压蒸蒸馏馏等等。所所谓谓原原油油一一次次加工，即指原油蒸馏而言。加工，即指原油蒸馏而言。 9/27/20241炼油工艺学 常减压装置常减压装置9/27/20242炼油工艺学蒸馏蒸馏原理原理：按其组分按其组分沸点的不同沸点的不同而达到分离的目的而达到分离的目的蒸馏操作的三种基本蒸馏操作的三种基本类型类型: :q 闪蒸闪蒸平衡汽化平衡汽化q 简单蒸馏简单蒸馏渐次汽化渐次汽化q 精馏：连续式和间歇式精馏：连续式

3、和间歇式蒸馏和精馏的理论基础：相平衡原理、相蒸馏和精馏的理论基础：相平衡原理、相律、拉乌尔定律和道尔顿分压定律。律、拉乌尔定律和道尔顿分压定律。9/27/20243炼油工艺学相平衡：相平衡： 置于密闭容器中的液体，在一定温度下，蒸发和冷凝同时存在，开始时蒸发速度大于冷凝速度，随着蒸发出的分子数增加，冷凝速度相应也增大，此过程进行到最后，蒸发速度等于冷凝速度，达到动态平衡，此状态即为气-液相平衡状态。气液相平衡的气液相平衡的特征：特征：特征：特征：qq气相和液相温度相等。气相和液相温度相等。qq处处于于气气- -液液相相平平衡衡状状态态的的气气体体和和液液体体分分别别称称为为饱饱和和蒸蒸气气和和

4、饱饱和和液体。饱和蒸气具有的压力称为饱和蒸气压。液体。饱和蒸气具有的压力称为饱和蒸气压。qq气相和液相中的组成保持稳定，不再变化。气相和液相中的组成保持稳定，不再变化。qq混混合合物物各各组组成成同同时时存存在在于于气气- -液液两两相相中中，每每一一组组分分都都处处于于平平衡衡状态状态qq不同的外界条件，可以建立不同的相平衡状态不同的外界条件，可以建立不同的相平衡状态9/27/20244炼油工艺学汽液平衡关系式的表示方法汽液平衡关系式的表示方法 汽液两相平衡组成常用相平衡常数或相对挥发 的关系式来表达。相平衡常数相平衡常数 （distribution coefficientdistribut

5、ion coefficient）Ki 表示 i 组分的相平衡常数，其定义为式中：式中： yi 和和 xi 分别表示分别表示 i 组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔分数。组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔分数。 对于易挥发组分，对于易挥发组分，Ki 1，即即 yi xi。Ki 值越大，组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易值越大，组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易。 9/27/20245炼油工艺学9/27/20246炼油工艺学9/27/20247炼油工艺学9/27/20248炼油工艺学9/27/20249炼油工艺学9/27/202410炼油工艺学9/27/202411

6、炼油工艺学9/27/202412炼油工艺学9/27/202413炼油工艺学9/27/202414炼油工艺学泡点和露点泡点和露点 ：q在一定压力下，加热原油，使其温度升高到某一数值时，原油刚刚开始气化，即原油刚刚出现第一个气泡并保持相平衡状态，此时的温度，称为泡点温度，或称为平衡气化0%温度 q继续升高温度使原油不断气化，当原油刚刚全部气化并保持相平衡时的温度，称为露点温度，也称为平衡气化100%的温度。 q处于泡点状态时的液体是饱和液体，而处于露点状态时的气体是饱和气体。 q纯物质，在一定压力下，其泡点温度与露点温度相等，也就是它的沸点。对于混合物，混合物的泡点温度低于露点温度。 q高于露点温

7、度的气体为过热气体，低于其泡点温度，称为过冷液体 9/27/202415炼油工艺学 将液体混合物加热，使其部分气化，然后将蒸气引出冷凝为冷凝液，这样就可以使液体混合物得到分离的过程称为蒸馏。蒸馏是炼油工业中最常用和最基本的一种分离混合物的方法，也是实验室常用方法。根据所用设备和操作方法的不同，蒸馏方式可分为以下几类：qq 闪蒸闪蒸闪蒸闪蒸平衡汽化平衡汽化平衡汽化平衡汽化q 简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏渐次汽化渐次汽化渐次汽化渐次汽化q 精馏：连续式和间歇式精馏：连续式和间歇式精馏：连续式和间歇式精馏：连续式和间歇式9/27/202416炼油工艺学1 1闪蒸闪蒸平衡气化平衡气化q在闪蒸过程中

8、，气、液两相有足够的时间密切接触，达到了平衡状态，则称为平衡汽化 q气相产物中含较多的低沸点组分，液相产物中含较多的高沸点组分。但所有组分都同时存在于气、液相中 9/27/202417炼油工艺学 闪蒸操作流程：一定组成的料闪蒸操作流程：一定组成的料液被加热后经节流阀减压进入液被加热后经节流阀减压进入闪蒸罐，液体因沸点下降变为闪蒸罐，液体因沸点下降变为过热而骤然汽化，汽化耗热使过热而骤然汽化，汽化耗热使得液体温度下降，汽、液两相得液体温度下降，汽、液两相温度趋于一致，两相组成趋于温度趋于一致，两相组成趋于平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引出的汽、液两相即为闪蒸产品。出的汽、液两

9、相即为闪蒸产品。 闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液 塔底产品 Q减压阀9/27/202418炼油工艺学 在平衡汽化过程中，汽液两相总是处于平衡状态，因此可在平衡汽化过程中，汽液两相总是处于平衡状态，因此可以利用相图或相平衡关系，依据相律，求定温度、压力、以利用相图或相平衡关系，依据相律，求定温度、压力、汽相组成、液相组成及气化率等参数中的未知量。汽相组成、液相组成及气化率等参数中的未知量。9/27/202419炼油工艺学q平衡气化的逆过程称为平衡冷凝 q平衡气化和平衡冷凝时，气相产物中含有较多低沸组分，液相产物中含有较多高沸组分，因此都能使液体混合物得到一定程度的分离 q在平衡状态下，所有组

10、分都同时存在于气、液两相中，而两相中的每一个组分都处于平衡状态，因此这种分离是比较粗略的 9/27/202420炼油工艺学2 2简单蒸馏简单蒸馏渐次气化渐次气化 液体混合物在蒸馏釜中被加热，在一定压力下，当温度达到混合物的泡点温度时，液体开始气化，生成微量蒸气。生成的蒸气当即被引出并冷凝冷却后收集起来，同时液体继续加热，继续生成蒸气并被引出。这种蒸馏方式称作简单蒸馏或微分蒸馏 9/27/202421炼油工艺学q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 q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 q简单蒸馏所剩下的残液是与最后一个轻组分含量不高的微

11、量蒸气相平衡的液相，所得的液体中的轻组分含量会低于平衡汽化所得的液体的轻组分含量 q简单蒸馏是一种间歇过程，基本上无精馏效果，分离程度也还不高，一般只是在实验室中使用 9/27/202422炼油工艺学9/27/202423炼油工艺学3 3精馏精馏p精馏可分为连续式和间歇式精馏可分为连续式和间歇式两种两种 p汽化段、精馏段、提馏段、汽化段、精馏段、提馏段、塔顶冷凝冷却设备、再沸器、塔顶冷凝冷却设备、再沸器、塔板塔板p塔顶冷回流：轻组分浓度高、塔顶冷回流：轻组分浓度高、温度低温度低p塔底气相回流：轻组分浓度塔底气相回流：轻组分浓度低、温度高低、温度高9/27/202424炼油工艺学l由于塔顶液相回

12、流和塔底气相回流的作用，沿精馏塔高度建立了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：两个梯度： (1) (1) 自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度 ；(2) (2) 气、液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大的气、液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大的 浓度梯度。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存在是精馏过程得以进行的必要条件 9/27/202425炼油工艺学 由由于于两两个个梯梯度度的的存存在在，在在塔塔中中每每一一个个气气、液液两两相相

13、的的接接触触级级中中，由由下下而而上上的的较较高高温温度度和和较较低低轻轻组组分分浓浓度度的的气气相相与与由由上上而而下下的的较较低低温温度度和和较较高高轻轻组组分分部部的的液液相相存存在在相相间间差差别别，因因此此气气、液液两两相相在在接接触触前前处处于于不不平平衡衡状状态态，形形成成相相间间推推动动力力，使使气气、液液两两相相在在接接触触过过程程中中进进行行相相间间的的传传热热和和扩扩散散传传质质，最最终终使使气气相相中中的的轻轻组组分分和和液液相相中中的的重重组组分分分分别别得得到到提提纯纯。经经过过多多次次气气、液液相相逆逆流流接接触触，最最后后在在塔塔顶顶得得到到较较纯纯的的轻轻组组

14、分分，在塔底得到较纯的重组分。在塔底得到较纯的重组分。 精馏的实质精馏的实质气、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。精馏的分离效果要远远优于平衡汽化和简单蒸馏。9/27/202426炼油工艺学9/27/202427炼油工艺学9/27/202428炼油工艺学9/27/202429炼油工艺学9/27/202430炼油工艺学石油及石油馏分的蒸馏曲线石油及石油馏分的蒸馏曲线恩式蒸馏（恩式蒸馏（ASTM)ASTM)曲线曲线实沸点蒸馏实沸点蒸馏(BTP)(BTP)曲线曲线平衡气化平衡气化(EFV)(EFV)曲线曲线馏出

15、温度和体积之间的关系曲线馏出温度和体积之间的关系曲线 9/27/202431炼油工艺学恩氏蒸馏恩氏蒸馏(ASTM)(ASTM)实沸点蒸馏实沸点蒸馏(TBP)(TBP)平衡气化平衡气化(EFV)(EFV)本本质简单蒸蒸馏间歇精歇精馏平衡气化平衡气化测定定条件条件规格化的格化的仪器和器和在在规定的定的实验条条件下件下规格化蒸格化蒸馏设备(17(17块理理论板板) )中和中和规定条件下定条件下在一定在一定压力、温度力、温度下下分离分离效果效果基本无精基本无精馏作用，作用，不能不能显示各示各组分分的沸点的沸点分离效果好，可大分离效果好，可大体反映各体反映各组分沸点分沸点的的变化化受气液相平衡限制受气液

16、相平衡限制, ,分离效果差分离效果差, ,仅相当相当于一于一块塔板的分离塔板的分离能力能力用途用途用于用于计算其它物算其它物性参数性参数主要用于原油主要用于原油评价价9/27/202432炼油工艺学q 三种蒸馏曲线的比较三种蒸馏曲线的比较 三种方法的分离效果是三种方法的分离效果是TBPASTMEFVTBPASTMEFVq恩恩式式蒸蒸馏馏：反反映映在在一一定定条条件下的汽化性能件下的汽化性能q实实沸沸点点蒸蒸馏馏：大大致致反反映映油油品品中中各各组组分分沸沸点点变变化化的的连连续曲线续曲线q平平衡衡气气化化：在在一一定定条条件件下下，可可以以确确定定在在不不同同汽汽化化率率时时的的温温度度或或某

17、某一一温温度度下下的的汽汽化率化率9/27/202433炼油工艺学要得到相同的气化率，实要得到相同的气化率，实沸点蒸馏所需温度最高，沸点蒸馏所需温度最高，恩式蒸馏居中，平衡气化恩式蒸馏居中，平衡气化最低最低那就是在同样气化率的前那就是在同样气化率的前提下，平衡气化所需的温提下，平衡气化所需的温度最低，这样就减轻了加度最低，这样就减轻了加热设备的负荷热设备的负荷 9/27/202434炼油工艺学蒸馏曲线的相互换算蒸馏曲线的相互换算油品蒸馏所得三种蒸馏曲线的工作量有很大差别，平衡汽化的工作量最大，恩氏蒸馏最小 三种蒸馏曲线的换算主要求助于经验方法 使用这些经验图表时必须严格注意它们的适用范围及可能

18、的误差，尽量采用实测数据 换算图表一般都是以体积分数来表示收率 9/27/202435炼油工艺学1 1常压蒸馏曲线的相互换算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换算常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算 常压恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算常压恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算 常压实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线的换算常压实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线的换算 2 2减压减压1.33kPa(1.33kPa(残压残压10mmHg)10mmHg)蒸馏曲线的相互换算蒸馏曲线的相互换算 9/27/202436炼油工艺学3 3减压减压1.33kPa(1.33kPa(残压残压10mmHg)10

19、mmHg)蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线减压实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线减压实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线 减减压压1.33kPa(1.33kPa(残残压压10mmHg)10mmHg)恩恩氏氏蒸蒸馏馏曲曲线线换换算算为为常常压压实实沸沸点点蒸馏曲线蒸馏曲线 1.33kPa(1.33kPa(残残压压10mmHg)10mmHg)恩恩氏氏蒸蒸馏馏曲曲线线1.33kPa1.33kPa实实沸沸点点蒸蒸馏曲线见图馏曲线见图7-187-18； 1.33kPa1.33kPa实实沸沸点点蒸蒸馏馏曲曲线线换换算算成成常常压压实实沸沸点点蒸蒸馏馏曲曲线线，用本节用本节33方法

20、方法 减减压压1.33kPa(1.33kPa(残残压压10mmHg)10mmHg)恩恩氏氏蒸蒸馏馏曲曲线线换换算算为为常常压压恩恩氏氏蒸蒸馏曲线馏曲线 减减压压1.33kPa(1.33kPa(残残压压10mmHg)10mmHg)恩恩氏氏蒸蒸馏馏曲曲线线换换算算为为常常压压实实沸点蒸馏曲线，见本节沸点蒸馏曲线，见本节33； 常常压压实实沸沸点点蒸蒸馏馏曲曲线线换换算算成成常常压压恩恩氏氏蒸蒸馏馏曲曲线线，见见本本节节1 1 9/27/202437炼油工艺学4 4常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线不同的压力下相同汽化百分数的各点可以连成一条直线，而且不

21、同汽化百分数连成的各P-T线都会聚于一点(焦点)焦点并没有实际意义，只是各条P-T线的会聚点 本法只适用于临界温度以下的温度 9/27/202438炼油工艺学5 5常压与减压下平衡汽化曲线的换算常压与减压下平衡汽化曲线的换算 常压平衡汽化曲线与减压平衡汽化曲线的换算以及减压下不同压力平衡汽化曲线的换算用图7-26。由图查得所需残压下平衡汽化50%的温度(或30%温度)然后假设减压下平衡汽化曲线各线段温度差不随压力而变化，从而推算出其他各点温度。误差一般不超过14 9/27/202439炼油工艺学油油- -水不互溶体系的气水不互溶体系的气- -液平衡液平衡 1. P-T-e相图的用途 有了石油馏

22、分的有了石油馏分的P-T-eP-T-e相图，便可以相图，便可以从从P P，T T，e e三者中的三者中的两者求得第三者两者求得第三者：若已知若已知P P，e e，求，求T T，可直接从图中查得可直接从图中查得T T；若已知若已知T T，e e，求，求P P，也可直接从图中查得也可直接从图中查得P P；若已知若已知P P，T T，求，求e e，需用需用试差法试差法； 先假设先假设e e为某一数值为某一数值e e，求得对应压力求得对应压力P Po o，然后由然后由P Po o、TeTe”，若，若e e= e= e”，则假设即为所求；否则，重新则假设即为所求；否则，重新假设，重复此过程，直至假设与所

23、求相同为止假设，重复此过程，直至假设与所求相同为止9/27/202440炼油工艺学2. 2. 过热水蒸气存在下油的汽化过热水蒸气存在下油的汽化 水蒸气的作用水蒸气的作用 降低油气分压，使油在较低的温度下气化降低油气分压，使油在较低的温度下气化 水蒸气存在下体系的压力：水蒸气存在下体系的压力：P=PP=Po o+P+Ps s 过热水蒸气，就是指在整个过程中，水蒸气都过热水蒸气，就是指在整个过程中，水蒸气都不会冷凝，在体系中，它始终以气相形式存在不会冷凝，在体系中，它始终以气相形式存在 Ps Ps PsPso o 9/27/202441炼油工艺学 水蒸气存在下油的汽化水蒸气存在下油的汽化 气相气相

24、A+S油相油相A此时有：此时有：P=PP=PA A+P+Ps s根据分压定律根据分压定律：由上式可以看出：由上式可以看出：P P一定，如要求一定，如要求A A的汽化量也一定，则：的汽化量也一定，则：N NS S，P PA A，汽化温度汽化温度； P P，T T一定，则一定，则(P/ P(P/ PA A-1)-1)不变，故不变，故N NS S/ / N NA A一定，则汽化一定，则汽化A A的量越大，水蒸气的量的量越大，水蒸气的量也越大也越大 9/27/202442炼油工艺学3 3、 饱和水蒸气存在下油的汽化饱和水蒸气存在下油的汽化A+SAS当气液两相达到平衡时：当气液两相达到平衡时： P PO

25、 O=P=PO O0 0：P PS S=P=PS S0 0体系的总压力为：体系的总压力为： P=PP=PS S+P+PO O= P= PS S0 0+ P+ PO O0 0气相中的水蒸气与油气的摩尔数之比为气相中的水蒸气与油气的摩尔数之比为：9/27/202443炼油工艺学含水原油在换热器中被加热：含水原油在换热器中被加热：TPTPS S0 0，P PO O0 0，但，但P PS S0 0+P+PO O0 0PP不汽化不汽化 到达某点，到达某点，P PS S0 0+P+PO O0 0=P=P，油水同时汽化油水同时汽化 但但P PO O0 0PPS S0 0+P+PO O0 0PTPPTPS S

26、0 0+P+PO O0 0=P=P进一步汽化进一步汽化重复上述过程重复上述过程水全部汽化水全部汽化过热水蒸气存在过热水蒸气存在下油的汽化下油的汽化 9/27/202444炼油工艺学油水同时开始汽化点O和汽化后油的汽化分率的计算：对于油水同时开始汽化点O的确定，采用猜算法： 假设同时开始汽化的温度为t0，由t0查图表得PS0和PO0，若两者之和PS0+PO0=P，则假设之t0正确，否则再假设t0，重复进行计算，直至PS0+PO0=P对于开始汽化后，油在不同温度下的汽化分率的计算： 由tPS0PO0=P-PS0查P-T-e相图得t时的汽化率e 对于水完全汽化时的温度的求法，可由前面的方法算得 9/

27、27/202445炼油工艺学4 4、油气-水蒸气混合物的冷凝 油气、水蒸气都处于过热状态，仅是单相冷却过程； 油气是饱和状态，水蒸气是过热状态； 油气、水蒸气都处于饱和状态； 油和水同时冷凝完毕； 油和水是单相的冷却过程9/27/202446炼油工艺学例例：某原油含水0.4%(w)，经一组换热器换热后进入初馏塔，测得初馏塔汽化段温度为250，压力为2.0atm，请计算初馏塔汽化段原油和水的汽化率。已知已知： 1atm下原油的平衡汽化数据： 汽化%(v) 0 10 20 30 40 汽化温度， 160 230 300 350 380 原油的焦点温度为450，焦点压力为45atm； 250时水的饱

28、和蒸气压为41atm。为简化计算，可以假设： 原油的重量汽化分率与体积汽化分率相同； 令油气的分子量为100； 原油含水0.4%可以认为是100g原油外加0.4g水，而不是油水共100g。 9/27/202447炼油工艺学解：汽化段的温度为250，压力是2.0atm，而250时水的饱和蒸气压PS0=41 atm，由此我们可以得到： P= PS0+ PO0=2.0atm PS2.0atm，而PS0=41 atm PS0，馏分间有间隙，间隙越大，分离精确度越高n t0H-t100L0，馏分间有重叠，重叠越大，分馏精确度越差n 通常用t5H和t95L之间的差值来表示 用ASTM(595)间隙 = t

29、5H-t95L 表示9/27/202458炼油工艺学间隙：分馏效间隙：分馏效果好果好重叠：分馏效重叠：分馏效果差果差9/27/202459炼油工艺学2、分馏精确度的决定因素分馏精确度的决定因素 石油馏分的分馏精确度主要由物系中组分石油馏分的分馏精确度主要由物系中组分之间的分离难易程度、回流比和塔板数决定之间的分离难易程度、回流比和塔板数决定 分馏精确度与回流比、塔板数的关系：分馏精确度与回流比、塔板数的关系：回流比和塔板数一般是凭经验估算得到的回流比和塔板数一般是凭经验估算得到的 9/27/202460炼油工艺学三、石油精馏塔的汽、液相负荷分布规律三、石油精馏塔的汽、液相负荷分布规律 精馏塔内

30、汽、液相负荷分布规律的分析工具精馏塔内汽、液相负荷分布规律的分析工具是热平衡是热平衡 选择几个有代表性的截面，做适当的隔离体选择几个有代表性的截面，做适当的隔离体系，进行热平衡计算，求出塔板上汽液相负荷系，进行热平衡计算，求出塔板上汽液相负荷 1 1塔顶汽、液相负荷塔顶汽、液相负荷9/27/202461炼油工艺学F、D、M、G、W：分别代表进分别代表进料、塔顶汽油、侧线煤油、柴油料、塔顶汽油、侧线煤油、柴油和塔底重油的流量，和塔底重油的流量，KmolKmol/hr/hrtD、tM、tG、tW：分别为分别为D D、M M、G G、W W的抽出温度的抽出温度t1、t0、 tG ：分别为塔顶抽出温分

31、别为塔顶抽出温度、塔顶回流返塔温度和进料进度、塔顶回流返塔温度和进料进塔温度塔温度L0、e：分别为塔顶回流量和进料分别为塔顶回流量和进料汽化率汽化率h：各物流的焓值，上角各物流的焓值，上角V V代表代表气相，气相，L L代表液相。代表液相。9/27/202462炼油工艺学9/27/202463炼油工艺学9/27/202464炼油工艺学2 2汽化段至汽化段至G G抽出板下方各板的抽出板下方各板的V V、L L(1)汽化段的V、L 过汽化量为0时：Ln=0 Kmol/hr VF=D+M+G+S+Ln (2)第n板上的L、V 9/27/202465炼油工艺学图7-44 汽化段与精馏段隔离体系图FFG

32、F ,tFGMDSIIILn-1Lm-1m-1,tm-1m,tmn-1,tn-1n,tnSW9/27/202466炼油工艺学3 3第第m m板的板的L L、V(V(侧线抽出板下侧线抽出板下) )下面分析一下下面分析一下L Lm-1m-1和和L Ln-1n-1及及V Vm m与与V Vn n的大小：的大小：沿塔由低到高温度逐渐降低，沿塔由低到高温度逐渐降低，t tm m t tn nQ Q出出,m,mQ Q Qn n分析可得：分析可得：L Lm-1m-1LLn-1n-1从而有：从而有：V Vm m V Vn n 9/27/202467炼油工艺学4 4经过侧线抽出板时的经过侧线抽出板时的L L、V

33、 V的变化的变化9/27/202468炼油工艺学5 5塔顶第一、二层塔板之间的塔顶第一、二层塔板之间的L L、V VQ Q1 1QQ2 2 H HV VL1,t2L1,t2HHV VL0,t1L0,t1 H HL LL0,t0L0,t0 H HL LL1,t1L1,t1 L L0 0LL1 1 VV1 1=D+S+L=D+S+L0 0 V V2 2=D+S+L=D+S+L1 1VV1 1VV2 2 9/27/202469炼油工艺学 结结论论：沿沿塔塔高高自自下下而而上上，液液相相负负荷荷先先缓缓慢慢增增加加，到到抽抽出出板板，由由一一个个突突增增，然然后后再再缓缓慢慢增增加加，到到抽抽出出板板

34、又又突突增增至至塔塔顶顶第第二二块块板板达达最最大大，到到第第一一块块板板又又突突然然减减小小；而而汽汽相相负负荷荷一一直直是是缓缓慢慢增增加加的的，到到第第二二块块板板达达最最大大，到到第第一一块块板又突然减小板又突然减小 9/27/202470炼油工艺学6 6有中段回流时气液相负荷的变化有中段回流时气液相负荷的变化 7 7汽提段的气液相负荷变化规律汽提段的气液相负荷变化规律 在汽提段，由上而下，液相和气相的负荷越来越小；在汽提段，由上而下，液相和气相的负荷越来越小；温度有所下降温度有所下降 9/27/202471炼油工艺学四、回流方式四、回流方式采用各种回流的目的p 保证精馏塔具有精馏的作

35、用p 取走塔内剩余热量p 控制和调节塔内各点温度p 保证塔内汽液相负荷分布均匀p 保证各产品质量9/27/202472炼油工艺学1 1、塔顶冷回流、塔顶冷回流p部分过冷液体从塔顶返回塔内，用于控制塔顶温度，部分过冷液体从塔顶返回塔内，用于控制塔顶温度，提供塔内精馏所需回流，并从塔顶取走剩余热量；提供塔内精馏所需回流，并从塔顶取走剩余热量；p当只采用塔顶冷回流时，冷回流的取热量应等于全当只采用塔顶冷回流时，冷回流的取热量应等于全塔总剩余热量；塔总剩余热量；p当回流热量一定时，冷回流的温度越低，冷回流的当回流热量一定时，冷回流的温度越低，冷回流的流量就越低；流量就越低；p一般常压塔的汽油冷回流温度

36、为一般常压塔的汽油冷回流温度为303040409/27/202473炼油工艺学2 2塔顶油气二级冷凝冷却塔顶油气二级冷凝冷却 冷却时分两次，它首先将塔顶油气冷到基本冷凝，仅把回流部分用泵送回塔顶，而降剩下的产品部分送到下一个冷却器冷却到所需的安全温度 9/27/202474炼油工艺学n在第一级油气和水蒸气基本上被冷凝冷却，这里集中了绝大部分的热负荷，由于传热温差大，即热源比冷源的温度高得多，因此传热面积不会太大 n在第二级冷凝冷却中，仅冷却产品部分，虽然传热温差小，但其热负荷占总热负荷的比例小，所以总起来看，二级冷凝冷却所需的总传热面积要比一级冷凝冷却小 n缺点：返回塔顶的是热回流，也就是说返

37、回温度比一级冷凝冷却时高，因而造成内回流量增大，另外流程也更复杂 9/27/202475炼油工艺学n塔顶馏出物温度低，带出的热量很难回收利 用，但却需要很大的冷凝冷却设备（如空冷、水冷等）n造成塔内上下汽液相负荷分布不均匀，影响了塔的处理量n采用循环回流与塔顶回流相结合可以上述不足 上述两种回流方式都是从塔顶取走回流热量，仅用这种回流取热方式的不利因素：循环回流：是从塔内某个位置抽出部分液体，经换热冷却到一定温度后再返回塔内，物流在整个过程中处于液相，只是在塔内外循环流动，借助于换热器取走部分剩余热量9/27/202476炼油工艺学循环回流：循环回流：n 塔顶循环回流塔顶循环回流p 中段循环回

38、流中段循环回流9/27/202477炼油工艺学9/27/202478炼油工艺学3塔顶循环回流塔顶循环回流主要应用于以下情况：n塔顶回流热量大，考虑回收这部分热量，以降低装置能耗 n塔顶馏出物中含有较多的不凝气，使搭顶冷凝冷却器的传热系数降低 n要求尽量降低塔顶馏出线及冷却系统的流动压力降，以保证塔顶压力不致过高，或保证塔内有尽可能高的真空度 9/27/202479炼油工艺学4中段循环回流优点：n使塔内汽、液相负荷分布均匀n可以更加合理地利用回流热量 不足： n打入冷回流，需增加换热板 n循环回流段以上内回流减少了，塔板效率降低 n投资高，制造工艺复杂 设计塔：可以减小塔径正在生产的塔：可以提高

39、处理量是原油换热的主要热源9/27/202480炼油工艺学n 数量： 34个侧线：采用2个循环回流 12个侧线：采用1个循环回流n 进出塔温差： 80120n 取热比例： 40%60% （占全塔回流热）9/27/202481炼油工艺学五、操作条件的确定1 1操作压力操作压力(1)(1)回流罐压力回流罐压力P P 回流罐的压力至少要大于产品在该温度下的泡点压回流罐的压力至少要大于产品在该温度下的泡点压力，即力，即PPPP泡泡，一般，一般P0.1P0.10.25MPa0.25MPa 压力9/27/202482炼油工艺学(2)(2)塔顶压力塔顶压力q塔顶压力在数值上等于回流罐的压力再加上塔顶流塔顶压

40、力在数值上等于回流罐的压力再加上塔顶流出物流经管线的压降和冷凝冷却设备的压降出物流经管线的压降和冷凝冷却设备的压降 P P顶顶=P=P回流罐回流罐+P+P管线管线+P+P冷冷q在我国，塔顶压力一般在在我国，塔顶压力一般在1.31.31.6 1.6 atmatm之间之间 (3)(3)塔内各点的压力塔内各点的压力 塔内各点的压力可以由塔顶压力和塔板压降来确定塔内各点的压力可以由塔顶压力和塔板压降来确定 9/27/202483炼油工艺学2操作温度操作温度塔顶温度为塔顶油气分压下产品的露点温度 各侧线抽出板温度为侧线板油气分压下产品的泡点温度汽化段温度为在汽化段油气分压下，汽化率为eF时的温度 塔底温

41、度为在塔底油气分压下塔底产品的泡点温度 计算各点温度需综合运用热平和相平两个工具采用试差法9/27/202484炼油工艺学9/27/202485炼油工艺学先假定一个温度先假定一个温度t t热平衡热平衡求得内回流量求得内回流量例汽油例汽油 油气分压油气分压平衡汽化曲线平衡汽化曲线(EFV)(EFV)t t？试试 差差 法法如：塔顶查该油气分如：塔顶查该油气分压汽化率压汽化率100%100%的温度的温度9/27/202486炼油工艺学 塔顶温度塔顶温度塔顶温度是塔顶产品在其油气分压下的露点温度塔顶温度是塔顶产品在其油气分压下的露点温度 在确定塔顶温度时，应同时校核水蒸气在塔顶是否会在确定塔顶温度时

42、，应同时校核水蒸气在塔顶是否会冷凝冷凝 侧线温度侧线温度通常是按经汽提后的侧线产品在该处油气分压下的泡通常是按经汽提后的侧线产品在该处油气分压下的泡点温度来计算点温度来计算 汽化段温度汽化段温度汽化段温度是指进料的绝热闪蒸温度汽化段温度是指进料的绝热闪蒸温度 9/27/202487炼油工艺学 塔底温度塔底温度轻馏分气化所需的热量，绝大部分由液相油料本身的显热提轻馏分气化所需的热量，绝大部分由液相油料本身的显热提供，油料的温度由上而下逐板下降，塔底温度比汽化段温度供，油料的温度由上而下逐板下降，塔底温度比汽化段温度低不少低不少 原油常、减压塔的塔底温度一般比汽化段温度低原油常、减压塔的塔底温度一

43、般比汽化段温度低5 510 10 侧线汽提塔底温度侧线汽提塔底温度当用水蒸气汽提时，汽提塔底温度比侧线抽出温度约低当用水蒸气汽提时，汽提塔底温度比侧线抽出温度约低8 81010或更低或更低 当用再沸器提馏时，温度为塔底压力下侧线产品的泡点温度，当用再沸器提馏时，温度为塔底压力下侧线产品的泡点温度，此温度可高出侧线抽出温度十几度此温度可高出侧线抽出温度十几度 9/27/202488炼油工艺学3汽提蒸汽用量 汽提蒸汽一般都是用温度为汽提蒸汽一般都是用温度为400400450450的过热水蒸气的过热水蒸气 目的目的侧线汽提：驱除低沸点组分，提高产品闪点，改善分侧线汽提：驱除低沸点组分，提高产品闪点，

44、改善分馏精确度；馏精确度；常压塔底汽提：降低塔底重油中常压塔底汽提：降低塔底重油中35020%时，设初馏塔 q 原油乳化现象比较严重，脱盐、脱水都不充分时 q 原油的含砷量高，又要出重整原料时q 适应原油性质变化需要q 原油含硫量高 Fe+H2SFeS+H2 FeS+2HClFeCl2+H2S9/27/2024114炼油工艺学3 3、炼厂蒸馏装置的工艺流程、炼厂蒸馏装置的工艺流程 燃料型燃料型9/27/2024115炼油工艺学 燃料-润滑油型9/27/2024116炼油工艺学 燃料-化工型9/27/2024117炼油工艺学第五节第五节 原油蒸馏的换热方案原油蒸馏的换热方案 及腐蚀与防腐及腐蚀与

45、防腐 9/27/2024118炼油工艺学n原油蒸馏流程主要考虑以下四个方面的问题：原油蒸馏流程主要考虑以下四个方面的问题：p流程方案的制定流程方案的制定p汽化段数的确定汽化段数的确定p回流方式的选择回流方式的选择p换热方案的选择换热方案的选择n常减压蒸馏装置的能耗在炼厂全厂能耗中占有重常减压蒸馏装置的能耗在炼厂全厂能耗中占有重要比重，其能耗约相当于加工原油量的要比重，其能耗约相当于加工原油量的2%2% 9/27/2024119炼油工艺学一、最优换热方案的判断标准一、最优换热方案的判断标准n从从理理论论上上来来说说，可可能能的的换换热热方方案案几几乎乎是是无无限限多多个个，因因此此在在选择换热方

46、案时涉及到最优化的问题选择换热方案时涉及到最优化的问题 n一一个个换换热热方方案案是是否否合合理理，要要做做全全面面分分析析。一一般般认认为为能能最最大大限度节约投资和操作费用的换热方案是最优的限度节约投资和操作费用的换热方案是最优的 n一一个个完完善善的的换换热热流流程程应应当当达达到到以以下下要要求求：充充分分利利用用各各种种余余热热，使使原原油油预预热热温温度度较较高高而而且且合合理理；换换热热器器的的换换热热强强度度较较大大，可可以以使使用用较较少少的的换换热热面面积积就就能能达达到到换换热热要要求求；原原油油流流动压降较小；操作和检修可靠、方便动压降较小；操作和检修可靠、方便 9/2

47、7/2024120炼油工艺学二、选择换热方案的原则二、选择换热方案的原则 n尽可能选择温度高、热量大尽可能选择温度高、热量大( (即温位高即温位高) )的油品做热源的油品做热源 n注意分析各线产品的换热价值注意分析各线产品的换热价值 n所选的换热流程即能充分回收余热，又能尽量节省设所选的换热流程即能充分回收余热，又能尽量节省设备投资备投资 9/27/2024121炼油工艺学三、如何安排换热流程三、如何安排换热流程 n原油要先与温度低的油品换热，再与温度较高原油要先与温度低的油品换热，再与温度较高的油品换热的油品换热n原油通过换热器的压降不要太大原油通过换热器的压降不要太大 n高温位热源的油品要

48、进行多次换热，以充分回高温位热源的油品要进行多次换热，以充分回收热量收热量 9/27/2024122炼油工艺学制定换热流程方案需考虑的几个重要问题制定换热流程方案需考虑的几个重要问题制定换热流程方案需考虑的几个重要问题制定换热流程方案需考虑的几个重要问题n 原油预热温度原油预热温度原油预热温度原油预热温度n 冷热流匹配：温位与热容量冷热流匹配：温位与热容量冷热流匹配：温位与热容量冷热流匹配：温位与热容量n 低温位热能的利用：节能的一个重要问题低温位热能的利用：节能的一个重要问题低温位热能的利用：节能的一个重要问题低温位热能的利用：节能的一个重要问题n 换热时的传热系数和流动压力降换热时的传热系

49、数和流动压力降换热时的传热系数和流动压力降换热时的传热系数和流动压力降9/27/2024123炼油工艺学9/27/2024124炼油工艺学四、蒸馏装置的腐蚀与防腐四、蒸馏装置的腐蚀与防腐常见的腐蚀常见的腐蚀 n 高温重油部位对金属的腐蚀高温重油部位对金属的腐蚀 常见于加热炉管、转油线、蒸馏塔底及热油泵叶轮等常见于加热炉管、转油线、蒸馏塔底及热油泵叶轮等部位部位主要原因是由活性硫和环烷酸引起主要原因是由活性硫和环烷酸引起 9/27/2024125炼油工艺学n 低温轻油部位对金属的腐蚀低温轻油部位对金属的腐蚀 p 常见于冷凝水出现的相变区常见于冷凝水出现的相变区p 主要原因是原油中的盐水解生成盐酸

50、，属主要原因是原油中的盐水解生成盐酸，属HCl-HHCl-H2 2O O型腐蚀型腐蚀p 若原油中既含盐又含硫，则腐蚀更为严重，若原油中既含盐又含硫，则腐蚀更为严重，属属H H2 2S-HCl-HS-HCl-H2 2O O 型腐蚀型腐蚀9/27/2024126炼油工艺学防腐措施防腐措施n“一脱一脱”指原油的脱盐脱水指原油的脱盐脱水n“四注四注” 原油注碱原油注碱 塔顶馏出管线注氨塔顶馏出管线注氨 塔顶馏出管线注水塔顶馏出管线注水 塔顶馏出管线注缓蚀剂塔顶馏出管线注缓蚀剂 9/27/2024127炼油工艺学本 章 小 结n蒸馏的基本概念：相平衡、泡点、露点等蒸馏的基本概念：相平衡、泡点、露点等蒸馏

51、的基本概念：相平衡、泡点、露点等蒸馏的基本概念：相平衡、泡点、露点等n蒸馏的原理：按其组分沸点的不同而达到分离的蒸馏的原理：按其组分沸点的不同而达到分离的蒸馏的原理：按其组分沸点的不同而达到分离的蒸馏的原理：按其组分沸点的不同而达到分离的目的目的目的目的n蒸馏操作的三种基本类型（蒸馏方式）蒸馏操作的三种基本类型（蒸馏方式）蒸馏操作的三种基本类型（蒸馏方式）蒸馏操作的三种基本类型（蒸馏方式） 闪蒸闪蒸闪蒸闪蒸平衡汽化平衡汽化平衡汽化平衡汽化 简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏渐次汽化渐次汽化渐次汽化渐次汽化 精馏：有连续式和间歇式两种精馏：有连续式和间歇式两种精馏：有连续式和间歇式两种精馏：有连续

52、式和间歇式两种n实现连续精馏的必要条件：使气、液两相充分接实现连续精馏的必要条件：使气、液两相充分接实现连续精馏的必要条件：使气、液两相充分接实现连续精馏的必要条件：使气、液两相充分接触的设备；液相回流和气相回流；沿塔高存在的触的设备；液相回流和气相回流；沿塔高存在的触的设备；液相回流和气相回流；沿塔高存在的触的设备；液相回流和气相回流；沿塔高存在的温度梯度和浓度梯度温度梯度和浓度梯度温度梯度和浓度梯度温度梯度和浓度梯度9/27/2024128炼油工艺学n三段汽化常减压工艺流程n蒸馏工艺流程方案n设置初馏塔的几条因素n常压蒸馏塔的工艺特征：复合塔，不完全塔；汽提塔和汽提段；全塔热平衡 常压塔的

53、回流比由全塔热平衡决定n分离精确度的表示方法n回流方式n常压塔的操作条件9/27/2024129炼油工艺学n减压蒸馏的核心设备是减压（精馏）塔和它的减压蒸馏的核心设备是减压（精馏）塔和它的减压蒸馏的核心设备是减压（精馏）塔和它的减压蒸馏的核心设备是减压（精馏）塔和它的抽真空系统。抽真空系统。抽真空系统。抽真空系统。n减压蒸馏塔的工艺特征减压蒸馏塔的工艺特征减压蒸馏塔的工艺特征减压蒸馏塔的工艺特征n根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型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，不同点和燃料型两种，不同点和燃料型两种，不同点和燃料型两种，不同点n干式蒸馏和湿式蒸馏干式蒸馏和湿式蒸馏干式蒸馏和湿式蒸馏干式蒸馏和湿式蒸馏n塔顶抽真空流程：二级和三级抽真空流程塔顶抽真空流程：二级和三级抽真空流程塔顶抽真空流程：二级和三级抽真空流程塔顶抽真空流程：二级和三级抽真空流程n换热流程及选用原则换热流程及选用原则换热流程及选用原则换热流程及选用原则n蒸馏装置的腐蚀与防腐蒸馏装置的腐蚀与防腐9/27/2024130炼油工艺学