能源化工-石油蒸馏过程及二次加工

1石油蒸馏过程及二次加工过程能源化工工艺学EnergyChemicalIndustryTechnology2？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；或者通过化学反应转化，生成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。炼油厂首先必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。蒸馏正是一种常用的最经济和最容易实现的分离手段。几乎所有炼油厂中原油的第一个加工过程就是蒸馏（俗称为龙头），例如拔顶蒸馏和常减压蒸馏等。所谓原油一次加工，即指原油蒸馏而言。第八章石油蒸馏过程原油产品3蒸馏原理：按其组分沸点的不同而达到分离的目的蒸馏操作的三种基本类型:闪蒸——平衡汽化简单蒸馏——渐次汽化精馏：连续式和间歇式了解几个概念：相平衡、泡点和露点第八章石油蒸馏过程4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。气液相平衡的特征：气相和液相温度相等。处于气-液相平衡状态的气体和液体分别称为饱和蒸气和饱和液体。饱和蒸气具有的压力称为饱和蒸气压。气相和液相中的组成保持稳定，不再变化。混合物各组成同时存在于气-液两相中，每一组分都处于平衡状态不同的外界条件，可以建立不同的相平衡状态第八章石油蒸馏过程5泡点和露点：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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。第八章石油蒸馏过程6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。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。高于露点温度的气体为过热气体，低于其泡点温度，称为过冷液体第八章石油蒸馏过程7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：闪蒸——平衡汽化简单蒸馏——渐次汽化精馏：连续式和间歇式第八章石油蒸馏过程8闪蒸操作流程：一定组成的液体物料被加热后经节流阀减压进入闪蒸室。液体因沸点下降变为过热而骤然汽化，汽化耗热使得液体温度下降，汽、液两相温度趋于一致，两相组成趋于平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引出的汽、液两相即为闪蒸产品。闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液塔底产品Q减压阀一.平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏又称为闪蒸（FlashDistillation），是一连续稳定过程，原料连续进入加热器中，加热至一定温度经节流阀骤然减压到规定压力，部分料液迅速汽化，汽液两相在分离器中分开，得到易挥发组分浓度较高的顶部产品与易挥发组分浓度甚低的底部产品。平衡蒸馏为稳定连续过程，生产能力大，不能得到高纯产物，常用于只需粗略分离的物料第八章石油蒸馏过程9闪蒸—平衡气化在闪蒸过程中，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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、液相中第八章石油蒸馏过程10平衡气化的逆过程称为平衡冷凝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在平衡状态下，所有组分都同时存在于气、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第八章石油蒸馏过程112．简单蒸馏—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第八章石油蒸馏过程12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简单蒸馏所剩下的残液是与最后一个轻组分含量不高的微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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第八章石油蒸馏过程133．精馏精馏可分为连续式和间歇式两种汽化段、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、温度高第八章石油蒸馏过程14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第八章石油蒸馏过程15板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系111111nnnnnnnnnyyyxxxttt第八章石油蒸馏过程16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相间差别，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。第八章石油蒸馏过程17恩式蒸馏（ASTM)曲线实沸点蒸馏(BTP)曲线平衡气化(EFV)曲线馏出温度和体积之间的关系曲线第八章石油蒸馏过程8.2石油及其馏分的气-液平衡8.2.1石油及石油馏分的蒸馏曲线18恩氏蒸馏(ASTM)实沸点蒸馏(TBP)平衡气化(EFV)本质简单蒸馏间歇精馏平衡气化测定条件规格化的仪器和在规定的实验条件下规格化蒸馏设备(17块理论板)中和规定条件下在一定压力、温度下分离效果基本无精馏作用，不能显示各组分的沸点分离效果好，可大体反映各组分沸点的变化受气液相平衡限制,分离效果差,仅相当于一块塔板的分离能力用途用于计算其它物性参数主要用于原油评价第八章石油蒸馏过程19三种蒸馏曲线的比较三种方法的分离效果是TBPASTMEFV恩式蒸馏：反映在一定条件下的汽化性能实沸点蒸馏：大致反映油品中各组分沸点变化的连续曲线平衡气化：在一定条件下，可以确定在不同汽化率时的温度或某一温度下的汽化率第八章石油蒸馏过程20要得到相同的气化率，实沸点蒸馏所需温度最高，恩式蒸馏居中，平衡气化最低那就是在同样气化率的前提下，平衡气化所需的温度最低，这样就减轻了加热设备的负荷第八章石油蒸馏过程21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第八章石油蒸馏过程22①进入装置的原油总是带有或多或少的水分；②在石油蒸馏塔中，常常吹入一定量的过热水蒸汽以降低油气分压，帮助它汽化；③塔顶的汽相馏出物往往在水蒸汽的存在下冷却；④侧线汽提塔中吹入过热水蒸气汽提。这些情况可归纳成三种类型：①过热水蒸汽存在下油的汽化；②饱和水蒸汽存在下油的汽化；③油气－水蒸汽混合物的冷凝8.2.2油-水不互溶体系的气-液平衡第八章石油蒸馏过程238.3原油精馏塔第八章石油蒸馏过程精馏的基本原理和规律不仅适用于二元或多元系精馏过程，而且也同样适用于石油精馏过程。但是与二元系或多元系精馏相比较，石油精馏有它自己明显的特点。这些特点甚至会导致在实际设计中考虑不同的原则和采用不同的设计计算方法。原油精馏塔1）石油是烃类和非烃类的复杂混合物，石油精馏是典型的复杂系精馏。2）炼油工业是个大规模生产的工业，这个特点必然会反映到对石油精馏在工艺、设备、成本、安全等方面的要求。24第八章石油蒸馏过程8.3.1常减压蒸馏流程25第八章石油蒸馏过程常压蒸馏塔26第八章石油蒸馏过程原油常减压蒸馏是以精馏塔和加热炉为主体而组成的所谓管式蒸馏装置。经过脱盐、脱水的原油（一般要求原油含水小于0.5%、含盐小于10mg/L）由泵输送，流经一系列换热器，与温度较高的蒸馏产品换热，再经管式加热炉被加热至370℃左右，此时原油的一部分已汽化，油气和未汽化的油一起经过转油线进入一个精馏塔。此塔在接近大气压力之下操作。故称常压（精馏）塔，相应的加热炉就称作常压（加热）炉。原油在常压塔里进行精溜，从塔顶溜出汽油馏分或重整原料，从塔侧引出煤油和油轻、重柴油等侧线馏分。塔底产物称常压重油，一般是原油中沸点高于350℃的重组分。原油中的胶质、沥青质等也都集中在其中。为了取得润滑油料和催化裂化料，需要把沸点高于350℃的馏分从重油中分离出来。如果继续在常压下进行分离，则必须将重油加热至四五百度以上，从而导致重油，特别是其中的胶质、沥青质等不安定组分发生较严重的分解、缩合等化学反应。这不仅会降低产品的质量，而且会加剧设备的结焦而缩短生产周期。为此，将常压重油在减压条件下进行蒸馏，温度条件限制在420℃以下。减压塔的残压一般在0.8kPa左右或更低，它是由塔顶的抽真空系统造成的。从减压塔顶逸出的主要是裂化气、水蒸气以及少量的油气，馏分油则从侧线抽出。减压塔底产品是沸点很高（约500℃以上）的减压渣油，原油中绝大部分的胶质、沥青质都集中十其中。减压渣油可作锅炉燃料、焦化原料，也可以进一步加工成高粘度润滑油、沥青或催化裂化原料。27典型的三段原油常减压蒸馏工艺流程汽化段数：在原油蒸馏流程中，原油经历的加热汽化蒸馏的次数原油的脱盐脱水系统原油的精馏系统，如初馏塔、常压塔、汽提塔等加热、换热系统，如换热器、加热炉等产品的冷凝冷却系统自动检测和控制系统第八章石油蒸馏过程28三段汽化蒸馏的工艺流程拔头原油280℃370℃常压渣油，AR400℃减压渣油，VR减压渣油（VR）的用途：生产沥青生产残渣润滑油（溶剂脱沥青）催化裂化原料生产轻质油品焦化原料生产轻质油品和石油焦减粘裂化生产燃料油锅炉燃料制氢原料第八章石油蒸馏过程29原油蒸馏工艺中各塔的作用（一）初馏塔1.较早蒸出原油的轻馏分2.原油的脱水效果得以提高3.原油的含砷量降低4.原油中的含硫化合物和盐分转移在初馏塔30（二）常压塔主塔，得到主要的石油馏分（三）减压塔进一步分离常压塔无法分离的石油馏分311、汽化段数的确定一段蒸馏：原油蒸馏流程是拔头蒸馏，只有一个精馏塔，仅经过一次汽化，则就是一段蒸馏；二段蒸馏：原油的蒸馏流程是常减压蒸馏，有两个精馏塔，经过了两次汽化，就称为二段精馏；三段蒸馏：在常减压蒸馏塔的最前面再设一个初馏塔，原油加工流程方案中就有了三个精馏塔，则称为三段蒸馏第八章石油蒸馏过程322、原油加工方案中设初馏塔的情况原油中轻馏分多，一般轻馏分20%时，设初馏塔原油乳化现象比较严重，脱盐、脱水都不充分时原油的含砷量高，又要出重整原料时适应原油性质变化需要原油含硫量高Fe+H2S→FeS+H2FeS+2HCl→FeCl2+H2S第八章石油蒸馏过程33原油的常减压蒸馏是石油加工的第一道工序，是依次使用常压和减压的方法，将原油按照沸程范围切割成汽油、煤油、柴油、润滑油原料、裂化原料和渣油。在进行常减压蒸馏时，必须进行原油的预处理。第八章石油蒸馏过程343.原油的预处理原油的预处理是指对原油进行脱盐脱水的过程。原油从油田开采出来后，必须先在油田进行初步的脱盐脱