蒸馏过程

第六章石油蒸馏过程从原油中获得各种液体燃料、润滑油和其它产品的基本途径是：首先将原油分割为不同沸程的馏分，然后按照油品的使用要求，除去其中的非理想组分，或是经化学转化得到所需的组成，进而获得合格的产品。炼油厂必须解决加工过程的分离问题。蒸馏是一种最经济、最容易实现的分离手段，它能够将液体产物按所含组分的沸点或蒸汽压的差别分离成轻重不同的馏分或近似纯的产物。蒸馏过程的实际意义表现在：（1）在所有的炼厂中，第一个加工装置就是蒸馏装置，因此原油蒸馏又称炼厂的“龙头”。所谓的一次加工，就是指原油蒸馏。（2）在二次加工过程中，蒸馏仍然是不可缺少的组成部分。（3）在天然气或炼厂气加工过程中，通常要把其中的烃类逐个或按窄馏分与以分离，这也常常借助蒸馏过程来实现。（4）除了工业应用以外，蒸馏也是实验室常用的方法，如原油评价中的实沸点蒸馏，油品质量控制中的恩氏蒸馏等。§6·1原油的预处理原油预处理的目的：脱水脱盐。一般炼油厂都把原油预处理设施设在常减压蒸馏装置内。原油含水的危害：（1）增加热能消耗和冷却水用量；（2）造成蒸馏塔操作不稳定，严重时造成冲塔事故。原油含盐的危害：（1）造成换热器和加热炉管壁结垢，降低传热系数，增大流动压降，严重时堵塞管路造成停工；（2）造成设备腐蚀；（3）原油中的盐类大多残留在重馏分和渣油中，直接影响某些产品的质量。原油脱水脱盐的要求：含盐量5毫克/升含水量0.1～0.2％一、原油脱水脱盐的原理原油中的盐大多溶于水中，所以脱水脱盐同时进行。1、油水两相的自由沉降分离符合斯托克定律：提高温度，促进水滴的凝结。2122d()ug182、原油的乳状液性质原油一般是油包水型的乳状液，即水相以微滴形式分散于连续的油相中，并为原油中所含的天然乳化剂（环烷酸、胶质和沥青质）所稳定。影响原油乳状液稳定性的因素：（1）乳化剂的性质和数量；（2）原油的粘度；（3）水相的分散程度；（4）乳状液形成的时间。破乳的手段：加入适当的破乳剂－水包油型的表面活性剂。破乳剂的类型：BP-169（聚醚型）、2040（聚丙二醇醚与环氧乙烷化合物）加入量：10～30ppm/吨原油3、电场对乳状液的作用－偶极聚结高压电场破乳—电脱盐过程二、原油脱水脱盐的工艺与设备§6·2蒸馏类型和石油馏分的蒸馏曲线一、蒸馏基本类型炼厂中的蒸馏操作可以归纳为三种基本类型：1、闪蒸－平衡汽化进料以某种方法被加热至部分汽化，经过减压设施，在一个容器中（如闪蒸罐、蒸发塔、蒸馏塔的汽化段等），在一定的温度和压力下，汽液两相迅即分离，得到相应的汽相和液相产物，此过程即成为闪蒸。如果汽液两相有足够的时间密切接触，达到了平衡状态，则这种方式成为平衡汽化。平衡汽化的逆过程是平衡冷凝。平衡汽化和平衡冷凝都可以使混合物得到一定程度的分离，汽相产物中含较多的轻组分，液相产物中含较多的重组分。但在平衡状态下，所有组分都同时存在于汽液两相中，因此这种分离是比较粗略的。2、简单蒸馏－渐次汽化液体产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，液体即开始汽化，生成微量蒸汽。如果生成的蒸汽当即被引出并经冷凝冷却后收集起来，同时液体继续加热，继续生成蒸汽并被引出，这种方式称之为简单蒸馏。从本质上讲，简单蒸馏是由无穷多次平衡汽化组成的渐次汽化过程。与平衡汽化相比，简单蒸馏的分离效果要好，但分离程度还是不高。恩氏蒸馏可以近似看作是简单蒸馏。3、精馏精馏是分离液相混合物的很有效的手段，有间歇式和连续式两种。间歇精馏是不稳定的过程，处理量小，只用于小型装置和实验室，如实沸点蒸馏；在现代炼厂中都使用连续精馏。图示是一连续的精馏塔，它有两段：进料段以上是精馏段，以下是提馏段。塔内有供汽液两相接触的塔板或填料。由于塔顶回流和塔底再沸汽的作用，沿精馏塔高度建立了两个梯度：（1）温度梯度，自上而下逐渐升高；（2）浓度梯度，汽液两相中轻组分浓度自塔底至塔顶逐级增大。正是由于这两个梯度的存在，通过汽液相的接触，进行传热、传质，经过多次的汽液相逆流接触，使汽相中的轻组分和液相中的重组分分别得到提浓。塔顶得到较纯的轻组分，塔底得到较纯的重组分，而且能保证较高的收率，其分离效果远优于平衡汽化和简单蒸馏。二、石油馏分的蒸馏曲线1、平衡汽化曲线2、恩氏蒸馏曲线3、实沸点蒸馏曲线4、三种蒸馏曲线的比较（1）曲线斜率平衡汽化曲线最平缓，恩氏蒸馏曲线比较陡一些，而实沸点蒸馏曲线的斜率最大。（2）液相馏出温度为了获得相同的气化率，实沸点蒸馏要求达到的液相温度最高，恩氏蒸馏次之，而平衡汽化则最低。（3）汽液相温差实沸点蒸馏：几十度；恩氏蒸馏：几度、十几度；平衡汽化：无。在对分离精确度没有严格要求的情况下，采用平衡汽化可以用较低的温度获得较高的气化率。工程意义：减轻加热炉负荷，降低油品热分解和结焦的可能性。§6·3原油蒸馏流程一个完整的原油蒸馏流程包括：精馏塔、加热炉、换热器、冷凝冷却器等设备机泵，设备之间按一定的关系用工艺管线连接，设置自动检测和控制仪表，形成一个有机的整体。评价一个工艺流程优劣的标准在于看它是否以最低的投资和消耗达到生产的目的。一、流程方案的制定原油蒸馏的流程方案，是根据原油的特性和任务要求所制定的产品方案，也即原油加工方案在工艺流程中的体现。1、燃料型（1）常压蒸馏（拔头蒸馏）流程产品：汽油、煤油、柴油等轻质燃料和常压重油（电厂和钢厂的燃料油）。方案简单，但效益不高，对石油资源的利用不充分。（2）常减压蒸馏流程常压：直馏汽、煤、柴油；减压：裂化原料（二次加工）（3）常压蒸馏－催化裂化对金属含量少的原油（如大庆原油），常压渣油直接作为催化裂化原料。2、燃料－化工型除了轻重燃料以外，还提供化工原料。（1）拔头蒸馏直馏轻质油供裂解制烯烃。（2）常减压蒸馏常压60－140℃馏分：重整制芳烃；轻馏分油：燃料和裂解制烯烃（柴油）；重馏分油：FCC原料，裂化气作为有机合成原料。3、燃料－润滑油型流程：常减压蒸馏产品：轻重燃料、润滑油馏分。二、汽化段数在原油蒸馏流程中，原油经历的加热汽化次数称为汽化段数。汽化段数和流程中的精馏塔数是直接相关的。1、两段汽化常减压蒸馏就是两段汽化，流程中有常压塔、减压塔。原油常减压蒸馏原理流程2、三段汽化在此流程中，在常压塔前再设置一个初馏塔（也叫预汽化塔）。（1）流程（2）采用初馏塔的依据－主要与原油性质有关a.原油的含砷量b.轻馏分含量c.脱水脱盐效果d.原油硫含量e.增加蒸馏操作的灵活性（3）问题流程复杂，投资增加，常压炉的温度要提高。§6·4精馏塔的工艺特征精馏的基本原理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，但石油精馏有其明显的特点，即：（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，石油精馏对分馏精确度的要求一般不如化工产品的精馏要求高。第六章石油蒸馏过程（2）炼油工业是大规模生产的工业，其大的处理量会反映到石油精馏在工艺、设备、成本、安全等方面的要求。一、常压精馏塔的工艺特征1、复合塔2、汽提塔和汽提段3、全塔热平衡（1）进料的气化率至少等于塔顶和侧线产品的产率之和，以保证要求的拔出率和轻质油收率。（2）常压塔的回流比由全塔热平衡决定，变化的余地不大。4、恒分子回流的假定完全不适用二、减压精馏塔的工艺特征原油中350℃以上的高沸点馏分是润滑油馏分和催化裂化、加氢裂化的原料，由于它们在高温下会发生分解反应，所以在常压塔的操作条件下不能获得这些馏分，而只能在减压和较低的温度下通过减压蒸馏取得。减压蒸馏的核心设备是减压精馏塔和抽真空系统。1、降低从汽化段到塔顶的流动压降主要依靠减少塔板数和降低汽相通过每层塔板的压降。减压下操作，各组分之间的相对挥发度大为提高，比较容易分离；而且减压馏分之间的分馏精确度要求低，因此有可能采用较少的塔板而达到分馏要求，如3－5块塔板。为了降低每层塔板的压降，减压塔内应采用压降较小的塔板或填料，如舌型塔板、网孔塔板、筛板等。2、降低塔顶油气馏出管线的流动压降塔顶不出产品，塔顶管线只供抽出不凝气用，以减少塔顶馏出管线的气体量。3、增大减压塔底汽提蒸汽用量主要目的是降低汽化段中的油气分压。4、减压炉出口采用低速转油线以降低转油线压降，降低加热炉出口压力，保证加热炉出口的汽化率。5、缩短渣油在减压塔底的停留时间减压渣油在高温下停留时间过长，则分解、缩合反应加剧，一方面会生成更多的不凝气使减压塔真空度降低，另一方面会造成塔内结焦。减压塔底部的直径常常缩小以缩短渣油在减压塔底的停留时间。6、减压塔直径大在减压下，油气、水蒸气和不凝气的比容大，虽然减压塔内空塔线速是常压塔的两倍，但减压塔直径还是很大。7．减压塔内板间距大目的是减少泡沫携带，减少塔板数。三、减压蒸馏的抽真空系统抽真空设备：蒸汽喷射器和机械真空泵。蒸汽喷射器的结构简单，使用可靠无需动力机械，水蒸气安全易得。机械真空泵效率高、能耗低，但可靠性差，一次投资大。1、抽真空系统的流程抽真空系统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）和吹入的水蒸气抽走以保证减压塔真空度的要求。2、蒸汽喷射器的工作原理基本原理是利用高压水蒸汽在喷管内膨胀，使压力能转化为动能从而达到高速流动，在喷管出口周围造成真空。