第三节原油蒸馏塔

1、1石油炼制工程石油炼制工程第七章第七章 石油蒸馏石油蒸馏第三节第三节 石油蒸馏塔石油蒸馏塔2 第三节 石油精馏塔 与常规的精馏塔相比，原油蒸馏有十分显著的特点，这些特点，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。 原油是烃类和非烃类的复杂混合物。 原油体系的沸程极宽，包括可汽化的一次加工馏分和难以汽化的胶质、沥青质等二次加工的原料。 原油蒸馏不仅生产燃料油、溶剂油和润滑油等一次加工产品，而且也生产乙烯原料、重质的催化蜡油等二次加工的原料，包括常压和减压两个部分，因而通常称为常减压装置。 3 炼油过程是一个大规模的生产工业，现代化炼油厂的年处理量大都在千万吨以上，是个特点必然会反

2、映到对原油加工、设备、成本、安全等各个方面的要求。 工艺流程：就是一个生产装置的设备、机泵、工艺管线和控制仪表，按生产的内在联系而形成的有机组合。 原理流程图：为了简单明了起见，在图中只列出主要设备、机泵和主要工艺管线，这叫原理流程图。4图图731 原油常减压蒸馏原理流程图原油常减压蒸馏原理流程图原油原油换热器换热器常压炉常常 压压 塔塔汽油汽油回流回流煤油煤油轻柴油轻柴油重柴油重柴油减压炉减压炉减减压压塔塔接抽空系统接抽空系统减压一线减压一线减压二线减压二线减压三线减压三线减压渣油减压渣油5 1、复合塔 原油通过常压蒸馏要切割成汽油、煤油、轻柴油、重柴油和重油等四、五种产品，按照一般蒸馏的要

3、求，需要四个精馏塔串联,如下图7-34所示。 但是它们之间的分离精确度并不要求很高，可以把几个塔结合成一个塔,如下图7-35所示。 这种塔实际上等于把几个简单精馏塔重叠起来，它的精馏段相当于原来四个简单塔的四个精馏段组合而成，而其下段则相当于第一个塔的提馏段。这样的塔称为复合塔或复杂塔。67为什么要采用复合塔？ 常压塔各个馏分仍然是混合物，因此之间的分离精确度不高，单塔塔板数很少，塔很低。但是处理量很大，会造成塔的直径较大，即这样的塔会是一个矮而粗的塔。 采用多塔分离会使工艺流程复杂、设备投资增大、占地面积增大。 采用复合塔测线产品没有提馏段，会使产品质量存在问题，可以通过侧线汽提的方法解决产

4、品质量问题。8图图 7-35 常压塔常压塔水水水水水蒸汽水蒸汽水蒸汽水蒸汽水蒸汽水蒸汽水蒸汽水蒸汽原油原油气体烃气体烃汽油汽油煤油煤油轻柴油轻柴油重柴油重柴油常压重油常压重油9 2、汽提塔和汽提段 石油精馏塔的构型为一个仅有精馏段和塔顶冷凝系统的多侧线不完整塔。按照相平衡的原理，各个侧线的产品和塔底重油都会含有相当数量的轻馏分 ，侧线产品中含有轻组分就会使产品的闪点降低，影响安全性能。 这些馏分的存在会导致产品的馏分变宽，降低产品质量和收率，常压重油中过多的轻质馏分油，不仅降低柴油的收率，而且增加下游减压炉的负荷、减一线的产量、减压塔的负荷，提高减压塔的分离难度和真空度的难度。 10，侧线产品

5、中含有轻组分就会使产品的闪点降低，影响安全性能。 为什么？因为每个侧线抽出板上都是一个相平衡状态的，那么就是一个闪蒸的过程，气相中有液相的最终组分，液相中有气相的最轻组分，这样就一定会含有一定的轻组分11（1）侧线汽提塔 侧线汽提塔的作用是控制侧线产品的质量； 侧线汽提塔的工作原理是通过向汽提塔内通入水蒸汽，降低侧线产品的油气分压，使混入产品中的较轻组分汽化返回蒸馏塔内，这样既可以达到分离要求，而且很简单。汽提塔的水蒸气通入量为侧线产品的2%-3%；气体塔板数为4-6层。 侧线汽提塔的进料位置和蒸馏塔侧线抽出位置要有一定的位差，以保证侧线液体自然流出蒸馏塔和气相能够1213 （2）塔底汽提段

6、对石油精馏塔、提馏段的底部常常不设再沸器，只需向底部吹入过热水蒸汽以降低塔内油汽分压，使混入产品中的较轻馏分汽化而返回常压塔。这样做既可达到分离要求，而且也很简便。这与精馏塔的提馏段在本质上有所不同，故经常不叫提馏段而称为汽提段。 常压塔汽化段中未汽化的油料流向塔底，这部分油料中还含有相当多的350 轻馏分。因此，在进料段以下也要有汽提段，在塔底吹人过热水蒸汽以使其中的轻馏分汽化后返回精馏段，以达到提高常压塔拔出率和减轻减压塔负荷的目的。14 塔底吹人的过热水蒸汽量一般为24（重）。常压塔底不可能用再沸器代替水蒸汽汽提，因为常压塔底温度一般在350 左右，如果用再沸器，很难找到合适的热源，而且

7、再沸器十分庞大，减压塔的情况也是如此。15 3、全塔热平衡 全塔热平衡引出以下结果： 常压塔进料的汽化率至少应等于塔顶产品和个侧线产品的产率之和，否则不能保证要求的拔出率或轻质油收率。 过汽化度：为了使常压塔精馏段最低一个侧线以下的几层塔板（在进料段之上）上有一定的液相回流以保证最低侧线产品的质量，原料油进塔后的汽化率应比塔上部各种产品的总收率略高一些，高出的部分称为过汽化量。过汽化量占进料的百分数称为过汽化度。常压塔的过汽化度一般为2-4。 16 过汽化度越高，侧线产品的质量越好，但是加热炉的负荷越高，加工能耗就越高。 在常压塔只靠进料供热，而进料的状态（温度、汽化率）又已被规定的情况下，塔

8、内的回流比实际上就被全塔热平衡确定了。因此常压塔的回流比是由全塔热平衡确定的。 在常压塔的操作中回流比增大会直接影响塔的个点温度下降蒸馏出产品变轻，产品收率下降。 一般由全塔回流热确定的回流比能满足分离的要求。 常压塔与一般精馏塔的区别是什么？17 4、恒分子回流的假定完全不适用 在二元和多元精馏塔的设计计算中作出了恒分子回流的假设，即在塔内的汽、液相的摩尔流量不随塔高而变化。这个近似假设对原油常压精馏塔是完全不适用的。这是因为： 原油是复杂混合物，各组分的平均分子量、摩尔汽化潜热可以相差很远； 从轻组分到重组分的沸点相差较大，最多有几百度； 塔顶、塔底温差很大，常压塔可达250。 为什么恒分

9、子回流不适用？18 （1）二元或多元组分的分馏精确度 二元混合物的分馏精确度可用塔顶产物中B和塔底产物中A 的含量来表示（A为轻组分，B为重组分）。 （2）石油馏分的分馏精确度 对于石油精馏塔中相邻两个馏分之间的分馏精确度，通常用这两个馏分的馏分组成或蒸馏曲线（一般是恩氏蒸馏曲线）的相互关系来表示。7-36所示，倘若较重馏分的初馏点高于较轻馏分的终馏点，则两个馏分之间有些“脱空”，则称这两个馏分之间有一定的“间隙”。间隙可以下式表示：19 恩氏蒸馏（0100）间隙t0H-t100L t0H 重馏分的初馏点 t100L 轻组分的终馏点 它们的间隙越大，表明分馏精确度越高。当t0H t n ， 3

10、940 柴油抽出板（第m-1板）下的Vm和Lm-1 在作隔离体系的热平衡，进出体系的热量： Q入m =DhDV，tF +MhMV, tF + GhGV, tF + ShSV,tF 千焦/时 Q出,m = DhDV，tm+MhMV, tn + GhGV, tm + ShSV,tm 千焦/时 令m板上的回流热为Qm 则 Qm Q入m - Q出,m 41 42 结论 沿着石油精馏塔自下而上分析，各层塔板上的油料愈来愈轻，平均分子量愈来愈小，其摩尔汽化潜热也不断减小；但每层板上的回流热却愈来愈大。由此可以判断：以摩尔表示的液相回流量沿塔高自下而上是逐渐增大的，即 L n L n-1 L m L0 即：

11、沿塔高自下而上，液相回流逐板增大，至第二板上达到最大，而到第一板上则有一明显的突降。 49 汽相负荷： V1= D + S + L0 千摩/时 V2= D + S + L1 千摩/时 显然 V2 V1 即：在从第二板进入第一板后，汽相负荷也有一明显的突降。50 原油精馏塔内的汽、液相负荷分布规律可归纳如下： 原油进入汽化段后，其汽相部分进入精馏段。 自下而上，液相回流逐渐增大，因而汽相负荷也不断增大； 到塔顶第一、二层塔板之间，汽相负荷达到最大值，经第一板后，汽相负荷显著减小； 从塔顶送入的冷回流自上而下流经第一板后，冷回流变成热回流，液相回流量有较大幅度的增加，达到最大值； 这以后自上而下，

12、液相回流量逐板减小； 每经过一层侧线抽出板，液相负荷均有突降； 到汽化段，如果进料没有过汽化量，则从精馏段末一层流向汽化段的液相回流为零； 汽提段，由上而下，液相和汽相负荷愈来愈小，其变化的大小视流入液相携带的轻组分的多少而定。51图图 -2-14 常压塔精馏段汽、液相负荷分布图常压塔精馏段汽、液相负荷分布图塔塔 板板 序序 号号液相回流液相回流汽相负荷汽相负荷汽相负荷与液相回流，千摩汽相负荷与液相回流，千摩/时时52 石油精馏塔与二元或多元系精馏塔的区别： 处理量大； 回流比是由精馏塔的热平衡确定的，而不是由分馏精确度确 定的； 塔内的汽、液相负荷沿塔高是变化的； 沿塔高的温差比较大。53石

13、油精馏塔的回流： 塔顶冷回流：低于泡点温度的回流。 塔顶热回流：泡点温度的回流。 塔顶循环回流：塔顶液相抽出液相返回。 塔顶油气二级冷凝冷却：塔顶油气先冷到饱和温度，在冷却到安全温度。 中段回流：塔的中部液相抽出液相返回。 塔底循环回流：塔底液相抽出在返回到塔底一定高度。（如催化裂化分馏塔）54 1、塔顶油汽二级冷凝冷却 二级冷凝冷却就是将塔顶油汽冷到基本上冷凝，即将回流部分泵送回塔顶，只有出装置的产品部分才进一步冷却到安全温度以下。如747。 二级冷凝冷却方案的优缺点： 二级冷凝冷却方案所需的总传热面积比一级冷凝冷却方案小得多； 采用二级冷凝冷却方案时回到塔顶的是热回流，故回流量比冷回流量多

14、，输送回流所需的能耗也较大； 采用二级冷凝冷却方案时，流程较复杂。55冷凝器冷凝器回流罐回流罐产品罐产品罐冷却器冷却器56 2、塔顶循环回流t2,LCt1塔顶产品塔顶产品57 塔顶循环回流的工艺流程如748所示。 （1） 循环回流的量可由下式计算： LC = QC/ ( hL,t1 hL,t2 ) 式中 LC 循环回流量，公斤/时； QC 由LC取走的回流热，千焦/时； hL,t1 、hL,t2 在出塔和入塔温度下的液相焓值，千焦/时。 上式对于计算其它形式的循环回流同样适用。5859塔顶循环回流使用60。 设置中段循环回流，是出于以下两点考虑： 如果在塔的中部取走一部分回流热，在设计时就可以

15、采用较小的塔径，或者对某个生产中的精馏塔，采用中段循环回流后可以提高塔的生产能力。图7-49显示了采用中段循环回流前后塔内汽、液相负荷分布的变化情况。（中段循环回流可以改善塔的气液相负荷分布） 石油精馏塔的回流热数量很大，如何合理回收利用是一个节约能量的重要问题。（中段循环流回的温位比较高，可以回收一部分能量）616263 设置中段循环回流时，还须考虑以下几个具体问题： 中段循环回流的数目。 理论上讲，数目越多，塔内气液相负荷分布越均匀，但是流程复杂，设备投资也越高。 中段循环回流进出口的温差。 温差越大，在塔内需要增加的换热塔板数越多，而且温位降低过多的热量不好利用。 中段循环回流的位置。

16、中段回流的返塔口一般设置在抽出口的上部，在两个侧线之间。抽出口太靠近下一个侧线不好，返塔口紧挨着上一个侧线抽出口也不好。因为可能会有部分循环回流混入该侧线，使其干点增高。 6465 原油分馏塔回流取热的影响。 全塔的回流热一定，各个回流取热比例是可以改变的。在塔顶冷 却器去热量不变的情况下，提高任何一个中段循环取热器的负荷，将改 善取热器上方产品的质量； 在各个中段循环回流取热器的取热负荷不变的情况下，提高塔顶取 热器的热负荷，将改善各侧线产品的质量。 但是两种方案，都是会使侧线产品的收率降低，这是因为提高了总 的取热量（大于原油蒸馏的回流热），工艺上降低了对理论版的要求，提高了分离精确度，但

17、是会使过汽化油量的增加。 过汽化油相当于常规精馏段流向提馏段的液相。原油精馏塔塔底汽提段的汽提能力有限，不能像再沸器那样，不能将轻组分汽提回精馏段，这样就降低了产品的收率。66中段回流取热是饱和液相抽出，取热后返回塔内，相当于过冷回流的情况，过冷液体注入精馏塔内，会将大量轻组分中段回流取热的塔段以下塔段，造成该塔段内侧线产品初馏点降低。同时也会使中段回流取热段以上产品干点变轻。 总之，中段回流的取热是很复杂的一个系统问题，各个变量是相互影响的，在实际使用过程中还要根据油品的性质，产品的质量要求，以及节能灯因素共同考虑。方能得到科学的决策。67 1、操作压力 原油常压精馏塔的最低操作压力最终是受

18、制约于塔顶产品接受罐的温度下塔顶产品的泡点压力。 提高操作压力的有利之处： 可以提高处理能力； 操作温度提高，有利于侧线馏分的热量的回收。 提高塔的操作压力的不利之处： 精馏效率有所降低； 塔顶冷凝冷却器的负荷增大； 由于加热炉的出口温度不能任意提高而使轻质油品的收率会受到影响。68塔顶压力确定后，塔的各部位的压力也随之确定。塔的各部位的操作压力与油气流经塔板时所造成的压降有关，油气自下而上流动，故塔内压力由下而上逐渐降低，常压塔采用的各种塔板的压降大致如表711所示。 由加热炉出口经转油线到精馏塔汽化段的压降通常为0.034MPa，因此，由汽化段的压力即可推算出炉出口的压力。塔 板 类 型压

19、 力 降，帕泡 罩500800浮 阀400 650筛 板250 500舌 型250 400金属破沫网150 25069 2.操作温度 从理论上说，在稳定操作的情况下，可以将精馏塔内离开任一块塔板或汽化段的汽、液两相都看成处于相平衡状态。 汽相温度：该处油汽分压下的露点温度； 液相温度：该处油汽分压下的泡点温度。 实际上塔板上汽、液相未能达到相平衡状态，处于接近平衡的状态。 汽相温度：高于露点温度； 液相温度：低于泡点温度。 塔板上个点温度的求取，是根据相平衡和热平衡原理，采用试差法求取。70试差法计算时，先假设某处温度为t，做热平衡求得该处的回流量和油气分压，再利用相平衡关系，平衡汽化曲线，相应的温度t，（泡点、露点或一定气化率的温度）。t与t的相对误差应小于1%，否则另设温度t，重新计算直到满足误差要求。71 （1）汽化段温度 汽化段温度就是进料的绝热闪蒸温度。 已知汽化段和炉出口的操作压力，而且产品总收率或常压塔拔出率和汽化率、汽提蒸汽量一定，就可以算出汽化段的油气分压。进而作出图751 。 图751是进料在常压下的、在汽化段油汽分压下的以及炉出口压力下的三条平衡汽化曲线。 （2）塔底温度 原油蒸馏装置的初馏塔、常压塔及减压塔的塔底温度一般比汽化段温度