重庆科技学院油气加工课件

第二章常减压蒸馏第二章原油蒸馏2.1概述

2.2原油预处理2.3原油蒸馏工艺流程2.4原油蒸馏主要设备2.5原油蒸馏过程操作技术习题2.1概述一、原油蒸馏目的二、原油蒸馏原料、产品及特点三、原油蒸馏方法及特点

1、复杂体系蒸馏

2、复合塔蒸馏策略

3、控制进料温度

4、水蒸气汽提

5、塔进料适当过汽化率

6、回流方式四、原油蒸馏系统构成五、原油蒸馏发展概况从石油中提炼出各种燃料、润滑油和其它产品的基本途径是：将原油按沸点分割成不同馏分，然后根据油品使用要求，除去馏分中的非理想组分，或经化学反应转化成所需要的组分，从而获得合格石油产品。

图0-1石油加工产品一、原油蒸馏的目的二、原油蒸馏原料、产品及特点原油经过常、减压蒸馏可得到沸点范围不同的馏分，如汽油、煤油、柴油等轻质馏分油和常压重油，这些产品仍然是复杂的混合物(其质量是靠一些质量标准来控制的。如汽油馏程的干点不能高于205℃)。35℃~150℃是石脑油（naphtha）或重整原料，130℃~250℃是煤油馏分，250℃~300℃是柴油馏分，300℃~350℃是重柴油馏分，可作催化裂化原料。>350℃是常压重油。

三、原油蒸馏方法及特点概念回顾蒸馏方式回流方式石油的实验室蒸馏方法及蒸馏曲线转换分馏精确度的表示方法蒸馏塔操作条件的确定原则原油蒸馏塔的特点几个基本概念相平衡：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。返回本节气液相平衡的特征：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。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，称为过冷液体泡点和露点：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。过热气体过冷液体气液共存区蒸馏方式将液体混合物加热，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1．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平衡冷凝2．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

3．精馏复习：两个梯度：精馏的实质精馏塔组成进料段是提供气液相快速分离的场所。提馏段的主要作用是把塔底产品中的轻组分蒸出去，减少塔底油中的轻组分，以减少后续系统的负荷，能够提高塔上部的收率，或者提高塔底油的质量。精馏段的作用是将进料的气相部分中轻组分提浓，在塔顶得到合格的产品。精馏的必要条件①首先要求混合物中各组分间挥发度存在差异，这是用精馏方法分离混合物的根本依据。②气液两相接触时，必须存在浓度差和温度差。③为了创造两相接触时的浓度差和温度差，必须要有顶部的液相回流和底部的气相回流。④必须提供气液两相密切接触的场所------塔板（填料）。回流方式----顶回流回流方式----内回流内回流是精馏的必要条件，它提供塔板上的液相回流，创造气液两相充分接触的条件，达到传质、传热的目的。回流方式----中段回流中段回流的作用是将热量取出，平衡塔内的气液相负荷。一般在两种产品之间设一个中段回流，即中段回流数为侧线数减一。中段回流不能单独使用，必须与塔顶回流配合。采用中段循环回流也会带来一些不利之处：中段循环回流上方塔板上的回流比相应降低，塔板效率有所下降；中段循环回流的出入口之间要增设换热塔板，使塔板数和塔高增大；相应地增设泵和换热器，工艺流程变得复杂等等。石油的实验室蒸馏方法及蒸馏曲线转换石油的实验室蒸馏方法恩氏蒸馏实沸点蒸馏平衡汽化蒸馏返回本节恩氏蒸馏(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

三种蒸馏曲线的比较三种方法的分离效果是TBP>ASTM>EFV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分馏精确度的表示方法间隙：分馏效果好重叠：分馏效果差原油蒸馏塔的特点（1）常压塔是一个复合塔（2）常压塔的原料和产品都是组成复杂的混合物原油经过常压蒸馏可得到沸点范围不同的馏分（3）有汽提段和汽提塔（4）常压塔常设置中段循环回流（5）有一定的过汽化量一、原油脱盐脱水的目的二、原油脱盐脱水的基本原理三、原油脱盐脱水工艺四、原油预处理过程操作及控制2.2原油预处理一、原油脱盐脱水的目的油田脱水含水量降到<0.5%含盐量降至<50mg/l原油预处理脱后含盐量≤3mg/L，含水≤0.3%

返回本节（1）增加储运、加工设备（如油罐、油罐车或输油管线、机泵、蒸馏塔、加热炉、冷换设备等）的负荷，增加动力、热能和冷却水等的消耗。例如一座年处理量为250万吨的常减压蒸馏装置，如果原油含水量增加1%，热能耗将增加约7000MJ/h。

（2）影响常减压蒸馏的正常操作。含水过多的原油，水分气化，气相体积大增，造成蒸馏塔内压降增加，气速过大，易引起冲塔等操作事故。（3）原油中的盐类，随着水分蒸发，盐分在换热器和加热炉管壁上形成盐垢，降低传热效率，增大流动阻力，严重时导至堵塞管路，烧穿客壁、造成事故。

含盐的危害（4）腐蚀设备，缩短开工周期。CaCl2和MgCl2能水解生成具有强腐蚀性的HCl，特别是在低温设备部分存在水分时，形成盐酸，腐蚀更为严重。

CaCl2+2H2O→Ca(OH)2+2HClMgCl2+2H2O→Mg(OH)2+2HCl

加工含硫原油时，会产生H2S腐蚀设备，其生成的FeS附于金属表面，形成一层保护膜，保护下部金属不再被腐蚀。但如同时存在HCl，HCl能与FeS反应，破坏保护膜，反应生成物为H2S，会进一步腐蚀金属，从而极大地加剧了设备腐蚀。其反应为：

Fe+H2S→FeS+H2FeS+2HCl→FeCl2+H2S（5）盐类中的金属进入重馏分油或渣油中，毒害催化剂、影响二次加工原料质量及产品质量。原理：原油中的盐大部分溶于水中，所以脱水的同时，盐也被脱除。常用的脱盐脱水过程是向原油中注入部分含氯低的新鲜水，以溶解原油中的结晶盐类，并稀释原有盐水，形成新的乳状液，然后在一定温度、压力和破乳剂及高压电场作用下，使微小的水滴，聚集成较大水滴，因密度差别，借助重力水滴从油中沉降、分离，达到脱盐脱水的目的，称为电化学脱盐脱水，简称电脱盐过程。二、原油脱盐脱水的基本原理措施：加热、加破乳剂、高压电场、注水为什么原油脱水前还要注水？炼油厂原油的脱盐脱水大都采用二级电化学脱盐方法,它综合运用加热、加破乳剂和高压电场几种措施，使原油破乳、水滴聚结而沉降分离。

三、原油脱盐脱水工艺

原油按比例加入淡水、破乳剂后经原油泵混合，并经换热器加热到预定温度，从底部进入一级电脱盐罐，通过高压电场后，脱水原油从罐顶引出；再次注入新鲜水，经混合阀混合后进入二级电脱盐罐底部，再次通过高压电场脱水，脱水后原油从罐顶流出即为脱水原油。从二级脱盐罐中脱出的水含盐较少，将其作为一级脱盐前所加的水注入原油，以节约新鲜水。从一级脱盐缸脱出的水，从罐底排出后出装置。

为什么还要二次注水？

原油进入一级和二级脱盐罐前均需注水，其目的是溶解原油中的结晶盐类和增大原油中含水量，以增加水滴的偶极聚结力。通常注水量一级为原油的5%～6%，二级为2%～3%。2.3原油蒸馏工艺流程一、典型三段汽化工艺流程二、减压蒸馏工艺特点及措施三、原油蒸馏过程中防腐措施一、典型三段汽化工艺流程拔头原油280℃370℃常压渣油，AR400℃减压渣油，VR二、减压蒸馏工艺特点及措施①减压塔对分馏精度的要求要比常压塔粗略。②减压塔的结构和工艺要求尽量提高收率同时还要避免发生裂化反应。真空度是提高收率和避免裂化的关键。为了提高进料段的真空度，减压塔顶需使用高效稳定的抽真空设备，提高塔顶真空度。另一方面，塔内都使用压降较小的塔板或者填料，尽量减少进料段到塔顶的压降。

国家重点工程——独山子1000万吨常减压

减压塔③减压塔的直径和板间距要比常压塔大。在减压下，油气、水蒸气、不凝气的比体积大。④减压塔的外型一般都是两头细中间粗。为减少塔顶压力降，塔顶不出产品，气体量少塔底产品重，高温下停留时间长易结焦。为什么？⑤由于塔内是负压，为保证减底泵入口有足够的灌注压头，避免减底泵抽空，故减压塔底离地面较高。⑥减压塔气化段温度并不是常压重油在减压蒸馏系统中所经受的最高温度，此最高温的部位是在减压炉出口。为了避免油品分解，对减压炉出口温度要加以限制。⑦减压塔处理的油料比较重、粘度比较高，而且还可能含有一些表面活性物质。加之塔内的蒸气速度又相当高，因此蒸气穿过塔板上的液层时形成泡沫的倾向比较严重。为了减少携带泡沫，减压塔内的板间距比常压塔大，加大板间距同时也是为了减少塔板数。此外，在塔的进料段和塔顶都设计了很大的气相破沫空间，并常设有破沫网等设施。⑧为了降低馏出油的残炭值和重金属含量，在气化段上面设有洗涤段。为了保证最低侧线抽出板下有一定的回流量，通常应有的过气化度。减压抽真空原理抽真空系统包括蒸汽喷射器（真空泵）、冷却器、大气腿、油气分离罐、放空线等。大气腿和塔顶油气分离罐内水封的作用是形成液柱，保证冷凝液能够从处于负压状态的冷却器顺利排到常压状态的塔顶罐内，同时防止空气倒入抽真空系统和油气混合发生危险。正常状态下高约10m水柱，1个大气压）。减压类型湿式减压湿式减压蒸馏就是减压塔塔底有汽提蒸汽以降低油气分压提高拔出率，同时减压炉入口也注有蒸汽以提高常渣在炉管内的流速，这样塔内有了“湿”的水蒸气，故称之为“湿式减压”。干式减压干式减压就是塔内不通蒸汽。为了保证比湿式更高的蜡油收率，干式减压采用较高的真空度，绝对压力在2kPa左右，为了达到这样的压力，在塔内部结构上采用了处理能力高、压降小、传质传热效率高的填料，并采用三级抽真空，保证进料段的绝对压力在3~4kPa减压深拔技术一般地，国外常减压装置的标准设计是将减压渣油的切割点定在565℃；国内多数常减压装置的减压拔出深度偏低，切割点定在520℃以下。减压深拔的目的是增加减压蜡油的拔出量，为催化裂化装置和加氢裂化装置提供优质原料，减少低值的减压渣油产量，对下游装置和全厂效益有着极为积极的意义。只要原油蒸馏减压切割点从530℃提高到565℃以上，常减压总拔出率约提高4个百分点，按5000万吨／年原油蒸馏处理能力，年增蜡油收率200万吨，蜡油和渣油的差价按600元／吨计算，年增经济效益120亿元。三、原油蒸馏过程中防腐措施盐类腐蚀环烷酸腐蚀硫腐蚀盐类腐蚀盐类腐蚀主要是水解出来的Cl-与金属反应而造成的管线减薄。主要表现形式为“HCl-H2S-H2O”腐蚀。这种腐蚀主要发生在初馏塔、常压塔和减压塔

≤150℃的顶循环以上的塔板塔壁、塔顶油气线和冷却系统中的的低温部位。低温下湿硫化氢（氢硫酸）是一种弱的酸性电解质，在设备表面发生下述反应：硫化氢在水中发生电离：

H2S＝H+＋HS-

HS-→H+＋S2-钢在硫化氢的水溶液中发生电化学反应：阳极过程：Fe→Fe2++2eFe2++HS-→FeS↓+H+Fe2++S2-→FeS+2e阴极过程：2H++2e→2H(渗透到钢材中)反应的结果使原子氢渗透到钢的基体，通过扩散到达钢的缺陷处，并析出氢分子，产生很高的压力，从而造成氢鼓泡、氢致开裂、氢脆，特别是当有拉力存在时。根据腐蚀的特征和形态划分，这类腐蚀称为应力腐蚀。应力腐蚀低温轻油部位的湿硫化氢腐蚀

均匀腐蚀H2S腐蚀产生的FeS在钢铁表面能形成一层保护膜，所以单纯的H2S腐蚀并不十分严重。这种腐蚀首先使表面失去光泽，如果腐蚀继续下去，金属表面就变得粗糙不平。表现为均匀腐蚀。点蚀如果低温部位H2S的量不多，形成的FeS保护膜则不够致密，同时油品中含有的MgCl2、CaCl2

水解形成HCl，溶于水蒸气冷凝水，在相变初期形成高浓度的盐酸。Cl-首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。一旦这层钝化膜被破坏又缺乏自钝化能力时，金属表面就发生腐蚀。这是因为在金属表面缺陷处易漏出机体金属，使其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成了活性——钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，所以腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐蚀成小孔，这种现象被称为点蚀，又称坑蚀和小孔腐蚀。点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大得多。点蚀经常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。环烷酸腐蚀在220℃以上，随着温度升高，环烷酸腐蚀逐渐加重。环烷酸还可与钢铁表面的FeS防护膜作用，破坏防护膜，生成环烷酸铁和硫化氢，生成的环烷酸铁可被介质带走,使金属裸露受到新的腐蚀。环烷酸的腐蚀是高温气液相冲蚀，在汽液混相区，腐蚀性较大。常见发生部位有常压炉出口处炉管和减压炉炉管，常压炉转油线、常减压塔塔壁和塔盘填料等内件及230℃以上的侧线馏分油及回流油的管线及设备。明显的沟槽、坑洞形状，是区别环烷酸腐蚀与其他腐蚀的标记。

高温重油部位的活性硫腐蚀在高温条件下，活性硫与金属直接反应，出现在与物流接触的各个部位，表现为均匀腐蚀。高温硫腐蚀开始时速度很快，一定时间后腐蚀速率会保持恒定，这是因为生成了硫化铁保护膜。而物流的流速越高，保护膜就愈容易脱落，脱落后腐蚀将重新开始。工艺防腐措施塔顶低温部位防腐－－“一脱三注”①原油电脱盐②挥发线注氨③挥发线注缓蚀剂④挥发线注水高温腐蚀的工艺防腐①混炼②注高温缓蚀剂2.4原油蒸馏主要设备一、加热炉二、初馏塔三、常压塔四、减压塔五、抽真空设备一、加热炉炉管管式加热炉的一般结构管式加热炉的四个主要组成部分管式加热炉的种类按炉型结构分类：立式炉、圆筒炉、大型方炉立式炉圆筒炉1/31/2023底部火嘴从看火孔看到的火焰二、蒸馏塔－板式塔图3－11板式塔塔盘图3-14筛孔式塔板图3-15浮阀塔板图3-18浮舌塔板图3-17舌形塔板二、蒸馏塔－填料塔(b)填料精馏塔组成(a)填料精馏塔塔体构造(c)各种填料图3-19填料塔拉西瓷环填料矩鞍型填料鲍尔环填料翼鞍型填料瓷质波纹填料三、石油蒸馏塔的特点1、初馏塔的工艺特点2、常压塔的工艺特点3、减压塔的工艺特点返回本节1、初馏塔的作用①可以提高装置处理量。尤其是加工轻质原油时降低了原油换热系统和常压炉的压降，降低了常压炉的负荷。②转移塔顶低温腐蚀。设置初馏塔可以将一部分腐蚀转移到初馏塔顶，减轻常压塔顶的腐蚀，这样做在经济上较为合理。③增加产品品种。可以将较轻的石脑油组分从初馏塔顶分离出来，作为乙烯裂解原料、重整原料等产品。也可以从初馏塔的侧线生产溶剂油。④缓解原油带水对常压塔的影响，稳定常压塔操作。2、常压塔的特点1．原料和产品都是复杂的混合物2．石油精馏塔是复合塔和不完全塔3．恒摩尔（分子）回流的假定不成立4．原油进塔进料要有适量的过汽化度5．热量基本上全靠进料带入，回流比是由全塔热平衡决定的，调节余地很小使进料段上最低一个测线下几层塔板上有足够的液相回流以保证最低侧线产品的质量过汽化度一般为2～4%

6.常压塔中，进料段温度最高，塔顶最低7．沿塔高自下而上，液相负荷先缓慢增加，到抽出板，有一个突增，然后再缓慢增加，到抽出板又突增……至塔顶第二块板达最大，到第一块板又突然减小；而汽相负荷一直是缓慢增加的，到第二块板达最大，到第一块板又突然减小2.5原油蒸馏过程操作技术操作条件的确定仿真操作要点1．操作压力(1)回流罐压力P

回流罐的压力至少要大于产品在该温度下的泡点压力，即P≥P泡，一般P≥0.1～0.25MPa

压力操作条件的确定返回本节(2)塔顶压力塔顶压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P顶=P回流罐+ΔP管线+ΔP冷在我国，塔顶压力一般在1.3～1.6atm之间(3)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2．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时的温度塔底温度为在塔底油气分压下塔顶产品的泡点温度汽提蒸汽一般都是用温度为400～450℃的过热水蒸气目的侧线汽提：驱除低沸点组分，提高产品闪点，改善分馏精确度；