第六章晋梅石油蒸馏

第六章晋梅石油蒸馏第1页，共154页，2023年，2月20日，星期三基本途径一般为：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。蒸馏分离技术是石油表征和石油加工最适宜的分离方法,也是一种常用的最经济和最容易实现的分离手段

原油

产品？

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2页，共154页，2023年，2月20日，星期三①石油体系的特殊性石油体系是一个复杂体系，不能采用常规明确组分的方法描述，但主体属于烃类体系，各馏分之间存在着显著的沸点差，因此在石油加工过程中，采用各种条件性的蒸馏实验数据来表征和评价石油馏分的构成，例如TBP，ASTMD2886等；②石油产品的特殊性石油产品并非要求纯组分，而是一个馏程范围，也采用条件性的蒸馏实验数据和各种油品指标进行控制，如ASTMD86，D1160等。需要注意：一般石油蒸馏过程的产品其要求主要为一个馏程范围，产品的构成只要处于这个范围内并能保证其它炼油指标就属于合格产品，这一点与化工产品略有不同，同时也使得石油蒸馏过程具有更大的灵活性；③石油蒸馏的特殊性迄今为止蒸馏是技术成熟度和应用成熟度最高的工业分离技术，具有相对坚实的理论基础和工程经验积累。石油蒸馏过程及原理与常规多组分蒸馏完全相同，但不同的是其构型上经常是多种分离过程的耦合，主要是气液物理分离过程的解吸或吸收过程，也涉及到水蒸气汽提过程，这使得石油蒸馏过程具有自身的特点。第3页，共154页，2023年，2月20日，星期三蒸馏原理：从中文字面上理解，“蒸”意为加热蒸发，“馏”意味着将加热气化的气相冷凝。由于体系间相对挥发度（或沸点）的差异，蒸发的气相和未蒸发的液相间存在着组成的差异，从而使体系实现了分离。在炼油过程中，蒸馏技术应用于石油评价、产品表征、加工过程各个环节，操作方式也多种多样，但从蒸馏原理和操作方式上讨论，可以把它们归纳为连续操作的闪蒸（平衡蒸馏）、间歇操作的简单（间歇）蒸馏、精馏和水蒸气蒸馏（汽提）。第4页，共154页，2023年，2月20日，星期三

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，每一组分在汽液相中的化学位相等，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

对于石油馏分，在一定的温度和压力下，保持石油馏分气、液两相共存，而且气、液两相的相对量（汽化率）和两相中的各组分都不再发生变化，这时该石油馏分达到了气、液平衡状态第5页，共154页，2023年，2月20日，星期三泡点和露点：在一定压力下，加热油品，当其温度升高到某一数值时，油品开始气化，油品刚刚出现第一个气泡并保持相平衡状态时的温度，称为泡点温度，或称为平衡气化0%温度

继续升高温度使油品不断气化，当油品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，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6页，共154页，2023年，2月20日，星期三1．闪蒸—平衡气化闪蒸过程的原料条件必须要保证原料进入闪蒸罐后形成气、液混相区。在闪蒸过程中，气、液两相有足够的空间和时间密切接触，达到了平衡状态，则称为平衡汽化，由于传质过程大部分发生在气液接触的瞬间（对于粘度不高的体系在90％以上），因而闪蒸过程可以近似地按相平衡来处理。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7页，共154页，2023年，2月20日，星期三平衡气化的逆过程称为平衡冷凝

闪蒸过程最大的分离能力为热力学一次相平衡，因此闪蒸过程的分离效果十分有限，并且气相中轻组分的浓度与液相中之差随着气相的产量增加而降低。闪蒸过程的核心矛盾是分离效果与产率间的矛盾，控制不同的加（取）热量就可以合理地控制产品的组成与产量间的关系。第8页，共154页，2023年，2月20日，星期三2．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

第9页，共154页，2023年，2月20日，星期三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，最初得到的蒸气含轻组分最多，随着加热温度的升高，相继形成的蒸气中轻组分的浓度逐渐降低，而残存液相中重组分的浓度则不断增大。

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

简单蒸馏的分离精确度要高于平衡汽化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，多用于实验室或小型装置浓缩物料或粗略分割油料的一种间歇操作蒸馏方法测定油品馏程的恩氏蒸馏就可以近似看作是简单蒸馏第10页，共154页，2023年，2月20日，星期三恩氏蒸馏中蒸发的气相经过蒸馏仪器空间需要一定的时间，不能在生成的一瞬间立即被引出，而且蒸馏瓶颈壁上也有少量蒸气会冷凝而形成回流，因此，只能把它看作是近似的简单蒸馏。

第11页，共154页，2023年，2月20日，星期三3．精馏精馏可分为连续式和间歇式两种沿精馏塔高度建立了两个梯度：自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度气、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12页，共154页，2023年，2月20日，星期三在第N块塔板上相接触的两相：由第N+1块塔板上升的气相温度要高于从第N-1块塔板下来的液相温度；由第N+1块塔板上升的气相中的轻组分浓度要低于从第N-1块塔板下来的液相中的轻组分浓度。气、液两相在接触前处于气液两相不平衡状态，形成相间推动力n第13页，共154页，2023年，2月20日，星期三

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气相轻组分，在塔底得到较纯的液相重组分。

精馏的分离效果要远远优于平衡汽化和简单蒸馏精馏的实质：气、液两相进行连续多次的平衡汽化和平衡冷凝第14页，共154页，2023年，2月20日，星期三再沸器的操作完全符合平衡气化的条件，具有一个理论级的分离能力；塔顶冷凝器为全凝器时，相当于泡点操作，无分离能力，而当塔顶冷凝器在泡、露点之间操作时，有气相和液相两个产品，符合平衡冷凝操作的条件，计入一个理论级。进料条件和产品要求决定了精馏塔的全塔物料平衡，从而规定了塔顶和塔底的流量和组成。为了实现该过程，在确定的回流条件下，精馏段和提馏段所需的理论板数是确定的，其中回流的量越大所需的总理论板数越少，反之回流的量越小所需的总理论板数越多。因此设计的回流量大小是平衡精馏塔的操作投资和设备投资对总投资影响的关键变量，存在着一个最优的操作回流量。

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在前面的内容中涉及到了蒸馏、精馏和分馏三个专业名词，对于其区别特作如下说明。蒸馏是指广义的概念，强调加热和冷凝操作的分离过程，可以是半塔，可以是全塔,可以是连续操作，也可以是间歇操作等等，可以单级，也可以是多级；精馏强调多级，泛指可获得高纯产品的全塔，塔底必须有冷凝器，塔顶必须有再沸器，在汉语中，大多数情况下蒸馏与精馏可以混用，而分馏主要强调蒸馏过程的产品为一个馏程范围，其中也有一些工程中的习惯用法，例如气体分馏装置，实际上该装置中全部由精馏塔构成。第16页，共154页，2023年，2月20日，星期三第一节石油及其馏分的气--液平衡第17页，共154页，2023年，2月20日，星期三18第一节石油及其馏分的气一液平衡一、气一液相平衡及相平衡常数

当体系中气、液两相呈平衡时，整个相平衡体系的温度和压力都是均匀的。按热力学第二定律有：式中

——气相和液相中组分i的化学位。

对于非理想溶液，则组分的逸度应当代以活度来处理相平衡关系，在气液传质过程中，气液平衡时某组分在气相中的浓度与其在液相中浓度的比值称为相平衡常数。

第18页，共154页，2023年，2月20日，星期三19平衡常数k值求法有几种:P-T-K列线图法:P-T-K列线图反映了相平衡常数与压力和温度的关系。此法求得的相平衡常数值只是温度和压力的函数，而与混合物的组成无关。此法只适用于气相和液相都是理想溶液的体系。此法的精确度虽然不是很高，但是对一般工程计算是适用的，而且方法简捷。第19页，共154页，2023年，2月20日，星期三如果是理想溶液，则A和B是两条互不相关的直线，不会交汇。会聚压法对于非理想溶液，混合物的组成对相平衡常数有影响。对于这个影响，在用热力学参数计算的方法中是借助于活度系数来进行“校正”的。还有另一种解决办法，就是引进一个新的参数——会聚压。在高压条件下，实际混合物必然是非理想溶液，表现出与理想溶液有明显的差别：A、B两条曲线互相趋近，最后于K=1.0处会聚于一点。对应于这个会聚点的压力就称为混合物的会聚压或收敛压Pcv，如果所选的温度条件正好是混合物的临界温度Tc，则此时的会聚压就等于体系的临界压力PC。只要温度不高于混合物中最重组分的临界温度，就会出现会聚现象第20页，共154页，2023年，2月20日，星期三21K值的内插和外延在缺乏所需相平衡常数资料的情况下，可以考虑根据已有的数据进行内插和外延，但应注意限度。同样分子特征的化合物，如同系物，在温度和压力一定时，它们的logK与相对分子质量M的关系是一条直线。已知几个同系物的K值，可以用内插法或在不大的范围内外延的办法来求取其他同类化合物的K值。在恒温下，将logK对总压作图，也可得一直线，在对比压力Pr<0.4的范围内，可以延长直线以估定其他压力下的K值。在恒压下，将logK对温度作图所得的曲线，可外延到对比温度Tr=0.5处，从而得到其他温度下的K值。第21页，共154页，2023年，2月20日，星期三22二、石油及石油馏分的蒸馏曲线恩氏蒸馏曲线:恩氏蒸馏是一种简单蒸馏，它是以规格化的仪器和在规定的实验条件下进行的，故是一种提条件性的试验方法。将馏出温度（气相温度）对馏出量（体积百分率）作图，得到恩氏蒸馏曲线。恩氏蒸馏的本质是渐次汽化，基本上没有精馏作用，因而不能显示油品中各组分的实际沸点，但能反映油品在一定条件下的汽化性能，简单易行广泛用作反映油品汽化性能的一种规格试验。第22页，共154页，2023年，2月20日，星期三23实沸点蒸馏曲线:实沸点蒸馏是一种实验室间歇蒸馏。油品的实沸点蒸馏曲线大体上反映各组分沸点变迁情况的连续曲线。第23页，共154页，2023年，2月20日，星期三24平衡汽化曲线:在实验室平衡汽化设备中，将油品加热汽化，使气液两相在恒定的压力和温度下密切接触一段足够长的时间迅即分离，即可得到油品在该条件下的平衡汽化率。在恒压下选择几个合适的温度（至少五个）进行试验，就可得到恒压下平衡汽化率与温度的关系。以汽化温度对汽化率作图，即可得油品的平衡汽化曲线。根据平衡汽化曲线，可以确定油品在不同汽化率时的温度（如精馏塔进料段的温度），泡点温度（如精馏塔侧线温度和塔底温度），露点温度（精馏塔顶温度）等。第24页，共154页，2023年，2月20日，星期三25三种蒸馏曲线的比较:同一种油品的三种蒸馏曲线，就曲线的斜率而言，平衡汽化曲线最平缓，恩氏蒸馏曲线比较陡，而实沸点蒸馏曲线的斜率最大。这种差别正是这三种蒸馏方式分离效率的差别的反映，即实沸点蒸馏的分离精确度最高，恩氏蒸馏次之，而平衡汽化最差。这是由三种蒸馏的本质所决定。第25页，共154页，2023年，2月20日，星期三恩氏蒸馏(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)中和规定条件下在恒压、不同温度（至少5个）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反映油品的汽化性能，用于计算其它物性参数，用于产品质量等主要用于原油评价，反映石油组成的特征化可以确定在不同汽化率的温度或某温度的汽化率第26页，共154页，2023年，2月20日，星期三

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，是油品最基本的物性数据之一实沸点蒸馏：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TBP曲线EFV曲线ASTM曲线第27页，共154页，2023年，2月20日，星期三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TBP曲线ASTM曲线EFV曲线第28页，共154页，2023年，2月20日，星期三二、各种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，恩氏蒸馏最小由于各种蒸馏曲线都是特定实验条件下测试的结果和特殊的石油体系性质，各种蒸馏曲线的换算不可能采用理论方法进行表征，普遍都采用经验和图表的方法。

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

但在工艺过程的设计计算中常常会遇到平衡汽化的问题，例如：计算加热炉炉管和转油线中的汽化率，精馏塔的进料段温度和侧线抽出温度的确定等，还会遇到不同压力或减压下的平衡汽化问题，这方面数据则更缺乏第29页，共154页，2023年，2月20日，星期三各种蒸馏曲线的相互换算:1．常压蒸馏曲线之间的相互换算2．减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线之间的相互换算3．减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线任何换算为常压蒸馏曲线4．常压平衡汽化曲线如何换算为不同压力下平衡汽化曲线5．常压与减压下平衡汽化曲线之间的换算第30页，共154页，2023年，2月20日，星期三1．常压蒸馏曲线的相互换算(1)

常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算

适用范围:K=11.8沸点低于427℃第31页，共154页，2023年，2月20日，星期三第32页，共154页，2023年，2月20日，星期三这种换算可利用图7-12和图7-13。适用于K=11.8，沸点低于427℃。计算温度与实验值相差约5.5℃。方法：图7-12将一种蒸馏曲线的50%点温度换算为另一种曲线的50%点温度，再将该蒸馏曲线划分为若干段(如0～10%、10～30%、50～70%、70～90%、90～100%)，用图7-13将这些温度段的温差换算为另一种蒸馏曲线的各段温差。最后以换算得的50%点为基点，向两头推算得曲线的其他温度点。当恩氏蒸馏数据不全时，可借助于图7-14的坐标纸来补足所缺数据。该图横坐标为正态概率坐标，纵坐标为算术坐标。对于不太宽的馏分，绘出的恩氏蒸馏曲线十分接近于直线。商用软件：式6-6第33页，共154页，2023年，2月20日，星期三（2）常压恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算这类换算可借助于图6-10和图6-11进行，适用范围K=11.8，沸点低于427℃。计算值与实验值之间的偏差在8.3℃以内。使用方法与（1）相似，只是在换算50%点时要用到恩氏蒸馏曲线10～70%的斜率。第34页，共154页，2023年，2月20日，星期三第35页，共154页，2023年，2月20日，星期三

（3）常压实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线的换算

参考线是指通过实沸点蒸馏曲线或平衡汽化曲线10%点与70%点的直线第36页，共154页，2023年，2月20日，星期三第37页，共154页，2023年，2月20日，星期三换算步骤：计算实沸点蒸馏曲线的参考线斜率及各点温度；计算平衡汽化参考线的斜率及各点温度；计算实沸点蒸馏曲线的参考斜率及各点温度温差⊿Fi%；由比值和⊿Fi%求平衡汽化曲线各点和其参考线相应各点的温差⊿Ti%求平衡汽化曲线各点温度，等于平衡汽化参考线相应各点的温度加上温差⊿Ti%。建议：通过参考线换算的方法比较麻烦，而且偏差较大。建议尽量从恩氏蒸馏数据换算平衡汽化曲线更好第38页，共154页，2023年，2月20日，星期三39（2）减压1.33kPa（残压10mmHg）蒸馏曲线的互换残压1.33kPa（10mmHg）的各种蒸馏曲线的互相换算可以采用经验图表：（3）减压1.33kPa（残压10mmHg）蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线（4）常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线（5）常压与减压平衡汽化曲线的换算第39页，共154页，2023年，2月20日，星期三关于各种蒸馏曲线换算需注意几点:所以换算方法和图表都是根据实验数据归纳得到，是经验性；使用时必须注意这些图表和方法的适用范围和可能带来的误差；经验图表的基础数据大都来源于外国原油，有时会遇到不能反映我国某些原油性质特点的情况；换算图表一般都是以体积分数来表示收率在进行工艺计算时，应力求采用实际的实验数据，特别是对工艺计算全局有重要影响之处更应如此。第40页，共154页，2023年，2月20日，星期三41三、复杂体系汽—液平衡的“假多元组分”处理方法

假多元系法：把石油或石油馏分按沸程分为一系列窄馏分，每个窄馏分都被看作一个组分，称为假组分或虚拟组分，同时以窄组分的平均沸点、密度、平均相对分子质量等表征各假组分的性质。这样，石油馏分这一复杂混合物就可以看成是由一定数量假组分构成的假多元系混合物，然后按多元系气液平衡的处理方法进行计算。这种处理方法称为假组分法或假多元系法。第41页，共154页，2023年，2月20日，星期三42四、油一水不互溶体系的气一液平衡

水在油中的溶解度很微小，一般情况下都把水和油的混合物看作是不互溶体系。至于气相，则任何气体都能均匀混合。因此，所谓不互溶只是指液相而言。在石油蒸馏塔中，常常吹入一定量的过热水蒸气以降低油气分压而帮助它汽化；塔顶的气相馏出物往往在水蒸气的存在下冷凝冷却等等。这些情况可归纳成三种类型，即：过热水蒸气存在下油的汽化；饱和水蒸气存在下油的汽化；油气—水蒸气混合物的冷凝。第42页，共154页，2023年，2月20日，星期三1、过热水蒸气存在下油的汽化①水蒸气的作用过热水蒸气，就是指在整个过程中，体系的操作温度始终高于水蒸气分压下水的沸点，水蒸气一直处于过热状态，不会冷凝，在体系中，它始终以气相形式存在过热水蒸气存在下时体系的压力：P=Poo+Ps

降低油气分压，使油在较低的温度下气化第43页，共154页，2023年，2月20日，星期三②水蒸气存在下纯物质或油的汽化

由上式可以看出：P一定，如要求A的汽化量也一定，则：如果增加汽提水蒸气的量(NS)，则NS/NA增加，PA°降低，汽化温度下降，即可以在更低的温度下汽化相同数量的NAP，T一定，则(P/PA°-1)不变，故NS/NA一定，则汽化A的量越大，水蒸气的量也越大

如果体系中的物料不是纯物质而是石油馏分，上述的基本原理仍然适用

第44页，共154页，2023年，2月20日，星期三对石油馏分—过热水蒸气体系：

其中，油的饱和蒸气压PO0在一定温度下不是一个常数，它还与气化率e有关，即PO0是T和e的函数。当T一定时，PO0随着e的增大（油变重）而降低。换言之，当T一定时，NS／NO不是一个常数，而是随着e的增大而增大。即随着e的增大，气化每一摩尔油所需的水蒸气的物质的量要增加。这需要依据石油馏分的P－T－e相图才能作定量的计算。

第45页，共154页，2023年，2月20日，星期三图6-31石油馏分蒸气压与气化率的关系第46页，共154页，2023年，2月20日，星期三图6-31是某石油馏分的P－T－e相图。当温度为t1、气化率为10％时，油品的饱和蒸气压是PO,10。若PO,10正好等于总压P，则不需要水蒸气的帮助，该油品在t1下就可以气化10％。若PO,10

<p，就需要借助于水蒸气，此时每气化1摩尔油品所需过热水蒸气的物质的量为，第47页，共154页，2023年，2月20日，星期三如果温度t1不变，要求气化率为30％，则

式中PO,20为温度t1下，气化率为30%时油品的饱和蒸气压，显然PO,20<PO,10，故第48页，共154页，2023年，2月20日，星期三2.饱和水蒸气存在下油的汽化当气液两相达到平衡时：

PO=PO0：PS=PS0体系的总压力为：

P=PS+PO=PS0+PO0气相中的水蒸气与油气的摩尔数之比为：此式与过热水蒸气存在下的式的不同之处在于Ns／No还受制于水的饱和蒸气压。第49页，共154页，2023年，2月20日，星期三含水原油在换热器中被加热汽化为例：T↗→PS0↗，PO0↗，但PS0+PO0<P→不汽化

到达某点To，PS0+PO0=P，油水同时汽化

随汽化量增加，但如果温度不变，则PO0↙→PS0+PO0<P→T↗→PS0+PO0=P→进一步汽化→重复上述过程→水全部汽化→过热水蒸气存在下油的汽化第50页，共154页，2023年，2月20日，星期三3.油气-水蒸气混合物的冷凝①油气、水蒸气都处于过热状态，仅是单相冷却过程；②油气是饱和状态，水蒸气是过热状态；③油气、水蒸气都处于饱和状态；④油和水同时冷凝完毕；⑤油和水是单相的冷却过程第51页，共154页，2023年，2月20日，星期三第二节原油精馏塔第52页，共154页，2023年，2月20日，星期三一、常减压蒸馏工艺流程第53页，共154页，2023年，2月20日，星期三第54页，共154页，2023年，2月20日，星期三减压渣油VR常压渣油，AR280℃370℃400℃减压渣油（VR）的加工方案和用途：生产沥青生产残渣润滑油（溶剂脱沥青）催化裂化原料焦化原料减粘裂化生产燃料油锅炉燃料制氢原料拔头原油第55页，共154页，2023年，2月20日，星期三1、原油预处理

(1)原油预处理目的

原油含盐含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害，主要为：

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。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。第56页，共154页，2023年，2月20日，星期三原油中的盐类，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，烧穿管壁、造成事故。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。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。要求：含水量达到0.1%～0.2%。含盐量<5mg/l第57页，共154页，2023年，2月20日，星期三(2)原油脱盐脱水的基本原理

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。第58页，共154页，2023年，2月20日，星期三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%。第59页，共154页，2023年，2月20日，星期三60“一脱四注”“一脱”原油中含有盐类，与水发生水解反应生成盐酸，有腐蚀性。炼油厂采用电脱盐的方法，盐类溶解在水中，脱盐和脱水是同时进行的。第60页，共154页，2023年，2月20日，星期三61“四注”注氨中和盐酸和硫化氢，增强缓蚀剂的作用。注缓蚀剂使金属不被腐蚀注水增加水滴的密度使使水滴更易聚结，溶解溶解悬浮在油中的盐。注碱把油中的盐转化为不易水解的氯化钠。第61页，共154页，2023年，2月20日，星期三3、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62页，共154页，2023年，2月20日，星期三原油加工方案中设初馏塔的主要作用降低加热炉和常压塔的负荷，有利于提高装置的处理量降低原油换热系统的操作压力，从而节约装置能耗和操作费用保证常压塔的操作平稳，有利于提高产品质量减轻常压塔顶的、馏出管线和冷凝冷却设备的腐蚀第63页，共154页，2023年，2月20日，星期三4、炼厂蒸馏装置的工艺流程方案①燃料型特点：常压塔前一般设置初馏塔或闪蒸塔；常压塔设3～4个侧线，连同塔顶产品，生产汽油、溶剂油、煤油或喷气燃料、轻柴油和重柴油等产品或调和组分；为了调整各侧线产品的闪点和馏程范围，各侧线均设汽提塔；减压塔侧线出催化裂化或加氢裂化原料，馏分简单，要求不高，一般设2～3个侧线；减压塔侧线不设汽提塔；对减压塔的操作应以提高拔出率为主初馏塔和闪蒸塔的区别：初馏塔顶出产品，而闪蒸塔不出；初馏塔顶有冷凝冷却设备，闪蒸塔没有；闪蒸塔顶油气进入常压塔中部。第64页，共154页，2023年，2月20日，星期三②燃料-润滑油型减压系统比燃料型复杂，一般设4～5个侧线；为了调整减压塔各侧线产品的闪点、黏度和馏程范围，各侧线均设汽提塔，以满足生产润滑油的要求；减压炉要严格控制加热温度，炉内最高不大于395℃；减压塔内和减压炉管内均需注入水蒸气，目的是改善炉管内油流型式，避免局部过热和降低油品在炉管内的停留时间，降低减压塔内油气分压；减压塔的进料段与最低侧线抽出口之间，设洗涤段，改善润滑油的质量第65页，共154页，2023年，2月20日，星期三③燃料-化工型特点：常压塔前一般只设置闪蒸塔，闪蒸塔油气进入常压塔中部；常压塔产品作为裂解原料，分离要求不高，因此塔板数可以减少；常压塔侧线一般设2～3个侧线，不设汽提塔；减压塔与燃料型相同第66页，共154页，2023年，2月20日，星期三二、原油常压精馏塔的工艺特征1．原料和产品都是复杂的混合物不能采用单组分的百分数表示进料组成和控制产品质量，而只能控制馏程、抽出温度等产品都满足一定的质量指标，但不能像二元或多元精馏塔一样得到较纯的化合物2.进塔原料一次汽化过程

石油常压塔和减压塔都采用了无再沸器和无提馏段的加热炉加热一次气化工艺，相当于原料从精馏塔塔底进入，因此常压塔和减压塔都是一个仅有精馏段及塔顶冷凝系统的不完整精馏塔。

第67页，共154页，2023年，2月20日，星期三3．石油精馏塔是复合塔和不完全塔第68页，共154页，2023年，2月20日，星期三69复合塔原油通过常压蒸馏切割成汽油、煤油、轻柴、重柴和重油等四五种产品。在石油精馏中，各产品本身是一种复杂混合物，产品的分离精度并不要求很高，若采用多塔串联，太不经济。实际上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的组合，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。第69页，共154页，2023年，2月20日，星期三70汽提塔和汽提段在复合塔内，在汽油、煤油、柴油等产品之间只有精馏段而没有提馏段，侧线产品中必然含有相当数量的轻馏分，这样不仅影响侧线产品的质量（如轻柴油的闪点等），而且降低了较轻馏分的产率。在常压塔的外侧，为侧线产品设汽提塔，在汽提塔低部吹入少量过热水蒸气以降低侧线产品的油气分压，使混入产品中的较轻馏分汽化而返回常压塔。这种汽提塔和精馏塔的提馏段在本质上是不同的。第70页，共154页，2023年，2月20日，星期三汽提蒸汽的作用

由塔底通入少量的过热水蒸气，以降低油气分压，有利于轻组分的汽化；侧线汽提的目的是使混入产品中的较轻组分汽化再返回常压塔，即保证了塔顶轻质产品的收率，又保证了侧线产品的质量

第71页，共154页，2023年，2月20日，星期三侧线采用再沸器的原因：侧线油品汽提时，产品中会溶解微量水分，影响产品质量，尤其是要求低凝点低结晶点的产品，如航煤等汽提水蒸气的质量分数虽小（2%～3%），但体积流量大使塔内汽相负荷增加水蒸气的冷凝潜热很大，采用再沸器可以降低塔顶冷凝冷却器的负荷采用再沸器提馏有利于减少蒸馏装置的含油污水量第72页，共154页，2023年，2月20日，星期三734.全塔热平衡常压塔塔底不设再沸器，热量来源几乎完全靠原油本身带入，全塔热平衡引出的结果如下：常压塔进料应有适当的过汽化率常压塔的回流比是由全塔热平衡决定的，变化的余地不大。

多元系精馏与原油精馏不同：多元系精馏的回流比是由分离精确度要求决定，全塔热平衡是通过调节再沸器负荷来达到。常压塔产品要求的分离精确度不高，只要塔板数选择适当，在一般情况下，由全塔热平衡所确定的回流比已完全能满足精馏的要求操作中，如回流比过大，则必然会引起塔的各点温度下降，馏出产品变轻，拔出率降低。第73页，共154页，2023年，2月20日，星期三74恒分子流的假定完全不适用石油是复杂的混合物，各组分之间的性质有很大差别，它们的摩尔汽化潜热相差很远，沸点之间的差别甚至可相差几百度，如常压塔塔顶和塔底之间温差可达250℃左右。显然，以精馏塔上下温差不大、塔内各组分的摩尔汽化潜热相近为基础所作出的恒摩尔流假设对常压塔完全不适用。第74页，共154页，2023年，2月20日，星期三5．常压塔的进料汽化率至少应等于塔顶产品和侧线产品产率之和，原油进塔要有适量的过汽化度

定义：过汽化量占进料的百分数称为过汽化度目的：使进料段上最低一个侧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%第75页，共154页，2023年，2月20日，星期三7.常压塔中，进料段温度最高，塔顶最低6．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8．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第76页，共154页，2023年，2月20日，星期三侧线抽出第一、二板之间第77页，共154页，2023年，2月20日，星期三三、分馏精确度的表示方法1．分馏精确度的表示方法

对于二元或多元系：

用组成来表示（A或B组分的含量表示）对于石油馏分分馏精确度的表示方法：用ASTM(0～100)间隙=t0H-t100L表示

t0H-t100L>0，馏分间有间隙，间隙越大，分离精确度越高t0H-t100L<0，馏分间有重叠，重叠越大，分馏精确度越差通常用t5H和t95L之间的差值来表示

用ASTM(5～95)间隙=t5H-t95L表示用馏分组成或蒸馏曲线的相互关系第78页，共154页，2023年，2月20日，星期三间隙：分馏效果好重叠：分馏效果差第79页，共154页，2023年，2月20日，星期三曲线2和3：t0H=t100L=tf表示分馏精确度好，达到理想分离效果曲线4和5：t0H<t100L（t0H<tf，t100L>tf)出现重叠，表示分馏精确度较差曲线6和7：t0H=t0L，t100L=t100H表示分馏精确度最差，相当于平衡汽化第80页，共154页，2023年，2月20日，星期三馏分恩氏蒸馏（5～95）间隙，℃轻汽油与重汽油（溶剂油）11～16.5汽油与煤油或轻柴油14～28煤油或轻柴油与重柴油0～5.5重柴油与常压蜡油0～5.5常压馏分分馏精确度推荐值第81页，共154页，2023年，2月20日，星期三1－<150℃馏分；2－150～205℃馏分；3－205～302℃馏分；4－302～370℃馏分；5－370～413℃馏分图常压馏分实沸点蒸馏重叠与恩氏蒸馏间隙关系图第82页，共154页，2023年，2月20日，星期三2.分馏精确度与回流比、塔板数的关系(1)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、塔板数的关系回流比和塔板数一般是凭经验估算得到的第83页，共154页，2023年，2月20日，星期三被分离的馏分推荐板数轻汽油与重汽油（溶剂油）6～8汽油与煤油或轻柴油6～8煤油或轻柴油与重柴油4～6进料与最低侧线3～6*被分离的馏分D厂N厂S厂轻汽油与重汽油（溶剂油）8109汽油与轻柴油996轻柴油与重柴油746进料与最低侧线443第84页，共154页，2023年，2月20日，星期三

3、

TBP切割点与产品收率

由已知各产品所要求的恩氏蒸馏数据，要求确定实沸点切割点和产品收率。

将产品的恩氏蒸馏初馏点和终馏点换算为实沸点蒸馏的初馏点和终馏点。

取切割温度（t0H+t100L）/2

方法a:蒸馏曲线换算确定

b:在原油的实沸点曲线上即可查得相应的产品收率。第85页，共154页，2023年，2月20日，星期三864.石油蒸馏过程蒸馏塔的板效率范围

不同塔段有不同的操作特点和特征，板效率不同；参考板效率的范围，见表6-12第86页，共154页，2023年，2月20日，星期三四、石油精馏塔的汽、液相负荷分布规律

精馏塔内汽、液相负荷分布规律是设计塔径和塔板水力学计算的依据，对石油精馏塔来说恒摩尔（分子）回流的假定不成立，这就需要对石油精馏塔内汽、液相负荷分布规律进行分析。分析工具是热平衡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

第87页，共154页，2023年，2月20日，星期三F、D、M、G、W、S：分别代表进料、塔顶汽油、侧线煤油、柴油、塔底重油和汽提蒸汽的流量，Kmol/hrtD、tM、tG、tW：分别为D、M、G、W的抽出温度t1、t0、tF、ts：分别为塔顶抽出温度、塔顶回流返塔温度、进料进塔温度和过热蒸汽进塔温度L0、e：分别为塔顶回流量(Kmol/hr)和进料汽化率h：各物流的焓值，上角V代表气相，L代表液相(KJ/Kmol)。第88页，共154页，2023年，2月20日，星期三1．塔顶汽、液相负荷e第89页，共154页，2023年，2月20日，星期三2．汽化段至G抽出板下方各板的V、L(1)汽化段的V、L过汽化量为0时：Ln=0Kmol/hrVF=D+M+G+S+Ln

(2)第n板上的L、V

第90页，共154页，2023年，2月20日，星期三图7-44汽化段与精馏段隔离体系图FFGF,tFGMDSIIILn-1Lm-1m-1,tm-1m,tmn-1,tn-1n,tnSWⅢ第91页，共154页，2023年，2月20日，星期三3．第m板的L、V(侧线抽出板下)下面分析一下Lm-1和Ln-1及Vm与Vn的大小：∵沿塔由低到高温度逐渐降低，∴tm<tn∴Q出,m<Q出,n又∵Q入,m=Q入,n∴Qm>Qn分析可得：Lm-1>Ln-1从而有：Vm>Vn

第92页，共154页，2023年，2月20日，星期三4．经过侧线抽出板时的L、V的变化-第93页，共154页，2023年，2月20日，星期三5．塔顶第一、二层塔板之间的L、VQ1≈Q2

HVL1,t2≈HVL0,t1

HLL0,t0<HLL1,t1

L0<L1

∵V1=D+S+L0

V2=D+S+L1∴V1<V2

第94页，共154页，2023年，2月20日，星期三

结论：沿塔高自下而上，液相负荷先缓慢增加，到抽出板，由一个突增，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第95页，共154页，2023年，2月20日，星期三6．有中段回流时气液相负荷的变化

7．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；温度有所下降

第96页，共154页，2023年，2月20日，星期三97精馏塔内的气、液相负荷分布规律可归纳如下(不考虑汽提水蒸气)：原油进入汽化段后，其气相部分进入精馏段。自下而上，由于温度逐板下降引起液相回流量(kmol／h)逐渐增大，因而气相负荷(kmol／h)也不断增大。到塔顶第一、二层塔板之间，气相负荷达到最大值。经过第一板后，气相负荷显著减小。从塔顶送入的冷回流，经第一板后变成了热回流(即处于饱和状态)，液相回流量有较大幅度的增加，达到最大值。在这以后自上而下，液相回流量逐板减小。每经过一层侧线抽出板，液相负荷均有突然的下降，其减少的量相当于侧线抽出量。到了汽化段，如果进料没有过汽化量，则从精馏段末—层塔板流向汽化段的液相回流量等于零。通常原油入精馏塔时都有一定的过汽化度，则在汽化段会有少量液相回流，其数量与过汽化量相等。第97页，共154页，2023年，2月20日，星期三98进料的液相部分向下流入汽提段。如果进料有过汽化度，则相当于过汽化量的液相回流也一齐流入汽提段。由塔底吹入水蒸气，自下而上地与下流的液相接触，通过降低油汽分压的作用，使液相中所携带的轻质油料汽化。在汽提段，由上而下，液相和气相负荷愈来愈小，其变化大小视流入的液相携带的轻组分的多寡而定。轻质油料汽化所需的潜热主要靠液相本身来提供，因此液体向下流动时温度逐板有所下降。第98页，共154页，2023年，2月20日，星期三五、回流方式采用各种回流的目的

保证精馏塔具有精馏的作用

取走塔内剩余热量控制和调节塔内各点温度保证塔内汽液相负荷分布均匀保证各产品质量第99页，共154页，2023年，2月20日，星期三1、塔顶冷回流部分过冷液体从塔顶返回塔内，用于控制塔顶温度，控制产品质量，提供塔内精馏所需回流，并从塔顶取走剩余热量；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；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；一般常压塔的汽油冷回流温度为30～40℃第100页，共154页，2023年，2月20日，星期三2．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，将回流部分用泵送回塔顶，把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

第101页，共154页，2023年，2月20日，星期三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，因此单位传热负荷的传热面积可以减少；

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；缺点：返回塔顶的是热回流，也就是说返回温度比一级冷凝冷却时高，因而造成内回流量增大，另外流程也更复杂第102页，共154页，2023年，2月20日，星期三塔顶馏出物温度低，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）造成塔内上下汽液相负荷分布不均匀，影响塔的处理量

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第103页，共154页，2023年，2月20日，星期三循环回流：塔顶循环回流中段循环回流第104页，共154页，2023年，2月20日，星期三第105页，共154页，2023年，2月20日，星期三3．塔顶循环回流塔顶循环回流主要应用于以下情况：塔顶回流热量大，考虑回收这部分热量，以降低装置能耗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第106页，共154页，2023年，2月20日，星期三4．中段循环回流优点：使塔内汽、液相负荷分布均匀可以更加合理地利用回流热量不足：打入冷回流，需增加换热板循环回流段以上内回流减少了，塔板效率降低投资高，制造工艺复杂设计塔：可以减小塔径正在生产的塔：可以提高处理量是原油换热的主要热源第107页，共154页，2023年，2月20日，星期三

数量：

3～4个侧线：采用2个循环回流

1～2个侧线：采用1个循环回流进出塔温差：

80℃～120℃取热比例：(占全塔回流热）

中段循环回流：40%～60%塔顶：50%左右

第108页，共154页，2023年，2月20日，星期三六、操作条件的确定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

压力第109页，共154页，2023年，2月20日，星期三(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

第110页，共154页，2023年，2月20日，星期三2．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第111页，共154页，2023年，2月20日，星期三试差法如：塔顶查该油气分压汽化率100%的温度先假定一个温度t热平衡求得内回流量例汽油

油气分压平衡汽化曲线(EFV)t’？第112页，共154页，2023年，2月20日，星期三①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在确定塔顶温度时，应同时校核水蒸气在塔顶是否会冷凝②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点温度来计算；最好从最低侧线开始猜算。③汽化段温度汽化段温度是指进料的绝热闪蒸温度指该塔板上的内回流蒸汽的分压第113页，共154页，2023年，2月20日，星期三④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

原油常、减压塔的塔底温度一般比汽化段温度低5～10℃

⑤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8～10℃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，此温度可高出侧线抽出温度十几度

第114页，共154页，2023年，2月20日，星期三3．汽提蒸汽用量

汽提蒸汽一般都是用温度为400～450℃的过热水蒸气

用过热蒸气的主要原因是防止冷凝水带入塔内目的侧线汽提：驱除低沸点组分，提高产品闪点，改善分馏精确度；常压塔底汽提：降低塔底重油中<350℃的馏分含量，以提高轻质油收率，同时也减轻了塔的负荷；减压塔底汽提：降低汽化段的油气分压，尽量提高减压塔的拔出率;用量

一般要占汽提油品重量的2～4%第115页，共154页，2023年，2月20日，星期三第三节原油精馏塔工艺计算第116页，共154页，2023年，2月20日，星期三一、应收集、整理的基础数据

1、原料油性质（包括实沸点蒸馏数据、密度、特性因数、相对分子质量、粘度和平衡汽化数据等）2、装置处理量（包括最大和最小可能的处理量）及正常生产时间（年开工天数或小时）3、产品方案、产品性质（密度、ASTM数据）及产率4、汽提水蒸气的温度、压力5、同类型装置的操作数据上述基本数据通常由设计任务给定第117页，共154页，2023年，2月20日，星期三二、工艺设计计算主要内容及步骤

1、整理、计算原料油、各产品的常用性质数据（有的需要通过计算或经验图表求得）；2、根据原料油性质及产品方案确定产品的收率，作出整个精馏塔的物料平衡；3、选择合适的汽提方案及汽提蒸汽用量；4、选择合适的塔板型式，并按经验数据定出各塔段的塔板数；5、画出精馏塔草图（包括进出物料位置、各侧线位置及回流位置等）；6、确定各部位压力和炉出口压力；

第118页，共154页，2023年，2月20日，星期三7、确定进料的过气化率，计算汽化段温度（根据不同压力下的平衡汽化数据）；8、确定塔底温度（比汽化段温度低5～10℃）；9、根据经验假设塔顶、各侧线抽出温度，作出全塔热平衡，算出全塔回流热，选定回流方式及中段回流的数量和位置，并合理分配回流热；10、校核塔顶、各侧线抽出温度，若与假设不符，应重新假设和计算11、做出全塔气液相负荷分布图，并将上述工艺计算结果标注在草图上；11、确定塔径和塔高（根据最大气相负荷和空塔气速、板间距和塔板数）12、进行塔板水力学计算，决定塔板工艺结构尺寸13、画出委托工艺设计草图第119页，共154页，2023年，2月20日，星期三三、原油常压精馏塔工艺设计计算实例设计计算任务：年处理量250万吨/年的常压精馏塔；原油的实沸点蒸馏数据及平衡汽化数据、基本物性数据由实验室提供；产品方案及性质见书。第120页，共154页，2023年，2月20日，星期三工艺设计计算过程及结果：1.原油和产品性质参数的计算和汇总，见表7-14；2.确定产品收率和物料平衡，见表7-15；确定各部位的汽提蒸汽用量，参考图7-52和表7-12取汽提水蒸气用量，见表7-16；选用塔板型式和塔板数，参考表7-7和7-8选定塔板数，采用两个中段回流，每个设计3块换热塔板。全塔塔板数总计为34层；画出精馏塔的计算草图：将塔体、塔板、进料及产品出口、中段循环回流位置、汽提返塔位置、塔底汽提点等绘制成草图，如图7-54；第121页，共154页，2023年，2月20日，星期三确定精馏塔各点的操作压力：塔顶产品罐压力为0.13MPa。确定汽化段温度（该油气分压下的绝热闪蒸温度）；

（1）汽化段中进料的汽化率和过汽化度（2）计算汽化段的分压，为0.112MPa，做原油平衡汽化曲线（3）汽化段温度的初步求定（4）汽化段温度的校核，目的是看炉出口温度是否合理8.确定塔底温度（取比汽化段温度低7℃）第122页，共154页，2023年，2月20日，星期三工艺设计计算过程及结果：塔顶及各侧线温度

（1）假设塔顶及各侧线温度（2）全塔回流热，见表7-19（3）回流方式及回流热分配侧线及塔顶温度的校核，应自下而上绘制全塔气液负荷分布图确定塔径和塔高（根据最大气相负荷和空塔气速、板间距和塔板数）塔板水力学计算第123页，共154页，2023年，2月20日，星期三第四节减压蒸馏塔第124页，共154页，2023年，2月20日，星期三减压塔的基本要求：尽量提高拔出率，对馏分组成要求不是很严格提高拔出率的关键：提高减压塔汽化段的真空度减压蒸馏的核心设备是减压精馏塔和它的抽真空系统

第125页，共154页，2023年，2月20日，星期三1．减压塔类型润滑油型：为后续的加工过程提供润滑油基础油原料燃料油型：为FCC和加氢裂化提供原料2．侧线产品(也称之为馏分油)

润滑油基础油

裂化原料（催化裂化、加氢裂化）第126页，共154页，2023年，2月20日，星期三3．塔底产品—减压渣油

焦化原料经加工后生产重质润滑油生产各种沥青裂化原料或加氢处理第127页，共154页，2023年，2月20日，星期三128一、减压精馏塔的工艺特征对减压塔的基本要求是在尽量避免油料发生分解反应的条件下尽可能多地拔出减压馏分油。做到这一点的关键在于提高汽化段的真空度为了提高汽化段的真空度，除了需要有一套良好的塔顶抽真空系统外，一般还采取以下几种措施：第128页，共154页，2023年，2月20日，星期三129降低从汽化段到塔顶的流动压降这一点主要依靠减少塔板数和降低气相通过每层塔板的压降降低塔顶油气流出管线的流动压降现代减压塔塔顶都不出产品，塔顶管线只供抽真空设备抽出不凝气之用，采用塔顶循环回流而不采用塔顶冷回流一般的减压塔塔底汽提蒸汽用量比常压塔大，其主要目的是降低汽化段中的油气分压当汽化段的真空度比较低时，要求塔底汽提蒸汽量较大少用或不用汽提蒸汽的干式减压蒸馏技术第129页，共154页，2023年，2月20日，星期三130减压塔汽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，此最高温度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，在生产润滑油是不得超过395℃，在生产裂化原料是不超过400～420℃，同时在高温炉管内采用较高的油气流速以减少停留时间。缩短渣油在减压塔内的停留时间塔底减压渣油是最重的物料，如果在高温下停留时间过长，则其分解、缩合等反应会进行的比较显著。其结果：一方面生成较多的不凝气使减压塔的真空度下降；另一方面会造成塔内结焦。因此，减压塔底部的直径常常缩小以缩短渣油在塔内的停留时间。第130页，共154页，2023年，2月20日，星期三131

除了上述为满足“避免分解、提高拔出率”这一基本要求而引出的工艺特征外，减压塔还由于其中的油、气的物性特点而反映出另一些特征。在减压下，油气、水蒸气、不凝气的比容大，比常压塔中油气的比容要高出十余倍。尽管减压蒸馏时允许采用比常压塔高的多（通常约两倍）的空塔线速，减压塔的直径还是很大。减压塔一般采用多个中段循环回流，常常是在每两个侧线之间都设中段循环回流。这样做也有利于回收利用回流热。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涉及了很大的气相破沫空间，并设有破沫网等设施。从外形来看，减压塔比常压塔显得粗而短。此外，减压塔的底座较高，塔底液面与塔底油抽出泵入口之间的高差在10m左右，这主要是为了给热油泵提供足够的灌注头第131页，共154页，2023年，2月20日，星期三132润滑油型减压塔的工艺特征润滑油型减压塔为后续的加工过程提供润滑油料，对润滑油型减压塔的分馏精确度的要求与原油常压分馏塔差不多，故它的设计计算也与常压塔大致相同。由于减压下馏分之间的相对挥发度较大，而且减压塔内采用较大的板间距，故两个侧线馏分之间的塔板数比常压塔少，一般3～5块塔板即能满足要求。有的减压塔的侧线抽出板采用升气管式（或称烟囱形）抽出板。这种抽出板形式对于集油和抽油操作比较好，但是它没有精馏作用，其压降约为0.13～0.26kPa。第132页，共154页，2023年，2月20日，星期三133中段回流可以把中段回流抽出与侧线抽出结合在一起，这样可使塔板效率受循环回流的影响小些，以减少由于中段回流而加设的塔板的数目，有利于降低精馏段的总压降。对减压塔的温度条件常按如下经验来求定：侧线温度：取抽出板上总压的30～50%作为油气分压计算侧线油品的泡点塔顶温度：一般比塔顶循环回流进塔温度高出28～40℃；塔底温度—通常比汽化段温度低5～10℃，也有多达摄氏十几度者。第133页，共154页，2023年，2月20日，星期三134燃料型减压塔的工艺特征燃料型减压塔的主要任务是为催化裂化和加氢裂化提供原料。对燃料型减压塔的基本要求是在控制馏出油中的胶质、沥青质和重金属含量的前提下尽可能提高馏出油的拔出率。第134页，共154页，2023年，2月20日，星期三135为达到这个基本要求，燃料型减压塔具有特点：可以大幅度地减少塔板数以降低从汽化段至塔顶的压降。可以大大减少内回流量，在某些塔段，甚至可使内回流量减少到零。通过塔顶循环回流和中段循环回流做到。为了降低馏出油的残碳值和重金属含量，在汽化段上面设有洗涤段。洗涤段中设有塔板和破沫网。所用的回流油可以是最下一个侧线馏出油，也可以设循环回流。为了保证最低侧线抽出板下有一定的回流量，通常应用1%～2%的过汽化度。对裂化原料要求严格时，过汽化度可高达4%。一般来说，过汽化度不要过高。燃料型减压塔的气、液相负荷分布与常压塔或润滑油型减压塔有很大的不同。在燃料型减压塔内，除了汽化段上面的几层板上有内回流以外，其余塔段里基本上没有内回流。它的气、