石油炼制工程第6章-石油蒸馏过程

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石油炼制工程1 第六章石油蒸馏过程Ø原油预处理Ø石油体系的表征及其馏分的气-液平衡Ø原油蒸馏塔的操作特征Ø常减压蒸馏塔的流程Ø原油精馏塔工艺计算Ø其他石油蒸馏塔 Ø必要性：原油中含有杂质少量泥沙、铁锈等固体杂质。含水（油田伴生水、开采过程中注水）含盐（Na、K、Ca、Mg的氯化物，含量：Na盐>Ca盐，Mg盐和K盐很少硫。酸盐、碳酸盐和油溶性有机酸盐） Ø含水、含盐的危害（1）增加能量消耗水汽化潜热大（2255kJ/kg），增加燃料和冷却水消耗；换热器、加热炉中，水蒸发后盐析出形成盐垢。（2）干扰常压塔的平稳操作水的分子量小，塔内汽相负荷大，导致蒸馏过程波动，影响正常操作，严重时会引起塔超压或出现冲塔事故。 Ø含水、含盐的危害（3）腐蚀设备FeHSFeSH22MgCl2HOMg(OH)2HCl222CaCl2HOCa(OH)2HCl222FeS2HClFeClHS22（4）影响二次加工过程Na+对分子筛催化剂的晶格有破坏作用，造成催化剂永久性失活。含盐高的渣油延迟焦化时，加热炉炉管结焦，石油焦中灰分增加。 Ø原油脱盐脱水原理（脱水的同时脱盐）2d().gwu18u-水滴沉降速度,m/s；d-水滴直径,mw-水（盐水）密度,kg/m3；-油密度,kg/m3g-重力加速度,9.81m/s2；-油粘度,Pa.s Ø热脱水T升高，油品粘度下降，水的密度随温度升高而下降的幅度比原油变化小，故油水密度差增加。Ø化学脱水加入水包油型破乳剂，破坏乳化膜，使水滴聚集长大。Ø电脱水采用高压电场使微小水滴合并成大水滴，增加水滴直径。 ElectricalDesaltingØ电脱盐脱水原理：22R4F6KER()LK-原油介电常数；E-电场强度；R-水滴半径；L-两水滴中心距离2d().gwu18 Ø操作温度：100~120℃ Ø操作压力：0.8~2MPa（视轻组分含量和加热温度而定）让体系保持液相操作，避免轻组分和水汽化，引起油层搅动，影响水的沉降分离。 Ø注水量：一级：原油5%~6%二级：原油2%~3%溶解悬浮于原油中的部分盐；增大含水量很低的原油中的含水量，增大偶极聚结作用力。 Ø注水水质：氨氮含量<40mg/L，氯化物含量<300mg/L，PH<8 Ø注破乳剂：一般为：10~30ug/g具有较强的表面活性具有良好的湿润性能对破乳剂的要求具有足够的絮凝能力具有很高的凝结能力 Ø电场强度：0.8~2.0kV/cm电场强度E↗，F↗，脱盐效果↗。但提高E有一定限度。当E≥电场临界分散梯度时，水滴受电分散作用↗，大水滴易“爆裂”再度分散，且电耗也大。22R4F6KER()L Ø原油在强电场内的停留时间tm：E=0.7~1.0kV/cm时，合适的tm约为2min时间过短：影响水滴的聚结；时间过长：增大电耗，且易于产生电分散作用。 沸点或蒸气压不同 Ø石油加工中的蒸馏过程：1、原油评价过程（恩氏蒸馏、实沸点蒸馏）2、炼厂一次加工过程（常减压蒸馏）3、炼厂二次加工过程（FCC分馏塔、焦化分馏塔…） 一、常用的实验室蒸馏方法：恩氏蒸馏（简单蒸馏）实沸点蒸馏（间歇精馏）平衡汽化（闪蒸） 恩氏蒸馏（ASTMD86）曲线 实沸点（TBP）蒸馏曲线 平衡汽化（EFV）曲线 恩氏蒸馏：表征油品质量（馏程）实沸点蒸馏：原油评价平衡汽化：确定汽化率 分离精确度：相邻两馏分，1.实沸点蒸馏重馏分初馏点-轻馏分终馏点2.恩氏蒸馏斜率，分离精确度大3.平衡汽化实沸点蒸馏>恩氏蒸馏>平衡汽化 1.实沸点蒸馏2.恩氏蒸馏3.平衡汽化 恩氏蒸馏数据的外插和内推概率坐标纸法模型法Vbtta[ln(1)]0101 测定蒸馏曲线工作量：平衡汽化>实沸点蒸馏>恩氏蒸馏经验方法——注意适用性！ 当恩氏蒸馏温度超过246oC，换算时需考虑热裂化影响lgD0.00852t1.691 （1）恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算API1987法不需温度修正59bt[a(t491.67)491.67]tmpD8695体积0%-5%10%30%50%70%90%95-100%分数a0.9166680.52770.72490.893030.870510.9489750.80079b1.0018681.0900111.0425331.0175601.022591.0109551.03549 （2）恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算常压恩氏蒸馏50%点温度与平衡汽化50%点温度换算图常压平衡汽化曲线各段温差与恩氏蒸馏曲线各段温差换算图（3）实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算常压实沸点蒸馏50%点温度与平衡汽化50%点温度换算图常压实沸点蒸馏曲线各段温差与平衡汽化曲线各段温差换算图 【例6-1】某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下：馏出%V01030507090100温度℃2392502672742832963061）换算为实沸点蒸馏曲线2）换算为平衡汽化曲线3）将1）得到的实沸点蒸馏曲线换算为平衡汽化曲线4）假设恩氏蒸馏50%点温度没有得到，用概率坐标纸法和模型法计算并比较结果 1）换算为实沸点蒸馏曲线将表数据代入式59bt[a(t491.67)491.67]tmpD8695得到实沸点蒸馏数据：馏出%V01030507090100温度℃202.3238.2251.5278.3292.8309.6320.4 2）换算为平衡汽化曲线校正恩氏蒸馏曲线：将温度超过246oC的数据进行换算，lgD0.00852t1.691馏出%V01030507090100温度℃239252.8270.8278.4288.3302.8314.213.8187.69.914.511.4 换算50%点温度恩氏蒸馏10%-70%点斜率288.3252.8=7010o0.592C/%查图得：平衡汽化50%点温度-恩氏蒸馏50%点温度=9.5℃平衡汽化50%点温度=278.4+9.5=287.9℃ 查平衡汽化曲线各段温差曲线线段恩氏蒸平衡汽馏温差化温差0%~10%13.8510%~30%181130%~50%7.63.850%~70%9.94.570%~90%14.56.290%~100%11.43.2 推算平衡汽化曲线各点温度馏出%V01030507090100287.9-5-11-3.8+4.5+6.2+3.2温度℃268.1273.1284.1287.9292.4298.6301.8 3）将1）得到的实沸点蒸馏曲线换算为平衡汽化曲线。。。。。。恩氏蒸馏换算馏出%V01030507090100温度℃268.1273.1284.1287.9292.4298.6301.8温度℃259.4268.4269.4281.8286.8292.6295.0实沸点蒸馏换算 4）假设恩氏蒸馏50%点温度没有得到，用概率坐标纸法和模型法计算并比较结果概率坐标纸法：275℃Vbtta[ln(1)]实测值：274℃0101模型法：274.8℃ （1）恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算假设二者50%点温度相同 （2）恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算 （2）实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算 （1）减压实沸点蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线 （2）减压恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线（3）减压恩氏蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线 （1）常压平衡汽化曲线和压力下平衡汽化曲线焦点 【例6-4】某石油的常压平衡汽化数据如下：汽化%V10305070温度℃302.5405.0492.0579.5其他性质为：相对密度d420＝0.9459；特性因数K=11.7；体积平均沸点=468.5℃；恩氏蒸馏曲线10％~90％的斜率=6.0℃／％；临界温度=638℃；临界压力=2.72MPa，求该原油在220kPa下的平衡汽化数据。 解：由图6-22和图6-23确定，焦点温度=638＋32＝670（℃）焦点压力=2.72＋0.78=3.5（MPa）在P-T-e相图坐标纸上标出焦点和常压平衡汽化的各点，联成一组直线，得P-T-e相图，见图6-21。由图得220kPa平衡汽化数据：汽化%V10305070温度℃356448515600 （2）常压与减压平衡汽化曲线换算 【例6-5】某油料在1.33kPa（10mmHg）残压下的平衡汽化数据如下：汽化%V1030507090温度℃158.3190.2214.2232.7263.431.924.018.530.7确定它在13.33kPa（100mmHg）下的平衡汽化曲线。 馏出%V1030507090288-31.9-24.0+18.530.7温度℃232.1264.0288306.5337.2 窄馏分及性质常汽油减AGO压VGO蒸馏VR 恩氏蒸馏初馏点、终馏点换算实沸点蒸馏初馏点、终馏点HLtt切割温度=01002 换算确定切割温度切割温度=（150+133）/2=141.5℃ 汽油的蒸馏收率：4.2V％ y气相中浓度iKixi液相中浓度 压力0.l～1.0MPa，高沸点石油馏分：(b1)KKc7bKc2aaaaaaaa12345678lnKac2或c7023223tttpptptptp KiL非极性组分混合物的计算iV0KiLiL常压、加压蒸馏塔的计算iV lgKlgKlg10减压塔、催化分馏塔和焦化分馏塔的计算 原油电脱盐 1、原油电脱盐2、典型的三段原油常减压蒸馏工艺流程q一段蒸馏：拔头蒸馏，只有一个精馏塔，仅经过一次汽化q二段蒸馏：常减压蒸馏，有两个精馏塔，经过了两次汽化q三段蒸馏：在常减压蒸馏塔前面再设一个初馏塔，共三个精馏塔 2、初馏塔的作用：q及时将轻油和水蒸汽蒸出，降低加热炉和常压塔负荷；q降低原油换热系统压力，节约装置能耗和操作费用；q利于平稳操作，保证产品质量。现代常减压装置中必须采用初馏塔 400℃370℃280℃拔头原油常压渣油，AR减压渣油，VR 长50m，直径12m，重680吨 原油蒸馏的特点：烃类与非烃类复杂混合物，分馏精确度要求低生产规模大，千万吨炼油常压+减压，无再沸器，无提馏段 1.原油常压塔的工艺特征：一次汽化过程——无再沸器，无提馏段常压炉出口：360-370℃减压炉出口：410-420℃ 一次汽化过程——无再沸器，无提馏段常压炉出口：360-370℃↙塔底重油中350℃以前馏分的含量，↗直馏轻质油品的收率，↙减压塔的负荷。 1.原油常压塔的工艺特征：多侧线精馏段——需控制产品质量 汽提段（塔）侧线汽提——过热水蒸气降低油气分压，使轻组分气化2%-3%，4-6层进料位置和抽出位置的位差再沸汽提——下方侧线油低凝或低冰点产品使用（航煤）提高常压塔处理能力降低塔顶冷凝器负荷塔底汽提段 全塔热平衡进料汽化率稍高于塔顶+侧线产品产率高出部分——过汽化度过汽化度越高，产品质量越好，热负荷越大过汽化度2%-4%常压塔进料状态决定热平衡决定回流比回流比过大，馏出产品变轻，拔出率降低衡分子流假设完全不适用 2.分馏精确度相邻馏分蒸馏中出现的“间歇”和“重叠”现象 2.分馏精确度间隙的表示：恩氏蒸馏（0～100）间隙=t0H-t100L间隙越大，分馏精确度越高。重叠越大，分馏精确度越差。实际应用中：恩氏蒸馏（5～95）间隙=t5H-t95L 1、理想分割两个产品——实沸点曲线2、3；2、分离精度不高，分割两个产品——实沸点曲线4、5；3、分离效果最差的平衡汽化，分割两个产品——实沸点曲线6、7。实沸点曲线的重叠 常压蒸馏产品的分馏精确度推荐值馏分恩氏蒸馏（5%-95%）间隙，℃轻汽油-重汽油11-16.5汽油-煤油、轻柴油14-28煤油、轻柴油-重柴油1-5.5重柴油-常压瓦斯油0-5.5 分馏精确度与回流比、塔板数的关系常压塔塔顶产品与一线产品间分馏精确度图 分馏精确度与回流比、塔板数的关系常压塔侧线产品之间分馏精确度图 分馏精确度与回流比、塔板数的关系常压塔塔板数国外文献推荐值与国内炼厂值被分离的馏分推荐板数D厂N厂S厂轻汽油-重汽油6-8汽油-煤油6-88109煤油-柴油4-6轻柴油-重柴油4-6746进料-最低侧线3-6444汽提段-侧线汽提4 分馏精确度与回流比、塔板数的关系油品蒸馏塔板效率类别板效率建议说明初馏塔，常压塔60%-80%进料波动较大，体系较轻减压塔40%-60%组分较重，液相负荷小水蒸气汽提塔30%-50%效率低，气相负荷小(汽提效率)常压再沸汽提塔60%-70%再沸器增加一个理论板(精馏效率)塔底汽提段30%-50%气相负荷低中段循环塔板33%-40%过冷状态操作，全返混 3.石油精馏塔的气、液相负荷分布规律 3.石油精馏塔的气、液相负荷分布规律汽油（液相）回流（液相）煤油（液相）柴油（液相）原油（气液）水蒸气（气相）常渣（液相） 汽煤柴蒸汽油Q=Q入-Q出油油油气自下而上，温度越来越低，则汽煤柴及蒸气携带的热量越来越少，即Q出降低，Q出则Q升高。VD+M+G+S+Lnn-1原油1）精馏塔自下而上，摩尔液相回流量水蒸气越来越大，摩尔气相负荷也越来越大。Q入常渣 汽煤蒸汽油油油气液相回流突增，突增量柴油将气相的柴油液化原油2）经侧线抽出板时，液相负荷有一突然增量，气相负荷仍然平缓增大。水蒸气常渣 VLLQ/(hh)01L0,t1L0,t0t0汽油VL汽蒸tLQ/(hh)1油气112L1,t2L1,t12t2QQtthVhV1212L,tL,t1201煤油t0<