常减压蒸馏装置的提馏段操作

石油和天然气加工

常减压蒸馏装置的提馏段操作

A. I. Skoblo, O. G. Osinina, and A. A. Skorokhod

在原油的常减压蒸馏装置中广泛利用了对于任何复合塔都必不可缺的外部提馏段,提馏段是被设计用来从主塔的中间塔盘上拔出的液体产品中以蒸汽喷射方式

分离出轻馏分.汽提的效果是调节装置中产品的分离精确度的主要要素.在带有蒸汽喷射的提馏段中,沿塔盘流动的流体因为它本身的热焓值而脱水干燥;但是因为热焓值是被限制的,因此产生的蒸汽量也是有限的.在提馏段利用蒸汽喷射,蒸汽

流一般不超过液态残渣(提馏段的塔低流出物)的35%-50%.提馏段在石油产品的分离中虽然已被使用多年,但其运作还没有被充分研究,没有充分可靠的数据能够证明蒸汽流速水蒸汽的量对分离的精确度有影响.对提馏段的塔盘数量产生的影响,被汽提的产品的蒸馏曲线,塔内的总压和分压等其它因素的研究很少.进一步来说,如果没有关于提馏段运作和有关分馏法精确度的大多数重要控制参数间的相互关系的可靠数据,就不可能建立有效的控制过程.我们已经对一个莫斯科炼油厂的常减压蒸馏装置的冬季柴油机燃料的提馏段进行了实验性的研究,特别是改进了控

制和计量装置与取样的连接,并且也对实验室的模拟装置进行了实验研究.该炼油厂的提馏段的直径1.2米,有七个带矩形罩的塔盘,模拟装置的直径44毫米,有三个带有溢流装置的筛板.

对二元混合物,n-戊烷-二甲苯和甲苯-n-癸烷进行了专门试验,这些试验表明实验装置的提馏段,对于不同量的蒸汽喷射的操作,蒸汽量在0.1-0.5之间变化,其分馏效率相当于2.5-3层理论塔板.安装在工业提馏段中的七个实际的带有矩形罩的

塔盘的平均效率是0.45 [5], 相当于3.1层理论塔板,也就是模拟装置中的塔盘数量.

众所周知,一个规定塔盘数量的提馏段的分馏效率取决于水蒸汽的数量,而水蒸汽的量可以由变化的蒸汽喷射的量来调节.我们为三种不同的液体进料的取样建立了关系,其中不包括在许多工业提馏段的顶盘上蒸汽量的类似的数据,如图1.液态进料样品中不同组分的蒸馏在200摄氏度以下,但所有其它的都与终馏点大致相同(大约在280摄氏度).一个液态进料样品的蒸馏曲线如图3(曲线1)所示.

图一:水蒸汽的量作为喷射入剥离装置中蒸汽的函数:曲线1,2,3表示的是带有三种不同液体进料的实验剥离区;曲线4,5是Groznyi and Moscow的炼油厂的商业剥离区.

图二:水蒸汽的量作为剥离区中温度梯度的函数.曲线1,2,3是三个液体进料样品的实验数据;曲线4,5,6是有关Moscow, Groznyi, and Novo-Yaroslavl炼油厂的数据.

图三:冬季柴油蒸馏曲线,前苏联标准2177-66,在实验剥离区的各种不同蒸汽喷射速率:1)蒸汽喷射速率Z=0,水蒸汽的量G/R=0;2)Z = 0.70%,G/R = 0.139;3) Z = 0.90%,G/R = 0.159; 4) Z = 1.88%,G/R =0.272; 5) Z = 2.35%,G/R = 0.308; 6) Z = 4.90%,G/R = 0.415; 7)Z = 7.30%,G/R = 0.430.

从图一中可以看出,蒸汽量随着蒸汽喷射速率的加快而增加,当蒸汽喷射速率大到一定程度时,蒸汽量的增加速度迅速减慢,并且蒸汽量达到一个几乎不随蒸汽喷射速率的加快而改变的极值.图一中的不同曲线表明这些极值的范围从0.28到0.47.

从图一还可以看出,蒸汽量随着提馏段中蒸汽喷射速率的变化规律仅仅可以上升到一个极值.在极值以下部分显示出了函数的曲率;在极值的以上部分,即使蒸汽喷射速率加速上升也不会影响到蒸汽量.图一中的曲线表明,与这个极值相对应的蒸汽喷射速率从5%到7%.

在提馏段中形成的蒸汽流的热源是残渣的热量,蒸汽量是液态进料和提馏段残渣之间温度梯度的函数,即水蒸汽量是温度梯度的一个函数.为了说明这个函数,由实验数据绘制了图二.密集分组实验点附近的一个单一曲线表明函数

G/R=比函数G/R=f(Z)更有特点,更加稳定,对于过程控制更加可取.

在图2中的实验数据可以通过这个公式完整的描述.

这个方程建议可以适用水蒸汽量的值G/R从0.05到0.5.

表一.冬季柴油的计算蒸馏曲线和实验蒸馏曲线的比较

在已获得的关系的基础上,下列方程可以用来推算出对于一个特定变化的水蒸汽的量,提馏段的残留物的温度的变化.

这里的G/R是与残留物温度相对应的水蒸汽的量,是水蒸汽增加的量,并且是与新的水蒸汽的量(=)相应的残留物温度.

在图三中的曲线表明,实验提馏段的柴油的蒸馏曲线的变化与水蒸汽的量有关.分析这些曲线可知,随着蒸汽注射速率的增加,水蒸汽的量增加.产品在曲线以上更高的温度沸腾,但是这个变化的范围对与曲线的不同部分是不同的.最大的变化发生在蒸馏较低的范围内(IBP, 5%, 10%, and 20%distilled);最小的变化发生在终馏点附近(90% and 95% distilled).这些数据也可能追随到蒸汽注射速率对蒸馏曲线变化的影响(product vs. feed);发现的最大的影响就是当蒸汽注射速率上升到1.5-2%时,蒸汽注射速率进一步增加的影响越来越小.

对于分馏塔操作的电脑控制,特别是提馏段操作,必须确定实验上初始控制参数(例如,蒸汽量,蒸汽注射速率和分馏精确度)间的关系.用这些实验的关系来建立控制算法.对于商业设备这些实验目前存在相当大的困难,因此要降低商业产品的质量,暂时减小装置的产量等等.

已经进行的研究是这里已被用于模型装置问题的解决是否能够被用来获得控制算法进一步的联系.

在图二中的数据表明,从实验室装置中获得的实验数据与在Moscow, Groznyi, and Novo-Yaroslavl的炼油厂中提馏段获得的数据存在着非常好的一致.因此,在模型装置中获得的函数也许能够被很好的应用到商业提馏段装置中.