第三节 石油精馏塔.ppt

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原油
常 压 塔
换
热
器
常
压
炉
汽油 回流 煤油 轻柴油 重柴油
减 压 炉
接抽空 系统 减压一线 减压二线 减 压 减压三线 塔
减压渣油
图7－33 原油常减压蒸馏原理流程图
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二、原油常压精馏塔的工艺特征
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，需要四个精馏 塔串联。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，如图7－35所示。
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3.最低侧线抽出板下方的汽、液相负荷
Lm-2
Lm-1 m-1,tm-1
G
Ⅲ Ⅱ
D MG S
Ln-2
m, tm n-1, t n-1
Ⅰ
n,tn
F tF
图 Ⅱ-2-12 常压塔汽化段与精馏段的汽、液相负荷
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图 Ⅱ-2-12 是汽化段至柴油侧线抽出板下的塔段。
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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。塔底吹人的过热水蒸 汽量一般为2~4％（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，而且再沸 器十分庞大，减压塔的情况也是如此。
表 Ⅱ-2-3 国内某些炼厂常压塔塔板数
被 分 离 的 馏 分 东方红Ⅱ套
汽油－煤油
8
煤油－轻柴油
9
轻柴油－重柴油
7
重柴油－裂化原料
8
最低侧线－进料
4
进料－塔底
4
南京Ⅰ套 10 9 4 4 4 6
上海炼厂 9 6 6 6 3 4
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3.实沸点切割点和产品收率
（1）实沸点切割点的确定
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。
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水 水
原油 水蒸汽
图2020Ⅱ/8/20-2-3
常压塔
气体烃 汽油
水蒸汽 煤油
水蒸汽 轻柴油
水蒸汽 重柴油 常压重油
石油精馏塔的塔板数主要靠经验选用，表Ⅱ-2-2、 表Ⅱ-2-3是常压塔塔板数的参考值。
表 Ⅱ-2-2 常压塔塔板数国外文献推荐值
被分离的馏分 轻汽油－重汽油 汽油－煤油 煤油－柴油 轻柴油－重柴油 进料－最低侧线 汽提段或侧线汽提
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推荐板数
6~8 6~8 4~6 4~6 3~6
4
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图 Ⅱ-2-9 实沸点蒸馏与恩氏蒸馏的初馏点和终馏点的换算
B C
°C
400
恩 氏 蒸 300 馏 温 度 200 ，
100 100
200
300
4ຫໍສະໝຸດ Baidu0
500
实沸点蒸馏温度，°C
用图Ⅱ-2-9的曲线换算：得
汽油的实沸点蒸馏终馏点＝150 °C
煤油的实沸点蒸馏初馏点＝133 °C
2020实/8/20沸点切割点＝（150＋133）/ 2＝141.5 °C
恩氏蒸馏（5~95）间隙＝ t5H- t95H 上式结果为负值时表示重叠。
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2.分馏精确度与回流比、塔板数的关系 （1）影响分馏精确度的因素 a.物质中组分之间分离的难易程度，一般是指相对挥 发度； b.回流比； c.塔板数。 （2）石油馏分的分离精度表示方法
用两馏分的恩氏蒸馏50％点温度之差Δt50来表示。
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（3）常压塔中分馏精度与分离能力和混合物分离难 易程度
图Ⅱ-2-7与图Ⅱ-2-8是用于估算常压塔中分馏精 确度与回流比、塔板数的关系图。
图中纵座标F为回流比与塔板数之乘积，表示该 塔段的分离能力；横座标是相邻两馏分的恩氏蒸馏 间隙；等Δt50线在图Ⅱ-2-7中表示塔顶产品与一线产 品的恩氏蒸馏50％点温度之差，而在图Ⅱ-2-8则表示 第m板侧线的t50％与m板以上所有馏出物（作为一个 整体）的t50％之差。
（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。
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如图Ⅱ-2-4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：
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图 Ⅱ-2-10 相邻两馏分的实沸点切割温度
在图Ⅱ-2-10上141.5°C处作一水平线交原油实沸点曲线于 一点，由此点读出汽油的蒸馏收率为4.2％（体）。至于煤油的 收率202则0/8/2还0 需定出煤油和轻柴油之间的切割点后才能确定。 24
同学们上午好！
• 今天是2007年4月4日星期三 • 第三周 • 第八次课 • 上次课我们讲的是 • 石油精馏塔的分馏精确度 • 今天我们讲石油精馏塔的汽液相负荷
（1）考察L n-1，作隔离体系I ，并对隔离体系I 作热平 衡。暂不计液相回流L n-1在n板上汽化时焓的变化，则 进出隔离体系I 的热量
Q入，n=D h DV, t F +M h MV, t F+G h GV, t F+S h SV, t F 千焦/时 Q出，n=D h DV, t n+M h MV, t n+G h GV, t n+S h SV, t n 千焦/时
该两图主要是用于校核在选定的回流比和塔板
数的条件下能否达到所要求的分馏精确度，也可以
据此来调整所选的回流比和塔板数。
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图 Ⅱ-2-7 原油常压精馏塔塔顶产品与一线之间分馏精确度图
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图 Ⅱ-2-8 原油常压精馏塔侧线产品之间分馏精确度图
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由上述可见，常压塔不是一个完整精馏塔， 它不具备真正的提馏段。
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3.全塔热平衡
全塔热平衡引出以下结果：
（1）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％。
为2和3，它们之间刚好衔接，即t0H＝t100L＝ t f ，既不 重叠，也不可能出现间隙。当分馏精确度不很高时，
则所得轻馏分的实沸点曲线5与重馏分的实沸点曲线4
就出现了重叠。一直到分离效果最差的平衡汽化，所
得到的轻、重馏分的实沸点曲线7和6就完全重叠了。
通常用较重馏分的5％点t5H与较轻馏分的95％点 t95H之间的差值来表示分馏精确度，即
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对虚线框出的这个隔离体系做热平衡。为简化计
算，侧线汽提蒸汽量暂不计入，先不考虑塔顶回流， 则进入该隔离体系的热量
Q入＝F
e
h
FV，t
F+
F(1-e)
h
FL，t
F+S
h
L S
，t
S,
千焦/时；
离开隔离体系的热量
Q出＝D
h
DV，t
1+S
h
V S
，t
1+M
h
L M
，t
M+
G
h
L G
，t
G+
W
h
L W
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例 Ⅱ-2-1 某原油常压蒸馏要求取得的汽油和煤油的恩氏蒸 馏馏程如下表。求实沸点切割温度和它们的产率。已 知原油的实沸点蒸馏曲线。
馏分的恩氏蒸馏数据
馏出％ （体）
0％ 10％ 30％ 50％ 70％ 90％ 100％
汽油， °C
煤油， °C
34 60 81 96 109 126 141 159 171 179 194 208 225 239
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四、石油精馏塔的汽、液相负荷分布规律
符号说明：
D、M、G、W—分别为塔顶汽油、侧线煤油、柴油和塔底重油 的流量，千摩/时； t D、t M、t G、t W—分别为D、M、G、W的温度，°C t F、 t l —分别为进料和塔顶的温度，°C； LO —塔顶回流量，千摩/时； e —进料汽化率，分子分率； S —塔底汽提蒸汽用量，千摩/时； t S —汽提用过热水蒸汽温度，°C； h —20物20/8/流20 焓，千摩/时，上角标V代表汽相，L表示液相。 26
按第一节介绍的方法将恩氏蒸馏的初馏点和终馏 点换算为实沸点蒸馏初馏点和终馏点，也可以用图 Ⅱ-2-9作近似换算。取
（ t0H+ t100L）/ 2 为实沸点切割温度，式中t0H和t100L分别是重馏分的实 沸点初馏点和轻馏分终馏点。
（2）产品收率
有了实沸点切割温度，在原油的实沸点曲线上即 可查得相应的产品收率。
（1）原油是复杂混合物，各组分的摩尔汽化潜热可 以相差很远；
（2）各组分的沸点相差几百度；
（3）塔顶、塔底温差很大，常压塔可达250℃。
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三、分馏精确度
1.分馏精确度的表示方法 （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）。
，t
W，
千焦/时
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令 Q=Q入-Q出
•
则Q显然是为了达到全塔热平衡必须由塔
顶回流取走的热量，亦即全塔回流热。温度为
t0 ,流量为L0的塔顶回流入塔后再塔顶部第一层 塔板上先被加热，至饱和液相状态，继而汽化
为温度 t1的 饱和蒸汽，自塔顶逸出并将回流热
Q带走。所以
•
Q=L0(hL0V, t1- hL0L, t0)千焦/时
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2.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
有精馏塔段而没有提馏段，侧线产品中必然会含有相 当数量的轻馏分，这样不仅影响本侧线产品的质量， 而且降低了较轻馏分的产率。因此，在常压塔外侧， 为三个侧线产品设提馏段。
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。侧线汽提用的过热水蒸气量为侧线产品的2~3％ （重）。
恩氏蒸馏（0~100）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 < t100L或（ t0H- t100L）为负值时则称为重叠，这意味着 有一部分轻馏分进入到重馏分中去了。重叠值（绝 对值）愈大，则表示分馏精确度愈差。
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第二节 原油精馏塔
石油精馏的这些特点主要来源于两个 方面：
（1）石油是烃类和非烃类的复杂混合物， 石油精馏是典型的复杂系精馏；
（2）炼油厂的处理量大，规模大。
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一、常减压蒸馏流程
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。
（2）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，塔内的回流比实
际2上020/8就/20 被全塔热平衡确定了。
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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：
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图 Ⅱ-2-4 相邻馏分间的间隙与重叠
思考题：为什么会出现“脱空”？相邻馏分间能
分离的这么好吗？问题出在哪？
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图 Ⅱ-2-5 实沸点曲线的重叠
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在图Ⅱ-2-5中，1是某一原料馏分的实沸点曲线， 要求在t f 温度处分馏切割为两个馏分。当分馏精确度 很高以致达到理想的分离时，两个产品的实沸点曲线
1.塔顶汽、液相负荷
L0+D+S hL0V,t1 hDV,t1hSV,t1
t1 L0 ,t0
hL0L,t0
D+S,tD hDL,tD, hSL,tD
M, tM hML, tM
F, tF e
hFV,tF, hFL,tF S, tS hSV,tS
G, tG hGL, tG
W, tW hWL, tW
•2020/8/20 图 Ⅱ-2-11 常压精馏塔全塔热平衡示意图
• 塔顶回流量 L0=Q/(hL0Vt1- hL0L, t0) 千摩/时
• 塔顶汽相负荷 V1= L0+D+S 千摩/时
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2.汽化段汽、液相负荷
（1）若将过汽化量忽略，则汽化段液相负荷（亦 即从精馏段最低一层塔板n流下的液相回流量）为
L n＝0 （2）汽化段的汽相负荷
千摩/时
VF=D+M+G+S+ L n 千摩/时