原油常減壓蒸餾裝置的工藝特征

（一）初餾塔的作用

原油蒸餾是 否采用初餾塔應(yīng)根據(jù)具體條件對(duì)有關(guān)因素進(jìn)行綜合分析后 決定。 下面討論初餾塔的作用。

1．原油的輕餾分含量

含輕餾分較多的原油在經(jīng)過換熱器被加熱時(shí)，隨著溫度的升高，輕餾分汽化，從而增大了原油通過換熱器和管路的阻力，這就要求提高原油輸送泵的揚(yáng)程和換熱器的壓力等級(jí)，也就是增加了電能消耗和設(shè)備投資。

如果將原油經(jīng)換熱過程中已汽化的輕組分及時(shí)分離出來， 讓這部分餾分不必再進(jìn)入常壓爐去加熱。這樣一是能減少原油管路阻力， 降低原油泵出口壓力；二是能減少常壓爐熱負(fù)荷，二者均有利于降低裝置能耗。因此，當(dāng)原油含汽油餾分接近或大于 20％時(shí)，可采用初餾塔。

2．原油脫水效果

當(dāng)原油因脫水效果波動(dòng)而引起含水量高時(shí)，水能從初餾塔塔頂分出，使得常壓塔操作免受水的影響，保證產(chǎn)品質(zhì)量合格。

3．原油的含砷量

對(duì)含砷量高的原油如大慶原油（As＞2000μg/g），為了生產(chǎn)重整原料油，必須設(shè)置初餾塔。重整催化劑極易被砷中毒而永久失活，重整原料油的砷含量要求小于200μg/g。如果進(jìn)入重整裝置的原料的含砷量超過 200μg/g，則僅依靠預(yù)加氫精制是不能使原料達(dá)到要求的。

此時(shí)，原料應(yīng)在裝置外進(jìn)行預(yù)脫砷，使其含砷量小于 200μg/g 以下后才能送入重整裝置。

重整原料的含砷量不僅與原油的含砷量有關(guān)，而且與原油被加熱的溫度有關(guān)。例如在加工大慶原油時(shí)，初餾塔進(jìn)料溫度約 230℃，只經(jīng)過一系列換熱，溫度低且受熱均勻，不會(huì)造成砷化合物的熱分解，由初餾塔頂?shù)玫降闹卣系暮榱啃∮?200μg/g。若原油加熱到 370℃直接進(jìn)入常壓塔，則從常壓塔頂?shù)玫降闹卣系暮榱客ǔ８哌_(dá) 1500μg/g。重整原料含砷量過高不僅會(huì)縮短預(yù)加氫精制催化劑的使用壽命， 而且有可能保證不了精制后的含砷量降至 1μg/g 以下。因此，國(guó)內(nèi)加工大慶原油的煉油廠一般都采用初餾塔，并且只取初餾塔

頂?shù)钠妥鳛橹卣稀?/span>

4．原油的含硫量和含鹽量

當(dāng)加工含硫原油時(shí)，在溫度超過 160～180℃的條件下，某些含硫化合物會(huì)分解而釋放出 H₂S，原油中的鹽分則可能水解而析出 HCl，造成蒸餾塔頂部、汽相餾出管線與冷凝冷卻系統(tǒng)等低溫部位的嚴(yán)重腐蝕。設(shè)置初餾塔可使大部分腐蝕轉(zhuǎn)移到初餾塔系統(tǒng)，從而減輕了常壓塔頂系統(tǒng)的腐蝕，這在經(jīng)濟(jì)上是合理的。但是這并不是從根本上解決問題的辦法。實(shí)踐證明，加強(qiáng)脫鹽、脫水和防腐蝕措施，可以大大減輕常壓塔的腐蝕而不必設(shè)初餾塔。

（二）原油常壓蒸餾塔的特點(diǎn)

原油的常壓蒸餾就是原油在常壓（或稍高于常壓）下進(jìn)行的蒸餾，所用的蒸餾設(shè)備叫做原油常壓精餾塔，它具有以下工藝特點(diǎn)：

1．常壓塔是一個(gè)復(fù)合塔

原油通過常壓蒸餾要切割成汽油、煤油、輕柴油、重柴油和重油等四、 五種產(chǎn)品餾分。按照一般的多元精餾辦法， 需要有Ｎ－1個(gè)精餾塔才能把原料分割成Ｎ個(gè)餾分。但是在石油精餾中， 各種產(chǎn)品本身依然是一種復(fù)雜混合物， 它們之間的分離精確度并不要求很高， 兩種產(chǎn)品之間需要的塔板數(shù)并不多， 因而原油常壓精餾塔是在塔的側(cè)部開若干側(cè)線以得到如上所述的多個(gè)產(chǎn)品餾分， 就像Ｎ個(gè)塔疊在一起一樣， 它的精餾段相當(dāng)于原來Ｎ個(gè)簡(jiǎn)單塔的精餾段組合而成，而其下段則相當(dāng)于最下一個(gè)塔的提餾段，故稱為復(fù)合塔（見圖2—21）。

 

2．常壓塔的原料和產(chǎn)品都是組成復(fù)雜的混合物

原油經(jīng)過常壓蒸餾可得到沸點(diǎn)范圍不同的餾分，如汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)餾分油和常壓重油，這些產(chǎn)品仍然是復(fù)雜的混合物（其質(zhì)量是靠一些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來控制的，如汽油餾程的干點(diǎn)不能高于 205℃） 。35℃~150℃是石腦油或重整原料，130℃~250℃是煤油餾分，250℃~300℃是柴油餾分，300℃~350℃是重柴油餾分，可作催化裂化原料。>350℃是常壓重油。

3．汽提段和汽提塔

對(duì)石油精餾塔，提餾段的底部常常不設(shè)再沸器，因?yàn)樗诇囟容^高，一般在 350℃左右，在這樣的高溫下，很難找到合適的再沸器熱源。因此，通常向底部吹入少量過熱水蒸汽，以降低塔內(nèi)的油汽分壓，使混入塔底重油中的輕組分汽化，這種方法稱為汽提。汽提所用的水蒸汽通常是 400℃~450℃，約為 3MPa的過熱水蒸汽。

在復(fù)合塔內(nèi)，汽油、煤油、柴油等產(chǎn)品之間只有精餾段而沒有提餾段，這樣側(cè)線產(chǎn)品中會(huì)含有相當(dāng)數(shù)量的輕餾分，這樣不僅影響側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量，而且降低了輕餾分的收率。所以通常在常壓塔的旁邊設(shè)置若干個(gè)側(cè)線汽提塔，這些汽提塔可重疊起來， 但相互之間是隔開的，側(cè)線產(chǎn)品從常壓塔中部抽出，送入汽提塔上部，從該塔下注入水蒸汽進(jìn)行汽提，汽提出的低沸點(diǎn)組分同水蒸汽一道從汽提塔頂部引出返回主塔，側(cè)線產(chǎn)品由汽提塔底部抽出送出裝置。

在有些情況下，側(cè)線的汽提塔不采用水蒸氣而仍像正規(guī)的提餾段那樣采用再沸器。這種做法是基于以下幾點(diǎn)考慮：

（1）側(cè)線油品汽提時(shí)，產(chǎn)品中會(huì)溶解微量水分，對(duì)有些要求低凝點(diǎn)或低冰點(diǎn)的產(chǎn)品如航空煤油可能使冰點(diǎn)升高，采用再沸提餾可避免此弊病。

（2）汽提用水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖小（通常為側(cè)線產(chǎn)品的 2%～3%），但水的相對(duì)分子質(zhì)量比煤油、柴油低數(shù)十倍，因而體積流量相當(dāng)大，增大了塔內(nèi)的氣相負(fù)荷。采用再沸提餾代替水蒸氣汽提有利于提高常壓塔的處理能力。

（3）水蒸氣的冷凝潛熱很大，采用再沸提餾有利于降低塔頂冷凝器的負(fù)荷。

（4）采用再沸提餾有助于減少裝置的含油污水量。

采用再沸提餾代替水蒸氣汽提會(huì)使流程設(shè)備復(fù)雜些，因此采用何種方式要具體分析。至于側(cè)線油品用作裂化原料時(shí)則可不必汽提。

常壓塔進(jìn)料汽化段中未汽化的油料流向塔底，這部分油料中還含有相當(dāng)多的＜350℃輕餾分。因此，在進(jìn)料段以下也要有汽提段，在塔底吹入過熱水蒸氣以使其中的輕餾分汽化后返回精餾段， 以達(dá)到提高常壓塔拔出率和減輕減壓塔負(fù)荷的目的。塔底吹入的過熱水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為 2％～4％。常壓塔底不可能用再沸器代替水蒸氣汽提，因?yàn)槌核诇囟纫话阍?350℃左右，如果用再沸器，很難找到合適的熱源，而且再沸器也十分龐大。減壓塔的情況也是如此。

4．全塔熱平衡

由于常壓塔塔底不用再沸器，熱量來源幾乎完全取決于加熱爐加熱的進(jìn)料。汽提水蒸氣（一般約 450℃）雖也帶入一些熱量，但由于只放出部分顯熱，且水蒸氣量不大，因而這分熱量是不大的。全塔熱平衡的情況引出以下幾個(gè)問題：

（1）常壓塔進(jìn)料的汽化率至少應(yīng)等于塔頂產(chǎn)品和各側(cè)線產(chǎn)品的產(chǎn)率之和，否則不能保證要求的拔出率或輕質(zhì)油收率。至于普通的二元或多元精餾塔，理論上講進(jìn)料的汽化率可以在 0～1 之間任意變化而仍能保證產(chǎn)品產(chǎn)率。在實(shí)際設(shè)計(jì)和操作中，為了使常壓塔精餾段最低一個(gè)側(cè)線以下的幾層塔板（在進(jìn)料段之上）上有足夠的液相回流以保證最低側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量，原料油進(jìn)塔后的汽化率應(yīng)比塔上部各種產(chǎn)品的總收率略高一些。高出的部分稱為過汽化度。常壓塔的過汽化度一般為 2％～4％。實(shí)際生產(chǎn)中，只要側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量能保證，過汽化度低一些是有利的， 這不僅可減輕加熱爐負(fù)荷， 而且由于爐出口溫度降低可減少油料的裂化。

（2）在常壓塔只靠進(jìn)料供熱，而進(jìn)料的狀態(tài)（溫度、汽化率）又已被規(guī)定。因此，常壓塔的回流比是由全塔熱平衡決定的，變化的余地不大。常壓塔產(chǎn)品要求的分離精確度不太高，只要塔板數(shù)選擇適當(dāng)，在一般情況下，由全塔熱平衡所確定的回流比已完全能滿足精餾的要求。普通的二元系或多元系精餾與原油精餾不同，它的回流比是由分離精確度要求確定的，至于全塔熱平衡，可以通過調(diào)節(jié)再沸器負(fù)荷來達(dá)到。在常壓塔的操作中，如果回流比過大，必然會(huì)引起塔的各點(diǎn)溫度下降、餾出產(chǎn)品變輕、拔出率下降。

（3）在原油精餾塔中，除了采用塔頂回流時(shí)，通常還設(shè)置 1~2 個(gè)中段循環(huán)回流，即從精餾塔上部的精餾段引出部分液相熱油， 經(jīng)與其它冷流換熱或冷卻后再返回塔中，返回口比抽出口通常高 2~3層塔板。

中段循環(huán)回流的作用是，在保證產(chǎn)品分離效果的前提下，取走精餾塔中多余的熱量，這些熱量因溫位較高，因而是價(jià)值很高的可利用熱源。采用中段循環(huán)回流的好處是，在相同的處理量下可縮小塔徑，或者在相同的塔徑下可提高塔的處理能力。

5．恒分子回流的假定完全不適用

在普通的二元和多元精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)性質(zhì)及沸點(diǎn)相近的組分所組成的體系作出了恒分子回流的近似假設(shè)， 即在塔內(nèi)的氣、 液相的摩爾流量不隨塔高而變化。

這個(gè)近似假設(shè)對(duì)原油常壓精餾塔是完全不能適用的。石油是復(fù)雜混合物，各組分間的性質(zhì)可以有很大的差別，它們的摩爾汽化潛熱可以相差很遠(yuǎn)，沸點(diǎn)之間的差別甚至可達(dá)幾百度。如常壓塔頂和塔底之間的溫差就可達(dá) 250℃左右。顯然，以精餾塔上、下部溫差不大，塔內(nèi)各組分的摩爾汽化潛熱相近為基礎(chǔ)所作出的恒分子回流這一假設(shè)對(duì)常壓塔是完全不適用的。

（三）減壓蒸餾塔的工藝特征

原油在常壓蒸餾的條件下，只能夠得到各種輕質(zhì)餾分。常壓塔底產(chǎn)物即常壓重油，是原油中比較重的部分，沸點(diǎn)一般高于 350℃，而各種高沸點(diǎn)餾分，如裂化原料和潤(rùn)滑油餾分等都存在其中。要想從重油中分出這些餾分，就需要把溫度提到 350℃以上，而在這一高溫下，原油中的穩(wěn)定組分和一部分烴類就會(huì)發(fā)生分解，降低了產(chǎn)品質(zhì)量和收率。為此，將常壓重油在減壓條件下蒸餾，蒸餾溫度一般限制在 420℃以下。降低壓力使油品的沸點(diǎn)相應(yīng)下降，上述高沸點(diǎn)餾分就會(huì)在較低的溫度下汽化， 從而避免了高沸點(diǎn)餾分的分解。減壓塔是在壓力低于 100kPa 的負(fù)壓下進(jìn)行蒸餾操作。

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的不同，減壓塔可分為潤(rùn)滑油型和燃料型兩種，見圖 2—22和圖 2—23。

潤(rùn)滑油型減壓塔是為了提供黏度合適、殘?zhí)恐档?、色度好和餾程較窄的潤(rùn)滑油料。燃料型減壓塔主要是為了提供殘?zhí)恐档秃徒饘俸康偷拇呋鸦图託淞鸦?，?duì)餾分組成的要求是不嚴(yán)格的。無論哪種類型的減壓塔，都要求有盡可能高的拔出率。為了提高汽化段的真空度，除了需要有一套良好的塔頂抽真空系統(tǒng)外，一般還采取以下幾種措施。  

1．減壓塔的一般工藝特征

（1）降低從汽化段到塔頂?shù)牧鲃?dòng)壓降。這主要依靠減少塔板數(shù)和降低氣相通過每層塔板的壓降來實(shí)現(xiàn)。

（2）降低塔頂油氣餾出管線的流動(dòng)壓降。為此，減壓塔塔頂不出產(chǎn)品，塔頂管線只供抽真空設(shè)備抽出不凝氣用。因?yàn)闇p壓塔頂沒有產(chǎn)品餾出，故只采用塔頂循環(huán)回流而不采用塔頂冷回流。

（3）減壓塔塔底汽提蒸汽用量比常壓塔大，其主要目的是降低汽化段中的油氣分壓。近年來，少用或不用汽提蒸汽的干式減壓蒸餾技術(shù)有較大的發(fā)展。

（4）降低轉(zhuǎn)油線壓降，通過降低轉(zhuǎn)油線中的油氣流速來實(shí)現(xiàn)。減壓塔汽化段溫度并不是常壓重油在減壓蒸餾系統(tǒng)中所經(jīng)受的最高溫度， 此最高溫度的部位是在減壓爐出口。為了避免油品分解，對(duì)減壓爐出口溫度要加以限制，在生產(chǎn)潤(rùn)滑油時(shí)不得超過395℃，在生產(chǎn)裂化原料時(shí)不超過 400～420℃，同時(shí)在高溫爐管內(nèi)采用較高的油氣流速以減少停留時(shí)間。

（5）縮短渣油在減壓塔內(nèi)的停留時(shí)間。塔底減壓渣油是最重的物料，如果在高溫下停留時(shí)間過長(zhǎng)，則其分解、縮合等反應(yīng)進(jìn)行得比較顯著。其結(jié)果，一方面生成較多的不凝氣使減壓塔的真空度下降；另一方面會(huì)造成塔內(nèi)結(jié)焦。因此，減壓塔底部的直徑通?？s小，以縮短渣油在塔內(nèi)的停留時(shí)間。此外，有的減壓塔還在塔底打入急冷油以降低塔底溫度，減少渣油分解、結(jié)焦的傾向。

由于上述各項(xiàng)工藝特征，從外形來看，減壓塔比常壓塔顯得粗而短。此外，減壓塔的底座較高，塔底液面與塔底油抽出泵入口之間的位差在10m 左右，這主要是為了給熱油泵提供足夠的灌注頭。

2．減壓塔的抽真空系統(tǒng)

減壓塔之所以能在減壓下操作， 是因?yàn)樵谒斣O(shè)置了一個(gè)抽空真空系統(tǒng)， 將塔內(nèi)不凝氣、注入的水蒸氣和極少量的油氣連續(xù)不斷地抽走，從而形成塔內(nèi)真空。減壓塔的抽真空設(shè)備可以用蒸汽噴射器（也稱蒸汽噴射泵或抽空器）或機(jī)械真空泵。在煉油廠中的減壓塔廣泛地采用蒸汽噴射器來產(chǎn)生真空，圖 2—24 是常減壓蒸餾裝置常用的蒸汽噴射器抽真空系統(tǒng)的流程。

（1）抽真空系統(tǒng)的流程

減壓塔頂出來的不凝氣、水蒸氣和少量油氣首先進(jìn)入一個(gè)管殼式冷凝器。水蒸氣和油氣被冷凝后排入水封池，不凝氣則由一級(jí)噴射器抽出，從而在冷凝器中形成真空。由一級(jí)噴射器抽來的不凝氣再排入一個(gè)中間冷凝器，將一級(jí)噴射器排出的水蒸氣冷凝。不凝氣再由二級(jí)噴射器抽走而排入大氣。為了消除因排放二級(jí)噴射器的蒸汽所產(chǎn)生的噪音及避免排出的蒸汽的凝結(jié)水灑落在裝置平臺(tái)上，通常再設(shè)一個(gè)后冷器將水蒸氣冷凝而排入水阱，而不凝氣則排入大氣。

冷凝器是在真空下操作的。為了使冷凝水順利地排出，排出管內(nèi)水柱的高度應(yīng)足以克服大氣壓力與冷凝器內(nèi)殘壓之間的壓差以及管內(nèi)的流動(dòng)阻力。通常此排液管的高度至少應(yīng)在10m 以上，在煉油廠俗稱此排液管為大氣腿。

圖 2—24 中的冷凝器是采用間接冷凝的管殼式冷凝器， 故通常稱為間接冷凝式二級(jí)抽真空系統(tǒng)。它的作用在于使可凝的水蒸氣和油氣冷凝而排出，從而減輕噴射器的負(fù)荷。冷凝器本身并不形成真空，因?yàn)橄到y(tǒng)中還有不凝氣存在。

另外，最后一級(jí)冷凝器排放的不凝氣中，氣體烴（裂解氣）占 80％以上，并含有硫化物氣體，造成大氣污染和可燃?xì)獾膿p失。國(guó)內(nèi)外煉油廠都開始回收這部分氣體，把它用作加熱爐燃料，即節(jié)約燃料，又減少了對(duì)環(huán)境的污染。

（2）蒸汽噴射器

蒸汽噴射器（或蒸汽噴射泵）如圖2—25 所示。

蒸汽噴射器由噴嘴、擴(kuò)張器和混合室構(gòu)成。高壓工作蒸汽進(jìn)入噴射器中，先經(jīng)收縮噴嘴將壓力能變成動(dòng)能，在噴嘴出口處可以達(dá)到極高的速度(1000～1400m／s)， 使混合室形成了高度真空。不凝氣從進(jìn)口處被抽吸進(jìn)來，在混合室內(nèi)與驅(qū)動(dòng)蒸汽混合并一起進(jìn)入擴(kuò)張器，擴(kuò)張器中混合流體的動(dòng)能又轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，使壓力略高于大氣壓，混合氣才能從出口排出?/span>

 

（3）增壓噴射器

在抽真空系統(tǒng)中，不論是采用直接混合冷凝器、間接式冷凝器還是空冷器，其中都會(huì)有水存在。水在其本身溫度下有一定的飽和蒸氣壓，故冷凝器內(nèi)總是會(huì)有若干水蒸氣。因此，理論上冷凝器中所能達(dá)到的殘壓最低只能達(dá)到該處溫度下水的飽和蒸氣壓。

減壓塔頂所能達(dá)到的殘壓應(yīng)在上述的理論極限值上加上不凝氣的分壓、 塔頂餾出管線的壓降、冷凝器的壓降。所以減壓塔頂殘壓要比冷凝器中水的飽和蒸氣壓高，當(dāng)水溫為 20℃時(shí)， 冷凝器所能達(dá)到的最低殘壓為 0.0023 MPa， 此時(shí)減壓塔頂?shù)臍垑壕涂赡芨哂?0.004MPa。

實(shí)際上，20℃的水溫是不容易達(dá)到的，二級(jí)或三級(jí)蒸氣噴射抽真空系統(tǒng)，很難使減壓塔頂達(dá)到 0.004MPa 以下的殘壓。如果要求更高的真空度，就必須打破水的飽和蒸氣壓這個(gè)極限。因此，在塔頂餾出氣體進(jìn)入一級(jí)冷凝之前，再安裝一個(gè)蒸氣噴射器使餾出氣體升壓，如圖 2—26 所示。

由于增壓噴射器前面沒有冷凝器，所以塔頂真空度就能擺脫水溫限制， 而相當(dāng)于增壓噴射器所能造成的殘壓加上餾出線壓力降，使塔內(nèi)真空度達(dá)到較高程度。但是，由于增壓噴射器消耗的水蒸氣往往是一級(jí)蒸汽噴射器消耗蒸氣量的四倍左右，故一般只用在夏季、 水溫高、冷卻效果差，真空度很難達(dá)到要求的情況下或干式蒸餾情況下。

文章來源：催化人