石油蒸餾過程

1、2020/10/7,石油煉制工程,1,第六章 石油蒸餾,Crude oil Distillation,2020/10/7,石油煉制工程,2,基本途徑一般為：將原油先按不同產(chǎn)品的沸點(diǎn)要求，分割成不同的直餾餾分油，然后按照產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，除去這些餾分油中的非理想組分；或者通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化，生成所需要的組分，進(jìn)而得到一系列合格的石油產(chǎn)品 煉油廠首先必須解決原油的分割和各種石油餾分在加工過程中的分離問題。蒸餾分離技術(shù)是石油表征和石油加工最適宜的分離方法,也是一種常用的最經(jīng)濟(jì)和最容易實(shí)現(xiàn)的分離手段,幾乎所有煉油廠中原油的第一個(gè)加工過程就是蒸餾（俗稱為龍頭），例如拔頂蒸餾和常減壓蒸餾等。所謂原油一次加

2、工，即指原油蒸餾而言。, 石油體系的特殊性 石油體系是一個(gè)復(fù)雜體系，不能采用常規(guī)明確組分的方法描述，但主體屬于烴類體系，各餾分之間存在著顯著的沸點(diǎn)差，因此在石油加工過程中，采用各種條件性的蒸餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來表征和評(píng)價(jià)石油餾分的構(gòu)成，例如TBP，ASTM D2886等； 石油產(chǎn)品的特殊性 石油產(chǎn)品并非要求純組分，而是一個(gè)餾程范圍，也采用條件性的蒸餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和各種油品指標(biāo)進(jìn)行控制，如ASTM D86，D1160等。需要注意：一般石油蒸餾過程的產(chǎn)品其要求主要為一個(gè)餾程范圍，產(chǎn)品的構(gòu)成只要處于這個(gè)范圍內(nèi)并能保證其它煉油指標(biāo)就屬于合格產(chǎn)品，這一點(diǎn)與化工產(chǎn)品略有不同，同時(shí)也使得石油蒸餾過程具有更大的靈活性；

3、石油蒸餾的特殊性 迄今為止蒸餾是技術(shù)成熟度和應(yīng)用成熟度最高的工業(yè)分離技術(shù)，具有相對(duì)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗(yàn)積累。石油蒸餾過程及原理與常規(guī)多組分蒸餾完全相同，但不同的是其構(gòu)型上經(jīng)常是多種分離過程的耦合，主要是氣液物理分離過程的解吸或吸收過程，也涉及到水蒸氣汽提過程，這使得石油蒸餾過程具有自身的特點(diǎn)。,2020/10/7,石油煉制工程,3,2020/10/7,石油煉制工程,4,第一節(jié) 蒸餾概述,蒸餾原理：從中文字面上理解，“蒸”意為加熱蒸發(fā)，“餾”意味著將加熱氣化的氣相冷凝。由于體系間相對(duì)揮發(fā)度（或沸點(diǎn)）的差異，蒸發(fā)的氣相和未蒸發(fā)的液相間存在著組成的差異，從而使體系實(shí)現(xiàn)了分離。 在煉油過程中，蒸餾

4、技術(shù)應(yīng)用于石油評(píng)價(jià)、產(chǎn)品表征、加工過程各個(gè)環(huán)節(jié)，操作方式也多種多樣，但從蒸餾原理和操作方式上討論，可以把它們歸納為連續(xù)操作的閃蒸（平衡蒸餾）、間歇操作的簡(jiǎn)單（間歇）蒸餾、精餾和水蒸氣蒸餾（汽提）。,2020/10/7,石油煉制工程,5,置于密閉容器中的液體，在一定溫度下，蒸發(fā)和冷凝同時(shí)存在，開始時(shí)蒸發(fā)速度大于冷凝速度，隨著蒸發(fā)出的分子數(shù)增加，冷凝速度相應(yīng)也增大，此過程進(jìn)行到最后，蒸發(fā)速度等于冷凝速度，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此狀態(tài)即為氣-液相平衡狀態(tài)。,2020/10/7,石油煉制工程,6,氣液相平衡的特征： 氣相和液相溫度相等。 處于氣-液相平衡狀態(tài)的氣體和液體分別稱為飽和蒸氣和飽和液體。飽和蒸氣具有

5、的壓力稱為飽和蒸氣壓。 氣相和液相中的組成保持穩(wěn)定，每一組分在汽液相中的化學(xué)位相等，不再變化。 混合物各組成同時(shí)存在于氣-液兩相中，每一組分都處于平衡狀態(tài) 不同的外界條件，可以建立不同的相平衡狀態(tài),對(duì)于石油餾分，在一定的溫度和壓力下，保持石油餾分氣、液兩相共存，而且氣、液兩相的相對(duì)量（汽化率）和兩相中的各組分都不再發(fā)生變化，這時(shí)該石油餾分達(dá)到了氣、液平衡狀態(tài),泡點(diǎn)和露點(diǎn) ：,2020/10/7,石油煉制工程,7,在一定壓力下，加熱油品，當(dāng)其溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，油品開始?xì)饣?，油品剛剛出現(xiàn)第一個(gè)氣泡并保持相平衡狀態(tài)時(shí)的溫度，稱為泡點(diǎn)溫度，或稱為平衡氣化0%溫度,繼續(xù)升高溫度使油品不斷氣化，當(dāng)油品

6、剛剛?cè)繗饣⒈３窒嗥胶鈺r(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度，也稱為平衡氣化100%的溫度。,處于泡點(diǎn)狀態(tài)時(shí)的液體是飽和液體，而處于露點(diǎn)狀態(tài)時(shí)的氣體是飽和氣體。,純物質(zhì)，在一定壓力下，泡點(diǎn)溫度與露點(diǎn)溫度相等，也就是它的沸點(diǎn)。對(duì)于混合物，混合物的泡點(diǎn)溫度低于露點(diǎn)溫度。,高于露點(diǎn)溫度的氣體為過熱氣體，低于其泡點(diǎn)溫度，稱為過冷液體,2020/10/7,石油煉制工程,8,1閃蒸平衡氣化,閃蒸過程的原料條件必須要保證原料進(jìn)入閃蒸罐（塔）后形成氣、液混相區(qū)。 在閃蒸過程中，氣、液兩相有足夠的空間和時(shí)間密切接觸，達(dá)到了平衡狀態(tài)，則稱為平衡汽化，由于傳質(zhì)過程大部分發(fā)生在氣液接觸的瞬間（對(duì)于粘度不高的體系在90以上），因而閃

7、蒸過程可以近似地按相平衡來處理。 閃蒸是連續(xù)操作的一次氣化過程，有多種操作方式：減壓閃蒸、等溫閃蒸、等壓閃蒸、等焓閃蒸等。 閃蒸過程一般有平衡氣化和平衡冷凝兩情況。前者進(jìn)料為液相，需要加熱；而后者進(jìn)料為氣相，需要冷凝。 氣相產(chǎn)物中含較多的低沸點(diǎn)組分，液相產(chǎn)物中含較多的高沸點(diǎn)組分。但所有組分都同時(shí)存在于氣、液相中,2020/10/7,石油煉制工程,9,閃蒸過程最大的分離能力為熱力學(xué)一次相平衡，因此閃蒸過程的分離效果十分有限，并且氣相中輕組分的濃度與液相中之差隨著氣相的產(chǎn)量增加而降低。 氣相中輕組分濃度最高點(diǎn)為閃蒸在泡點(diǎn)操作，濃度最低點(diǎn)為露點(diǎn)操作。前者氣相產(chǎn)率為零，而后者氣相產(chǎn)率與進(jìn)料量相等，但濃

8、度與進(jìn)料相同，無分離效果。 平衡閃蒸要達(dá)到一定的分離效果，其操作溫度必須介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間。 閃蒸過程的核心矛盾是分離效果與產(chǎn)率間的矛盾，控制不同的加（取）熱量就可以合理地控制產(chǎn)品的組成與產(chǎn)量間的關(guān)系。,2020/10/7,石油煉制工程,10,2簡(jiǎn)單蒸餾漸次氣化,液體混合物在蒸餾釜中被加熱，在一定壓力下，當(dāng)溫度達(dá)到混合物的泡點(diǎn)溫度時(shí)，液體開始?xì)饣?，生成微量蒸氣。生成的蒸氣?dāng)即被引出并冷凝冷卻后收集起來，同時(shí)液體繼續(xù)加熱，繼續(xù)生成蒸氣并被引出。這種蒸餾方式稱作簡(jiǎn)單蒸餾或微分蒸餾,2020/10/7,石油煉制工程,11,在整個(gè)簡(jiǎn)單蒸餾過程中，所產(chǎn)生的一系列微量蒸氣的組成是不斷變化的，最初得到的蒸氣

9、含輕組分最多，隨著加熱溫度的升高，相繼形成的蒸氣中輕組分的濃度逐漸降低，而殘存液相中重組分的濃度則不斷增大 從本質(zhì)上看，簡(jiǎn)單蒸餾過程是由無數(shù)次平衡汽化所組成的，是漸次氣化過程，簡(jiǎn)單蒸餾的分離精確度要高于平衡汽化。 在相同的蒸餾終溫（液相組成相同）下，簡(jiǎn)單蒸餾的餾出物輕組分的濃度會(huì)較平衡蒸餾略高，但氣相收率略低。 簡(jiǎn)單蒸餾是一種間歇過程，基本上無精餾效果，分離程度也不高，多用于實(shí)驗(yàn)室或小型裝置濃縮物料或粗略分割油料的一種間歇操作蒸餾方法 測(cè)定油品餾程的恩氏蒸餾就可以近似看作是簡(jiǎn)單蒸餾,2020/10/7,石油煉制工程,12,恩氏蒸餾中蒸發(fā)的氣相經(jīng)過蒸餾儀器空間需要一定的時(shí)間，不能在生成的一瞬間立

10、即被引出，而且蒸餾瓶頸壁上也有少量蒸氣會(huì)冷凝而形成回流，因此，只能把它看作是近似的簡(jiǎn)單蒸餾。,2020/10/7,石油煉制工程,13,3多級(jí)閃蒸及精餾,閃蒸過程由于分離能力有限，不能滿足絕大多數(shù)工業(yè)過程的要求。為了達(dá)到更高的分離要求，最直接的方法是進(jìn)行多級(jí)閃蒸。 對(duì)第一級(jí)閃蒸出的氣相部分冷凝，進(jìn)入新的一級(jí)閃蒸罐，就可以獲得輕組分濃度更高的餾出液產(chǎn)品；同樣對(duì)第一級(jí)閃蒸的液相繼續(xù)加熱部分氣化，進(jìn)入新的一級(jí)閃蒸罐，就可以獲得輕組分濃度更低的殘液產(chǎn)品，依次類推，就可以構(gòu)建出滿足分離要求的多級(jí)閃蒸過程。 多級(jí)閃蒸的優(yōu)點(diǎn)在于可以依據(jù)分離要求，通過增加級(jí)數(shù)，容易地達(dá)到較高的分離要求，但缺點(diǎn)是每增加一級(jí)必定增

11、加一個(gè)副產(chǎn)物，造成最終產(chǎn)品收率的降低。,（1）多級(jí)閃蒸,(a) 多級(jí)閃蒸,2020/10/7,石油煉制工程,14,解決多級(jí)閃蒸產(chǎn)品收率低的問題，可行的方法就是將不能做為產(chǎn)品的副產(chǎn)物回注到相鄰的上游級(jí)，構(gòu)成多級(jí)回流閃蒸，其中有進(jìn)料的級(jí)稱為進(jìn)料級(jí) 多級(jí)回流閃蒸，可以將一股原料分離成兩個(gè)產(chǎn)品，而無其它副產(chǎn)物，并且產(chǎn)品的質(zhì)量要求可以通過增加級(jí)數(shù)容易達(dá)到； 在進(jìn)料級(jí)以上的各級(jí)閃蒸操作為平衡冷凝，每級(jí)間需要一個(gè)冷凝器；在進(jìn)料級(jí)以下的各級(jí)閃蒸操作為平衡氣化，每級(jí)間需要一個(gè)加熱器。 多級(jí)回流閃蒸雖然徹底地解決了多級(jí)閃蒸的副產(chǎn)物問題，將一股進(jìn)料分成了兩個(gè)產(chǎn)品，然而在相鄰級(jí)間大量物料回流循環(huán)，造成能耗（加熱和冷凝

12、兩方面）的大幅度增加。,(b) 多級(jí)回流閃蒸,2020/10/7,石油煉制工程,15,對(duì)于需要級(jí)數(shù)較少的分離過程，這種構(gòu)型工程實(shí)現(xiàn)較為容易，如果需要的級(jí)數(shù)極多時(shí)，過程較為復(fù)雜，并且投資高、占地面積大、控制結(jié)點(diǎn)數(shù)極多，工程實(shí)現(xiàn)十分困難。 要提高回流閃蒸過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，必須對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行深度簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化的關(guān)鍵是去除部分或全部的級(jí)間換熱器，采用兩相直接接觸換熱，不僅會(huì)大幅度提高換熱效率，減少設(shè)備投資，同時(shí)可簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程、減小占地面積。 按照熱量平衡，對(duì)于確定的分離體系，在進(jìn)料條件、產(chǎn)品要求和級(jí)數(shù)確定的情況下，平衡冷凝段和平衡氣化段所需的熱負(fù)荷是確定的，并且兩者間有固定的關(guān)系。 在平衡冷凝段，下游級(jí)的

13、溫度較相鄰上游級(jí)低，而在平衡氣化段，下游級(jí)的溫度較上游級(jí)更高，構(gòu)成了各級(jí)溫度具有單調(diào)變化的特點(diǎn)。若提高某下游級(jí)的液相（氣）回流量，則可以提供更多的冷凝(加熱)負(fù)荷，則可以抵消該級(jí)的進(jìn)料冷凝（加熱）器所需的熱負(fù)荷。,2020/10/7,石油煉制工程,16,提供熱負(fù)荷的方式可以在任何級(jí)分別進(jìn)行，也可以在最下游級(jí)總體設(shè)置。前者更有利于不同溫位冷、熱公用工程資源的利用，但過程較為復(fù)雜。而后者即為常規(guī)的精餾過程。,2020/10/7,石油煉制工程,17,（2）精 餾,精餾可分為連續(xù)式和間歇式兩種 沿精餾塔高度建立了兩個(gè)梯度： 自塔底至塔頂逐級(jí)下降的溫度梯度 氣、液相中輕組分自塔底至塔頂逐級(jí)增大的濃度梯度

14、 精餾塔內(nèi)沿塔高的溫度梯度和濃度梯度的建立及接觸設(shè)施的存在是精餾過程得以進(jìn)行的必要條件,2020/10/7,石油煉制工程,18,在第N塊塔板上相接觸的兩相： 由第N+1塊塔板上升的氣相溫度要高于從第N-1塊塔板下來的液相溫度； 由第N+1塊塔板上升的氣相中的輕組分濃度要低于從第N-1塊塔板下來的液相中的輕組分濃度。 氣、液兩相在接觸前處于氣液兩相不平衡狀態(tài)，形成相間推動(dòng)力,n,由于兩個(gè)梯度的存在，在塔中每一個(gè)氣、液兩相的接觸級(jí)中，由下而上的較高溫度和較低輕組分濃度的氣相與由上而下的較低溫度和較高輕組分濃度的液相存在相間差別，因此氣、液兩相在接觸前處于不平衡狀態(tài)，形成相間推動(dòng)力，使氣、液兩相在接

15、觸過程中進(jìn)行相間的傳熱和擴(kuò)散傳質(zhì)，最終使氣相中的輕組分和液相中的重組分分別得到提純。經(jīng)過多次氣、液相逆流接觸，最后在塔頂?shù)玫捷^純的氣相輕組分，在塔底得到較純的液相重組分。 精餾的分離效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于平衡汽化和簡(jiǎn)單蒸餾,2020/10/7,石油煉制工程,19,精餾的實(shí)質(zhì)： 氣、液兩相進(jìn)行連續(xù)多次的平衡汽化和平衡冷凝,精餾過程由兩段構(gòu)成，進(jìn)料段以上的塔段稱為精餾段，屬于平衡冷凝過程，精餾段的產(chǎn)品為餾出產(chǎn)品；進(jìn)料段以下為提餾段，屬于平衡氣化過程，提餾段的產(chǎn)品為逐級(jí)蒸發(fā)后的剩余物料。 精餾段和提餾段內(nèi)，分別裝有提供氣、液兩相接觸、傳熱和傳質(zhì)的塔內(nèi)件（替代多級(jí)回流閃蒸的閃蒸罐），有塔板或填料兩類，前者溫度

16、和濃度隨塔高離散變化，而后者連續(xù)變化。塔內(nèi)件是精餾塔沿塔高建立溫度梯度和濃度梯度的接觸設(shè)施，為傳質(zhì)過程的實(shí)現(xiàn)提供相界面積，是精餾過程得以進(jìn)行的必要條件。,2020/10/7,石油煉制工程,20,為了實(shí)現(xiàn)精餾段的逐級(jí)冷凝，在精餾段的塔頂必須設(shè)有冷凝器，冷凝液部分做產(chǎn)品，剩余部分全部作為回流，回注到塔頂板，為精餾段的分離提供冷源，其中回流熱必須保證精餾段內(nèi)各級(jí)有冷凝過程發(fā)生。 為了實(shí)現(xiàn)提餾段實(shí)現(xiàn)逐級(jí)氣化，在提餾段底部必須設(shè)置一個(gè)加熱器，稱為再沸器，將提餾段的產(chǎn)品全部和部分加熱氣化，產(chǎn)生的氣相回注到精餾塔塔底板下部，為提餾段逐級(jí)氣化提供熱源，同樣，提供的氣相回流熱必須保證提餾段各級(jí)發(fā)生氣化。,202

17、0/10/7,石油煉制工程,21,回流熱包含著回流溫度和回流量?jī)煞矫?。不同的回流溫度決定了回流量的大小，采用何種回流溫度取決于工藝要求和溫度控制的難度等方面 氣相和液相回流量都屬于工藝條件。為了實(shí)現(xiàn)精餾塔的全部工藝條件與加工量無關(guān)的特點(diǎn)，精餾塔的氣相和液相回流的量分別用回流比和再沸比來表示，其定義分別為回流量與相應(yīng)產(chǎn)品量之比。 精餾塔塔頂?shù)臏囟葹樗敋庀嘟M成和壓力下的露點(diǎn)溫度，塔底溫度為塔底液相組成和壓力下的泡點(diǎn)溫度。由于塔頂和塔底組成分別為最輕和最重、壓力最低和壓力最高，因而塔底溫度高于塔頂溫度。,2020/10/7,石油煉制工程,22,再沸器的操作完全符合平衡氣化的條件，具有一個(gè)理論級(jí)的分

18、離能力；塔頂冷凝器為全凝器時(shí)，相當(dāng)于泡點(diǎn)操作，無分離能力，而當(dāng)塔頂冷凝器在泡、露點(diǎn)之間操作時(shí)，有氣相和液相兩個(gè)產(chǎn)品，符合平衡冷凝操作的條件，計(jì)入一個(gè)理論級(jí)。 進(jìn)料條件和產(chǎn)品要求決定了精餾塔的全塔物料平衡，從而規(guī)定了塔頂和塔底的流量和組成。為了實(shí)現(xiàn)該過程，在確定的回流條件下，精餾段和提餾段所需的理論板數(shù)是確定的，其中回流的量越大所需的總理論板數(shù)越少，反之回流的量越小所需的總理論板數(shù)越多。,2020/10/7,石油煉制工程,23,因此設(shè)計(jì)的回流量大小是平衡精餾塔的操作投資和設(shè)備投資對(duì)總投資影響的關(guān)鍵變量，存在著一個(gè)最優(yōu)的操作回流量。 受全塔熱平衡的限制，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品要求確定的情況下，精餾塔的回

19、流比和再沸比有一個(gè)固定的關(guān)系，當(dāng)精餾塔操作回流比發(fā)生變化，再沸比相應(yīng)也需要相應(yīng)變化，因此精餾塔的設(shè)計(jì)僅需要考慮回流比。,2020/10/7,石油煉制工程,24,在前面的內(nèi)容中涉及到了蒸餾、精餾和分餾三個(gè)專業(yè)名詞，對(duì)于其區(qū)別特作如下說明。蒸餾是指廣義的概念，強(qiáng)調(diào)加熱和冷凝操作的分離過程，可以是半塔，可以是全塔,可以是連續(xù)操作，也可以是間歇操作等等，可以單級(jí)，也可以是多級(jí)；精餾強(qiáng)調(diào)多級(jí)，泛指可獲得高純產(chǎn)品的全塔，塔底必須有冷凝器，塔頂必須有再沸器，在漢語中，大多數(shù)情況下蒸餾與精餾可以混用，而分餾主要強(qiáng)調(diào)蒸餾過程的產(chǎn)品為一個(gè)餾程范圍，其中也有一些工程中的習(xí)慣用法，例如氣體分餾裝置，實(shí)際上該裝置中全部

20、由精餾塔構(gòu)成。,2020/10/7,石油煉制工程,25,2020/10/7,石油煉制工程,26,第二節(jié) 石油體系的表征及其氣-液平衡,石油是烴類的復(fù)雜混合物，所含組分眾多，而且往往含有某些非烴組分，測(cè)定其準(zhǔn)確組成極為困難，所以對(duì)石油的特征化可采用標(biāo)準(zhǔn)化蒸餾方法進(jìn)行表征，目前國(guó)際上通用的方法由美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）制定。 最常用的石油特征化實(shí)驗(yàn)室蒸餾方法有三種：恩氏蒸餾（ASTM）、實(shí)沸點(diǎn)蒸餾（TBP）和平衡氣化（EFV），三種蒸餾方法所得結(jié)果既可用餾分組成數(shù)據(jù)表示，也可用蒸餾曲線（餾出溫度餾出體積百分率）表示。利用三種曲線之間的關(guān)系，得出石油的泡點(diǎn)、露點(diǎn)以及一系列平衡氣化溫度與餾出體積分

21、數(shù)之間的關(guān)系，從而為工藝計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。,2020/10/7,石油煉制工程,27,2020/10/7,石油煉制工程,28,一、石油及石油餾分的蒸餾曲線,1. 恩氏蒸餾曲線 恩氏蒸餾(ASTM D86 )是一種簡(jiǎn)單蒸餾，它是以規(guī)格化的儀器和在規(guī)定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行的，因而是一種條件性的試驗(yàn)方法。將餾出溫度（氣相溫度）對(duì)餾出量（體積百分率）作圖，即得恩氏蒸餾曲線 恩氏蒸餾的本質(zhì)是漸次氣化的結(jié)果，因而不能表征油品中各組分的實(shí)際沸點(diǎn)，但它能反映油品在一定條件下的氣化性能，而且簡(jiǎn)便易得， 廣泛用于計(jì)算油品的部分性質(zhì)參數(shù)，也是油品最基本的物性數(shù)據(jù)之一。,2020/10/7,石油煉制工程,29,2. 實(shí)沸點(diǎn)

22、蒸餾曲線 實(shí)沸點(diǎn)蒸餾是一種實(shí)驗(yàn)室間歇精餾。如果一個(gè)間歇精餾設(shè)備的分離能力足夠高，則可以得到混合物中各個(gè)組分的量及對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)，所得數(shù)據(jù)在一張餾出溫度一餾出百分率的圖上標(biāo)繪，可以得到一根階梯形曲線，但這不易做到； 實(shí)際上，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾設(shè)備是一種規(guī)格化的蒸餾設(shè)備，規(guī)定其精餾柱應(yīng)相當(dāng)于十七塊理論板的分離能力，并在規(guī)定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行； 石油中相鄰組分的沸點(diǎn)十分接近，而每個(gè)組分的含量又很少，故所得石油或油品的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線是一條連續(xù)曲線，它可以大致反映各組分沸點(diǎn)隨餾出量的變化情況 ； 實(shí)沸點(diǎn)蒸餾主要用于原油評(píng)價(jià)，但蒸餾實(shí)驗(yàn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)間的，為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，近十幾年出現(xiàn)了用氣相色譜分析來取得石油和石油餾分的

23、模擬實(shí)沸點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法（ASTM D2887，D5307）。,2020/10/7,石油煉制工程,30,3. 平衡氣化曲線 在實(shí)驗(yàn)室平衡氣化設(shè)備中，將油品加熱氣化，使氣、液兩相在恒定壓力和溫度下密切接觸一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間后迅速分離，即可測(cè)得油品在該條件下的平衡氣化分率。 在恒壓下選擇幾個(gè)合適的溫度（一般至少要五個(gè)）進(jìn)行試驗(yàn)，就可以得到恒壓下平衡氣化率與溫度的關(guān)系 根據(jù)平衡氣化曲線，可以確定油品在不同氣化率時(shí)的溫度（如精餾塔進(jìn)料段溫度），泡點(diǎn)溫度（如精餾塔側(cè)線溫度和塔底溫度），露點(diǎn)溫度（如精餾塔頂溫度）等。,2020/10/7,石油煉制工程,31,2020/10/7,石油煉制工程,32,右圖是同一種油

24、品的三種不同的蒸餾曲線。由圖可以看出：就曲線的斜率而言，平衡氣化曲線最平緩，恩氏蒸餾曲線比較陡一些，而實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線的斜率則最大。 這種差別正是這三種蒸餾方式分離效率差別的反映，即實(shí)沸點(diǎn)蒸餾的分離精確度最高，恩氏蒸餾次之，而平衡氣化則最差。這種差別是由這三種蒸餾的本質(zhì)所決定的。,TBP曲線,EFV曲線,ASTM曲線,4. 三種蒸餾曲線的比較,2020/10/7,石油煉制工程,33,要得到相同的氣化率，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾所需溫度最高，恩式蒸餾居中，平衡氣化最低 那就是在同樣氣化率的前提下，平衡氣化所需的溫度最低，這樣就減輕了加熱設(shè)備的負(fù)荷,TBP曲線,ASTM曲線,EFV曲線,2020/10/7,石油煉

25、制工程,34,5. 蒸餾曲線的外推和內(nèi)插,（1）恩氏蒸餾和實(shí)沸點(diǎn)數(shù)據(jù)的外推和內(nèi)插 對(duì)于ASTM D86數(shù)據(jù)的內(nèi)插和外推有兩種基本方法：概率坐標(biāo)紙法和模型法。 對(duì)于不太寬的餾分油，其恩氏蒸餾數(shù)據(jù)（ASTM D86）在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上十分接近于一條直線，正態(tài)概率坐標(biāo)紙的橫坐標(biāo)為正態(tài)概率坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為算術(shù)坐標(biāo)。 因此，可以在該圖上標(biāo)繪出不完整的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)并作出直線，從而內(nèi)插和外推，求出其他各點(diǎn)的餾出溫度。 由于實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)與恩氏蒸餾數(shù)據(jù)趨勢(shì)上的一致性，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上也接近于一條直線，也可用于數(shù)據(jù)補(bǔ)缺。,2020/10/7,石油煉制工程,35,圖6- 9 恩氏蒸餾曲線坐標(biāo)紙,20

26、20/10/7,石油煉制工程,36,另一種方法就是采用恩氏蒸餾曲線的數(shù)學(xué)模型：,式中，a和b 為模型待定參數(shù)，t0點(diǎn)表示初餾點(diǎn)的溫度。通過不少于2個(gè)點(diǎn)和初餾點(diǎn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用該模型就可以回歸出待定參數(shù) a 和 b 。若無初餾點(diǎn)，則需要 3 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。,2020/10/7,石油煉制工程,37,（2）實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線的擴(kuò)展 受到油品分解溫度的限制，原油的常規(guī)實(shí)沸點(diǎn)（TBP）蒸餾只能達(dá)到520左右，而蒸餾殘液部分占石油的質(zhì)量分率是較高的； 在石油相平衡計(jì)算中，常將520以后的殘余餾分作為14個(gè)假組分進(jìn)行計(jì)算，并且各種假組分的物性多數(shù)都是外推的結(jié)果，精度很差，這樣處理對(duì)于減壓塔深拔和減壓渣油再加工利用過程中的

27、相平衡計(jì)算是不適宜的。 現(xiàn)代石油特征化技術(shù)的發(fā)展，形成了高真空實(shí)沸點(diǎn)蒸餾（TBP，1mmHg）、分子蒸餾 和 氣相色譜模擬蒸餾等諸多新技術(shù)，為重質(zhì)餾分油的深加工提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但仍不能進(jìn)行全餾程TBP蒸餾評(píng)價(jià)。,2020/10/7,石油煉制工程,38,采用分子蒸餾對(duì)石油體系的平衡氣化數(shù)據(jù)測(cè)量可達(dá)630左右，采用氣相色譜模擬蒸餾技術(shù)（ASTM D2887，D5307）雖然能夠達(dá)到750，但這些技術(shù)都不能夠進(jìn)行餾分物性的進(jìn)一步測(cè)試。 中國(guó)石油大學(xué)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了超臨界流體萃取分餾（Supercritical Fluid Extraction and Fractionation，SF

28、EF）石油評(píng)價(jià)技術(shù)，其平均沸點(diǎn)的預(yù)測(cè)值最高約可達(dá)850，并可以對(duì)各窄餾分的物性進(jìn)行深入的測(cè)試。 若將SFEF得到的數(shù)據(jù)與常規(guī)TBP蒸餾數(shù)據(jù)結(jié)合起來，可以得到較為完整的TBP蒸餾數(shù)據(jù)與物性分布數(shù)據(jù)。通過對(duì)石油TBP數(shù)據(jù)與SFEF數(shù)據(jù)的重疊部分進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)偏差很小，因此SFEF數(shù)據(jù)可以作為全餾程的TBP數(shù)據(jù)的重質(zhì)餾分的補(bǔ)充。,2020/10/7,石油煉制工程,39,二、各種蒸餾曲線的相互換算 油品蒸餾所得三種蒸餾曲線的工作量有很大差別，平衡汽化的工作量最大，恩氏蒸餾最小 由于各種蒸餾曲線都是特定實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)試的結(jié)果和特殊的石油體系性質(zhì)，各種蒸餾曲線的換算不可能采用理論方法進(jìn)行表征，普遍都采用經(jīng)驗(yàn)

29、和圖表的方法。 使用這些經(jīng)驗(yàn)圖表或關(guān)聯(lián)模型時(shí)必須嚴(yán)格注意它們的適用范圍及可能的誤差，盡量采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),但在工藝過程的設(shè)計(jì)計(jì)算中常常會(huì)遇到平衡汽化的問題，例如：計(jì)算加熱爐爐管和轉(zhuǎn)油線中的汽化率，精餾塔的進(jìn)料段溫度和側(cè)線抽出溫度的確定等，還會(huì)遇到不同壓力或減壓下的平衡汽化問題，這方面數(shù)據(jù)則更缺乏,各種蒸餾曲線的相互換算: 1常壓蒸餾曲線之間的相互換算（P189196） 2減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線之間的相互換算（P196198） 3減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線任何換算為常壓 蒸餾曲線（P198200） 4不同壓力下平衡汽化曲線的相互換算（P200204）,20

30、20/10/7,石油煉制工程,40,2020/10/7,石油煉制工程,41,1常壓蒸餾曲線的相互換算 (1) 常壓恩氏蒸餾曲線和實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線的換算,當(dāng)恩氏蒸餾溫度超過246時(shí)，換算時(shí)需考慮到熱裂化的影響，須用式進(jìn)行溫度校正。,式中，D為溫度校正值（加至 t 上），；t 為超過246的恩氏蒸餾溫度，。,常壓下從D86曲線轉(zhuǎn)換成TBP曲線目前常用的是1987的API方法，該方法不需要進(jìn)行裂化修正，并且API 1987的方法也優(yōu)于其他的換算方法，為各種商業(yè)流程模擬軟件所推薦，參見式。,2020/10/7,石油煉制工程,42,tTBP和tD86分別為常壓TBP和ASTM D86溫度，。a和b是隨餾出

31、體積變化的常數(shù)，數(shù)值見表6- 1。,表6- 1 常數(shù)a、b的值,2020/10/7,石油煉制工程,43,（2） 常壓恩氏蒸餾曲線和平衡汽化曲線的換算,這類換算可借助于圖6-10和圖6-11進(jìn)行，適用范圍K=11.8，沸點(diǎn)低于427。計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值之間的偏差在8.3以內(nèi)。 方法：圖6-10將一種蒸餾曲線的50%點(diǎn)溫度換算為另一種曲線的50%點(diǎn)溫度，再將該蒸餾曲線劃分為若干段(如010%、1030%、5070%、7090%、90100%)，用圖6-11將這些溫度段的溫差換算為另一種蒸餾曲線的各段溫差。最后以換算得的50%點(diǎn)為基點(diǎn)，向兩頭推算得曲線的其他溫度點(diǎn)。 只是在換算50%點(diǎn)時(shí)要用到恩氏蒸餾曲

32、線1070%的斜率。 當(dāng)恩氏蒸餾數(shù)據(jù)不全時(shí)，可借助于圖6-9的坐標(biāo)紙來補(bǔ)足所缺數(shù)據(jù)。該圖橫坐標(biāo)為正態(tài)概率坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為算術(shù)坐標(biāo)。對(duì)于不太寬的餾分，繪出的恩氏蒸餾曲線十分接近于直線。,2020/10/7,石油煉制工程,44,圖6- 11 常壓恩氏蒸餾50%點(diǎn)與平衡氣化50%點(diǎn)換算圖,2020/10/7,石油煉制工程,45,圖6- 12 平衡氣化曲線各段溫差與恩氏蒸餾曲線各段溫差關(guān)系圖,2020/10/7,石油煉制工程,46,（3）常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線與平衡汽化曲線的換算,常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線與平衡氣化曲線的換算可以采用圖6-12和圖6-13進(jìn)行。 方法：首先利用圖6-12將實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線的50%點(diǎn)溫

33、度換算為平衡氣化曲線的50%點(diǎn)溫度，再將該蒸餾曲線劃分為若干段(如010%、1030%、5070%、7090%、90100%)，用圖6-13將這些溫度段的溫差換算為另一種蒸餾曲線的各段溫差。最后以換算得的50%點(diǎn)為基點(diǎn)，向兩頭推算得曲線的其他溫度點(diǎn)。 只是在換算50%點(diǎn)時(shí)要用到實(shí)沸點(diǎn)蒸餾10 % 30%的溫度差。,2020/10/7,石油煉制工程,47,（4）模擬蒸餾（D2887）曲線和恩氏蒸餾（D86）曲線換算,把每個(gè)餾分D2887溫度轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的D86溫度：,D86和D2887分別為ASTM D86 和D2887溫度，oR；tD86和tD2887分別為各餾分體積分率下的D86和D2887溫

34、度，；a，b，c為與餾出體積變化相關(guān)的常數(shù)，見表6- 2。,2020/10/7,石油煉制工程,48,例6-1：某輕柴油餾分的常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)如下： （1）將其換算為實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線； （2）將其換算為平衡氣化曲線； （3）將（1）得到的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線換算為平衡氣化曲線； （4）假設(shè)恩氏蒸餾的50%點(diǎn)沒有測(cè)得，用 圖6- 9 和 恩氏蒸餾模 型計(jì)算并比較結(jié)果；,2020/10/7,石油煉制工程,49,2減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線的相互換算 （1） 恩氏蒸餾和實(shí)沸點(diǎn)蒸餾的互換,使用該圖時(shí)假設(shè)恩氏蒸餾50%點(diǎn)溫度與實(shí)沸點(diǎn)蒸餾50%點(diǎn)溫度相同，只適用于重油。,圖6- 14 1.33k

35、Pa（10mmHg）恩氏蒸餾與實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線各段溫差換算,2020/10/7,石油煉制工程,50,（2）減壓恩氏蒸餾和平衡汽化曲線的互換,圖6- 15 1.33kPa（10mmHg）恩氏蒸餾與平衡氣化50%點(diǎn)換算,使用圖6- 15 使用圖6- 16,2020/10/7,石油煉制工程,51,圖6- 16 1.33kPa（10mmHg）恩氏蒸餾與平衡氣化曲線段溫差換算,2020/10/7,石油煉制工程,52,（3） 減壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾和平衡汽化曲線互換,使用圖6- 17 使用圖6- 18,圖6- 17 1.33kPa（10mmHg）實(shí)沸點(diǎn)蒸餾與平衡氣化50%點(diǎn)換算,2020/10/7,石油煉制工程,5

36、3,圖6- 18 1.33kPa（10mmHg）實(shí)沸點(diǎn)蒸餾與平衡氣化曲線段溫差換算,2020/10/7,石油煉制工程,54,這套換算圖表是根據(jù)若干重殘油的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納而得，當(dāng)然只適用于重殘油。據(jù)校驗(yàn)，使用這些圖表換算的誤差約在14以內(nèi)，其用法同常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線與平衡汽化蒸餾曲線的換算圖的用法相似。,例6-3 已知某石油餾分在10mmHg殘壓下恩氏蒸餾（ASTM D1160）數(shù)據(jù)如下：(P198),確定它在10mmHg 和 760mmHg下的實(shí)沸點(diǎn)（TBP）蒸餾曲線。,圖6- 14,2020/10/7,石油煉制工程,55,3減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線換算為常壓 蒸餾曲線 這

37、類換算可以分為以下幾種情況： 減壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線換算成常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線（見圖6-19和圖6-20 ） 減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線換算為常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線,2020/10/7,石油煉制工程,56,蒸餾曲線換算可分兩步： 1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線換成1.33kPa實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線見圖6-14； 1.33kPa實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線換算成常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線，用本節(jié)3方法,2020/10/7,石油煉制工程,57,減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線換算為常壓恩氏蒸餾曲線 減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)恩氏蒸餾曲線換算為常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線，見本

38、節(jié)3； 常壓實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線換算成常壓恩氏蒸餾曲線，見本節(jié)1,2020/10/7,石油煉制工程,58,4不同壓力下平衡汽化曲線的相互換算 (1) 常壓平衡氣化曲線換算為壓力下平衡氣化曲線,這種換算需借助于石油餾分的 p-T-e 相圖，見圖6-21（P201)。此圖的縱坐標(biāo)是壓力的對(duì)數(shù)，橫坐標(biāo)是溫度的對(duì)數(shù)。 如果將一種石油餾分在幾個(gè)不同的壓力下的平衡氣化數(shù)據(jù)標(biāo)繪在這種坐標(biāo)紙上，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不同壓力下同樣氣化百分?jǐn)?shù)的的各點(diǎn)可以連成直線，而且這一束不同的氣化百分?jǐn)?shù)的 p-T 線會(huì)聚于一點(diǎn)，這一點(diǎn)稱為焦點(diǎn)。 基于這種特性，只要能確定該石油餾分的焦點(diǎn)，再有一套常壓平衡氣化數(shù)據(jù)，就可以作出該油品的 p-T-e

39、相圖。從而可以讀出不同壓力下的平衡氣化數(shù)據(jù)。,2020/10/7,石油煉制工程,59,圖6- 21 石油餾分的 p-T-e 相圖,焦點(diǎn)并沒有實(shí)際意義，石油餾分的p-T-e相圖中的焦點(diǎn)只不過是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)制作的不同氣化率e的幾條p-T線的會(huì)聚點(diǎn)，它并不是臨界點(diǎn)。 本法只適用于臨界溫度以下的溫度 不適用于求定減壓下的平衡汽化數(shù)據(jù) 當(dāng)采用的常壓平衡氣化數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)值，誤差一般在11以內(nèi),2020/10/7,石油煉制工程,60,1 確定焦點(diǎn)溫度和焦點(diǎn)壓力：由臨界溫度和臨界壓力及體積平均沸點(diǎn)查經(jīng)驗(yàn)圖6-22（P201，焦點(diǎn)溫度）和圖6-23（P202，焦點(diǎn)壓力） 結(jié)合常壓下的平衡汽化曲線 作出 P-T-e

40、相圖 確定不同壓力下的平衡汽化曲線 P-T-e相圖的用途：知道兩個(gè)參數(shù)可以根據(jù)圖表求第三參數(shù),2020/10/7,石油煉制工程,61,例6-4 已知某石油的常壓平衡氣化數(shù)據(jù)如下：,其他性質(zhì)為：相對(duì)密度0.9459；特性因數(shù)K11.7；體積平均沸點(diǎn)468.5；恩氏蒸餾曲線10%90%的斜率6.0/%；臨界溫度638；臨界壓力2.72MPa，求該石油在220kPa下的平衡氣化數(shù)據(jù)。 解： 由圖6- 22 和 圖6- 23確定， 焦點(diǎn)溫度638+32670（） 圖6- 22 焦點(diǎn)壓力2.72+0.783.5（MPa） 圖6- 23 在p-T-e相圖坐標(biāo)紙上標(biāo)出焦點(diǎn)和常壓平衡氣化的各點(diǎn)，聯(lián)成一組p-T

41、-e直線，即得該石油的p-T-e相圖，見圖6-21。由圖可讀得220kPa的平衡氣化數(shù)據(jù),2020/10/7,石油煉制工程,62,2020/10/7,石油煉制工程,63,（2）常壓與減壓下平衡汽化曲線的換算 常壓平衡汽化曲線與減壓平衡汽化曲線的換算以及減壓下不同壓力平衡汽化曲線的換算用圖6-24。由圖查得所需殘壓下平衡汽化50%的溫度(或30%溫度)然后假設(shè)減壓下平衡汽化曲線各線段溫度差不隨壓力而變化，從而推算出其他各點(diǎn)溫度。誤差一般不超過14 例6-5（P203）,2020/10/7,石油煉制工程,64,關(guān)于各種蒸餾曲線換算需注意幾點(diǎn):,所以換算方法和圖表都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納得到，是經(jīng)驗(yàn)性；

42、 使用時(shí)必須注意這些圖表和方法的適用范圍和可能帶來的誤差； 經(jīng)驗(yàn)圖表的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大都來源于外國(guó)原油，有時(shí)會(huì)遇到不能反映我國(guó)某些原油性質(zhì)特點(diǎn)的情況； 換算圖表一般都是以體積分?jǐn)?shù)來表示收率 在進(jìn)行工藝計(jì)算時(shí)，應(yīng)力求采用實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是對(duì)工藝計(jì)算全局有重要影響之處更應(yīng)如此。 圖6-25列出了本書各種壓力下的各種恩氏蒸餾、實(shí)沸點(diǎn)、平衡氣化相互換算關(guān)系以及方法。,2020/10/7,石油煉制工程,65,2020/10/7,石油煉制工程,66,圖6-12,圖6- 25 本章介紹的各種蒸餾曲線換算流程及方法,2020/10/7,石油煉制工程,67,三、石油體系的實(shí)沸點(diǎn)切割和產(chǎn)品收率（P205） 石油體系

43、的實(shí)沸點(diǎn)切割主要依據(jù)石油的加工方案，按照產(chǎn)品要求的實(shí)沸點(diǎn)餾程和產(chǎn)品沸程的輕重順序，依次切割，來確定各產(chǎn)品的收率。 石油常減壓蒸餾實(shí)沸點(diǎn)切割點(diǎn)和產(chǎn)品收率的確定一般是根據(jù)第五章介紹的原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，主要是實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)。 但在實(shí)際工作中，經(jīng)常已知各產(chǎn)品所要求的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)，要求確定實(shí)沸點(diǎn)切割點(diǎn)和產(chǎn)品收率。 依據(jù)前面介紹的蒸餾曲線間的換算方法，將各產(chǎn)品的恩氏蒸餾初餾點(diǎn)和終餾點(diǎn)換算為實(shí)沸點(diǎn)蒸餾初餾點(diǎn)和終餾點(diǎn)，也可用圖6-26近似換算。,2020/10/7,石油煉制工程,68,取 為實(shí)沸點(diǎn)切割溫度，其中 和 分別是重餾分的實(shí)沸點(diǎn)初餾點(diǎn)和輕餾分實(shí)沸點(diǎn)終餾點(diǎn), 有了實(shí)沸點(diǎn)切割溫度，在原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線上即可

44、查得相應(yīng)的產(chǎn)品收率。,2020/10/7,石油煉制工程,69,圖6- 27標(biāo)繪了所切割石油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線。在圖中141.5處作一水平線，與原油實(shí)沸點(diǎn)曲線交于一點(diǎn)，由此點(diǎn)讀出汽油的蒸餾收率為4.2v%。至于煤油的收率則還需定出煤油和輕柴油之間的切割點(diǎn)后才能確定。 在圖6- 27中，同時(shí)將汽油的實(shí)沸點(diǎn)終餾點(diǎn)和煤油的實(shí)沸點(diǎn)初餾點(diǎn)也標(biāo)注在蒸餾體積收率4.2%位置的垂直線上，則兩點(diǎn)之間的溫差表示實(shí)沸點(diǎn)重疊。 在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用產(chǎn)品的側(cè)線蒸氣氣提減少相鄰餾分的重疊部分。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，對(duì)于氣提良好的餾分，由于重疊引起的相鄰產(chǎn)品餾分之間互相交換的量（按體積算）是相等的。,四、油-水不互溶體系的氣-液平

45、衡,在石油加工過程中經(jīng)常會(huì)遇到油水共存體系的氣液平衡問題：進(jìn)入煉廠加工裝置的石油總是帶有或多或少的水分；在石油蒸餾塔中，常常吹入一定量的過熱水蒸氣以降低油氣分壓；在原油的換熱過程中油和水的汽化；塔頂?shù)臍庀囵s出物往往在水蒸氣的存在下冷凝冷卻等等。這些情況可以歸納成三種類型，即：過熱水蒸氣存在下油的氣化、飽和水蒸氣存在下油的氣化、油氣水蒸氣混合物的冷凝。,2020/10/7,石油煉制工程,70,2020/10/7,石油煉制工程,71,1、過熱水蒸氣存在下油的汽化 水蒸氣的作用 過熱水蒸氣，就是指在整個(gè)過程中，體系的操作溫度始終高于水蒸氣分壓下水的沸點(diǎn)，水蒸氣一直處于過熱狀態(tài)，不會(huì)冷凝，在體系中，它

46、始終以氣相形式存在 過熱水蒸氣存在下時(shí)體系的壓力：P = Poo + Ps 作用：降低油氣分壓，使油在較低的溫度下氣化,2020/10/7,石油煉制工程,72, 水蒸氣存在下水蒸氣的量對(duì)純物質(zhì)或油汽化的影響,由上式可以看出： P一定，如要求A的汽化量也一定，如果增加汽提水蒸氣的量(NS)，則 NS / NA 增加，PA降低，汽化溫度下降， 即可以在更低的溫度下汽化相同數(shù)量的NA P，T一定，則(P/ PA-1)不變，故NS/ NA一定，則汽化A的量越大，水蒸氣的量也越大 如果體系中的物料不是純物質(zhì)而是石油餾分，上述的基本原理仍然適用,對(duì)石油餾分過熱水蒸氣體系：,其中，油的飽和蒸氣壓PO0在一定

47、溫度下不是一個(gè)常數(shù)，它還與氣化率e有關(guān)，即PO0是T 和 e 的函數(shù)。當(dāng)T一定時(shí)， PO0 隨著e的增大（油變重）而降低。換言之，當(dāng)T一定時(shí)，NSNO不是一個(gè)常數(shù)，而是隨著e的增大而增大。即隨著e的增大，氣化每一摩爾油所需的水蒸氣的物質(zhì)的量要增加。這需要依據(jù)石油餾分的PTe相圖才能作定量的計(jì)算。,2020/10/7,石油煉制工程,73,2020/10/7,石油煉制工程,74,圖7-30 石油餾分蒸氣壓與氣化率的關(guān)系,圖是某石油餾分的PTe相圖。當(dāng)溫度為t1、氣化率為10時(shí)，油品的飽和蒸氣壓是PO,10 。若PO,10正好等于總壓P，則不需要水蒸氣的幫助，該油品在t1下就可以氣化10。若PO,1

48、0 p，就需要借助于水蒸氣，此時(shí) 每氣化1摩爾油品所需過熱水蒸氣的物質(zhì)的量為，,2020/10/7,石油煉制工程,75,如果溫度t1不變，要求氣化率為30，則 式中PO,20為溫度t1下，氣化率為30%時(shí)油品的飽和蒸氣壓，顯然 PO,20 PO,10，故 即隨著汽化率e的增大，氣化每一摩爾油所需的水蒸氣的物質(zhì)的量要增加,2020/10/7,石油煉制工程,76,2020/10/7,石油煉制工程,77,2. 飽和水蒸氣存在下油的汽化,當(dāng)氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)： PO=PO0：PS=PS0 體系的總壓力為： P=PS+PO= PS0+ PO0 氣相中的水蒸氣與油氣的摩爾數(shù)之比為： 此式與過熱水蒸氣存在下

49、公式的不同之處在于NsNo還受制于水的飽和蒸氣壓。,2020/10/7,石油煉制工程,78,油與水一起氣化的過程是比較復(fù)雜的。以含水原油在換熱器中被加熱汽化為例： TPS0，PO0，但 PS0 + PO0 P 不汽化 到達(dá)某點(diǎn)To ，PS0 + PO0 = P，油水同時(shí)汽化 隨汽化量增加，但如果溫度不變，則PO0PS0 + PO0PTPS0+PO0 = P進(jìn)一步汽化重復(fù)上述過程水全部汽化過熱水蒸氣存在下油的汽化,2020/10/7,石油煉制工程,79,圖6- 29 含水原油加熱氣化過程,上述過程可以用P-T-e相圖來表示。圖中0點(diǎn)為油水同時(shí)開始汽化的點(diǎn)，可由猜算得到；當(dāng)原油流經(jīng)1點(diǎn)時(shí)油和水的汽

50、化量可以用P-T-e相圖查得；假設(shè)到2點(diǎn)為水全部汽化的溫度。,2020/10/7,石油煉制工程,80,油水同時(shí)開始汽化點(diǎn)O和汽化后油和水的汽化分率的計(jì)算： 對(duì)于油水同時(shí)開始汽化點(diǎn)O的確定，采用猜算法： 假設(shè)同時(shí)開始汽化的溫度為t0，由t0查圖表得PS0和PO0，若兩者之和PS0+PO0=P，則假設(shè)之t0正確，否則再假設(shè)t0，重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直至PS0+PO0=P,2020/10/7,石油煉制工程,81,對(duì)于開始汽化后，油和水在不同溫度下的汽化分率的計(jì)算：由 t PS0 PO0 = P- PS0 查 P-T-e 相圖得 t 時(shí)的汽化率e，根據(jù)公式 6-54 求水的汽化量。如此逐點(diǎn)計(jì)算下去，可以作出

51、加熱溫度與油或水的氣化量的關(guān)系圖，見圖6- 33 對(duì)于水完全汽化時(shí)的 溫度的求法，可由圖6- 33算得,2020/10/7,石油煉制工程,82,4. 油氣-水蒸氣混合物的冷凝 油氣、水蒸氣都處于過熱狀態(tài)，僅是單相冷 卻過程； 油氣是飽和狀態(tài)，水蒸氣是過熱狀態(tài)； 油氣、水蒸氣都處于飽和狀態(tài)； 油和水同時(shí)冷凝完畢； 油和水是單相的冷卻過程,2020/10/7,石油煉制工程,83,例：某原油含水0.4%(w)，經(jīng)一組換熱器換熱后進(jìn)入初餾塔，測(cè)得初餾塔汽化段溫度為250，壓力為2.0atm，請(qǐng)計(jì)算初餾塔汽化段原油和水的汽化率。 已知 ： 1atm下原油的平衡汽化數(shù)據(jù)： 汽化%(v) 0 10 20 3

52、0 40 汽化溫度， 160 230 300 350 380 原油的焦點(diǎn)溫度為450，焦點(diǎn)壓力為45atm； 250時(shí)水的飽和蒸氣壓為41atm。,2020/10/7,石油煉制工程,84,為簡(jiǎn)化計(jì)算，可以假設(shè)： 原油的重量汽化分率與體積汽化分率相同； 令油氣的分子量為100(主要為汽油)； 原油含水0.4%可以認(rèn)為是100g原油外加0.4g水，而不是油水共100g,2020/10/7,石油煉制工程,85,解：汽化段的溫度為250，壓力是2.0atm，而250時(shí)水的飽和蒸氣壓PS0=41 atm，由此我們可以得到： P= PS+ PO=2.0atm PS2.0atm，而PS0=41 atm PS

53、PS0 水處于過熱狀態(tài)，也就是說水已完全汽化，e水=100%。,2020/10/7,石油煉制工程,86,需用試差法求油的汽化率，假定汽化率為10%： 由分壓定律：NS/NO=PS/PO=PS/PO0,又：P=2atm= PS+ PO0 可求得：PO0=1.64atm 由PO0和溫度查P-T-e相圖，看e是否和假設(shè)吻合，如不吻合，則重新假設(shè)，重復(fù)以上步驟,2020/10/7,石油煉制工程,87,2020/10/7,石油煉制工程,88,第三節(jié) 原油蒸餾塔的操作特征,2020/10/7,石油煉制工程,89,與常規(guī)精餾相比，石油蒸餾有十分顯著的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)甚至?xí)?dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)中考慮不同的原則和采用不

54、同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。, 石油是烴類和非烴類的復(fù)雜混合物。在實(shí)際的石油精餾過程中，石油蒸餾產(chǎn)品是一個(gè)沸程范圍，因此對(duì)分餾精確度的要求較低，不像明確組分體系的化工產(chǎn)品的精餾過程對(duì)組成要求的那樣高。 石油體系的沸程極寬，包括可氣化的一次加工餾分和難以氣化的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等二次加工原料。,2020/10/7,石油煉制工程,90, 石油蒸餾不僅生產(chǎn)燃料油、溶劑油和潤(rùn)滑油等一次加工產(chǎn)品，而且也生產(chǎn)乙烯料、重質(zhì)的催化蠟油（減壓瓦斯油）等二次加工原料，涉及到常壓和減壓兩部分，因而通常稱為常減壓蒸餾裝置。 煉油工業(yè)是個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)，大型煉廠的年處理量數(shù)百萬噸乃至千萬噸，即使所謂的小煉廠，其處理量也達(dá)幾十萬噸，這

55、個(gè)特點(diǎn)必然會(huì)反映到對(duì)石油精餾在工藝、設(shè)備、成本、安全等各方面的要求。,本節(jié)的主要內(nèi)容就是從這些特點(diǎn)出發(fā)，分析討論常減壓蒸餾裝置的工藝流程特點(diǎn)和常減壓石油蒸餾塔的操作特征。,2020/10/7,石油煉制工程,91,一、常減壓蒸餾工藝流程,2020/10/7,石油煉制工程,92,減壓渣油VR,常壓渣油，AR,280,370,400,減壓渣油（VR）的加工方案和用途： 生產(chǎn)瀝青 生產(chǎn)殘?jiān)鼭?rùn)滑油（溶劑脫瀝青） 催化裂化原料 焦化原料 減粘裂化生產(chǎn)燃料油 鍋爐燃料 制氫原料,拔頭原油,1、原油的電脫鹽（預(yù)處理）(1) 原油預(yù)處理目的,2020/10/7,石油煉制工程,93,原油含鹽含水對(duì)原油儲(chǔ)運(yùn)、加工、

56、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備等均造成很大危害，主要為：,增加儲(chǔ)運(yùn)、加工設(shè)備（如油罐、油罐車或輸油管線、機(jī) 泵、蒸餾塔、加熱爐、冷換設(shè)備等）的負(fù)荷，增加動(dòng)力、熱能和冷卻水等的消耗。例如一座年處理量為250萬噸的常減壓蒸餾裝置，如果原油含水量增加1%，熱能耗將增加約7000MJ/h。,影響常減壓蒸餾的正常操作。含水過多的原油，水分氣化，氣相體積大增，造成蒸餾塔內(nèi)壓降增加，氣速過大，易引起沖塔等操作事故。,2020/10/7,石油煉制工程,94,原油中的鹽類，隨著水分蒸發(fā)，鹽分在換熱器和加熱爐管壁上形成鹽垢，降低傳熱效率，增大流動(dòng)阻力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)至堵塞管路，燒穿管壁、造成事故。,腐蝕設(shè)備，縮短開工周期。CaCl2和

57、MgCl2能水解生成具有強(qiáng)腐蝕性的HCl，特別是在低溫設(shè)備部分存在水分時(shí)，形成鹽酸，腐蝕更為嚴(yán)重。,鹽類中的金屬進(jìn)入重餾分油或渣油中，毒害催化劑、影響二次加工原料質(zhì)量及產(chǎn)品質(zhì)量。,要求：含水量達(dá)到0.1%0.2%。含鹽量5mg/l,(2) 原油脫鹽脫水的基本原理,2020/10/7,石油煉制工程,95,原油中的鹽大部分溶于水中，所以脫水的同時(shí)，鹽也被脫除。常用的脫鹽脫水過程是向原油中注入部分含氯低的新鮮水，以溶解原油中的結(jié)晶鹽類，并稀釋原有鹽水，形成新的乳狀液，然后在一定溫度、壓力和破乳劑及高壓電場(chǎng)作用下，使微小的水滴，聚集成較大水滴，因密度差別，借助重力水滴從油中沉降、分離，達(dá)到脫鹽脫水的目

58、的，稱為電化學(xué)脫鹽脫水，簡(jiǎn)稱電脫鹽過程。,當(dāng)水滴直徑0.510-6m時(shí)，水滴沉降速度基本上符合球形粒子在靜止流體中自由沉降的斯托克斯（Stokes）定律：,2020/10/7,石油煉制工程,96,： 水滴沉降速度，m/s； d1： 水滴直徑，m； 1 ：水密度，kg/m3 2： 原油密度，kg/m3； 2： 原油粘度m2/s； g ： 重力加速度，m/s2。,2020/10/7,石油煉制工程,97,措 施,加 熱,注 水,加 破 乳 劑,高 壓 電 場(chǎng),2020/10/7,石油煉制工程,98,目的是溶解原油中的結(jié)晶鹽類和增大原油中含水量，以增加水滴的偶極聚結(jié)力。通常注水量一級(jí)為原油的5%6%，

59、二級(jí)為2%3%。,2020/10/7,石油煉制工程,99,2、汽化段數(shù) 一段蒸餾： 原油蒸餾流程是拔頭蒸餾，只有一個(gè)精餾塔，僅經(jīng)過一次汽化，則就是一段蒸餾 二段蒸餾： 原油的蒸餾流程有兩個(gè)精餾塔，經(jīng)過了兩次汽化，就稱為二段精餾。如常減壓蒸餾、初餾塔和常壓塔。 三段蒸餾： 在常減壓蒸餾塔的最前面再設(shè)一個(gè)初餾塔或閃蒸塔，原油加工流程方案中就有了三個(gè)精餾塔，則稱為三段蒸餾,2020/10/7,石油煉制工程,100,3、原油加工方案中設(shè)初餾塔的情況 原油中輕餾分多，一般輕餾分20%時(shí)，設(shè)初餾塔 原油乳化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，脫鹽、脫水都不充分時(shí) 原油的含砷量高，又要出重整原料時(shí) 適應(yīng)原油性質(zhì)變化需要 原油含硫量高 Fe + H2S FeS + H2 FeS + 2HCl FeCl2 + H2S,2020/10/7,石油煉制工程,101,原油加工方案中設(shè)初餾塔的主要作用 降低加熱爐和常壓塔的負(fù)荷，有利于提高裝置的處理量 降低原油換熱系統(tǒng)的操作壓力，從而節(jié)約裝置能耗和操作費(fèi)用 保證常壓塔的操作平穩(wěn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量 減