1、3 常减压蒸馏第三章 原油蒸馏过程第一节 概述原油是极其复杂的混合物，通过原油的蒸馏可以按所制定的产品方案将其分割成直馏汽油、煤油、轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分和渣油等。原油蒸馏是石油加工中第一道不可少的工序，故通常称原油蒸馏为一次加工，其他加工工序则称为二次加工。蒸馏过程得到的这些半成品经过适当的精制和调合便成为合格的产品，也可以按不同的生产方案分割出一些二次加工过程所用的原料，如重整原料、催化裂化原料、加氢裂化原料等，以便进一步提高轻质油的产率或改善产品质量。原油的一次加工能力即原油蒸馏装置的处理能力，常被视为一个国家炼油工业发展水平的标志。2006 年，世界原油蒸馏装置加工能力为
2、4258.96Mt/a，中国原油蒸馏装置加工能力约达 350Mt/a，居世界第二位；原油加工量达到 307.0Mt/a，四大类成品油(汽油、柴油、煤油和航煤)产量达到 188.0Mt/a。按照目前国内主要炼油装置规划情况，预计 2010-2012 年我国装置能力将增长约 100Mt/a，主要新建装置集中于华东、华南、西南地区。目前我国常减压蒸馏装置单套的加工能力最大为 12.0Mt/a，国外最大已达 12.5Mt/a。第二节 原油的脱盐脱水在进行常减压蒸馏时，必须进行原油的预处理。传统的原油预处理是指对原油进行脱盐脱水，随着高酸值原油数量的增加，原油的预处理现也包括脱酸部分。一、原油的脱盐脱水
3、原油从油田开采出来后，必须先在油田进行初步的脱盐脱水，以减轻在输送过程中的动力消耗和管线腐蚀。但由于原油在油田的脱盐脱水效果很不稳定，含盐量及含水量仍不能满足炼厂的需要。（一）原油含盐含水的危害增加能量消耗 原油在蒸馏过程中要经历汽化、冷凝的相变化，水的汽化潜热很大(2255kJ/kg)，若水与原油一起发生相变时，必然要消耗大量的燃料和冷却水。而且原油在通过换热器、加热炉时，因所含水分随温度升高而蒸发，溶解于水中的盐类将析出且在管壁上形成盐垢，这不仅降低了传热效率，也会减小管内流通面积而增大流动阻力，水汽化之后体积明显增大，系统压力上升，导致泵出口压力增大，动力消耗增大。干扰蒸馏塔的平稳操作
4、水的分子量比油小得多，水汽化后使塔内气相负荷增大，含水量的波动必然会打乱塔内的正常操作，轻则影响产品分离质量，重则因水的“爆沸”而造成冲塔事故。腐蚀设备 氯化物，尤其是氯化钙和氯化镁，在加热并有水存在时，可发生水解反应放出 HCl，后者在有液相水存在时即成盐酸，造成蒸馏塔顶部低温部位的腐蚀。CaCl2+2H2OCa(OH)2+2HClMgCl2+2H2OMg(OH)2+2HCl当加工含硫原油时，虽然生成的 FeS 能附着在金属表面上起保护作用，可是，当有 HCl 存在时，FeS 对金属的保护作用不但被破坏，而且还加剧了腐蚀。Fe+H2SFeS+H2FeS+2HClFeCl2+H2S影响二次加工
5、原料的质量 原油中所含的盐类在蒸馏之后会集中于减压渣油中，当渣油进行二次加工时，无论是催化裂化还是加氢脱硫都要控制原料中钠离子的含量，否则将使催化剂中毒。含盐量高的渣油作为延迟焦化的原料时，加热炉管内因盐垢而结焦，产物石油焦也会因灰分含量高而降低等级。为了减少原油含盐含水对加工的危害，目前对设有重油催化裂化装置的炼厂提出了深度电脱盐的要求：脱后原油含盐量要小于3mg/L，含水量小于 0.2%。（二）原油脱盐脱水原理原油中的盐大部分能溶于水，为了能脱除悬浮在原油中的盐细粒，在脱盐脱水之前向原油中注入一定量不含盐的清水，充分混合，然后在破乳剂和高压电场的作用下，使微小水滴聚集成较大水滴，借重力从油
6、中分离，达到脱盐脱水的目的，这通常称为电化学脱盐脱水过程。含水的原油是一种比较稳定的油包水型乳状液（见图 3-1） ，之所以不易脱除水，主要是由于它处于高度分散的乳化状态。特别是原油中的胶质、沥青质、环烷酸及某些固体矿物质都是天然的乳化剂，它们具有亲水或亲油的极性基团。因此，极性基团浓集于油水界面而形成牢固的单分子保护膜。图 3-1 乳化剂形成“油包水”型乳化液的示意图保护膜阻碍了小颗粒水滴的凝聚，使小水滴高度分散并悬浮于油中，只有破坏这种乳化状态，使水珠聚结增大而沉降，才能达到油与水的分离目的。水滴的沉降速度符合球形粒子在静止流体中自由沉降的斯托克斯定律：（3-1）式中 u水滴沉降速度，m/
7、sd水滴直径，m水的密度，kg/m3油的密度，kg/m3油的运动粘度，m2/sg重力加速度，m/s2由式（3-1）可知，要增大沉降速度，主要取决于增大水滴直径和降低油的粘度，并使水与油密度差增加，前者由加破乳化剂和电场力来达到目的；后者则通过加热来实现。破乳化剂是一种与原油中乳化剂类型相反的表面活性剂，具有极性，加入后便削弱或破坏了油水界面的保护膜，并在电场的作用下，使含盐的水滴在极化、变形、振荡、吸引、排斥等复杂的作用后，聚成大水滴（图 3-2） 。同时，将原油加热到 80120，不但可使油的粘度降低，而且增大水与油的密度差，从而加快了水滴的沉降速度。图 3-2 高压电场中水滴的偶极聚结（三
8、）原油电脱盐工艺流程原油的二级脱盐脱水工艺原理流程示意图如图 3-3 所示。图 3-3 原油二级脱盐脱水工艺原理流程原油在与热源换热后加入水、破乳剂，通过静态混合器达到充分混合后从底部进入脱盐罐。一级脱盐罐脱盐率在 90%95%之间，在进入二级脱盐罐之前，仍需注入淡水，一级注水是为了溶解悬浮的盐粒，二级注水是为了增大原油中的水量，以增大水滴的偶极聚结力。脱水原油从脱盐罐顶部引出，经接力泵送至换热、蒸馏系统。脱出的含盐废水从罐底排出，经隔油池分出污油后排出装置。（四）影响脱盐脱水的因素针对不同原油的性质、含盐量多少和盐的种类，合理地选用不同的电脱盐工艺参数。1.温度温度升高可降低原油的粘度和密度
9、以及乳化液的稳定性，水的沉降速度增加。若温度过高(140)，油与水的密度差反而减小，同样不利于脱水。同时，原油的导电率随温度的升高而增大，所以温度太高不但不会提高脱水、脱盐的效果，反而会因脱盐罐电流过大而跳闸，影响正常送电。因此，原油脱盐温度一般选在 105140。2.压力脱盐罐需在一定压力下进行，以避免原油中的水轻组分汽化，引起油层搅动，影响水的沉降分离。操作压力视原油中轻馏分含量和加热温度而定，一般在 0.8MPa2MPa。3.注水量及注水的水质在脱盐过程中，注入一定量的水与原油混合，将增加水滴的密度使之更易聚结，同时注水还可以破坏原油乳化液的稳定性，对脱盐有利。注水量一般为 5%7%。增
10、加注水量，脱盐效果会提高，但注水过多，会引起电极间出现短路跳闸。4.破乳剂和脱金属剂破乳剂是影响脱盐率的最关键的因素之一。近年来随着新油井开发，原油中杂质变化很大，而石油炼制工业对馏分油质量的要求也越来越高，针对这一情况，许多新型广谱多功能破乳剂问世，一般都是二元以上组分构成的复合型破乳剂。破乳剂的用量一般是10g/g30g/g。为了将原油电脱盐功能扩大，近年来开发了一种新型脱金属剂，它进入原油后能与某些金属离子发生螯合作用，使其从油转入水相再加以脱除。这种脱金属剂对原油中的 Ca2+、Mg2+、Fe2+的脱除率可分别达到 85.9%、87.5%和 74.1%，脱后原油含钙可达到 3g/g 以
11、下，能满足重油加氢裂化对原料油含钙量的要求。由于减少了原油中的导电离子，降低了原油的电导率，也使脱盐的耗电量有所降低。5.电场梯度单位距离上的电压称为电场梯度。电场梯度越大，破乳效果越好。但电场梯度大于或等于电场临界分散梯度时，水滴受电分散作用，使已聚集的较大水滴又开始分散，脱水脱盐效果下降。我国现在各炼油厂采用的实际强电场梯度为 500V/cm100V/cm，弱电场梯度为150V/cm300V/cm。二、原油脱酸目前世界原油市场上高酸值原油(总酸值大于 1.0mgKOH/g)的产量占全球原油总产量的 5%左右,并且每年还在以 0.3%的速度增长。而且随着油田的深度开发，原油酸值还有不断上升的
12、趋势，这将给高酸值原油的加工带来极大的困难。（一）加工含酸原油面临的问题石油中的酸性含氧化合物包括环烷酸、芳香酸、脂肪酸和酚类等，总称为石油酸。环烷酸约占石油酸性含氧化合物的 90%左右，因此原油中酸的腐蚀主要是环烷酸的腐蚀。在石油炼制过程中,环烷酸的腐蚀性极强,酸值在 0.5mgKOH/g 以上就会产生强烈腐蚀,因加工高酸值原油引起的设备腐蚀而造成的泄漏、停车事故时有发生,直接影响着生产安全及运转周期,造成巨大的经济损失。（二）原油脱酸的机理由于原油中的环烷酸为油溶性，用一般的方法难以脱除，通过向原油中加入适当的中和剂及增溶剂，使原油中的环烷酸和其他酸与中和剂反应,将其先转化为水溶性或亲水的
13、化合物即生成盐进人溶剂相及水相，在破乳剂的共同作用下，在一定的电场强度和温度下将原油中的环烷酸除去。环烷酸脱除及回收的流程示意图如图 3-4 所示。图 3-4 环烷酸脱除及回收流程示意图（三）影响因素1 中和剂的用量原油中注中和剂的目的是为了中和原油中的有机酸，使其生成亲水的盐类，从而使其随着水分的脱除而脱除，因此，中和剂用量的选择非常关键，太大会导致油水乳化严重，造成脱后含水高，太小则不能将有机酸充分中和，降低脱酸率。2 破乳剂使用中和剂时，随着中和剂用量的增大，中和率的提高，原油乳化程度加重，如果采用一些性能优良的破乳剂，可以有助于原油破乳脱水。因此，需要选择合适的破乳剂。破乳剂的作用就是
14、破坏原油中形成的乳化膜，对确定的破乳剂，破乳作用的好坏，还与破乳剂用量有关。破乳剂用量的大小，取决于原油中乳化膜的多少，这个量必须通过试验才能确定。3 增溶剂的用量加人增溶剂的目的是为了促进生成的环烷酸盐在水中的溶解，提高脱酸率，合适的增溶剂用量应通过试验来确定。4 原油脱酸电场强度在电场作用下，原油中的乳化液滴沿电场方向极化，各相邻液滴间的静电作用力促使它们聚结下沉，相邻液滴间的聚结力与偶极距成正比。电场对原油破乳脱水有明显作用，加上适当电压，原油中悬浮的微小水滴迅速聚结下沉。电场强度增大时，微小水滴的聚结作用增强，同时大水滴间的分散作用也增大，所以，脱酸电场要考虑几方面的相互作用。电场强度
15、选一般选在 9001000V/cm。5 原油脱酸温度原油粘度降低，油水界面张力减小，水滴膨胀使乳化膜强度减弱。水滴热运动增加，碰撞结合机会增多，乳化剂在油中溶解度增加，所有这些均导致原油中乳化水滴破乳聚结，有利于脱酸。合适的脱酸温度为 110130。6 注水量原油注水的目的是为了溶解油中的环烷酸盐类，从而使其随着水分的脱除而脱除，因此，注水量的选择非常关键，太大会导致脱盐电耗增加，甚至跳闸，造成脱后含水高，太小则不能将油中的环烷酸盐洗除。第三节 原油常减压蒸馏工艺流程在炼油厂中，可以遇到多种形式的蒸馏操作，归纳起来有三种类型。闪蒸（平衡汽化） 、简单蒸馏（渐次汽化）和精馏。平衡汽化的逆过程称为
16、平衡冷凝，它们都可以使混合物得到一定程度的分离，但这种分离是比较粗略的。简单蒸馏是实验室或小型装置上常用于浓缩物料或粗略分割油料的一种蒸馏方法，其分离效果优于平衡汽化，但分离程度还是不高。精馏是分离液相混合物的很有效的手段，精馏有连续式和间歇式两种。采用精馏过程可以得到一定沸程的馏分，也可以得到纯度很高的产品。原油蒸馏装置采用的是精馏过程原油蒸馏流程，就是原油蒸馏生产的炉、塔、泵、换热设备、工艺管线及控制仪表等按原料生产的流向及加工技术要求内在联系而形成的有机组合。将此种内在的联系用简单的示意图表达出来，即成为原油蒸馏的流程图。原油蒸馏过程中，在一个塔内分离一次称一段汽化。原油经过加热汽化的次
17、数，称为汽化段数。汽化段数一般取决于原油性质、产品方案、处理量等。原油蒸馏装置汽化段数可分为以下几种类型：一段汽化式：常压；二段汽化式：初馏(闪蒸)-常压；二段汽化式：常压减压；三段汽化式：初馏-常压-减压；三段汽化式：常压-一级减压-二级减压；四段汽化式：初馏-常压-一级减压-二级减压；、主要适用于中、小型炼厂，只生产轻、重燃料或较为单一的化工原料。、用于大型炼厂的燃料型、燃料-润滑油型和燃料-化工型。、用于燃料-润滑油型和较重质的原油，以提高拔出深度或制取高粘度润滑油料。一、三段汽化的常减压蒸馏工艺流程原油蒸馏中，常见的是三段汽化。现以目前燃料-润滑油型炼厂应用最为广泛的初馏-常压-减压三
18、段汽化式为例，对原油蒸馏的工艺流程加以说明，装置的工艺原则流程如图 3-5 所示。图 3-5 三段汽化的常减压蒸馏工艺流程经过预处理的原油换热到 230240，进入初馏塔，从初馏塔塔顶分出轻汽油或催化重整原料油，其中一部分返回塔顶作顶回流。初馏塔侧线不出产品，但可抽出组成与重汽油馏分相似的馏分，经换热后，一部分打入常压塔中段回流入口处(常压塔侧一线、侧二线之间)，这样，可以减轻常压炉和常压塔的负荷；另一部分则送回初馏塔作循环回流。初馏塔底油称作拔头原油(初底油)，经一系列换热后，再经常压炉加热到 360370进入常压塔，它是原油的主分馏塔，在塔顶冷回流和中段循环回流作用下，从汽化段至塔顶温度逐
19、渐降低，组分越来越轻，塔顶蒸出汽油。常压塔通常开 35 根侧线及对应的汽提塔，煤油(喷气燃料与灯煤)、轻柴油、重柴油、变压器原料油等组分则呈液相按轻重依次馏出，这些侧线馏分经汽提塔汽提出轻组分后，经泵升压，与原油换热，回收一部分热量后经冷却到一定温度才送出装置。常压塔底重油又称常压渣油(AR)，用泵抽出送至减压炉，加热至400左右进入减压塔。塔顶分出不凝气和水蒸汽，进入大气冷凝器。经冷凝冷却后，用二至三级蒸汽抽空器抽出不凝气，维持塔内残压0.027MPa0.1MPa，以利于馏分油充分蒸出。减压塔一般设有 45 根侧线和对应的汽提塔，经汽提后与原油换热并冷却到适当温度送出装置。减压塔底油又称减压
20、渣油(VR)，经泵升压后送出与原油换热回收热量，再经适当冷却后送出装置。润滑油型减压塔在塔底吹入过热蒸汽汽提，对侧线馏出油也设置汽提塔，因为塔内有水蒸汽而称为湿式操作。对塔底不吹过热蒸汽、侧线油也不设汽提塔的燃料型减压塔，因塔内无水蒸汽而称为干式操作。它的优点是降低能耗和减少含油污水量，它的缺点是失去了水蒸汽降低油气分压的作用，对减少减压渣油2000ng/g） ，为了生产重整原料油，必须设置初馏塔。重整催化剂极易被砷中毒而永久失活，重整原料油的砷含量要求小于 200ng/g。如果进入重整装置的原料的含砷量超过 200ng/g，则仅依靠预加氢精制是不能使原料达到要求的。此时，原料应在装置外进行预
21、脱砷，使其含砷量小于 200ng/g 以下后才能送入重整装置。重整原料的含砷量不仅与原油的含砷量有关，而且与原油被加热的温度有关。例如在加工大庆原油时，初馏塔进料温度约 230，只经过一系列换热，温度低且受热均匀，不会造成砷化合物的热分解，由初馏塔顶得到的重整原料的含砷量小于20010-3g/g。若原油加热到 370直接进入常压塔，则从常压塔顶得到的重整原料的含砷量通常高达 150010-3g/g。重整原料含砷量过高不仅会缩短预加氢精制催化剂的使用寿命，而且有可能保证不了精制后的含砷量降至 110-3g/g 以下。因此，国内加工大庆原油的炼油厂一般都采用初馏塔，并且只取初馏塔顶的产物作为重整原
22、料。4.原油的含硫量和含盐量当加工含硫原油时，在温度超过 160180的条件下，某些含硫化合物会分解而释放出 H2S，原油中的盐分则可能水解而析出 HCl，造成蒸馏塔顶部、汽相馏出管线与冷凝冷却系统等低温部位的严重腐蚀。设置初馏塔可使大部分腐蚀转移到初馏塔系统，从而减轻了主塔常压塔顶系统的腐蚀，这在经济上是合理的。但是这并不是从根本上解决问题的办法。实践证明，加强脱盐脱水和防腐蚀措施，可以大大减轻常压塔的腐蚀而不必设初馏塔。（二）原油常压蒸馏塔的工艺特征由于原油是复杂混合物及炼油工业规模巨大，原油蒸馏塔具有自己的特点。下面具体讨论常压塔的工艺特征。1.复合塔原油通过常压蒸馏要切割成汽油、煤油、
23、轻柴油、重柴油和重油等产品。按照一般的多元精馏办法，需要有 N-1 个精馏塔才能把原料分割成 N 个产品。如要将原油分成五种产品时就需要四个精馏塔串联方式排列。当要求得到较高纯度的产品时，这种方案无疑是必要的。但是在石油精馏中，各种产品本身依然是一种复杂混合物，它们之间的分离精确度并不要求很高，两种产品之间需要的塔板数并不多，这种方案投资和能耗高，占地面积大，这些问题随生产规模增大而显得更加突出。因此，可以把这几个塔结合成一个塔如图 3-6 所示。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 1 个塔的提馏段，这样的塔称为复合
24、塔。诚然，这种塔的分馏精确度不会很高，例如在轻柴油侧线抽出板上除了柴油馏分以外，还有较轻的煤油和汽油的蒸气通过，这必然会影响到侧线产品轻柴油的馏分组成。但是，由于这些石油产品要求的分馏精确度不是很高，而且可以采取一些弥补的措施，因而常压塔实际上是采用复合塔的形式。图 3-6 常压蒸馏塔2.设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(如轻柴油的闪点等)，而且降低了较轻馏分的产率。为此，在常压塔的外侧，为侧线产品没汽提塔，在汽提塔底部吹入少量过热水蒸汽以降低侧线产品的油气分压，使混入产品中的较轻
25、馏分汽化而返回常压塔。这样既可达到分离要求，而且也很简便。显然，这种汽提塔与精馏塔的提馏段在本质上有所不同。侧线汽提用的过热水蒸汽量通常为侧线产品的 2%3%(质量分数)。各侧线产品的汽提塔常常重叠起来，但相互之间是隔开的。在有些情况下，侧线的汽提塔不采用水蒸汽而仍象正规的提馏段那样采用再沸器。这种做法是基于以下几点考虑：侧线油品汽提时，产品中会溶解微量水分，对有些要求低凝点或低冰点的产品如航空煤油可能使冰点升高。采用再沸提馏可避免此弊病。汽提用水蒸汽的质量分数虽小，但水的相对分子质量比煤油、柴油低数十倍，因而体积流量相当大，增大了塔内的汽相负荷。采用再沸提馏代替水蒸汽汽提有利于提高常压塔的处
26、理能力。水蒸汽的冷凝潜热很大，采用再沸提馏有利于降低塔顶冷凝器的负荷。采用再沸提馏有助于减少装置的含油污水量。采用再沸提馏代替水蒸汽汽提会使流程设备复杂些，因此采用何种方式要具体分析。至于侧线油品用作裂化原料时则可不必汽提。常压塔进料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，在塔底吹入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。塔底吹入的过热水蒸汽的质量分数一般为 2%4%o 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
27、沸器也十分庞大。减压塔的情况也是如此。由上述可见，常压塔不是一个完全精馏塔，它不具备真正的提馏段。3.全塔热平衡由于常压塔塔底不用再沸器，热量来源几乎完全取决于加热炉加热的进料。汽提水蒸汽(一般约 450)虽也带入一些热量，但由于只放出部分显热，且水蒸汽量不大，因而这部分热量是不大的。全塔热平衡的情况引出以下问题：常压塔进料的汽化率至少应等于塔顶产品和各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。至于一般二元或多元精馏塔，理论上讲进料的汽化率可以在 01 之间任意变化而仍能保证产品产率。在实际设计和操作中，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)上有足够的液相
28、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度。常压塔的过汽化度一般为 2%4%。实际生产中，只要侧线产品质量能保证，过汽化度低一些是有利的，这不仅可减轻加热炉负荷，而且由于炉出口温度降低可减少油料的裂化。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，由全塔热平衡决定的全塔回流比，变化的余地不大。幸而常压塔产品要求的分离精确度不太高，只要塔板数选择适当，在一般情况下，由全塔热平衡所确定的回流比已完全能满足精馏的要求。二元系或多元系精馏与原油精馏不同，它的回流比是由分离精确度要求确定的，至于全塔热平衡，可以通过
29、调节再沸器负荷来达到。在常压塔的操作中，如果回流比过大，必然会引起塔的各点温度下降、馏出产品变轻，拔出率下降。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，为了简化计算，对性质及沸点相近的组分所组成的体系作出了恒分子回流的近似假设，即在塔内的气、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能适用的。石油是复杂混合物，各组分间的性质可以有很大的差别，它们的摩尔汽化潜热可以相差很远，沸点之间的差别甚至可达几百度，例如常压塔顶和塔底之问的温差就可达250左右。显然，以精馏塔上、下部温差不大、塔内各组分的摩尔汽化潜热相近为基础所作出的恒分子回流这一假设对常压塔是完
30、全不适用的。（三）减压蒸馏塔的工艺特征原油中的 350以上的高沸点馏分是润滑油和催化裂化、加氢裂化的原料，但是由于在高温下会发生分解反应，所以在常压塔的操作条件下不能获得这些馏分，只能通过减压蒸馏取得。通过减压蒸馏可以从常压重油中蒸馏出沸点约 550以前的馏分油。减压蒸馏的核心设备是减压精馏塔和它的抽真空系统。根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型和燃料型两种，见图3-7 和图 3-8。润滑油型减压塔是为了提供粘度合适、残炭值低、色度好、馏程较窄的润滑油料。燃料型减压塔主要是为了提供残炭值低、金属含量低的催化裂化和加氢裂化原料，对馏份组成的要求是不严格的。无论哪种类型的减压塔，都要求有尽可能
31、高的拔出率。图 3-7 润滑油型减压塔图 3-8 燃料型减压塔1.减压塔的一般工艺特征降低从汽化段到塔顶的流动压降。这主要依靠减少塔板数和降低气相通过每层塔板的压降。降低塔顶油气馏出管线的流动压降。为此，减压塔塔顶不出产品，塔顶管线只供抽真空设备抽出不凝气用。因为减压塔顶没有产品馏出，故只采用塔顶循环回流而不采用塔顶冷回流。减压塔塔底汽提蒸汽用量比常压塔大，其主要目的是降低汽化段中的油气分压。近年来，少用或不用汽提蒸汽的干式减压蒸馏技术有较大的发展。降低转油线压降，通过降低转油线中的油气流速来实现。减压塔汽化段温度并不是常压重油在减压蒸馏系统中所经受的最高温度，此最高温度的部位是在减压炉出口。
32、为了避免油品分解，对减压炉出口温度要加以限制，在生产润滑油时不得超过 395，在生产裂化原料时不超过 400420，同时在高温炉管内采用较高的油气流速以减少停留时间。缩短渣油在减压塔内的停留时间。塔底减压渣油是最重的物料，如果在高温下停留时间过长，则其分解、缩合等反应进行得比较显著。其结果，一方面生成较多的不凝气使减压塔的真空度下降；另一方面会造成塔内结焦。因此，减压塔底部的直径通常缩小以缩短渣油在塔内的停留时间。此外，有的减压塔还在塔底打入急冷油以降低塔底温度，减少渣油分解、结焦的倾向。由于上述各项工艺特征，从外形来看，减压塔比常压塔显得粗而短。此外，减压塔的底座较高，塔底液面与塔底油抽出泵
33、入口之间的位差在 10m 左右，这主要是为了给热油泵提供足够的灌注头。2.减压塔的抽真空系统减压塔之所以能在减压下操作，是因为在塔顶设置了一个抽真空系统，将塔内不凝气、注入的水蒸汽和极少量的油气连续不断地抽走，从而形成塔内真空。减压塔的抽真空设备可以用蒸汽喷射器（也称蒸汽喷射泵或抽空器）或机械真空泵。在炼油厂中的减压塔广泛地采用蒸汽喷射器来产生真空，图 3-9 是常减压蒸馏装置常用的蒸汽喷射器抽真空系统的流程。抽真空系统的流程减压塔顶出来的不凝气、水蒸汽和少量油气首先进入一个管壳式冷凝器。水蒸汽和油气被冷凝后排入水封罐，不凝气则由一级喷射器抽出从而在冷凝器中形成真空。由一级喷射器抽来的不凝气再
34、排入一个中间冷凝器，将一级喷射器排出的水蒸汽冷凝。不凝气再由二级喷射器抽走而排入大气。为了消除因排放二级喷射器的蒸汽所产生的噪音及避免排出的蒸汽的凝结水洒落在装置平台上，通常再设一个后冷器将水蒸汽冷凝而排入水罐，而不凝气则排入大气。图 3-9 抽真空系统流程冷凝器是在真空下操作的。为了使冷凝水顺利地排出，排出管内水柱的高度应足以克服大气压力与冷凝器内残压之间的压差以及管内的流动阻力。通常此排液管的高度至少应在 10m 以上，在炼油厂俗称此排液管为大气腿。冷凝器图 5-32 中的冷凝器是采用间接冷凝的管壳式冷凝器，故通常称为间接冷凝式二级抽真空系统。它的作用在于使可凝的水蒸汽和油气冷凝而排出，从
35、而减轻喷射器的负荷。冷凝器本身并不形成真空，因为系统中还有不凝气存在。另外，最后一级冷凝器排放的不凝气中，气体烃(裂解气)占 80%以上，并含有硫化物气体，造成大气污染和可燃气的损失。国内外炼厂都开始回收这部分气体，把它用作加热炉燃料，既节约燃料，又减少了对环境的污染。蒸汽喷射器蒸汽喷射器(或蒸汽喷射泵)如图 3-10 所示。蒸汽喷射器由喷嘴、扩张器和混合室构成。高压工作蒸汽进入喷射器中，先经收缩喷嘴将压力能变成动能，在喷嘴出口处可以达到极高的速度(1000m/s1400m/s)，形成了高度真空。不凝气从进口处被抽吸进来，在混合室内与驱动蒸汽混合并一起进入扩张器，扩张器中混合流体的动能又转变为
36、压力能，使压力略高于大气压，混合气才能从出口排出。图 3-10 蒸汽喷射器1-喷管； 2-蒸汽入口； 3-气体入口； 4-混合气出口； 5-扩张器)增压喷射泵在抽真空系统中，不论是采用直接混合冷凝器、间接式冷凝器还是空冷器，其中都会有水存在。水在其本身温度下有一定的饱和蒸汽压，故冷凝器内总是会有若干水蒸汽。因此，理论上冷凝器中所能达到的残压最低只能达到该处温度下水的饱和蒸汽压。减压塔顶所能达到的残压应在上述的理论极限值上加上不凝气的分压、塔顶馏出管线的压降、冷凝器的压降，所以减压塔顶残压要比冷凝器中水的饱和蒸气压高，当水温为 20时，冷凝器所能达到的最低残压为 0.0023MPa，此时减压塔顶
37、的残压就可能高于 0.004MPa了。实际上，20的水温是不容易达到的，二级或三级蒸气喷射抽真空系统，很难使减压塔顶达到 0.004Mpa 以下的残压。如果要求更高的真空度，就必须打破水的饱和蒸汽压这个极限。因此，在塔顶馏出气体进入一级冷凝之前，再安装一个蒸汽喷射器使馏出气体升压，如图 3-11 所示。图 3-11 增压喷射器由于增压喷射器前面没有冷凝器，所以塔顶真空度就能摆脱水温限制，而相当于增压喷射器所能造成的残压加上馏出线压力降，使塔内真空度达到较高程度。但是，由于增压喷射器消耗的水蒸汽往往是一级蒸汽喷射器消耗蒸汽量的四倍左右，故一般只用在夏季、水温高、冷却效果差、真空度很难达到要求的情
38、况下以及干式蒸馏使用增压器。第四节 原油蒸馏的能耗与节能技术原油蒸馏装置消耗能量约占炼厂总用能的 25%30%,为炼油厂消耗自用燃料量最大的生产装置。因而，常减压蒸馏装置的节能技术对企业降低加工成本、合理利用石油资源、增强竞争能力等方面都有着举足轻重的作用。常减压蒸馏装置主要采用新工艺、新设备以及优化操作等技术进行节能。一、采用新技术，改进工艺过程改进工艺过程是蒸馏装置节能的重要手段,包括改进工艺生产流程,采用节能新工艺、新技术等内容。（一）原油深度脱盐原油常减压蒸馏装置是炼油厂的“龙头”装置,而电脱盐又是常减压蒸馏的第一道工序。当今的电脱盐工艺已不仅是一种防腐手段，而且已变成为下游装置提供优
39、质原料所必不可少的预处理装置,是炼油厂降低能耗、减轻设备结和腐蚀、减少催化剂消耗及改善产品质量的重要工艺过程,并直接关系到炼油厂的经济效益。用过滤法对原油进行深度脱盐技术是一种对乳化原油破乳的新技术。该技术首先要选择一种良好的固体吸附剂作为过滤材料,并制成破乳过滤柱。这种过滤法工艺具有明显的节电、节水、节省破乳剂的效果。（二）提高原油拔出率随着经济的不断发展,世界石油资源呈现原油重质化现象,原油的重质化导致了常减压蒸馏的拔出率日益降低。从某种意义上讲,常减压蒸馏装置的拔出率是衡量其技术水平的一个重要指标。关于提高常减压蒸馏拔出率的研究有很多,但传统的利用节能降耗、设备改造、工艺改进等方法提高拔
40、出率的潜力已经越来越小,因此人们开始把研究重心转移到试图找到一种能对原油体系进行活化的物质,通过对原油进行活化达到提高拔出率的目的。基于这一想法强化蒸馏技术得到了发展。加入活化剂强化原油蒸馏从根本上提高轻质油的拔出率,从而更加合理的利用宝贵石油资源,为炼油企业带来效益。强化蒸馏提高原油拔出率所带来的经济效益不仅体现在蒸馏装置上,更重要的是体现在下游加工装置、产品调合、化工生产等更高的经济效益上。如润滑油装置,减压深拔增大了润滑油料,给工厂带来巨大的经济效益；减轻氧化沥青和延迟焦化的加工负荷,有利于提高沥青和针状焦的质量。一般加入活化剂 0.5%6%,拔出率可提高 2%17%,且不影响油品的性质
41、和质量。现有炼油装置采用强化技术,不必改动原有工艺和操作条件,投入少,见效快,效益高,对设备、产品及环保无不良影响。二、采用新型、高效、低耗设备（一）塔内构件的改造，提高分离效率分馏塔是原油蒸馏过程的核心设备，塔内传质构件即塔板、塔填料，是油品分馏塔最关键的部件，对于一个操作方案已定的分馏塔，塔内传质构件选用是否得当，直接关系着能否保证产品质量，发挥设备潜力，提高轻油收率，高产、优质、低消耗地完成各项任务。1.采用波纹填料，提高传质效率蒸馏装置发展趋势是现代填料塔逐步取代传统填料塔，且大部分取代大型板式塔。在乱堆填料、规整填料和塔板的比较中，规整填料的压降低，另外，规整填料还有传质效率高、处理
42、量大、塔的放大效应小等优点。2.使用新型塔板，改善分馏效率板式塔历来应用最广，随着塔器技术不断进步，各种新型高效塔板应运而生，并获得了广泛应用。导向浮阀目前应用最为广泛，主要有三种形式：矩形导向浮阀、梯形导向浮阀及组合导向浮阀。一般而言，液流强度较小时用矩形浮阀较好；液流强度较大时，梯形浮阀较好；适当配比的组合导向浮阀兼有矩形浮阀和梯表形浮阀的优点，克服了二者的缺点，具有更广的适用范围和更好的操作性能。（二）使用新型换热器，提高换热器的热回收率原油蒸馏过程中有大量余热需要回收，也有大量低温热量需要冷凝或冷却，故需用很多换热器和冷凝冷却器，耗用大量钢材，因此提高冷换设备的换热效率、减少换热面积对
43、节约钢材和投资、减少能耗具有重要意义。近几年我国原油蒸馏主要采用螺纹管换热器，它应用在原油蒸馏装置中，可有效地节省建设投资，如一个新建的3.5 Mt/a 燃料-润滑油型蒸馏装置由于较多地选用了螺纹管换热器省了约 2500 m2 换热面积,占总换热面积的 246%,使装置在换热器的投资上降低了四分之一；折流杆换热器可以提高外膜传热系数，减少壳程压力降。（三）采用新措施，提高加热炉效率加热炉是主要的能源转换设备，在炼油厂综合能耗中约占 1/3 是通过加热炉进行转换和消耗的。因此提高加热炉热效率和热负荷已成为挖潜增效的主要措施。目前可采取的措施有：开发和应用高效率大能量燃烧器，采用降低过剩空气系数和
44、减少雾化蒸汽量的技术措施；采用多种型式的扩面管和各种除灰技术；广泛应用陶纤衬里等隔热材料，减少散热损失；加强烟气热回收，减少排烟热损失，开发应用各种型式的空气预热器，配置余热锅炉；采用高效监测仪表，微机控制管理。（四）采用变频技术，降低装置电耗由于原油供应日益紧张,一些厂家蒸馏装置加工量波动较大。对此,若主要依靠调节阀节流来调节流量的机泵,装置的机泵经常处于“大马拉小车”的情况,造成机泵的电耗量增加,而在常减压装置上应用变频调速技术节能效果是十分显著的。三、优化换热网络国内常减压蒸馏装置的热回收率一般为 60%，一些经过最优化设计的蒸馏装置热回收率可达到 80%左右。目前国内常减压蒸馏装置进一
45、步提高热回收率的关键在于如何解决好低温位热源的利用问题。常减压蒸馏装置低温热源来自两个方面，一个来自于高温位热源经过多次换热温度逐渐降低，最终变成了低温位热源；另外一个是低温位热源直接来自轻质油，轻质油从塔内馏出的温度不高，它本来就是低温位热源。低温位热能的利用是常减压装置节能工作中的重要一环,随着节能工作的深入开展,其重要性也日益增大。低温位热能经过利用,可以节约燃料,减少冷却水用量和空冷器的电力消耗,有很大的节能效果。它在回收利用中的主要困难是由于温位较低,换热时与冷流的温差较小,需要用较大的换热面积、占地和投资。低温位热的回收，可以从两个方面入手：首先是选用适宜的工艺流程，采用先进的换热
46、网络技术；其次是更新换热设备，用高效换热器提高传热效果。（一）原油分多段换热，充分利用低温位热源含硫原油中轻组分多，在常减压蒸馏过程中会产生比较多的低温位热，回收利用这部分低温位热难度较大。在加工国产原油的时候，因为轻组分油少，初馏塔和闪蒸塔的作用不突出，加工含硫原油初馏塔和闪蒸塔的作用显得尤为重要。初馏塔和闪蒸塔既有单独与常压塔匹配的工艺流程，也有一起与常压塔匹配的工艺，甚至有两个闪蒸塔与常压塔匹配的工艺。不论是何种工况，都是从有利于加工含硫原油出发，既要实现装置原油加工能力的最大化，又要使加热炉负荷，尤其是常压炉负荷不会大幅度增加。利用好低温位热源预热原油，最大限度地使轻组分在较低的原油预
47、热温度下从中分离。含硫原油，无须从加热炉获取热量，而是通过与低温位热源换热，原油换热到 150250，经过初馏塔、闪蒸塔就可以得到分离。分离出轻组分后的拔头原油，可以进一步与中低温位热源进行换热，原油的多段换热就有了实际意义。含硫原油经过初馏和闪蒸，进常压炉拔头油的量比进装置的原油量少 16%左右。而加工国产原油时，初馏塔或闪蒸塔的拔出率只有3%6%。尽管加工含硫原油时低温位热多，但是由于原油的多段换热，充分发挥初馏塔和闪蒸塔的作用，做到轻组分在低温下充分汽化分离，低温位热得到有效回收利用，原油经换热，进常压炉的温度与加工国产原油时相当，一般也可达到 294左右。（二）利用窄点技术，优化换热网
48、络窄点换热技术的显著特点是与原油换热的热源每经过一次热交换，它的温度降幅比较小，相应地原油温升也比较小。常减压蒸馏得到的各种馏分从塔内馏出时，具有不同的温位。按照窄点技术，每一热馏分油要分几个温度段与原油等冷介质进行热交换。热源和冷源都被分割成众多的温度段，换热网络的优化就有了数量上的保证。过去传统的换热方式，原油每经过一次换热，温升幅度大，热源经换热温降幅度也大，热交换次数少，换热网络的优化比较困难。加工中东含硫原油，低温位热量多，高温位热量不足。换热流程采用窄点技术设计，有利于换热网络的优化，提高低温位热的回收利用率。国内某厂加工中东含硫原油，温降幅度小于 50的占65%85%，温降幅度超
49、过 100的仅为 3%4%。第五节 原油蒸馏装置的腐蚀与防护随着采油技术的不断进步，我国原油产量稳步增长，尤其是重质原油产量增长较快，使炼厂加工的原油种类日趋复杂、性质变差、含硫量和酸值都有所提高。此外，我国加工进口原油的数量也逐年增加，其中含硫量高的中东原油必须采取相应对策防止设备腐蚀。一般可从原油的盐、硫、氮含量和酸值的大小来判断加工过程对设备造成腐蚀的轻重，通常认为含硫量0.5%、酸值0.5mgKOH/g、总氮0.1%和盐未脱到 5mg/L 以下的原油，在加工过程中会对设备和管线造成严重腐蚀。一、腐蚀机理（一）低温部位 HCl-H2S-H2O 型腐蚀低温部位腐蚀是因为原油加工过程中，脱盐不彻底的原油中残存的氯盐，在 120以上发生水解生成 HCl，HCl 属挥发性强酸,它随原油的轻组分及水汽一同进入塔顶冷凝系统。加工含硫原油时塔内有H2S，当 HCl 和 H2S 为气体状态时只有轻微的腐蚀性，一旦进入有液体水存在的塔顶冷凝区，不仅因 HCl 生成盐酸会引起设备腐蚀，而且形成了 HCl-H2S-H2O 的介质体系，由于 HCl 和 H2S
