原油常减压蒸馏流程及设备简介

一个炼油生产装置有各种工艺设备(如加热炉、塔、反应器)及机泵等，它们是为完成一定的生产任务按照一定的工艺技术要求和原料的加工流向互相联系在一起，即构成一定的工艺流程。所谓工艺流程，就是一个生产装置的设备(如塔、反应器、加热炉)、机泵、工艺管线按生产的内在联系而形成的有机组合。一个工业装置的好坏不仅取决于各种设备性能，而且与采用的工艺流程的合理程度有很大关系。

目前，炼油厂最常采用的原油蒸馏流程是两段汽化流程和三段汽化流程。所谓汽化段数就是原油经历的加热汽化蒸馏的次数。两段汽化流程包括两个部分：常压蒸馏和减压蒸馏。三段汽化流程包括3个部分：原油初馏、常压蒸馏和减压蒸馏。下面介绍典型的三段汽化工艺流程。

(一)原油三段汽化常减压蒸馏流程

典型的三段汽化常减压蒸馏流程如图2-1所示。

图2-1　三段汽化常减压蒸馏流程

经过脱盐脱水的原油换热到230～240℃进初馏塔(又称预汽化塔)，塔顶出轻汽油馏分或催化重整原料。初馏塔底油称为拔头原油，经一系列换热后，在常压炉加热至360～370℃进入常压塔。常压塔是原油的主分馏塔，塔顶出汽油。侧线自上而下分别出煤油、柴油以及其他油料。常压部分大体可以得到相当于原油实沸点馏出温度约为360℃的产品。除了用增减回流量及各侧线馏出量以控制塔的各处温度外，通常各侧线处设有汽提塔，用吹入水蒸气或采用热重沸(加热油品使之汽化)的方法调节产品质量。常压部分拔出率高低不仅关系到该塔产品质量与收率，而且也将影响减压部分的负荷以及整个装置生产效率的提高。除塔顶冷回流外，常压塔通常还设置2～3个中段循环回流。塔底用水蒸气汽提，塔底重油(或称常压渣油，AR)用泵抽出送减压部分。

常压塔底油经减压炉加热到405～410℃进入减压塔，为了减少管路压力降和提高减压塔顶真空度，减压塔顶一般不出产品而直接与抽真空设备连接，并采用顶循环回流方式。减压塔大都开有2～4个侧线，根据炼油厂的加工类型(燃料型或润滑油型)不同可生产裂化原料或润滑油料。由于加工类型不同，塔的结构及操作控制也不一样。润滑油型装置减压塔设有侧线汽提塔以调节馏出油质量，除顶回流外，也设有2～3个中段循环回流。燃料型装置则无须设汽提塔。减压塔底重油(或称减压渣油，VR)用泵抽出经换热冷却送出装置，也可以直接送至下道工序作为热进料。

从原油的处理过程来看，上述常减压蒸馏装置分为原油初馏(预汽化)、常压蒸馏和减压蒸馏3部分，油料在每一部分都经历一次加热—汽化—冷凝过程，故称之为三段汽化。如从过程的原理来看，实际上只是常压蒸馏与减压蒸馏两部分，而常压蒸馏部分可采用单塔(一个常压塔)流程或者用双塔(初馏塔和常压塔)流程。

原油蒸馏是否采用初馏塔应根据具体条件对有关因素进行综合分析后决定，其中原油性质是主要因素。

1.原油轻馏分含量

原油在加热升温时，当其中轻质馏分逐渐汽化，原油通过系统管路和换热器的流动阻力就会增大，因此在处理轻馏分含量高的原油时设置初馏塔。换热后的原油在初馏塔中分出部分轻馏分再进入常压炉，可显著减小换热系统压力降，避免原油泵出口压力过高，减少动力消耗和设备泄漏的可能性。原油中的轻质馏分含量到多少才应该采用初馏塔还与换热流程的安排有关，需通过综合对比才能得到合理的方案。一般认为，原油中汽油馏分含量接近或超过20%就应考虑设置初馏塔。

2.原油脱水效果

当原油脱盐脱水不好，在原油加热时，水分汽化会增大流动阻力及引起系统操作不稳。水分汽化的同时盐分析出附着在换热器和加热炉管壁影响传热，甚至堵塞管路。采用初馏塔可减小或避免上述不良影响。

3.原油的硫含量和盐含量

在加工含硫、含盐高的原油时，虽然采取一定的防腐措施，但很难彻底解决塔顶和冷凝系统的腐蚀问题。设置初馏塔后，可使大部分腐蚀转移到初馏塔系统，从而减轻主塔(常压塔)塔顶系统腐蚀，经济上是合算的。

4.原油的砷含量

汽油馏分中砷含量取决于原油中砷含量以及原油被加热的程度，如作重整原料，砷是重整催化剂的严重毒物。当处理砷含量高的原油，蒸馏装置设置初馏塔可得到含砷量低的重整原料。

此外，设置初馏塔有利于装置处理能力的提高，设置初馏塔并提高其操作压力(例如达0.3MPa)能减少塔顶回流油罐轻质汽油的损失等。因此蒸馏装置中常压部分设置双塔，虽然增加一定投资和费用，但可提高装置的操作适应性。当原油含砷、含轻质馏分量较低，并且所处理的原油品种变化不大时，可以采用二段汽化，即仅有一个常压塔和一个减压塔的常减压蒸馏流程。

(二)常压精馏塔的工艺特征

原油精馏塔的工作原理与一般精馏塔相同，但也有其自身的特点，这主要是它所处理的原料和所得到的产品组成比较复杂，不同于处理有限组分混合物的一般精馏塔。概括地说，结构上是带有多个侧线汽提的复合塔，在操作上是固定的供热量和小范围调节的回流比。原油常压蒸馏就是原油在常压(或稍高于常压)下进行的蒸馏，所用的蒸馏设备叫作原油常压精馏塔，简称常压塔。

1.常压塔是一个复合塔和不完全塔

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5种馏分。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个馏分。而常压塔却是在塔的侧部开若干侧线以得到如上所述的多个馏分，就像n个塔叠在一起一样，故称为复合塔或复杂塔。这样的塔由于侧线产品未经严格的提馏，分离能力较低，不可能分离得到较纯的组分，但由于对石油产品的分馏精确度要求不高，还是可以满足分离要求的，且具有占地面积小，投资少，能耗低的优点，因此被广泛应用于原油蒸馏中。

2.设置汽提段和侧线汽提塔

对原油精馏塔，提馏段的底部常常不设再沸器，因为塔底温度较高，一般在350℃左右，在这样的高温下，很难找到合适的再沸器热源，通常向底部吹入少量过热水蒸气，以降低塔内的油汽分压，使混入塔底重油中的轻组分汽化，这种方法称为汽提。因此，原油精馏塔的提馏段习惯上被称为汽提段，汽提段的分离效果不如一般精馏塔的提馏段。汽提所用的水蒸气通常是400～450℃，约为0.3MPa的过热水蒸气。

在复合塔内，汽油、煤油、柴油等产品之间只有精馏段而没有提馏段，侧线产品中会含有相当数量的轻组分，这不仅影响本侧线产品的质量(如闪点等)，而且降低了较轻馏分的收率。所以通常在常压塔的旁边设置若干个侧线汽提塔。侧线产品从常压塔中抽出，送入汽提塔上部，从该塔下部注入水蒸气进行汽提，汽提出的低沸点组分同水蒸气一道从汽提塔顶部引出返回主塔，侧线产品由汽提塔底部抽出送出装置。侧线汽提塔相当于一般精馏塔的提馏段，塔内通常设置3～4层塔板，因此可将这些汽提塔重叠起来，但相互之间是隔开的。

当某些侧线产品需严格控制水分含量时(如生产喷气燃料)，不能采取水蒸气汽提，而需用“热重沸”的方式，即侧线油品与温度较高的下一侧线油品换热，使之部分汽化，产生气相回流，起到提馏作用，这与使用重沸器的提馏段完全一样。

3.基本固定的供热量和小范围调节的回流比

原油主要是各种烃类的混合物，在高于350℃的温度下就会因受热分解而影响产品质量。因此常压塔进料温度通常限制在360～370℃，允许油料有轻微的分解，但又不至于严重影响产品质量。原油精馏所需的供热，主要是靠进料在加热炉中获得，使其加热到限定的最高温度后进入塔内，而不像一般精馏塔用塔底重沸器供热，但这就意味着原油精馏塔的供热量大体上是固定的，因此回流比也大体上是固定的，在正常生产中调节余地很小，但由于原油精馏的分离精确度要求不高，这样做还是能满足生产要求的。

4.进料应有一定的过汽化率

原油精馏所需的热量，主要靠原油本身带入，因此原油在进料段的汽化率应略高于塔顶和各侧线产品收率的总和，以保证要求的拔出率或轻质油收率。这个过量的汽化百分率称为过汽化率。过量汽化的目的是使精馏塔最低侧线以下的几层塔板有一定的内回流，以保证其分馏效果。常压塔的过汽化率一般为2%～4%。但过汽化率也不宜太高，以免使进料温度过高而引起进料分解和能量消耗。

5.恒分子回流的假定不成立

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做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。但石油是复杂混合物，各组分间的性质有很大的差别，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。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全不适用的。

(三)回流方式

原油精馏塔除在塔顶采用冷回流或热回流外，根据原油精馏处理量大，产品质量要求不太严格，一塔出多个产品等特点，还采用了一些特殊的回流方式。

1.塔顶冷回流

将塔顶汽相馏出物在冷凝冷却器中全部冷凝并进一步冷却为低于相平衡温度的过冷液体，将其中一部分送回塔内作为回流。冷回流在塔内重新汽化时需吸收升温显热和相变潜热，因此用量少，但由于塔顶温度低，回流热不好利用。

2.塔顶热回流

将塔顶气相馏出物部分冷凝为饱和液体作为回流。在同等条件下与冷回流相比，热回流用量较多。但在某些情况下，例如需要将冷凝器安装在精馏塔顶空间时，也常使用这种回流。此时产品蒸汽被部分冷凝随即返回成回流液，这就是热回流。塔内各层塔板之间由上层流到下层的液体称为内回流，以区别于塔外引入的回流，内回流都是饱和液体，其特点与热回流相同。

3.塔顶油气二级冷凝冷却

塔顶油气二级冷凝冷却是塔顶回流的一种特殊形式。首先将塔顶气相馏出物冷凝(温度为55～90℃)，回流送回塔内，产品则进一步冷却到安全温度(约40℃)以下。第一步在温差较大情况下取出大部分热量，第二步虽然传热温差较小，但热量也较少。与一般塔顶回流方式相比，二级冷凝冷却所需传热面积较小，设备投资较少，但流程复杂，回流液输送量较大，操作费用增加，一般来说大型装置采用此方式较为有利。

4.循环回流

循环回流按其所在部位分为塔顶、中段和塔底3种方式。循环回流是从塔内某个位置抽出部分液体，经换热冷却到一定温度后再返回塔内。物流在整个过程中处于液相，只是在塔内外循环流动，借助于换热器取走部分剩余热量，本身没有相变化，故用量较大。

(1)塔顶循环回流

多用于减压塔、催化裂化分馏塔等需要塔顶气相负荷小的场合。由于塔顶没有回流蒸汽通过，塔顶馏出线和冷凝冷却系统的负荷大为减小，故流动压降变小，使减压塔的真空度提高。对催化裂化分馏塔来讲，则可提高富气压缩机的入口压力，降低气压机功率消耗。

(2)中段循环回流

中段循环回流又称中段回流，是炼油厂分馏塔最常采用的回流方式之一。中段回流不能单独使用，必须与塔顶回流配合。采用这种回流方式，可以使回流热在高温部位取出，充分回收热能，同时还可以使部分气液负荷沿塔高均匀分布，减小塔径(对设计来说)或提高塔的处理能力(对现成设备来说)。当然采用中段回流也会带来些弊端，例如回流抽出板至返回板之间的塔板只起换热作用，分离能力通常仅为一般塔板的50%。而且采用中段回流后，会使其上部塔板上的内回流量大大减少，影响塔板效率。基于上述原因，为保证塔的分馏效果，就必须增加塔板数，因而将使塔高增加。此外还要增设泵和换热器，工艺流程也将变得复杂。要根据需要综合考虑，一般来说，对有3～4个侧线的分馏塔，推荐用两个中段回流；对有1～2个侧线的塔可采用一个中段回流，在塔顶和一线之间通常不设中段循环回流。中段回流出入口间一般相隔2～3块塔板，其间温差可选在80～120℃。

(3)塔底循环回流

只用于某些特殊场合(例如催化裂化分馏塔的油浆循环回流)。

(四)减压精馏塔的工艺特征

通过常压蒸馏可以把原油中350℃以下的汽油、煤油、轻柴油等直馏产品分馏出来。然而在350℃以上的常压重油中仍含有许多宝贵的润滑油馏分和催化裂化、加氢裂化原料未能蒸出。如果在常压条件下采取更高温度进行蒸馏，它们就会受热分解，所以在常压塔的操作条件下不能获得这些馏分，而只能在减压和较低的温度下通过减压蒸馏取得。因此在原油分馏过程中，通常都在常压蒸馏之后安排一级或两级减压蒸馏，以便把沸点高达550～600℃的馏分深拔出来。减压蒸馏所依据的原理与常压蒸馏相同，关键是采用抽真空措施，使塔内压力降到几千帕。

1.根据生产任务不同，减压精馏塔分润滑油型与燃料型两种。润滑油型减压塔以生产润滑油料为主，要求得到颜色浅、残炭值低，馏程较窄、安定性好的减压馏分油，因此润滑油型减压塔不仅要求有较高的拔出率，而且应具有足够的分馏精确度。燃料型减压塔主要生产二次加工原料，如催化裂化或加氢裂化原料，对分馏精确度要求不高，主要希望在控制杂质含量(如残炭值低、重金属含量少)的前提下，尽可能提高拔出率。

2.减压精馏塔的塔板数少，压降小，真空度高，塔径大。为了尽量提高拔出深度而又避免分解，要求减压塔在经济合理的条件下尽可能提高汽化段的真空度。因此，一方面要在塔顶配备强有力的抽真空设备，同时要减小塔板的压力降。减压塔内应采用压降较小的塔板或填料。减压馏分之间的分馏精确度一般比常压馏分要求低，因此通常在减压塔的两个侧线馏分之间只设3～5块精馏塔板。在减压下，塔内的油气、水蒸气、不凝气的体积变大，减压塔塔径变大。

3.塔底和塔顶采用缩径。塔底减压渣油是最重的物料，如果在高温下停留时间过长，则会造成分解、缩合等反应加剧，导致不凝气增加，使塔的真空度下降，同时塔底也会结焦。因此，减压塔底部常常采用缩径，以缩短渣油在塔内的停留时间。另外，减压塔顶不出产品，上部气相负荷小，通常也采用缩径，这样减压塔就成为一个中间粗、两头细的精馏塔。

润滑油型减压塔除具有上述一般减压塔的特点外，其设计计算与常压塔大致相同。由于现代炼油厂的二次加工能力不断扩大，致使燃料型减压塔处理量剧增。因此，如何使塔尽可能提高处理能力，是燃料型减压塔的关键问题。由于裂化原料的馏分组成要求不严格，所以燃料型减压塔可以优先考虑采用压降低的塔板，塔内板数减少并设置多处循环回流，这样就能尽量减少塔内蒸汽负荷。在每一处循环回流抽出板与返回板之间的塔段中，冷的回流液体与通过该塔段的产品蒸汽直接接触而使之冷凝。因此，塔段内的塔板实际上成了换热板，在其上进行的是平衡冷凝过程。在每一个塔段中，循环回流取走的热量，大体相当于所在塔段侧线产品的冷凝热(严格地说应加上以上各侧线产品蒸汽以及通过该塔段的水蒸气和不凝气温降放出的显热)。

(五)润滑油型减压塔的工艺特征

润滑油型减压塔为后续的加工过程提供润滑油料，它的分馏效果直接影响到其后的加工过程和润滑油产品的质量。从蒸馏过程本身来说，对润滑油料的质量要求主要是黏度合适、残炭值低、色度好，在一定程度上也要求馏程要窄。因此，对润滑油型减压塔的分馏精确度的要求与原油常压分馏塔差不多，故它的设计计算也与常压塔大致相同(图2-2)。

图2-2　润滑油型减压塔

由于减压下馏分之间的相对挥发度较大，而且减压塔内采用较大的板间距，故两个侧线馏分之间的塔板数比常压塔少，一般3～5块塔板即能满足要求。

有的减压塔的侧线抽出板采用升气管式(或称烟囱形)抽出板。这种抽出板形式对于集油和抽油操作比较好，但是它没有精馏作用.其压降为0.13～0.26kPa。

中段回流可以采用把中段回流抽出与侧线抽出结合在一起，这样可使塔板效率受循环回流的影响小些，以减少由于中段回流而加设的塔板的数目，有利于降低精馏段的总压降。

减压塔各点的温度条件的求定方法按理应与常压塔相同，但是在减压塔中内回流对油气分压的作用比较难确定，因此，对减压塔的温度条件常按如下经验来求定。

侧线温度是取抽出板上总压的30%～50%作为油气分压，计算在该分压下侧线油品的泡点温度。

塔顶温度是不凝气和水蒸气离开塔顶的温度，一般比塔顶循环回流进塔温度高出28～40℃。

塔底温度通常比汽化段温度低5～109℃或更多。

润滑油型减压蒸馏主要是为后续的润滑油加工过程提供原料，它的分馏效果直接影响到其后续的加工过程和润滑油产品的质量。从蒸馏过程本身来说，对润滑油料的质量要求主要是黏度合适、色度好、馏程窄。

燃料油型减压蒸馏主要是为催化裂化装置和加氢裂化装置提供原料。对裂化原料的质量要求主要是残炭值尽可能低，也就是胶质、沥青质的含量要少，同时重金属含量要低，以免催化剂上生焦太多影响活性和催化剂中毒，对馏分范围基本没有要求。

所以，对燃料油型减压蒸馏分馏精确度的要求远远低于润滑油型减压蒸馏，其主要任务是采用良好的塔内件和在操作上控制馏分油的胶质、沥青质和重金属含量的前提下尽可能提高拔出率，而对润滑油型减压蒸馏的基本要求是在保证润滑油料的窄馏分、浅颜色的前提下尽可能提高减压蜡油收率。

以生产润滑油原料为主的减压蒸馏装置称为润滑油型减压蒸馏。润滑油型减压蒸馏具有如下特点。

(1)塔板数较多。由于润滑油料对馏分范围有一定要求，为了保证一定的分馏精度，侧线之间通常保持3～5层塔板，国内炼油厂蒸馏装置减压塔进料一般有10层塔板以上。比燃料型减压塔的塔板数多7～12层。

(2)采用高效低压降的塔板。由于对产品质量要求高，所以减压塔一般选用分离效率高而且压降小的塔板或者填料。。

(3)侧线设有外汽提塔。为了提高油品闪点，减少油料轻组分的含量，缩小油品馏程范围，润滑油型减压蒸馏一般每一侧线润滑油料抽出都设有6～8层浮阀塔板的外汽提塔。

(4)侧线数量多。因为润滑油的产品品种多，所以要求的基础油的调和组分也相应增多，并且脱蜡和溶剂精制的生产工艺也要求基础油的馏分要窄。所以润滑油型减压塔要比燃料油型多1～2个侧线。

(5)控制炉管注汽和塔底吹汽量。在炉管的汽化段注汽，可以提高加热炉汽化段的流速，防止结焦；而在塔底要吹入过热蒸汽，可以降低进料段油气分压。但是吹汽量过大不仅浪费能耗，增加抽空器的负荷，降低了真空度，还造成蒸气速度大，产生携带，影响产品质量。所以，在保证一定的油气分压情况下注汽和吹汽都不宜过大。

(6)尽量缩短渣油在塔底的停留时间。为了改善油品的安定性，减少油品中的不安定组分含量，润滑油型减压蒸馏塔要严格控制渣油在塔底的停留时间。

(7)各部均衡取热。目前，为了保证减压塔的热平衡，一般设有两个中段回流，然而必须在保证产品质量情况下适当调节各中段回流量，润滑油型减压蒸馏总的余热利用率要比燃料型减压蒸馏低一些，为了保证产品质量，不宜过多追求余热利用率。

(8)采用炉管扩径和低速转油线技术。为了防止油品裂解，在保证一定汽化率的条件下，尽量实现油品的等温汽化。为此要采用炉管扩径和低速转油线技术，从而降低炉管内汽化点的压力。也就是降低了汽化点的温度，减少油品的裂解，为提高产品质量创造条件。

(9)严格控制加热炉出口温度。为了提高润滑油料的安定性，根据不同原油的特点，应严格控制加热炉出口温度，尽量不要超过临界裂解温度。

(10)严格控制加热炉操作。搞好加热炉的操作是保证润滑油料质量的重要环节。加热炉的操作要使火焰均匀，尽量避免炉管局部过热，各路流量要均衡，各路炉出口温度偏差要小。