第三節(jié)　原油常減壓蒸餾工藝原理及流程

一、常減壓蒸餾工藝原理

原油是極其復(fù)雜的混合物，要從原油中提煉出多種燃料和潤滑油產(chǎn)品，基本途徑不外乎

是：將原油分割成為不同餾程的餾分，然后按照油品的使用要求除去這些餾分中的非理想組分，或者由化學(xué)轉(zhuǎn)化形成所需要的組成，從而獲得一系列產(chǎn)品。

基于此原因，煉油廠必須解決原油的分割和各種石油餾分在加工、精制過程中的分離問題。而蒸餾正是一種合適的手段，能夠?qū)⒁后w混合物按組分的沸點或蒸氣壓的不同而分離為輕重不同的餾分。

根據(jù)原油中各組分揮發(fā)度不同（即它們之間的差異），通過加熱，在塔的進料段處產(chǎn)生一次汽化，上升氣體與塔頂打入的回流液體通過塔盤逆流接觸，以其溫度差和相間濃度差為推動力進行雙向傳熱傳質(zhì)，經(jīng)過氣體的逐次冷凝和液體的漸次汽化，使不平衡的汽液兩相通過密切接觸而趨近平衡，從而使輕重組分得到一定程度的分離。

常減壓蒸餾裝置，是以加熱爐和精餾塔為主體而組成的所謂管式蒸餾裝置。經(jīng)過預(yù)處理的原油流經(jīng)一系列換熱器，與溫度較高的蒸餾產(chǎn)品及回流油換熱，進入一個初餾塔，閃蒸出（或餾出）部分輕組分，塔底拔頭原油繼續(xù)換熱后進入加熱爐被加熱至一定溫度，進入一個精餾塔。此精餾塔在接近大氣壓下操作，故稱為常壓塔。在這里原油被分割，從塔頂出石腦油，側(cè)線出煤油、柴油等餾分，塔底產(chǎn)品為常壓重油，沸點一般高于350℃。為了進一步生產(chǎn)潤滑油原料和催化原料，如果把重油繼續(xù)在常壓下蒸餾，則需將溫度提高到400～500℃。此時，重油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和一些對熱不安定組分會發(fā)生裂解、縮合等反應(yīng)，這樣一是降低了產(chǎn)品質(zhì)量，二是加劇了設(shè)備結(jié)焦。因此，必須將常壓重油在減壓（真空）條件下進行蒸餾。降低外壓可使物質(zhì)的沸點下降，故而可以進一步從常壓重油中餾出重質(zhì)油料，此蒸餾設(shè)備為減壓塔。減壓塔底產(chǎn)物中集中了絕大部分的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和很高沸點（500℃以上）的油料，稱為減壓渣油，這部分渣油可以進一步加工制取高黏度潤滑油、瀝青、燃料和焦炭。減壓蒸餾溫度（減壓塔進料溫度）一般限制在390℃以下，現(xiàn)代化大型煉油廠采用減壓深拔技術(shù)，把減壓蒸餾溫度提高到408℃，把減壓切割點提高到565℃，從而提高了總拔出率。

這種配有常壓和減壓的精餾裝置稱為常減壓蒸餾裝置。

1.常壓蒸餾原理

常壓系統(tǒng)的作用主要是通過精餾過程，在常壓條件下，將原油中的汽、煤、柴餾分切割出來，生產(chǎn)合格的汽油、煤油、柴油及部分裂化原料。

常壓系統(tǒng)的原理即為油品精餾原理。

精餾原理：一種相平衡分離過程，其重要的理論基礎(chǔ)是汽-液相平衡原理，即拉烏爾定律。

　　

式中　p_A、p_B——溶液上方組分A，組分B的飽和蒸氣壓；

、——純組分A，純組分B的飽和蒸氣壓；

X_A，X_B——溶液中組分A，組分B的摩爾分?jǐn)?shù)。

此定律表示在一定溫度下，對于那些性質(zhì)相似、分子大小又相近的組分（如甲醇、乙醇）所組成的理想溶液中，溶液上方蒸氣中任意組分的分壓，等于此純組分在該溫度下的飽和蒸氣壓乘以它在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)。

精餾過程是在裝有很多塔盤的精餾塔內(nèi)進行的。塔底吹入水蒸氣，塔頂有回流。經(jīng)加熱爐加熱的原料以汽液混合物的狀態(tài)進入精餾塔的汽化段，經(jīng)一次汽化，使汽液分開。未汽化的重油流向塔底，通過提餾進一步蒸出其中所含的輕組分。從汽化段上升的油氣與下降的液體回流在塔盤上充分接觸，汽相部分中較重的組分冷凝，液相部分中較輕的組分汽化。因此，油氣中易揮發(fā)組分的含量將因液體的部分汽化，使液相中易揮發(fā)組分向汽相擴散而增多；油氣中難揮發(fā)組分的含量因氣體的部分冷凝，使汽相中難揮發(fā)組分向液相擴散而增多。這樣，同一層板上互相接觸的汽液兩相就趨向平衡，它們之間的關(guān)系可用拉烏爾定律說明。通過多次這樣的質(zhì)量、熱量交換，就能達到精餾目的。

以下是一層塔盤上汽-液交換的詳細過程。

如圖2-9所示，當(dāng)油氣（V）上升至n層塔盤時，與從（n+1）層塔盤下來的回流液體（L）相遇，由于上升的油氣溫度高，下流的回流溫度較低，因此高溫的油氣與低溫的回流接觸時放熱，使其中高沸點組分冷凝。同時，低溫的回流吸熱，并使其中的低沸點組分汽化。這樣，油氣中被冷凝的高沸點組分和未被汽化的回流組成了新的回流（L'）。從n層下降為（n-1）層的回流中所含高沸點組分要比降至n層塔盤的回流中的高沸點組分含量多，而上升至（n+1）層塔盤的油氣中的低沸點組分含量要比上升至n層的油氣中低沸點組分含量多。

同樣，離開（n+1）層塔盤的油氣，還要與（n+2）層下來的回流進行熱量、質(zhì)量交換。原料在每一塊塔盤上就得到一次微量的分離。顯然，如果有極多個塔盤的話，使原料能分離出純度很高的產(chǎn)品。

一個完整的精餾塔一般包括三段：上段為精餾段，中段為汽化段，下段為提餾段。

2.減壓蒸餾原理

減壓系統(tǒng)分減壓塔和塔頂抽真空系統(tǒng)，其作用主要是通過精餾過程，在減壓條件下，進一步將常壓渣油中的蠟油餾分切割出來，生產(chǎn)合格的裂化原料。

減壓系統(tǒng)原理：

在某溫度下，液體與在其液面上的蒸氣呈平衡狀態(tài)，由此蒸氣所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣壓，蒸氣壓的高低表明了液體中的分子離開液體汽化或蒸發(fā)的能力，蒸氣壓越高，就說明液體越容易汽化。蒸氣壓的高低與物質(zhì)的本性，如分子量、化學(xué)結(jié)構(gòu)等有關(guān)，同時也和體系的溫度有關(guān)，對于有機化合物常采用安托因方程式計算：

　　

式中　——i組分的蒸氣壓；

T——系統(tǒng)溫度。

根據(jù)上式可以看出，蒸氣壓隨溫度的降低而降低，或者說沸點隨系統(tǒng)壓力降低而降低。石油是沸程范圍很寬的復(fù)雜混合物，對我國多數(shù)原油來說，其沸點在350～500℃的餾分占總餾出物的50%左右。油品在加熱條件下容易受熱分解而使油品顏色變深，膠質(zhì)增多，一般加熱溫度不宜太高，在常壓蒸餾時，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，爐出口溫度一般不超過370℃，對于350～500℃的餾分在常壓條件下難以蒸出。但是在真空條件下，由于系統(tǒng)壓力降低，油品的沸點也隨之降低，因此可以在較低的溫度下將沸點較高的油品蒸出，所以對原油進行常壓分餾后的油品進行減壓分餾，可以進一步將原油中的較重組分拔出，從而提高收率，達到深拔的目的。

大型煉油裝置采用的是高效噴射式蒸汽抽真空系統(tǒng)。工作蒸汽經(jīng)過拉閥爾型（擴縮）噴嘴時流速不斷增大，壓力能轉(zhuǎn)換為動能。蒸汽在噴嘴出口處可達到極高的速度（1000～1400m/s），因而壓力急劇下降，在噴嘴周圍形成高度真空。在真空部位，塔內(nèi)不凝氣被吸入混合器與蒸汽混合并進行能量交換，然后一起進入擴壓管。工作蒸汽減速，不凝氣加速，最后兩者速度一致。在擴壓管后部動能又轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽旌蠚怏w的流速降低，壓力升高直至能滿足排出壓力的要求。

若減壓塔的殘壓要求小于15mmHg（1mmHg=133.322Pa），由于一級抽真空難以滿足要求，需采用三級抽真空。

3.常減壓蒸餾工藝流程

原油蒸餾過程中，在一個塔內(nèi)分餾一次稱一段汽化。原油經(jīng)過加熱汽化的次數(shù)，稱為汽化段數(shù)，汽化段數(shù)一般取決于原油性質(zhì)、產(chǎn)品方案和處理量等。原油蒸餾有兩段汽化式、三段汽化式和四段汽化式等幾種。

目前大型煉油廠多采用的原油蒸餾流程為三段汽化流程。三段汽化流程（燃料型）工藝如圖2-10所示。

脫鹽脫水后的原油經(jīng)泵抽出換熱至190～225℃，進入初餾塔，從初餾塔頂拔出輕汽油餾分或鉑重整原料，其中一部分打回塔頂作回流，另一部分作為重整原料出裝置。初餾塔若開一側(cè)線也不出產(chǎn)品，而是將抽出的側(cè)線餾分經(jīng)換熱后一部分打入常壓塔一、二側(cè)線之間（在此流程圖中未標(biāo)出），這樣可以減小常壓爐和常壓塔的熱負荷；另一部分送回初餾塔作頂循環(huán)回流。初餾塔底的油稱為拔頭原油，經(jīng)一系列換熱器換熱至290℃左右后進入常壓爐，加熱至359～（368±2）℃進入常壓塔。塔頂汽油餾分經(jīng)冷凝冷卻后，一部分送回塔頂作回流，另一部分為汽油餾分出裝置。塔側(cè)一般有3～5個側(cè)線，分別引出煤油和輕、重柴油等餾分，經(jīng)汽提塔汽提后，吹出其中輕組分，再經(jīng)換熱回收部分熱量后出裝置。塔底常壓重油用泵送入減壓爐。

在常壓塔頂打入冷回流以控制塔頂溫度（90～130℃），以保證塔頂產(chǎn)品質(zhì)量。為使塔內(nèi)汽、液相負荷分布均勻，充分利用熱能，一般在塔各側(cè)線抽出口之間設(shè)2～3個中段循環(huán)回流。為盡量回收熱量，降低塔頂冷凝器負荷，有的廠還增設(shè)了塔頂循環(huán)回流（圖2-10中未標(biāo)出）。

側(cè)線餾分進入各自的汽提塔上部，塔底吹入過熱水蒸氣，被汽提出的油氣和水蒸氣由汽提塔頂出來，從側(cè)線抽出板上方進入常壓塔。當(dāng)常壓一線和二線作噴氣燃料餾分時，為了嚴(yán)格控制噴氣燃料的含水量，不用水蒸氣汽提，而采用熱虹吸式重沸器加熱，蒸出其中輕組分。

常壓塔底吹入過熱水蒸氣以吹出重油中輕組分，塔底溫度為350～360℃，經(jīng)汽提后的常壓重油自塔底抽出送到減壓加熱爐，加熱至388～（408±2）℃左右進減壓塔。

減壓塔頂不出產(chǎn)品，塔頂出的不凝氣和水蒸氣（干式減壓蒸餾無水蒸氣）進入大氣冷凝器，經(jīng)冷凝器冷卻后，由蒸汽噴射抽空器抽出不凝氣，維持塔內(nèi)殘壓在1.33～8.0kPa（10～60mmHg）。減壓一線油抽出經(jīng)冷卻后，一部分打回塔內(nèi)作塔頂循環(huán)回流以取走塔頂熱量，另一部分作為產(chǎn)品出裝置。減壓塔側(cè)開有3～4個側(cè)線和對應(yīng)的汽提塔，抽出輕重不同的潤滑油（如各種機械油、氣缸油等）或裂化原料，經(jīng)汽提（裂化原料不汽提）、換熱、冷卻后作為產(chǎn)品出裝置。塔側(cè)配有2～3個中段循環(huán)回流。塔底渣油用泵抽出后，經(jīng)與原油換熱，冷卻后出裝置，可作為焦化、氧化瀝青、丙烷脫瀝青等裝置的原料或作燃料用油。

二、常減壓蒸餾系統(tǒng)工藝流程及工藝特征

（一）初餾系統(tǒng)

如圖2-11所示，從脫鹽系統(tǒng)來的脫鹽原油，經(jīng)過原油二段換熱系統(tǒng)加熱升溫至220℃左右進入初餾塔T-1。T-1是板式塔，塔頂溫度控制在120℃左右，表壓一般在0.25MPa以下。氣體從塔頂引出后進入空氣冷卻器K-1，空氣冷卻器利用電機驅(qū)動空氣冷卻管線及其內(nèi)部的介質(zhì)，管線外部連接著較為密集的翅片，空氣先冷卻翅片，翅片把冷量傳遞給管線，進而傳遞給管線內(nèi)的介質(zhì)。空氣冷卻器分為干空氣冷卻器（簡稱干空冷）和濕空氣冷卻器（簡稱濕空冷），濕空冷是向翅片噴灑新鮮水，依靠水分的蒸發(fā)獲得更多的冷量，雖然濕空冷的冷卻力度更大，但是增加了新鮮水的消耗。

T-1塔頂引出的氣體經(jīng)過K-1冷卻后，會有部分的氣體冷凝成為液體，增加了從T-1塔頂?shù)終-1的壓降，提供了驅(qū)動介質(zhì)的動力。氣液混合物從K-1出來進入循環(huán)水冷卻器E-1進一步降溫冷卻，冷凝液的增加使混合氣體的壓力進一步降低，最后氣液混合物進入初餾塔頂回流罐D(zhuǎn)-4，在D-4罐內(nèi)完成油、水、氣三相的分離，污水在D-4罐氣液混合物進口的另一方向出口端罐底的分水包排污線排出，氣體從罐出口端頂部引出回收再利用（一般作為氣分裝置原料）。油相經(jīng)過初頂回流泵P-3加壓后，一部分作為冷回流返回T-1的頂部，以穩(wěn)定塔頂?shù)臏囟群蛪毫Γ硪徊糠肿鳛槌蹴斊彤a(chǎn)品出裝置。脫除了初頂汽油的塔底油，由初底油泵P-2抽出后，經(jīng)過原油三段換熱系統(tǒng)加熱后進入常壓系統(tǒng)。

（二） 常壓系統(tǒng)

1.常壓系統(tǒng)工藝流程

如圖2-12所示，從T-1塔底來的初底原油經(jīng)過原油三段換熱系統(tǒng)加熱升溫后進入常壓爐F-1加熱至360℃進入常壓塔T-2，T-2是板式塔，進料在塔內(nèi)完成餾程切割的過程，即把初底原油切割成常頂氣體、常頂汽油、煤油、輕柴油、重柴油及常壓渣油等餾分。

常頂汽油的加工過程與初頂汽油完全相同，與初頂汽油相比，常頂汽油在組成上要偏重一些。從常壓塔T-2頂引出的氣體經(jīng)過空冷器K-2、水冷器E-2冷卻后，進入常頂回流罐D(zhuǎn)-5，在D-5內(nèi)完成油、水、氣三相的分離過程，氣相從D-5頂部引出作為常頂氣體產(chǎn)品出裝置，水相從D-5罐分水包排污線排出，油相從D-5罐積油間引出，經(jīng)過常頂回流泵P-5加壓后，部分作為塔頂冷回流返回塔頂，以穩(wěn)定塔頂?shù)臏囟群蛪毫Γ糠肿鳛槌ｍ斊彤a(chǎn)品出裝置。

常一線從T-2的常一線抽出板液相抽出，自壓進入常一線提輕塔T-3的上部，T-3是板式塔，塔底設(shè)有再沸器，熱源是裝置的自產(chǎn)過熱蒸汽，有些裝置用常二中和常三線作為再沸熱源。通過調(diào)節(jié)再沸力度，調(diào)整進入T-3輕組分的汽化量，汽化的輕組分從T-3頂引出返回T-2常一線抽出板的上方塔板，T-3底部引出最終的常一線產(chǎn)品，由常一線泵P-6加壓，經(jīng)過換熱器E-7換熱及E-4冷卻后出裝置。常一線的餾程約為145～300℃，一般作為航空煤油餾分，需要經(jīng)過噴氣燃料加氫裝置進行精制，多生產(chǎn)航空3#噴氣燃料。

常二線從T-2的常二線抽出板液相抽出，自壓進入常二線提輕塔T-4的上部，T-4是板式塔，塔底注入的自產(chǎn)過熱蒸汽與進料形成逆向接觸，通過調(diào)節(jié)過熱蒸汽的注入量來改變T-4內(nèi)油氣分壓，進而改變進入T-4輕組分的汽化量，汽化的輕組分從T-4頂引出返回T-2常二線抽出板的上方塔板，T-4底部引出最終的常二線產(chǎn)品由常二線泵P-7加壓，經(jīng)過換熱器E-8換熱及E-5冷卻后出裝置。常二線的餾程為180～365℃（95%蒸發(fā)溫度為365℃），一般作為輕質(zhì)柴油餾分，如果雜質(zhì)、色度、酸度、腐蝕等指標(biāo)合格或偏差不大，可以直接輸入油庫作為成品車用柴油的調(diào)和組分。

常三線的提輕過程與常二線相同。常三線從T-2的常三線抽出板液相抽出，自壓進入常三線提輕塔T-5的上部，T-5是板式塔，塔底注入的自產(chǎn)過熱蒸汽與進料形成逆向接觸，通過調(diào)節(jié)過熱蒸汽的注入量來改變T-5內(nèi)油氣分壓，進而改變進入T-5輕組分的汽化量，汽化的輕組分從T-5頂引出返回T-2常三線抽出板的上方塔板，T-5底部引出最終的常三線產(chǎn)品由常三線泵P-8加壓，經(jīng)過換熱器E-9換熱及E-6冷卻后出裝置。常三線餾程為300～370℃（95%蒸發(fā)溫度為370℃），一般作為重質(zhì)柴油餾分，在質(zhì)量上要比常二線輕柴油劣質(zhì)些，所以要去柴油加氫裝置進行精制和改質(zhì)。柴油加氫改質(zhì)過程是芳烴開環(huán)加氫飽和的過程，所以在加工過程中，被加工介質(zhì)的終餾點會有相應(yīng)程度的下降，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車用柴油95%蒸發(fā)溫度為不大于365℃，所以一般常三線終餾點要比365℃高出一定程度，重組分的量多量少，主要與組分中芳烴含量有關(guān)。如果油庫中成品車用柴油的終餾點和環(huán)保性指標(biāo)質(zhì)量過剩，常三線也可以部分或全部直接調(diào)和柴油。

雖然自產(chǎn)過熱蒸汽是用常一中、減壓爐對流室加熱軟化水生成，但是由于3#噴氣燃料的質(zhì)量要求較高，應(yīng)盡量在生產(chǎn)加工過程中減少水、雜質(zhì)的引入，所以T-3采用升溫提輕方式。而車用柴油的質(zhì)量要求容許T-4、T-5采用汽提提輕方式。同樣，常壓塔底也注入了過熱蒸汽，目的是減小T-2內(nèi)的油氣分壓，促進輕組分的汽化，增加輕質(zhì)油品的產(chǎn)量。

常壓塔頂設(shè)有常頂循環(huán)回流，它與冷回流相比較，在調(diào)節(jié)塔頂溫度方面要比冷回流細微得多，所以在微調(diào)塔頂溫度時，多采用常頂循環(huán)回流來調(diào)節(jié)。常頂循環(huán)回流從T-2頂部相應(yīng)抽出板引出，經(jīng)過常頂循環(huán)回流泵P-9加壓及E-3冷卻后，返回T-2頂部抽出板的上方塔板。

常一中段回流（簡稱常一中）從T-2常一中抽出板引出，經(jīng)過常一中泵P-10加壓及E-10冷卻后，返回T-2常一中抽出板的上方塔板。

常二中段回流（簡稱常二中）從T-2常二中抽出板引出，經(jīng)過常二中泵P-11加壓及E-11冷卻后，返回T-2常二中抽出板的上方塔板。

常壓塔的側(cè)線及中段回流的抽出板位置有嚴(yán)格的設(shè)計，兩個塔外回流中間夾著一個側(cè)線，兩個側(cè)線之間會有一個塔外回流，中段回流返塔一般也會設(shè)計兩個進口，兩個進口在不同高度的塔板上，這樣的設(shè)計有利于調(diào)節(jié)側(cè)線的抽出溫度，良好地實現(xiàn)全塔熱平衡。在常壓塔底部引出常壓渣油，經(jīng)過常底泵P-4加壓后，去減壓系統(tǒng)。常底渣油在組成上仍然含有汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油餾分，裝置處理量越大，初底原油在常壓塔內(nèi)的停留時間越短，常底渣油中輕質(zhì)油含量高，將會加大后序的減壓抽真空系統(tǒng)的負荷。

2.常壓塔工藝特征

（1）常壓塔是一個復(fù)合塔和不完整塔

在原油蒸餾裝置中，原油經(jīng)常壓蒸餾分成若干餾分，如汽油、煤油、輕柴油、重柴油和重油餾分。按照一般的多元精餾原理，要得到N個產(chǎn)品就需要N-1個塔。

原油蒸餾所得各種產(chǎn)品仍然是組成復(fù)雜的混合物，分離精確度要求不高，兩種產(chǎn)品之間需要的塔板數(shù)也不多，若按多元精餾流程分離，則需要多個矮而粗的精餾塔，這種方案投資高、耗能大、占地面積多。因此，通常把幾個塔結(jié)合成一個如圖2-13所示的塔，這種塔相當(dāng)于把四個簡單塔疊合起來，它的精餾段由四個簡單塔的精餾段組合而成，其下段相當(dāng)于一個提餾段，這樣的塔稱為復(fù)合塔。最輕產(chǎn)品（汽油）在塔頂引出，最重產(chǎn)品（重油）在塔底引出，其間的煤油、柴油等從塔側(cè)線引出。

（2）需設(shè)置汽提段和汽提塔

對于石油精餾塔，提餾段的底部常常不設(shè)再沸器。因為塔底溫度較高，一般在350℃左右，在這樣的高溫下，如果使用再沸器，很難找到合適的熱載體，若通過加熱爐加熱，不僅設(shè)備復(fù)雜，同時由于溫度過高也會使油品分解、結(jié)焦。但是常底重油中350℃以前的輕質(zhì)餾分有時高達10%～15%，減壓塔底渣油中500℃以前的餾分可達10%左右，為了把原油中的輕組分汽化出來，在原油精餾塔中普遍采用向塔底吹入過熱水蒸氣的辦法，以降低油氣分壓，使塔底重油中輕組分汽化，從而提高輕油拔出率，減輕減壓爐和塔的負荷。因此，原油精餾塔的下部也稱汽提段，它的精餾作用不顯著，分離效果不如精餾段。

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)置若干個側(cè)線汽提段，這些汽提段可重疊起來，看起來像是一個塔，但相互是隔開的，側(cè)線產(chǎn)品從常壓塔中部抽出，送入汽提塔上部，從該塔下注入水蒸氣進行汽提，汽提出的低沸點組分同水蒸氣一道從汽提塔頂部引出返回主塔，側(cè)線產(chǎn)品由汽提塔底部抽送出裝置。

可見，常壓塔不是一個完整的精餾塔，它不具備真正的提餾段。

①汽提蒸汽的作用　由于汽提用水蒸氣始終處于過熱狀態(tài)，即沒有液相水存在，過熱水蒸氣的主要作用是降低油氣分壓，以降低它的沸點。

在氣相中：

p=p_A+p_S　　

式中，p為體系總壓；p_A為A油蒸氣的分壓；p_S為水蒸氣的分壓。

在液相中只有A，相平衡時：p_A=p°_A式中，p°_A是純A的飽和蒸氣壓。

當(dāng)體系總壓一定時，如果沒有水蒸氣存在，則液體A要在p°_A=p_A時才能沸騰。當(dāng)有水蒸氣存在時，只要p°_A=p_A=p-p_S就能沸騰。顯然，過熱水蒸氣的存在，使A的沸點下降。

因此，由塔底通入少量的過熱水蒸氣，以降低油氣分壓，有利于輕組分的汽化，塔底吹入水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為2%～4%。側(cè)線汽提的目的是使混入產(chǎn)品中的較輕組分汽化再返回常壓塔，既保證了輕質(zhì)產(chǎn)品的收率，又保證了該產(chǎn)品的質(zhì)量。但是水蒸氣在塔內(nèi)存在也有其局限性，因此，往往常壓塔側(cè)線采用再沸器提餾的方式。

②常壓塔側(cè)線采用再沸器提餾的方式的原因是：

a.用水蒸氣汽提使產(chǎn)品中溶解微量水分，影響低冰點的航空煤油的質(zhì)量；

b.水蒸氣體積相當(dāng)于同質(zhì)量油品蒸氣體積的十幾倍，這樣就會增加塔的汽相負荷而降低塔的處理能力；

c.水的冷凝潛熱很大，采用再沸器提餾有利于降低塔頂冷凝冷卻器的負荷；

d.采用再沸器有利于降低含油污水排放量。

（3）原料入塔要有適當(dāng)?shù)倪^汽化度

為了不向塔內(nèi)通入過多的水蒸氣，同時又要防止塔底產(chǎn)品帶走過多的輕組分，這就需要原油在入塔前，將在精餾段取出的產(chǎn)品都汽化成汽相，并能在精餾段分離。為保證最低側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量，就要使精餾段最低側(cè)線以下的幾層塔板上有一定的液相回流，這樣原油入塔的汽化率應(yīng)該比塔精餾段各產(chǎn)品的總收率略高一些。高出的這部分稱為過汽化量，過汽化量占進料的百分?jǐn)?shù)稱為過汽化度（也稱過汽化率）。原油精餾塔的過汽化度一般推薦：常壓塔為進料的2%～4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），減壓塔為3%～6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

如果原油進塔汽化率低于塔頂和側(cè)線產(chǎn)品總收率，則輕質(zhì)油收率降低。過高的過汽化率也不適宜，因為原油在加熱爐出口的溫度是油品不發(fā)生嚴(yán)重分解的最高溫度，通常為360～370℃，在保證側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，過汽化率應(yīng)盡量低一些。

（4）基本固定的供熱量和多種回流方式取走過剩的熱量

①基本固定的供熱量和小范圍調(diào)節(jié)的回流比　全塔熱量來自于原油加熱爐，而沒有塔底再沸器，所以供熱量是基本固定的。常壓塔的回流比是由全塔熱平衡決定的，變化的余地不大，在原油精餾塔中，除了采用塔頂回流，通常還設(shè)置1～2個中段循環(huán)回流。

②石油蒸餾塔的回流方式　石油蒸餾塔的進料有一定的過汽化度，也就是說，即使塔底沒有再沸器加熱，全塔的熱量是過剩的，為了達到全塔熱平衡，需要各種回流液取走過剩的熱量。

石油蒸餾塔的回流方式有塔頂冷回流、塔頂熱回流（飽和液體回流）、塔頂循環(huán)回流、中段循環(huán)回流、塔底循環(huán)回流等方式。

各種回流的作用是：保證精餾塔具有精餾的作用；取走塔內(nèi)剩余熱量；控制和調(diào)節(jié)塔內(nèi)各點溫度；保證塔內(nèi)汽液相負荷分布均勻；保證各產(chǎn)品質(zhì)量。

常壓塔的回流方式一般有塔頂冷回流、塔頂熱回流、塔頂循環(huán)回流、1～2個中段循環(huán)回流等方式。

a.塔頂冷回流　塔頂油氣經(jīng)冷凝冷卻后，成為過冷液體，其中一部分打回塔內(nèi)作回流，稱為塔頂冷回流。塔頂冷回流是控制塔頂溫度、保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。當(dāng)只采用塔頂冷回流時，冷回流的取熱量應(yīng)等于全塔總剩余熱量。塔頂熱回流一定時，冷回流溫度越低，需要的冷回流量就越少，但冷回流的溫度受冷卻介質(zhì)溫度限制。當(dāng)用水作冷卻介質(zhì)時，常用的汽油冷回流溫度一般為30～45℃。

b.塔頂熱回流　在塔頂裝有部分冷凝器，將塔頂汽相餾分冷凝到露點溫度后，用飽和液體作回流稱為熱回流。它只吸收汽化潛熱，所以取走同樣的熱量，熱回流量比冷回流量大。塔內(nèi)各板上的液相回流都是熱回流，又稱內(nèi)回流。熱回流也能有效地控制塔頂溫度，調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量，但由于分凝器安裝困難、易腐蝕、不易檢修等，所以煉油廠很少采用，常用于小型化工生產(chǎn)上。

c.循環(huán)回流　循環(huán)回流是將從塔內(nèi)抽出的液相冷卻到某個溫度后再送回塔中，物流在整個循環(huán)過程中不發(fā)生相態(tài)變化，只在塔內(nèi)、外循環(huán)流動，借助于換熱器取走回流熱。循環(huán)回流分塔頂循環(huán)回流、中段循環(huán)回流、塔底循環(huán)回流三種。

塔頂循環(huán)回流：

塔頂循環(huán)回流主要應(yīng)用于以下情況：塔頂回流熱量大，考慮回收這部分熱量，以降低裝置能耗；塔頂餾出物中含有較多的不凝氣，使塔頂冷凝冷卻器的傳熱系數(shù)降低；要求盡量降低塔頂餾出線及冷卻系統(tǒng)的流動壓力降，以保證塔頂壓力不致過高，或保證塔內(nèi)有盡可能高的真空度。但采用塔頂循環(huán)回流，降低了塔的分離能力，在保證分餾精確度的情況下，需要適當(dāng)增加塔板數(shù)，同時也增加了動力（回流泵）消耗。塔頂循環(huán)回流如圖2-14所示。

在某些情況下，也可以同時采用塔頂冷回流和塔頂循環(huán)回流兩種形式的回流方案。

中段循環(huán)回流：循環(huán)回流如果設(shè)在精餾塔的中部，就稱為中段循環(huán)回流。它的主要作用是均勻塔內(nèi)汽、液相負荷，縮小塔徑。同時，由于石油精餾塔沿塔高的溫度梯度較大，從塔的中部取走的回流熱的溫位明顯比從塔頂取走的回流熱的溫位高，有利于熱量的回收利用，減少燃料消耗和冷卻水用量。

采用中段循環(huán)回流也有不利之處：中段循環(huán)回流上方塔板上的回流比相應(yīng)降低，塔板效率有所下降（一塊板的精餾作用與三塊換熱板的精餾作用相當(dāng)）；中段循環(huán)回流的出入口之間要增設(shè)換熱塔板，使塔板數(shù)和塔高均增加；相應(yīng)地需增設(shè)泵和換熱器，使工藝流程變得復(fù)雜等。基于上述原因，對于有三、四個側(cè)線的精餾塔設(shè)兩個中段回流比較適宜，對只有一、兩個側(cè)線的精餾塔設(shè)一個中段回流比較適宜。

塔底循環(huán)回流：循環(huán)回流如果設(shè)在精餾塔的底部，就稱為塔底循環(huán)回流。塔底循環(huán)回流適用于過熱蒸汽進料，同時含有固體雜質(zhì)（如催化裂化分餾塔、延遲焦化分餾塔）的情況，塔底設(shè)置洗滌段，通過循環(huán)回流取走大量過剩的熱量，使部分過熱蒸汽冷凝成液體。同時，洗滌下來的固體雜質(zhì)（催化劑粉塵、焦炭等）由塔底抽出液帶出塔外，通過過濾器除去。

（5）恒摩爾回流的假設(shè)完全不成立

在普通的二元和多元精餾塔的設(shè)計計算中，為了簡化計算，對性質(zhì)及沸點相近的組分所組成的體系做出了恒摩爾回流的近似假設(shè)，即在塔內(nèi)的氣、液相的摩爾流量不隨塔高而變化。這個近似假設(shè)對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根大，沸點之間的差別甚至可達幾百攝氏度。

（6）塔內(nèi)汽液負荷分布不均勻

石油蒸餾塔的塔頂和各側(cè)線產(chǎn)品的摩爾汽化潛熱相差很大，餾出溫度相差200℃以上，原適用于理想物系的恒摩爾流假設(shè)不再成立，汽、液負荷沿塔高（自下而上）逐漸增大。

自下而上汽、液相負荷增大的原因是：越往塔頂溫度越低，塔內(nèi)需要取走的熱量越多，需要的回流量也就越大，同時各側(cè)線產(chǎn)品進塔時是溫度較高的汽相，而在塔側(cè)抽出時是溫度較低的液相，要放出大量冷凝熱，這些熱量逐漸轉(zhuǎn)移到塔頂，而塔上部油品密度小，它的汽化潛熱也小。因此，內(nèi)回流量逐漸增大，以取走大量冷凝熱。

在產(chǎn)品蒸氣、水蒸氣量不變情況下，蒸氣量隨回流量增加而增加。同時由于塔上部油品的分子量又小，所以越往塔頂，蒸氣體積就越大。塔頂打入的冷回流是過冷液體，入塔后先要吸收顯熱，使溫度升至泡點溫度，然后再吸收汽化潛熱變成蒸氣。而第一層塔板往下的內(nèi)回流（即熱回流）為飽和液相，在汽化時只吸收汽化潛熱，所以在取走總熱量大致相等的情況下，供給的冷回流量要比熱回流量小。因此，第一層塔板之下的液相負荷最大，汽化后相應(yīng)的蒸氣量也最大。

由于無中段循環(huán)回流時，汽液相負荷沿塔高分布不均勻，塔的處理量受到最大蒸氣負荷的限制。當(dāng)采用了中段循環(huán)回流后，汽液相負荷分布趨向于均勻。由于采用了中段回流，從塔中部取走了一部分熱量，減少了抽出板上方的回流熱，則需要的液相回流就少了，相應(yīng)汽相負荷也減少了，此時沿塔高負荷就變得比較均勻。

（三） 減壓系統(tǒng)

1.減壓塔工藝流程

如圖2-15所示，從常壓塔底來的渣油，經(jīng)過常底泵加壓后，進入減壓爐加熱升溫至390℃左右進入減壓塔，通過加熱和降壓兩種手段，使常底渣油進行汽化冷凝分餾，從塔頂?shù)剿桩a(chǎn)品依次為減頂油氣、減一線、減二線、減三線、減四線、減五線和減壓渣油。塔內(nèi)的低壓（塔頂壓力一般不大于3kPa）是由塔頂?shù)某檎婵障到y(tǒng)完成。與常壓塔不同的是，減壓塔是填料塔，不設(shè)塔板和浮閥，塔內(nèi)從底到頂全部是填料和格柵，這樣的設(shè)計是為了減小塔內(nèi)的壓力降，促成塔內(nèi)的壓力降低，以促進重油汽化。

減壓塔頂沒有冷回流，將減頂循環(huán)回流和減一線合二為一，減一線既出產(chǎn)品，又擔(dān)負著調(diào)節(jié)減壓塔頂溫度和壓力的任務(wù)。在組成上減一線接近于常三線，其餾程為300～370℃（95%蒸發(fā)溫度為370℃），但是平均密度上減一線要比常三線大一些，也是作為重柴油產(chǎn)品或是去柴油加氫裝置精制和改質(zhì)，或是直接去油庫調(diào)和成品車用柴油。因為是填料塔，其內(nèi)部構(gòu)造沒有承載液體的塔板，所以每個大塔抽出線高度都設(shè)有集油箱，減一線由塔內(nèi)本側(cè)線集油箱自壓入減一線泵，加壓并與E-18換熱后分兩路，一路經(jīng)E-12冷卻后返回大塔抽出線的上方，以穩(wěn)定塔頂?shù)臏囟群蛪毫Γ硪宦方?jīng)E-13冷卻后作為重柴油產(chǎn)品出裝置。

減壓二、三、四、五線的加工過程與常二、三線相同，也是通過汽提過程將本側(cè)線大塔抽出液中輕組分汽化返塔來提濃本側(cè)線。減壓二、三、四、五線均從本側(cè)線的集油箱自壓進入本側(cè)線的汽提塔，與汽提塔底部注入的過熱蒸汽形成逆向接觸，通過調(diào)節(jié)過熱蒸汽流量來改變汽提塔內(nèi)油氣分壓，從而調(diào)節(jié)塔內(nèi)輕組分的汽化量，汽化的輕組分返回大塔集油箱的上方。留存下來未汽化的較重組分從汽提塔底引出進入本側(cè)線泵，加壓后經(jīng)過換熱和冷卻出裝置。因為常減壓蒸餾裝置的減壓側(cè)線產(chǎn)品只是潤滑油基礎(chǔ)油的原料，所以在控制指標(biāo)上較為寬松，主要控制閃點、比色和餾程寬度等指標(biāo)，減壓餾分油還要經(jīng)過溶劑脫蠟和加氫工藝，才能生產(chǎn)出潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品去到潤滑油廠進行分類調(diào)和與加工。

為了調(diào)節(jié)各個減壓側(cè)線的產(chǎn)品質(zhì)量和實現(xiàn)大塔良好的熱平衡，減壓側(cè)線和塔外回流在大塔中的位置也是交錯銜接的，即兩個側(cè)線之間必有塔外回流，兩個塔外回流之間必有側(cè)線抽出。減壓側(cè)線的數(shù)量由產(chǎn)品需要而定，也可以增設(shè)減六線，同時再增加一個塔外回流即可。一般減壓側(cè)線越多，需要減壓爐溫度越高，所以對減頂真空度的要求很高，避免塔內(nèi)物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。隨著原油密度越來越大的變化趨勢，往往需要深拔減壓側(cè)線產(chǎn)品，主要表現(xiàn)在達成最低側(cè)線的產(chǎn)量最大，因此在減壓塔底部也需要注入過熱蒸汽來增加塔底液體的汽化量。側(cè)線和大塔底部均設(shè)汽提的減壓塔工藝稱為濕式減壓蒸餾，側(cè)線和大塔未用過熱蒸汽汽提的減壓塔工藝稱為干式減壓蒸餾。干式減壓蒸餾側(cè)線靠再沸加熱升溫，來促成輕組分汽化。

臟洗油一般設(shè)置在最低側(cè)線處，是為了洗掉最低側(cè)線的重組分，使其回歸減底渣油中。在常減壓蒸餾裝置中，減壓側(cè)線主要是參照比色和餾程確定塔外回流量的增減，進而調(diào)節(jié)本側(cè)線集油箱的溫度。

由于潤滑油的產(chǎn)品需求量較少，因此國內(nèi)大多數(shù)煉廠沒有生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的任務(wù)，這些煉廠常減壓蒸餾裝置的減壓塔只設(shè)置兩個側(cè)線，主要是為催化裂化和加氫裂化裝置提供原料，這樣的減壓塔內(nèi)部不設(shè)置填料，在內(nèi)部只是排布些分布器，能最大拔出減壓餾分即可。由于常底渣油含有較多的稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，這些烴類及化合物易發(fā)生縮合反應(yīng)而結(jié)焦，所以在常底渣油進入減壓爐之前，進爐爐管要注汽或注水，以加快爐管內(nèi)介質(zhì)的流動速度，減少常底渣油在爐管內(nèi)的停留時間。另外，減壓塔底設(shè)置縮頸，也是為了增大塔底渣油的流動速度來避免結(jié)焦和裂解。依據(jù)減壓渣油的組成和黏度特點，來確定減壓塔底液位到減底泵的高度，來保證減底泵正常上量和運行。國內(nèi)某煉廠減壓側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)見表2-7。

2.減壓塔抽真空原理

在減壓抽真空系統(tǒng)中，減頂氣體的動力來源是抽真空器，抽真空器工作原理如圖2-16所示。高壓蒸汽引入到噴射泵的進口，在混合室縮徑噴出，在噴口的側(cè)面形成很高的負壓，由此負壓把不凝氣從側(cè)面吸入，與高壓蒸汽一同噴射到擴張室。形成的真空度高低與擴張室的擴徑速度和高壓蒸汽的品質(zhì)有關(guān)，要求蒸汽呈過熱態(tài)，壓力大而穩(wěn)定，一般在1.0MPa、300℃以上。因為一級抽真空器的負荷較大，所以一級抽真空器要比二級抽真空器大。在干式減壓蒸餾系統(tǒng)中，有些裝置不用蒸汽抽真空，而是用真空泵，它的特點是負荷較小，依靠電力驅(qū)動，所以較為穩(wěn)定。

減壓抽真空系統(tǒng)工藝流程如圖2-17所示。從減壓塔頂來的油氣，先進入預(yù)冷器（E-26）殼層進行冷卻，部分氣體冷凝后，自壓流入減壓塔頂罐（簡稱減頂罐）。氣相部分被一級抽空器吸入，噴射到中間冷卻器（E-27）殼層中冷卻，又有部分的氣體冷凝后自壓進入減頂罐，中冷器中的氣相部分由二級抽空器吸入，噴射進入后冷器（E-28）殼層，在后冷器大部分的氣體冷凝自壓進入到減頂罐，少許的不凝氣壓力很低，與減頂罐頂部排出的不凝氣合并后低壓回收。從E-26、E-27、E-28中自壓流出的液體流進減頂罐的水封液面以下，在減頂罐中完成水、油、氣三相的分離，減頂罐頂部引出不凝氣與E-28頂部排出的不凝氣匯合。減頂罐分水包底部引出污水排入地井。減頂油由減頂油泵P-21從減頂罐的積油間采出。

有些煉廠的減頂氣體量過小而直接排入大氣，或者依生產(chǎn)需要而間斷地排入大氣，為了防止減頂油倒吸返回減壓塔，需要預(yù)冷器E-26到減頂罐的大氣退管線高度不小于10.34m，且大氣退管線末端必須要深入減頂罐液面以下，這樣設(shè)計的目的是防止外界空氣倒吸進入減壓塔內(nèi)而引起嚴(yán)重事故。另外，裝置在每次計劃停工檢修裝置時，應(yīng)重點對大氣退管線管壁進行測厚，以保證下一周期裝置生產(chǎn)的安全運行。

減頂油從減頂罐的積油間引出經(jīng)減頂泵P-21加壓后或是與常二、三線和減一線合并混出柴油，或是打入原油泵P-1進口回?zé)挕p頂油雖然產(chǎn)量很小但餾程較寬，約為室溫至370℃，包含氣體、汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油餾分，因為主要成分在180℃以上，所以減頂油主要用來加工柴油。但是減頂油的閃點較低（閃點為室溫），國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車用柴油的閃點不小于45～60℃，所以在保證車用柴油閃點合格的前提下，最大限度地增加減頂油調(diào)和柴油的比例是常減壓蒸餾裝置效益的影響因素之一。

3.減壓塔工藝特征

（1）減壓塔的類型

減壓蒸餾的核心設(shè)備是減壓精餾塔和它的抽真空系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)不同，減壓塔分為潤滑油型和燃料型兩種，見圖2-18和圖2-19。

潤滑油型減壓塔提供潤滑油原料，要求餾分的餾程較窄、黏度合適、殘?zhí)恐档汀⑸群谩Ｈ剂闲蜏p壓塔提供催化裂化和加氫裂化原料，要求殘?zhí)恐档汀⒔饘俸康停瑢︷s分組成的要求并不嚴(yán)格。

無論哪種類型的減壓塔，都要求有盡可能高的拔出率。減壓塔常采用全填料微濕式減壓蒸餾工藝，減壓塔共有5段規(guī)整填料，分別為減一中段、柴油分餾段、減二中段、減三中段和洗滌段，進料設(shè)有汽液分配器。

（2）減壓塔的一般工藝特征

①采用全填料減壓塔技術(shù)　全填料減壓塔技術(shù)包括高效規(guī)整填料及高效液體分配器和液體收集器等內(nèi)件。在塔頂真空度一定的情況下減壓塔中采用規(guī)整填料可以有效地降低全塔壓降，從而降低減壓塔閃蒸段的壓力，達到提高拔出率的目的，實現(xiàn)減壓深拔。國內(nèi)已有若干套大型減壓裝置減壓塔采用全填料，技術(shù)相對成熟。

②減壓塔底注入適量蒸汽　減壓塔底注入適量蒸汽，采用微濕式帶汽提操作，提高爐出口汽化量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

③減壓爐管注入適量蒸汽　減壓爐管注入適量蒸汽可以降低油氣分壓，提高加熱爐管內(nèi)介質(zhì)流速，在一定程度上還可以避免爐管結(jié)焦及油品裂解。

④設(shè)置凈洗段　良好的凈洗段，可有效降低減壓渣油中蠟油含量和蠟油重組分含量。

⑤進料口設(shè)置進料分配器，使上升氣體均勻分布，減少霧沫夾帶　影響深拔蠟油質(zhì)量的關(guān)鍵在于減少霧沫夾帶，因此需要在減壓塔進口設(shè)置霧沫夾帶量小、氣體分布均勻的進料分配器。

⑥塔底設(shè)置急冷油控制塔底溫度，防止塔底油大量裂化。

⑦縮短渣油在減壓塔內(nèi)的停留時間　減壓塔底部通常采用縮徑，以縮短渣油在塔內(nèi)的停留時間，可采用低速轉(zhuǎn)油線、減壓爐管逐級擴徑、爐管吸收轉(zhuǎn)油線熱脹量技術(shù)。采用低速轉(zhuǎn)油線、爐管吸收轉(zhuǎn)油線熱脹量技術(shù)，做到減壓爐與減壓塔間轉(zhuǎn)油線距離最短，減少轉(zhuǎn)油線壓降和溫降。

基于上述工藝特征，減壓塔塔徑比常壓塔大，塔高度較常壓塔矮。此外，減壓塔的裙座較高，塔底液面與塔底油抽出泵入口之間的位差在10m左右，為塔底熱油泵提供了足夠的灌注頭。