原油的蒸馏

原油的蒸馏

原油进入炼油厂后，首先需要的通过蒸馏工艺分为汽油、煤油、柴油、裂化原料和润滑原料等，其中有的可直接做成品，有的是二次加工的原料。由于蒸馏工艺是加工石油的头一个工序，所有又叫原油的初馏。蒸馏装置在炼油厂中占有主要地位，被称为了炼油厂的“龙头”。

1. 原油蒸馏的基本知识

原油的分类

1.1 特性因数分类

根据特性因数，可将原油分为三类：

1.1.1石蜡基原油特性因数在1

2.1以上。这类原油的特点是含有较多的石蜡，凝点高。由于石蜡的主要成分是高分子烷烃，因此，特性因数高。适合生产乙烯料，烷基苯料。

1.1.2 中间基原油特性因数为11.5~1

2.1。这类原油含有一定数量的烷烃、环烷烃和芳烃。适合生产汽油调和料，产品辛烷值较高。

1.1.3 环烷基原油特性因数在10.5~11.5。这类原油的特点是含有较多的环烷烃，凝点较低。芳潜含量较高。

1.2 按照API重度分类：

表1.1API分类

API重度原油分类

>34 轻质

29.5~34 中质

<29.5 重质

1.3 按照硫含量的大小分类：

表1.2硫含量分类

硫含量原油分类

<0.5% 低硫

0.5~2.0% 含硫

>2.0% 高硫

2. 原油蒸馏的基本概念

蒸馏是通过加热、气化、分流、冷凝和冷却等过程使液体混合物分离为一定纯度组分的重要方法。液体混合物中各组分沸点差别大，加热时，其中低沸点组分优先于高沸点组分而大量气化，因此通过蒸馏方法易于进行分离。如果液体混合物中各组分沸点差别较小，才用一般的蒸馏方法，效果就不好，这时就要才用精馏。精馏是包括多次气化与多次冷凝的一种复杂的蒸馏过程。

石油是一种液体混合物，其组成极其复杂，包含了许多沸点相近的组分，目前还无法将其一一分离，实际上也无必要。生产中是通过精馏将石油按沸点范围分成几个馏分来利用的。通常将这种生产过程叫原油的蒸馏。

按照塔内各部分作用的不同，全塔分为精馏段、提馏段与气化段。原油经加热炉加热到360℃左右时，其中低沸点馏分（如汽、煤、柴油等）就气化了，其余的高沸点馏分不能气化，仍为液态。这两方面所形成的汽液混合物进入汽化段后，迅速分开。油蒸汽上升到精馏段，液态油下流到提馏段。经过这样一次汽化后，仍分离得不够精确。一方面，油气中仍夹带一些高沸点馏分，而某些低沸点馏分也会未汽化而留在液态油中；另一方面，油气与液态油也分别包括有几个馏分，因此还需要进一步分离。

为了达到精确的分离，通常是将塔顶分离得到的油品经冷却后返回一部分，叫冷回流。冷回流沿各层塔板下流，与从汽化段上升的油蒸汽相遇，即发生了热量交换与质的交换。油蒸汽由于温度下降，其中一部分高沸点馏分冷凝下来，而回流液体由于温度升高，其中一部分高沸点馏分冷凝下来，而回流液体由于温度升高，其中一部分低沸点馏分汽化后，随之上升。可见，塔板的作用在于为上升的高温蒸汽与下降的低温回流液体提供接触的场所。这样，每通过一层塔板，就会使上升的油蒸汽中低沸点馏分含量加大，直到塔顶，把它引出来再冷凝，就是最轻的汽油馏分，而从塔侧适当位置就可依次取出煤油和柴油馏分。

除了采用塔顶冷回流外，还采用“中段回流”也叫循环回流或侧回流，就是从塔侧开1~2个馏出口引出一部分热油（或利用侧线馏分），经冷却后再返回塔内。

采用中段回流的好处是：在相同的处理量下可缩小塔径，或者在同样塔径下，提高塔的处理量，因此被广泛运用。

3. 常压蒸馏和减压蒸馏

通常原油蒸馏是在常压下进行，蒸馏塔的压力和大气压相同（1大气压），在这个条件下只能分出沸点较低的馏分，如汽油、煤油和柴油等。要想分出沸点约在500℃以上的裂化原料和润滑油原料就会出现不少问题。因为这些馏分所含的大分子径类在450℃以上可发生裂解反应，是馏出油品变质和生成焦炭，破坏正常生产。为了解决这个问题，就必须在减压下进行蒸馏，是被蒸馏的原料油能够在较低的温度下沸腾气化。液体的沸点与外界大气压有关。例如常压下水的沸点是100℃，而在高山上烧水，不到100℃水就开了。同理可知，要想把重质油品的沸点降低，就必须设法把塔内压力降低。降低塔内压力的方法叫抽真空，常用的设备是大气冷凝器和蒸汽喷射泵，三套常减压才用后者。在减压下进行蒸馏的过程叫减压蒸馏，所用的塔叫减压塔。

减压程度越高，所需要的蒸馏温度越低。减压的程度可用塔内实际压力或真空度表示。通常原油蒸馏工艺的减压塔内实际压力为0.05大气压。

4. 原油蒸馏前预处理

从油井采出的原油，大多含有水分、盐类结晶和泥沙，要在矿场脱除后才能送出。但由于一次脱盐、脱水不易彻底，因此，炼厂在进行原油蒸馏前，还需要再一次脱盐和脱水。

4.1 预处理的意义

原油中大约含有1~1.5%的泥沙，在蒸馏时易造成管线、设备的磨损，同时，还会增加重油、残油中的灰分。这类杂质尝悬浮在原油中，可以用沉降的方法脱除。

原油中的盐分主要有氯化钠、氯化镁和氯化钙，这些物质受热后易分解，遇水生成盐酸，腐蚀设备；其次当盐分沉积后，可堵塞设备并影响传热效果，对蒸馏极为不利，还影响到二次加工和产品质量。上述盐分大多溶于原油所含水中，有的则以结晶状态悬浮在油中。

原油的含水量因产地而异，同一产地的不同油井也不相同。含水的原油不仅给运输和加工造成不必要的浪费，而且在蒸馏时，由于水分汽化，会加大设备的压力，造成涨裂漏油，甚至冲坏塔板；其次，也增加了燃料的消耗和塔顶冷凝设备的负荷。原油中的水分通常保持为盐溶液状态，有的以较大的水滴悬浮在油中，但多数呈极细小的水滴分散在油中，形成所谓乳化液，很难与油分离，因此需要

采用专门的装置进行处理。

4.2 脱盐脱水基本原理和工艺流程

原油能够形成乳化液的主要原因是由于油中含有环烷酸和胶质等“乳化剂”，它们会分散在水滴的表面形成一层保护膜，从而阻止了水滴的集聚。因此，脱水的关键是破坏乳化剂的作用，使油水不能形成乳化液，细小的水滴就可相互集聚成大的颗粒，再经沉淀从油中分出。由于大部分盐溶解在水中，所以脱水的同时也就脱除了盐分。

实践证明：加热、加入化学物质（也叫破乳剂，常用的是高分子脂肪酸钠和磺化植物油）可以破坏乳化液的保护膜。此外，乳化液在高压电场作用下，由于带电荷的水滴的运动或往复扭动，也可使乳化液破坏，使分散的水滴集聚而下沉。目前炼油厂广泛采用加入化学物质和高压电场联合作用的电化学进行原油脱盐脱水。

4.3 流程说明如下：

4.3.1 加软化水目的在于溶解原油中的结晶盐，同时也可减弱乳化剂的作用，使乳化液稳定性下降。

4.3.2 加破乳剂加软化水后的原油再加入破乳剂，然后通过加热炉加热或换热，再进入电脱盐脱水罐。

4.3.3 电脱盐脱水电脱盐脱水器是一立式或卧式圆罐，罐内设有特殊结构的电极，可通交流电或直流电。原油从两极间通过，脱除的含盐水自下部排出。

4.4 关于“一脱三注”

影响常减压蒸馏装置开工周期的重要原因之一就是设备腐蚀。腐蚀可以发生在高温的重油部位，如减压炉管、塔底等，或发生在低温轻油部位，如常减压塔顶冷凝冷却系统，后者出现的更为普遍。引起塔顶冷凝冷却系统腐蚀的根本原因在于原油中含盐，其次是硫。原油中的盐类在蒸馏过程中因受热会分解生成氯化氢，遇水即成盐酸。在蒸馏过程中，氯化氢随同原油中的轻组分以及水分异同挥发和冷凝，因此，它的腐蚀主要发生在轻油活动的部位。特别值得注意的是：无论原油含硫量高低，只要含盐，就会引起上述部位的严重腐蚀。

为了减缓常减压塔顶冷凝冷却系统的腐蚀，目前炼油厂普遍采用“一脱三注”的防腐蚀措施。

所谓“一脱三注”，其中“一脱”即原油脱盐；“三注”就是原油塔顶挥发线注水、注氨和注缓蚀剂。

原油脱盐在上文已经介绍，以下对“三注”进行说明。

4.4.1 塔顶挥发线注氨在塔顶挥发线注入氨，氨是碱性物质，可以中和氯化氢和硫化氢等酸性物质。

4.4.2 注缓蚀剂硫化氢和氨中和后生成硫化铵，无腐蚀性，但氯化氢和氨生成氯化铵仍有腐蚀作用。要消除它的沉积和腐蚀就有必要注缓蚀剂。所谓“缓蚀剂”即具有延缓腐蚀作用的物质。

4.4.3 塔顶挥发线注水注水可洗去注氨时生成的氯化铵，同时可降低常压塔馏出物中的氯化氢和硫化铵的浓度。目前一般都注碱性水，可起到部分中和的作用，减轻腐蚀，减少氨用量。

5. 常减压蒸馏工艺

原油蒸馏的工业装置在长期生产实践中不断得到改进。原油靠管式加热炉连续加热，并在精馏中分馏为各种产品，所以叫管式蒸馏。目前大多数炼厂的管式蒸馏在处理原油时，装置包括常减压两种塔，原油依次在常压和减压条件下分馏为各种油品，因此也叫常减压蒸馏。

5.1 常减压蒸馏工艺流程（图5.1）

图5.1常减压简易流程

流程说明如下

5.1.1 原油换热为了充分回收热量，使原油与各种馏分在换热器中换热，一般换热到200~250℃进入初馏塔。

5.1.2 初馏原油在初馏塔内分出轻汽油，经冷凝、冷却器降至30~40℃，进入储罐，一部分作回流，一部分作汽油组分或重整原料油。初馏塔也叫预分馏塔，原油再此塔中先将少量水分和腐蚀性气体及一部分轻汽油分出，既可减少常压炉、塔的负荷，保证常压塔的稳定操作，也可减轻腐蚀性气体对常压塔的腐蚀。

5.1.3 .常压蒸馏从初馏塔底得到的油叫拔顶油，用泵送入常压炉加热到360~370℃入常压塔，自塔顶分出汽油，经换热、冷凝和冷却至30~40℃，一部分作塔顶回流，一部分作汽油组分。常压塔一般有3~4个侧线，分别馏出煤油、轻柴油和重柴油。常压塔一般设有1~2个中段回流。

5.1.4 减压蒸馏常压塔底重油温度约为350℃左右，用热油泵抽出送到减压加热炉，到410℃左右入减压塔。一般减压塔顶只出少量产品，以减少塔顶管线的压力损失。减压塔通常采用侧一线馏分进行中段回流，有时还另设有1~2个中段回流。减压一线馏出物除部分作回流外，其余作为裂化或制蜡原料。减压二、三、四线馏出物可作为润滑油原料或裂化原料。减压塔底油可作为焦化、沥青原料。

5.2 流程叙述以Ⅲ套常减压为例，初馏塔塔顶进入稳定塔中段塔顶为液化气，其余为重整原料；初馏塔底部进入常压炉加热后进入常压塔。常压塔有4个侧线：常压塔顶汽油作为重整料，一线进Ⅱ汽加后为扬巴料，二线现为航煤组分油，常三线常四线均为柴油组分，进入柴油加氢生产柴油；常压塔底部物料进入减压部分。Ⅲ套常减压的减压部分分为两段，为浅减塔和深减塔。常压塔底进入浅减塔，浅减塔有三个侧线，浅减顶、浅减一线、浅减二线均为柴油组分，进入柴油加氢作为原料，浅减三线为蜡油组分，浅减底则进入深减塔进一步拔出。深减塔有四个侧线，深减顶为柴油组分，其余的深减一线、深减二线、深减三线和深减四线均为蜡油组分需进一步加氢，深减底为Ⅰ、Ⅲ焦化原料生产焦炭或者生产沥青。

5.3 常减压的主要指标

原料：原油脱后盐含量3mg.L；脱后含水<0.3wt%；排水含油<150ppm

初馏塔：初顶终馏点不大于174℃；液态烃C5不大于5%（v/v）C2不大于8%（v/v）

常压塔：常顶终馏点不大于174℃；常一线98%馏出温度不大于200℃；常二线馏程要求初馏点大于185℃，98%馏出温度小于240℃；常三线、常四线95%馏出温度<365℃。

减压塔：浅减一凝点≤-5℃；浅减二95%馏出温度≤370℃，365℃馏出≥92%，凝点≤18℃；浅减三残碳<0.15%(m/m)；深减一残碳≤0.15%(m/m)；深减二残碳≤0.7%(m/m)；深减三残碳≤2.6%(m/m)。

附录：

石脑油（naphtha）：一部分石油轻馏分的泛称。因用途不同有各种不同的馏程。我国规定馏程自初镏点至220℃左右。主要用作重整和化工原料。作为生产芳烃的重整原料，采用70~145℃馏分，称轻石脑油；当以生产高辛烷值汽油为目的时，采用70~180℃馏分，称重石脑油。用作溶剂时，则称溶剂石脑油，来自煤焦油的芳香族溶剂也称重石脑油或溶剂石脑油。

石脑油在常温、常压下为无色透明或微黄色液体，有特殊气味，不溶于水。密度在650~750kg/m3、。硫含量≤0.08%，烷烃含量≤60%，芳烃含量＜9%，烯烃含量≤1.0%，馏程范围在25℃~204℃之间，蒸汽压＜13psi，比色＞+20，As＜20ppb，汞＜1ppb，铅＜150ppb，氯含量＜1ppm。在作为重整原料时，As、Cu和Pb的含量需严格控制，以免重整催化剂中毒。