原油是一种多种烃的混合物,是粘稠的、深褐色的液体。直接使用
原油非常浪费,所以就需要把原油中各组分分离出来,通常是使用精馏的方法,即精确控制温度,使特定沸点的组分挥发出来。
减压蒸馏:使常压
渣油在8kPa左右的绝对压力下蒸馏出重质
馏分油作为润滑油料、裂化原料或裂解原料,塔底残余为减压渣油。如果
原油轻质油含量较多或市场需求
燃料油多,原油蒸馏也可以只包括原油预处理和
常压蒸馏两个工序,俗称原油拔头。原油蒸馏所得各馏分有的是一些
石油产品的原料;有的是二次加工(见石油炼制过程)的原料(见表)。(见彩图)
与一般的蒸馏一样,原油蒸馏也是利用
原油中各组分
相对挥发度的不同而实现各馏分的分离(见精馏)。但原油是复杂烃类混合物,各种烃(以及烃与烃形成的
共沸物)的沸点由低到高几乎是连续分布的,用
简单蒸馏方法极难分离出纯化合物,一般是根据产品要求按沸点范围分割成轻重不同的馏分,因此,原油蒸馏塔与分离纯化合物的
精馏塔不同,其特点为:
① 有多个侧线出料口,原油蒸馏各馏分的分离精确度不要求像纯化合物蒸馏那样高,多个侧口(一般有3~4个)可以同时引出轻重不同的馏分。②提浓段很短。原油蒸馏塔底物料很重,不宜在塔底供热。但通常在塔底通入过热
水蒸气,使较轻馏分蒸发,一般提浓段只有3~4块塔板。③中段回流。原油各馏分的平均沸点相差很大,造成原油蒸馏塔内蒸气负荷和液体负荷由下向上递增。为使负荷均匀并回收高温下的热量,采用中段回流取热(即在塔中部抽出液体,经换热冷却回收热量后再送回塔内)。通常采用2~3个中段回流。
应用电化学分离或加热沉降方法脱除
原油所含水、盐和固体杂质的过程。主要目的是防止盐类(钠、钙、镁的氯化物)离解产生
氯化氢而腐蚀设备和盐垢在
管式炉炉管内沉积。
采用电化学分离时,在原油中要加入几到几十ppm
破乳剂(离子型破乳剂或非离子型聚醚类破乳剂)和
软化水,然后通过高压电场(
电场强度1.2~1.5kV/cm),使含盐的水滴聚集沉降,从而除去原油中的盐、水和其他杂质。电化学
脱盐常以两组设备串联使用(二级脱盐,图1)以提高脱盐效果。
预处理后的
原油经加热后送入
常压蒸馏装置(图2)的初馏塔,蒸馏出大部分轻汽油。初馏塔底原油经加热至360~370℃,进入
常压蒸馏塔(塔板数36~48),该塔的塔顶产物为汽油馏分(又称
石脑油),与初馏塔顶的轻汽油一起可作为
催化重整原料,或作为石油化工原料,或作为汽油调合组分。常压塔侧线出料进入汽提塔,用
水蒸气或
再沸器加热,蒸发出轻组分,以控制轻组分含量(用产品
闪点表示)。通常,侧一线为
喷气燃料(即
航空煤油)或
煤油馏分,侧二线为
轻柴油馏分,侧三线为
重柴油或
变压器油馏分(属润滑油馏分),塔底产物即常压
渣油(即
重油)。
也称
真空蒸馏。
原油中重馏分沸点约370~535℃,在常压下要蒸馏出这些馏分,需要加热到420℃以上,而在此温度下,重馏分会发生一定程度的裂化。因此,通常在
常压蒸馏后再进行
减压蒸馏。在约2~8kPa的
绝对压力下,使在不发生明显
裂化反应的温度下蒸馏出
重组分。常压
渣油经减压加热炉加热到约380~400℃送入
减压蒸馏塔。减压蒸馏可分为润滑油型(图3)和
燃料油型两类。前者各馏分的分离精确度要求较高,塔板数24~26;后者要求不高,塔板数15~17。
通常用
水蒸气喷射泵(或者用机械抽真空泵)抽出不凝气,以产生真空条件。发展的干式全填料减压塔(见
填充塔)采用金属高效填料代替塔板,可以使全塔
压力降减少到 1.3~2.0kPa,从而可以提高蒸发率,并减少或取消塔底水蒸气用量。为了在同一炉出口温度下使常压
渣油有最大的
汽化率,
减压蒸馏都将炉出口至塔的管线设计成大管径的形式(见彩图),以减少压降,进而降低炉出口压强。减压塔顶分出的馏分减(压、拔)顶油,一般作为柴油混入常压三线中,减压一线至四线作为裂化原料或润滑油原料,塔底为
减压渣油,可作为生产残渣润滑油(见
溶剂脱沥青)和
石油沥青的原料,或作为
石油焦化的原料,或用作
燃料油。
19世纪20年代主要
石油产品为灯用
煤油,
原油加工量较少,原油蒸馏用釜式蒸馏法(原油间歇送入
蒸馏釜,在釜下加热)进行。19世纪80年代,随着原油加工量逐渐增加,将4~10个蒸馏釜串联起来,原油连续送入,称为连续釜式蒸馏。1912年,美国M.T.特朗布尔应用
管式加热炉与蒸馏塔等加工原油,形成了现代化原油连续蒸馏装置的雏形,原油加工量越来越大。近30年来,原油蒸馏沿着扩大处理能力和提高设备效率的方向不断发展,逐渐形成了现代化大型装置(见彩图)。中国现有40余套原油蒸馏装置,年总加工能力超过100Mt。
原油蒸馏产率主要取决于原油的性质。中国
大庆原油的汽油馏分(130℃前)产率约为4.2%,
喷气燃料馏分(130~240℃)约为9.9%,
轻柴油馏分(240~350℃)约为14.5%,重质
馏分油(350~500℃)约为29.7%,其余为
减压渣油(约为41.7%)。胜利
原油的汽油馏分(200℃前)约为7%,轻柴油馏分(200~350℃)约为18%,
重质油馏分(350~525℃)约30%,减压渣油约为45%。
原油蒸馏是
石油炼厂中能耗最大的装置,采用
化工系统工程规划方法,使热量利用更为合理。此外,利用计算机控制加热炉燃烧时的空气用量以及回收利用烟气余热,可使装置能耗显著降低。