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催化裂化裝置 技師培訓(xùn)教程 分餾單元 中國石油天然氣股份有限公司 授課內(nèi)容提要第一講蒸餾基礎(chǔ)知識一蒸餾基本概念二蒸餾的分類第二講催化裂化分餾系統(tǒng)一催化裂化分餾塔的工藝特征二分餾塔回流方式及選擇三板式塔四催化裂化分餾塔的節(jié)能 第一講蒸餾基礎(chǔ)知識一蒸餾基本概念 一 蒸餾在煉油生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 1 石油及石油餾分的分離 2 煉廠氣的分離 3 混合芳烴的分離 4 溶劑的分離過程 二 蒸餾基本概念1 汽化 在一定條件下 液體轉(zhuǎn)化為氣體的過程 2 蒸發(fā) 如果液體的汽化是在其表面上進(jìn)行的 則這種汽化稱為蒸發(fā) 3 沸騰 如果液體的汽化在其表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行則這種汽化稱為沸騰 4 沸點(diǎn) 液體出現(xiàn)沸騰時(shí)所具有的溫度稱為沸點(diǎn) 5 冷凝 通過降溫使氣體 蒸汽 變?yōu)橐后w的過程稱為冷凝 6 飽和蒸汽壓 在一定溫度下 液體與液體上方的蒸汽呈平衡狀態(tài)時(shí) 該蒸汽所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸汽壓 通常簡稱為蒸汽壓 7 泡點(diǎn)溫度 在一定壓力下 將液體油品加熱至內(nèi)部剛剛開始汽化 即 剛好出現(xiàn)第一個(gè)氣泡時(shí)的液體溫度稱為該油品的泡點(diǎn)溫度 8 露點(diǎn)溫度 在一定壓力下 將汽化的蒸汽冷卻至剛好出現(xiàn)第一滴液滴時(shí)的汽相溫度稱為該蒸汽的露點(diǎn)溫度 9 初餾點(diǎn) 將油品放入恩氏蒸餾設(shè)備內(nèi)加熱至餾出第一滴液滴時(shí)的氣相溫度稱為該油品的初餾點(diǎn) 10 干點(diǎn) 油品在恩氏蒸餾設(shè)備內(nèi) 加熱蒸餾至氣相所能達(dá)到的最高溫度稱為該油品的干點(diǎn)或終餾點(diǎn) 11 蒸餾 利用混合物中各組分揮發(fā)性 沸點(diǎn) 的不同 將各組分分離開來的一種方法 12 分餾 精餾 在提供回流的條件下 通過汽液兩相密切接觸 進(jìn)行多次部分汽化和多次部分冷凝 從而使混合物中各組分達(dá)到較高程度的分離 二蒸餾的分類1 按蒸餾操作方式分類 1 間歇式蒸餾 2 連續(xù)式蒸餾2 按蒸餾操作壓力分類 1 常壓蒸餾 2 加壓蒸餾 3 減壓蒸餾 3 按蒸餾分離組分?jǐn)?shù)分類 1 二元系蒸餾 2 多元系蒸餾 3 復(fù)元系蒸餾4 按蒸餾方式分類 1 平衡蒸餾 2 簡單蒸餾 3 精餾 4 特殊蒸餾 萃取蒸餾 恒沸蒸餾 水蒸汽蒸餾 第二講催化裂化分餾系統(tǒng)一催化裂化分餾塔工藝特征1 采用復(fù)合塔代替多塔分餾流程 1 多塔分餾流程 2 復(fù)合塔分餾流程2 設(shè)置側(cè)線汽提塔3 分餾塔底設(shè)有脫過熱段 4 塔頂溫度利用塔頂循環(huán)回流控制5 采用較多的循環(huán)回流取熱6 回流比由全塔熱平衡確定7 沿塔高汽液相量變化較大 恒摩爾流假定不適用 二催化裂化分餾塔的汽液相負(fù)荷分布規(guī)律 二分餾塔回流方式及選擇 一 塔頂回流1 作用2 流程 1 塔頂冷回流 2 塔頂二級冷凝冷卻回流 二 塔頂循環(huán)回流1 作用2 流程3 選擇 1 塔頂產(chǎn)品含不凝氣體較多 2 塔頂熱負(fù)荷較大 3 對塔頂餾出管線及冷凝冷卻系統(tǒng)壓降要求苛刻 三 中段循環(huán)回流1 作用 1 使塔內(nèi)汽 液相負(fù)荷分布更趨均勻 2 充分回收利用高溫位熱能 2 中段循環(huán)回流數(shù)目的選擇 1 沿塔高汽 液相負(fù)荷分布盡量均勻 2 盡量回收更多的高溫位熱能 3 經(jīng)濟(jì)合理 設(shè)備投資 操作費(fèi)用 3 中段循環(huán)回流進(jìn) 出口位置4 中段循環(huán)回流進(jìn) 出口溫差 四 塔底循環(huán)回流1 作用2 流程3 選擇 1 塔底部熱負(fù)荷較大 2 塔底溫度較高 3 塔底氣相進(jìn)料中含有固體顆粒 四催化裂化分餾塔產(chǎn)品的分餾精度 一 分餾精度的表示方法油品分餾塔相鄰兩個(gè)餾分之間的分餾精度是用兩個(gè)餾分的恩氏蒸餾曲線關(guān)系來表示的 圖 11分餾塔相鄰兩餾分脫空與重疊示意圖 a 脫空 5 95 餾出 餾出溫度 脫空 重疊 重餾分恩氏蒸餾曲線 輕餾分恩氏蒸餾曲線 二 分餾精度與回流比 塔板數(shù)的關(guān)系1 塔頂產(chǎn)品與一線產(chǎn)品之間2 塔側(cè)線之間 三 分餾塔各段之間塔板數(shù)的確定 三板式塔 一 板式塔的主要構(gòu)件 二 工業(yè)生產(chǎn)對板式塔的要求 三 常用的塔板類型 四 塔板的布置及常見的溢流型式 五 塔板溢流裝置 六 板式塔的幾種不正常操作狀態(tài) 七 塔板負(fù)荷性能圖 3 支座 1 支承式支座 2 裙式支座4 人孔 1 圓形人孔的直徑一般不應(yīng)小于450mm且方便塔內(nèi)零部件的進(jìn) 出 2 人孔的位置應(yīng)與塔內(nèi)部件錯(cuò)開 3 人孔之間的間距一般相隔4 7層塔板 5 接管6 平臺7 吊柱 板式塔內(nèi)部主要構(gòu)件1 塔板 降液管 溢流堰 受液盤 2 除沫器3 防渦器4 濾焦器 二 工業(yè)生產(chǎn)對板式塔的要求1 生產(chǎn)能力大 2 操作穩(wěn)定 彈性大 3 分離效率高 4 汽 液兩相流動(dòng)阻力小 5 耗材少 結(jié)構(gòu)簡單 易于制造和安裝 6 耐腐蝕 不易堵塞 方便操作 調(diào)節(jié) 方便檢修及維護(hù)保養(yǎng) 三 常用的塔板類型1 浮閥塔板2 篩孔型塔板3 固舌塔板4 浮舌塔板5 網(wǎng)孔塔板6 CTST 立體傳質(zhì) 塔板 四 塔板的布置及常見的溢流型式1 塔板的布置 區(qū) 鼓泡區(qū) 為汽液兩相有效傳質(zhì)區(qū) 區(qū) 溢流區(qū) 為降液管及受液盤所占區(qū)域 區(qū) 破沫區(qū) 區(qū)和 區(qū)之間所夾區(qū)域 區(qū) 邊緣區(qū) 靠近塔壁的區(qū)域 2 常見的塔板溢流形式U型流單溢流雙溢流階梯流 五 塔板溢流裝置1 降液管 降液管的作用 1 導(dǎo)流液體 2 分離氣泡 降液管的型式 1 圓形降液管 2 矩形降液管 3 弓形降液管 2 溢流堰 1 出口堰 外堰 作用 保證塔板維持一定厚度液層 均勻分布塔板出口液體 防止走短路 類型 平口堰用于堰上液層高度大于或等于6mm的場合 齒型堰用于堰上液層高度小于6mm的場合 2 入口堰 內(nèi)堰 作用 使入口液體在塔板上均勻分布 減小入口液體的沖擊 干擾 保證降液管必要的液封 類型 圓鋼型 6mm 8mm 矩形板型 3 受液盤 作用 接受 緩沖上層塔板流下的液體 充當(dāng)側(cè)線液體抽出斗 類型 平形受液盤 凹形受液盤 六 板式塔的幾種不正常操作狀態(tài)1 霧沫夾帶 液沫夾帶 霧沫夾帶量控制 0 1kg 液 1kg 氣 2 液泛 淹塔 1 溢流液泛 2 夾帶液泛 七 板式塔的塔板效率及影響因素1 塔板效率表示方法 1 全塔總板效率 ET 達(dá)到指定的分離要求所需的理論塔板數(shù)與實(shí)際塔板數(shù)之比 2 單板效率 Em 氣體或液體經(jīng)過一層實(shí)際塔板前后的組成變化與經(jīng)過一層理論塔板前后的組成變化之比 y n x n 與xn yn呈平衡的氣 液相組成 3 塔板點(diǎn)效率 Eo 指塔板上任意一點(diǎn)的局部效率 y x 與x y呈平衡的氣 液相組成 2 塔板效率的影響因素 1 物料性質(zhì)的影響粘度 密度 表面張力 擴(kuò)散系數(shù) 相對揮發(fā)度等 2 操作條件的影響溫度 壓力 氣速及氣液相流量比等 3 塔板形式及結(jié)構(gòu)塔板間距 溢流堰高 塔徑 降液管尺寸及塔板上液體流徑長度等 3 全塔總板效率的計(jì)算 ET 全塔總板效率 塔頂 塔底平均溫度下物系的相對揮發(fā)度 L 塔頂 塔底平均溫度下的液體粘度xi 液相中i組分的摩爾分?jǐn)?shù) Li 液相中i組分的粘度 其中 L xi Li 八 板式塔的氣液兩相流動(dòng)方式和接觸狀態(tài)1 氣液兩相流動(dòng)方式 1 氣液兩相錯(cuò)流流動(dòng) 2 氣液兩相逆流流動(dòng)2 氣液兩相接觸狀態(tài) 1 鼓泡接觸狀態(tài) 2 泡沫接觸狀態(tài) 3 噴射接觸狀態(tài) 七 塔板負(fù)荷性能圖1 塔板負(fù)荷性能圖示意2 塔板負(fù)荷性能圖的作用 1 指出塔板的上 下限負(fù)荷控制因素 2 指出塔板在具體工藝條件下的操作彈性 3 檢驗(yàn)塔板設(shè)計(jì)是否合理 4 為挖潛改造提供依據(jù) 六催化裂化分餾塔的操作要點(diǎn)及節(jié)能 一 催化裂化分餾塔的操作要點(diǎn)1 穩(wěn)定控制分餾塔的進(jìn) 出料量2 合理控制分餾塔的各點(diǎn)溫度 壓力3 穩(wěn)定控制各處液位4 合理控制各段回流量 四催化裂化分餾塔的節(jié)能 1 合理控制產(chǎn)品質(zhì)量 避免過度分餾 2 減少水蒸汽用量 3 合理分配塔的回流取熱 4 提高塔板的分離效率 5 優(yōu)化操作條件 控制平穩(wěn)操作 6 采用先進(jìn)的控制系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)燃料油飽和蒸氣壓測定儀器示意圖 連續(xù)精餾示意圖 塔板操作彈性 V1 V2 利用塔板負(fù)荷性能圖確定塔板操作彈性示意圖 VS 2 4 1 O LS 液相量 汽相量 塔板負(fù)荷控制因素示意圖 VS O LS 液相量 汽相量 塔板負(fù)荷性能圖示意圖 1號線 泄漏控制線2號線 液相負(fù)荷下限控制線3號線 霧沫夾帶控制線4號線 液泛控制線5號線 液相負(fù)荷上限控制線 VS O LS 液相量 汽相量 汽液兩相鼓泡接觸狀態(tài)示意圖 汽液兩相泡沫接觸狀態(tài)示意圖 汽液兩相噴射接觸狀態(tài)示意圖 汽液兩相錯(cuò)流流動(dòng)示意圖 優(yōu)點(diǎn) 1 氣液兩相接觸時(shí)間較長 2 操作彈性較大 缺點(diǎn) 1 塔板有效傳質(zhì)面積相對較小 2 液面落差較大 優(yōu)點(diǎn) 1 塔板有效傳質(zhì)面積相對較大 2 結(jié)構(gòu)簡單 無液面落差 3 氣體分布均勻 缺點(diǎn) 1 操作彈性較小 氣液兩相接觸時(shí)間短 2 易發(fā)生過量霧沫夾帶 汽液兩相逆流流動(dòng)示意圖 板式塔液泛 淹塔 示意圖 板式塔霧沫夾帶示意圖 板式塔均勻泄漏示意圖 板式塔傾向性泄漏示意圖 H2 H1 H 液面落差 H H1 H2 板式塔隨機(jī)性泄漏示意圖 板式塔汽泡夾帶示意圖 塔板四區(qū)劃分示意圖 U型流塔板示意圖 1 2 單溢流型塔板示意圖 雙溢流型塔板示意圖 階梯式雙溢流型塔板示意圖 降液管 反應(yīng)油氣多塔分餾流程示意圖 2 1 3 粗汽油裂化氣體 重柴油 油漿 輕柴油 進(jìn)料 反應(yīng)油氣 回流 側(cè)線汽提塔示意圖 輕柴油 重柴油 粗汽油裂化氣體 油漿 進(jìn)料 復(fù)合塔分餾示意圖 2 1 3 粗汽油裂化氣體 重柴油 油漿 輕柴油 進(jìn)料 回流 多塔分餾示意圖 催化裂化分餾塔塔底脫過熱段流程示意圖 中段循環(huán)回流進(jìn) 出口位置示意圖 中段循環(huán)回流進(jìn) 出口位置示意圖 中段回流對塔內(nèi)汽液相負(fù)荷的影響 L1 V2 塔頂?shù)谝粔K板下的液體和油氣的體積流量 15 6 N1 塔頂與一線之間的實(shí)際塔板數(shù)R1 塔頂?shù)谝粔K板下的回流比 R1 L1 V2 a 裂化分餾塔頂產(chǎn)品與一線產(chǎn)品之間分餾精度圖 R1N1 L1 V2 N1 一線產(chǎn)品 L1 V1 Ln Vn 1 第n塊板下的液體和油氣的體積流量 15 6 Nn 兩側(cè)線之間的實(shí)際塔板數(shù) 不包括換熱板 Rn 側(cè)線抽出板下的回流比 Rn Ln Vn 1 b 裂化分餾塔側(cè)線產(chǎn)品之間分餾精度圖 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡圖 22 半球型封頭簡圖 優(yōu)點(diǎn) 1 殼壁受力均勻 耐壓程度高 2 封頭深度最大 可增大塔的空間 缺點(diǎn) 1 加工制造困難 2 造價(jià)較高 優(yōu)點(diǎn) 1 加工制造較容易 2 造價(jià)較低 缺點(diǎn) 1 封頭深度較小 只是球型封頭的一半 2 耐壓程度較球型封頭低 優(yōu)點(diǎn) 1 易于沖壓加工制造 2 造價(jià)低 缺點(diǎn) 1 殼壁受力不均勻 耐壓程度差 2 封頭深度最小 碟型封頭簡圖 支承式支座示意圖 應(yīng)用場合1塔徑小于4000mm2塔總高度小于10m3塔高徑比小于5 裙式支座示意圖 應(yīng)用場合主要用于塔徑較大或較高的大塔中 簡單蒸餾示意圖 平衡蒸餾示意圖 優(yōu) 缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單 造價(jià)低 除沫效果較差 優(yōu) 缺點(diǎn)除沫效果好 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 造價(jià)較高 防渦器示意圖 a 排液管直徑D 150mm b 排液管直徑D 150mm 濾焦器示意圖 濾筒 排液管 塔體 濾孔 錐型帽 支承板 柱 1浮閥塔板的種類 1 標(biāo)準(zhǔn)圓盤型浮閥塔板 結(jié)構(gòu)形式 工作原理 主要優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 生產(chǎn)能力較大 操作彈性大 分離效率高 塔板壓降較小 缺點(diǎn) 閥片易脫落 閥片易卡死 2 ADV高效浮閥塔板 導(dǎo)向浮閥 結(jié)構(gòu)形式 主要性能優(yōu)勢 同標(biāo)準(zhǔn)圓盤型浮閥塔板對比 處理能力大 提高30 以上 操作彈性大 增加30 50 分離效率高 提高10 20 塔板壓降較小 減少10 b 矩型 條型 a 圓盤型 2篩孔型塔板 1 普通篩孔型塔板 結(jié)構(gòu)形式及工作原理 主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 造價(jià)低 壓降較小 制造 安裝 檢修維護(hù)簡便 缺點(diǎn) 操作彈性小 泄漏較嚴(yán)重 塔板孔道易堵塞 2 垂直篩孔型塔板 結(jié)構(gòu)形式及工作原理 主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 傳質(zhì)效率高 加工能力大 適應(yīng)性強(qiáng) 操作彈性較大 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 造價(jià)高 塔板壓降較普通篩板高 a 垂直篩板結(jié)構(gòu)圖 b 垂直篩板工作原理 3 導(dǎo)向篩孔型塔板 結(jié)構(gòu)形式及工作原理 導(dǎo)向篩孔板主要優(yōu)點(diǎn) 生產(chǎn)能力大 塔板效率高 壓降低 抗堵塞能力強(qiáng) 結(jié)構(gòu)簡單 造價(jià)低 3固舌塔板 結(jié)構(gòu)形式 固舌塔板工作原理 固舌塔板工作原理圖 固舌型塔板的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1 生產(chǎn)能力大 板壓降較小 2 不易結(jié)焦 不易堵塞 3 結(jié)構(gòu)簡單 造價(jià)低 4 制造 安裝及維修方便 缺點(diǎn) 1 操作彈性小 2 低氣速下操作時(shí) 泄漏量較大 3 不適用于塔徑較小的塔 4 塔板傳質(zhì)效率較低 4浮舌塔板 結(jié)構(gòu)形式 閥片展開圖 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1 操作彈性大 塔板效率高 2 處理能力大 塔板壓降低 缺點(diǎn) 閥片易脫落 損壞 5網(wǎng)孔塔板 結(jié)構(gòu)形式及工作原理 網(wǎng)孔型塔板的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1 生產(chǎn)能力大 壓降小 2 傳質(zhì)效率高 霧沫夾帶量小 3 不易結(jié)焦 堵塞 缺點(diǎn) 1 塔板易變形 2 不適合小直徑的塔 3 開孔率增大時(shí) 操作彈性會顯著下降 6立體傳質(zhì) CTST 塔板 結(jié)構(gòu)形式及工作原理 CTST塔板實(shí)物圖片 立體傳質(zhì)塔板主要優(yōu)點(diǎn) 1 氣 液兩相通過能力大 2 塔板傳質(zhì)效率高 3 塔板壓降低 操作彈性大 4 能處理特殊物質(zhì) 5 設(shè)備投資較小 改造方便 施工周期短 運(yùn)轉(zhuǎn)周期長 圓形降液管示意圖 矩形降液管示意圖 弓形降液管示意圖 a 平口堰示意圖 b 齒型堰示意圖 a 圓鋼形入口堰示意圖適用于出口堰高大于或等于降液管底隙高度 即 h1 h2 b 矩形板型入口堰示意圖適用于出口堰高小于降液管底隙高度 即 h1 h2 優(yōu)點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)簡單 2 液體流過阻力小 3 不易堵塞 缺點(diǎn) 1 不能形成良好液封 2 不便于側(cè)線液體抽出 優(yōu)點(diǎn) 1 便于側(cè)線液體抽出 2 能形成良好液封 3 對出口液體具有緩沖作用 缺點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 2 液體流過阻力較大 3 易堵塞 蒸餾瓶 電加熱器 餾出管 溫度計(jì) 冷卻水箱 量筒 圖 11恩氏蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 3 泄漏 漏液 1 均勻泄漏 2 傾向性泄漏 3 隨機(jī)泄漏泄漏量控制 10 4 氣泡夾帶控制液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間 5秒鐘 丁烯 丁二烯混合物萃取蒸餾分離示意圖 丁烯 丁二烯混合物乙腈萃取精餾與普通精餾對比 苯 環(huán)己烷混合物恒沸蒸餾分離示意圖 中段循環(huán)回流進(jìn) 出口位置示意圖 一 板式塔的主要構(gòu)件 板式塔外部總體結(jié)構(gòu)1 塔體2 封頭 1 球型封頭 2 碟型封頭 3 橢圓型封頭