Atmospheric and Vacuum Crude
Distillation Units in Petroleum Refineries
David S. J. Jones
Contents
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
The Atmospheric Crude Distillation Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Development of the Material Balance for the Atmospheric Crude Distillation Unit . . . . . 129
Design Characteristics of an Atmospheric Crude Distillation Fractionating Tower . . . . . . 133
The Fractionator Overhead System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
The Side Streams and Intermediate Reflux Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Calculating the Main Tower Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
The Crude Feed Preheat Exchanger System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
An Example in the Design of an Atmospheric Crude Oil Distillation Tower . . . . . . . . . . . . 158
The Vacuum Crude Distillation Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
The Vacuum Crude Distillation Unit’s Flash Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
The Tower Overhead Ejector System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Calculating Flash Zone Conditions in a Vacuum Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Drawoff Temperatures . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . 188
Determine Pumparound and Internal Flows for Vacuum Towers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Calculate Tower Loading in the Packed Section of Vacuum Towers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Appendix 1: Pressure-Temperature Curves for Hydrocarbon Equilibria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Appendix 2: ASTM Gaps and Overlaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Appendix 3: Valve Tray Design Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Appendix 4: Chord Height, Area, and Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Abstract
Crude oil received by a refinery is initially distilled or fractionated into multiple
“cuts” by boiling range. These cuts are further processed into final products in
David S. J. Jones: deceased.
D.S.J. Jones
Calgary, AB, Canada
# Springer International Publishing Switzerland 2015
S.A. Treese et al. (eds.), Handbook of Petroleum Processing,
DOI 10.1007/978-3-319-14529-7_25
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Distillation Units in Petroleum Refineries
David S. J. Jones
Contents
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
The Atmospheric Crude Distillation Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Development of the Material Balance for the Atmospheric Crude Distillation Unit . . . . . 129
Design Characteristics of an Atmospheric Crude Distillation Fractionating Tower . . . . . . 133
The Fractionator Overhead System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
The Side Streams and Intermediate Reflux Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Calculating the Main Tower Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
The Crude Feed Preheat Exchanger System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
An Example in the Design of an Atmospheric Crude Oil Distillation Tower . . . . . . . . . . . . 158
The Vacuum Crude Distillation Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
The Vacuum Crude Distillation Unit’s Flash Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
The Tower Overhead Ejector System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Calculating Flash Zone Conditions in a Vacuum Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Drawoff Temperatures . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . 188
Determine Pumparound and Internal Flows for Vacuum Towers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Calculate Tower Loading in the Packed Section of Vacuum Towers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Appendix 1: Pressure-Temperature Curves for Hydrocarbon Equilibria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Appendix 2: ASTM Gaps and Overlaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Appendix 3: Valve Tray Design Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Appendix 4: Chord Height, Area, and Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Abstract
Crude oil received by a refinery is initially distilled or fractionated into multiple
“cuts” by boiling range. These cuts are further processed into final products in
David S. J. Jones: deceased.
D.S.J. Jones
Calgary, AB, Canada
# Springer International Publishing Switzerland 2015
S.A. Treese et al. (eds.), Handbook of Petroleum Processing,
DOI 10.1007/978-3-319-14529-7_25
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