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1、 成人高等教育毕业设计（论文）题 目 5.0Mt/a新疆原油常压蒸馏工艺装置设计 学 生 李 超 联系电话 15991371534 指导教师 魏 承 涛 评 阅 人 教学站点 陕 西 工 业 技 术 学 院 专 业 石 油 化 工 生 产 技 术 完成日期 2011 年 6 月 3日 成人高等教育毕业设计（论文）任务书论文题目5.0Mt/a新疆原油常压蒸馏工艺装置设计学生姓名李超教学站陕西工业技术学院专业班级双石油1201内容与要求一、原始数据1. 年开工8000小时；2. 1.0MPa管网饱和水蒸汽；3. 大气温度20，大气压力71.99kPa(540mmHg)，大气湿度65%。二、内容与要
2、求 1. 根据新疆原油评价数据及同类型生产装置的有关数据，制定合理的生产方案和切割方案； 2. 初馏塔（闪蒸塔）工艺设计； 3. 常压塔工艺设计； 4. 塔板设计及水力学计算； 5. 绘制工艺原理流程图； 6. 撰写工艺设计说明书；设计（论文）起止时间2011年 3 月 9 日至2011 年 6月 21 日指导教师签名学生签名 5.0Mt/a新疆原油常压蒸馏工艺装置设计摘 要：新疆原油为低硫中间石蜡基原油，根据该原油各项性质特点和直馏产品性质分析，结合我国成品油和化工原料的市场需求，确定新疆原油的加工方案为燃料化工型，经常压蒸馏将原油切割为重整料、3#航空煤油、-20#轻柴油、10#轻柴油及常
3、压渣油。本设计对闪蒸塔、常压塔进行了工艺设计。其中初馏塔主要进行了操作参数的计算，常压塔进行了操作参数、侧线抽出板温度校核、气液相负荷、全塔水力学的验算。绘制了常压蒸馏装置的工艺流程图。关键词：原有评价； 闪蒸塔； 常压塔 The Design of5.0Mt/a Atmospheric Distillation Unit of XinJiang Crude OilAbstract： The Xinjiang crude oil for the low sulfur middle paraffin-base crude, according to this crude oil each nat
4、ure characteristic and the straight run nature analysis, unifies our country refined oil and the industrial chemicals market demand, determined that the Xinjiang crude oil the working scheme for the fuel - chemical industry, to rally after the atmospheric distillation crude oil cutting the material,
5、 the 3# jet fuel, - the 20# light diesel oil, the 10# light diesel oil and the long residuum. This design to the flash tower, the constant pressure tower on the technological design. And the primary tower has mainly carried on the operating parameter computation, the constant pressure tower carried
6、on the operating parameter, the side line to extract the board temperature examination, the gas liquid phase load, the entire tower hydraulics checking calculation. Has drawn up the atmospheric distillation installment flow chart.Keywords：Original appraisal; Flash tower; Constant pressure tower 目 录1
7、 绪论11.1 课题的意义11.2 国内外研究现状22 原油加工方案的确定32.1 概述42.2 原油加工方案的确定52.3 油品性质73 闪蒸塔133.1 闪蒸塔的操作条件计算133.2 热量衡算143.3 闪蒸塔塔径的计算153.4 闪底油性质的计算163.5 闪蒸产品占原油产率173.6 闪蒸塔的计算结果汇总174 常压塔的设计计算184.1 产品收率和物料平衡184.2 汽提蒸汽用量184.3 塔板形式和塔板数194.4 精馏塔计算草图194.5 汽化段温度194.6 塔底温度224.7 塔底及侧线温度的假设与回流热的分配224.8 侧线及塔顶温度校核244.9 全塔气液相负荷294.
8、10 塔板水力学验算374.11 常压塔操作参数及结构尺寸汇总45结论46参考文献47致 谢48附录49附 图501 绪论 1.1 课题的意义石油炼制工业和国民经济的发展十分密切，无论工业、农业、交通运输和国防建设都离不开石油产品，石油炼制生产的汽油、煤油、柴油、重油以及天然气是当前主要能源的主要供应者。目前我国每年消耗的原油量为2.6亿吨左右，由于经济迅速发展，我国的石油消费量年均增长6.66%；而我国石油最终可采资源量仅为130亿吨-160亿吨。石油作为不可再生资源的有限性,以及石油资源生产与消费的地理非均衡性分布,使得石油资源成为国际政治、外交乃至军事斗争的焦点因素,其国家战略性资源的地
9、位日益突出1.2 国内外研究现状常减压装置是炼油装置的龙头，担负着对原料进行初次加工，为下游装置提供二次加工原料的任务。国内还未真正掌握减压深拔成套技术，少数几套装置虽然从国外SHELL和KBC公司引进了减压深拔工艺包，但对该项技术的吸收掌握还需要一段时间。通常来讲，国外的减压深拔技术是指减压炉分支温度达到420以上，原油的实沸点切割点达到565620。中国石油化工股份有限公司近几年新引进的减压深拔技术是按原油的实沸点切割点达到565设计，也即是国外减压深拔技术的起点，其余减压装置未实现深度拔出的主要原因是装置建成时问较早，当时多按原油实沸点切割点为520540设计，无法实现减压深拔。 二十一
10、世纪的世界炼油工业将面临经济全球化、市场国际化、竞争白热化、环保法规日益严格化的严峻挑战。随着全球石油消费量的持续增长和原油质量的下降，传统的炼油技术将难以适应时代要求，世界各国特别是发达国家的炼油工业已经或正在采取一些重大举措包括：通过兼并、联合、重组，充分发挥优势以增强竞争实力；走炼油化工一体化道路，优化资源配置，提高经济效益；采用清洁技术、生物技术、合成技术生产清洁油品；注重加强科学管理，采取措施降低生产成本等。目前，国内的炼油企业在呼吁国家制定相对宽松、合理的政策，减轻压力的同时，也在着手制定质量升级战略。中国炼厂正根据东部地区、中西部地区和出口三个市场区域分别制定油品质量升级步骤与战
11、略。市场主要在东部地区和部分产品出口的炼厂需要全面提升产品质量，使出口产品质量紧跟世界先进水平，以提高在国际市场上的竞争能力。提高油品质量的难点在汽油，因此仍需坚持集中资金、重点改造的原则，提高大型骨干炼厂的产品质量，并以质量升级为契机实施资源优化配置和布局调整战略，关停并转小炼厂，努力降低质量升级的成本。2 原油加工方案的确定2.1 概述2.1.1 设计依据(1) 根据西安石油大学继续再教育学院驻陕西工业技术学院函授点下发的“毕业实际任务书”。(2) 新疆原油评价报告。(3) 中华人民共和国石油天然气行业标准“石油工程制图标准”(SYJ391)。(4) 中国石油化工总公司标准“炼油装置工艺设
12、计技术规定”(SH1076)。2.1.2 设计原则(1) 根据新疆原油评价报告，依照国家标准、行业标准设计5.0Mt/a新疆原油常压蒸馏工艺设计。(2) 年开工量8000小时2.1.3 装置特点(1) 装置采用一脱三注即脱盐、注氨、注缓蚀剂、注破乳剂。 (2) 常一线3#航煤采用再沸器；常二线-20#轻柴油、常三线10#轻柴油、常底重油都采用水蒸汽汽提。2.1.4 工艺流程原油(45左右)由原油罐区经原油泵抽入装置，在泵入口注入一定量的水和破乳剂，经原油泵混合后，换热至135混合后进入一级电脱盐罐，经过脱盐后，再与一定量的水和破乳剂混合，然后注入二级脱盐罐进行脱盐。脱盐后的原油经过换热到225
13、，进入闪蒸塔进行闪蒸。闪顶油进入常压塔第12层板(198，0.1485MPa)，闪底油经过常压加热炉加热至360(0.194MPa)经转油线进入常压塔第34层板(354.4，0.159MPa)进行常压蒸馏。常压塔顶油气(117，0.143MPa)经空冷冷却器冷却至60，并分为两路：一路作热回流返回塔顶；一路经水冷进一步冷凝后作为重整原料出装置。常一线由常压塔第9层塔板179，0.147MPa)抽出，经过换热、精制后作为3#航空煤油。常二线由常压塔第19层塔板(245，0.152MPa)抽出，进入常二线汽提塔，汽提油汽返回常压塔第17层，常二线油品经汽提后换热、精制，作为-20号轻柴油出装置。常
14、三线由常压塔第27层塔板(300，0.157MPa)抽出，进入常三线汽提塔，汽提油汽返回常压塔第25层，常三线油品经汽提后换热、精制，后作为10轻号柴油柴油出装置。常压渣油在(346.4，0.161MPa)下抽出，可进行减压蒸馏。常压塔第一中段回流从常压塔第14层抽出，换热后返回常压塔第11层。常压塔第二中段回流从常压塔第24层抽出，换热后返回常压塔第20层。为了综合利用烟气余热，对流室下段加热闪底油，中段加热水蒸汽，上段加热冷原油，最后是空气换热。2.2 原油加工方案的确定 2.2.1 原油一般性质新疆原油为低硫中间石蜡基原油，该原油粘度低、凝点低、沥青质、金属含量均较低，轻质油收率和总拔出
15、率较高。原油性质见表2-1，馏程见表2-2。表2-1 新疆原油性质分析项目实验值分析项目实验值比重指数/API30.8酸值/mgKOH/g0.20密度/g/cm30.8404残炭/ m%1.31粘度20/mm2/s胶质/m%2.9650/mm2/s5.95沥青质/m%0.05凝点/14蜡/m%10.10表2-2新疆原油馏程数据 温度/质量分数/m% 温度/质量分数/m% 22022028.412012.9924032.114016.3326035.94160 19.3028039.4218022.5930044.7320025.4535056.902.2.2 原油评价结果新疆原油属低硫中间石蜡
16、基原油，根据原油评价报告，参考市场供需情况，结合产品的相关标准，本设计拟选用燃料化工型加工方案。初馏145馏分可作为重整原料；135240馏分可作为3#航空煤油；220310馏分可作为-20#轻柴油；290360馏分可作为10#轻柴油；340渣油可进行减压蒸馏。新疆原油加工方案可表示如图2-1图2-1 原油加工方案2.3 油品性质原油中比性质曲线 原油实沸点曲线图2-2 原油实沸点曲线及原油密度曲线查图2-2、图2-3得到各个馏分的收率、密度、凝点以及实沸点蒸馏(TBP)数据并将其转换恩氏蒸馏(ASTM)数据(以下查图和换算仅以重整原料为例，其余馏分仅写出结果)2-3 原油凝点曲线表2-3 新
17、疆原油切割流程及馏分性质 油品切割点温度/沸程/密度/g/cm3收率凝点/v%m%重整原料3503400.933439.844.1032表2-4 恩氏蒸馏(ASTM)数据馏出体积分数/v%01030507090100馏出温度C重整原料50761001041131301393#航空煤油160166177191203223232-20#轻柴油23624024725727028830010#轻柴油2903013203253323383502.3.1 ASTM换算EFV数据恩氏蒸馏30%点-10%点=26，查图3-2-42的查值为-1.6，所以平衡汽化50%点=104-1.6=102.6。由表2-8得
18、恩氏蒸馏10%-30%馏出温度差： 重整原料 DT=63#航空煤油 DT=4-20#轻柴油 DT=4.810#轻柴油 DT= 6.5查图3-2-32得到平衡汽化曲线各段温差：表2-5 平衡汽化曲线各段温差馏出体积分数/v%0%-10%10%-30%30%-50%50%-70%70%-90%90%-100%温度差/重整原料369.02.22.02.62.53#航空煤油8.02.01.72.02.311.7-20#轻柴油1.55.01.71.32.39.810#轻柴油5.11.21.21.065.2由图3-2-42求得恩氏蒸馏温度50%点转换为平衡汽化50%点温度如表2-7:表2-6 恩氏50%点
19、转换为平衡汽化50%点温度ASTM 50%点温度/平衡汽化50%点温度/重整原料104102.43#航空煤油191191.5-20#轻柴油25725910#轻柴油325322.1由表2-5、表2-6可得平衡汽化蒸馏数据:表2-7 平衡汽化蒸馏数据馏出体积分数/v%0%10%30%50%70%90%100%馏出 温度/重整原料84.992100.2102.4105.2110.8114.23#航空煤油180.3182186.9191.5195.2202.1206.1-20#轻柴油250.3252255259264270.627510#轻柴油311.4314.6321.0322.1325.8327.
20、5335.02.3.2 平均沸点根据表2-5恩氏蒸馏各段温度可求各组分体积平均沸点：tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5 (2-1)重整原料 tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5=104.63#航空煤油 tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5=192-20#轻柴油 tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5=26310#轻柴油 tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5=286.4根据表2-5恩氏蒸馏数据可得恩氏蒸馏10%-90%斜率如下：重整原料 S=0.675/%3#航空煤油 S=0.7125/%-20#轻柴油 S=0.6/
21、%10#轻柴油 S=0.4625/%根据图2-1-12可得各馏分的实分子平均T实，中平均t中，立方平均t立，重量平均t重。计算结果列于表2-13。 表2-8 各组分平均沸点油 品实分子平均T实中平均t中重量平均t重与tv的差值/平均沸点/与tv的差值/平均沸点/与tv的差值/平均沸点/重整原料-6.3498.2-4.10100.71.0106.13#航空煤油-5.823186.3-3.65188.4-0.5193.2-20#轻柴油-4.44258.7-1.02260.0250264.710#轻柴油-3.3283.1-2.06284.30301.22.3.3 比重指数重整原料 =0.78013#
22、航空煤油 =0.7772-20#轻柴油 =0.817610#轻柴油 =0.8303重 油 =0.9334由1-2-282查得密度校正值同时按式2-2校正： =+ (2-2)可得：重整原料 =0.0050 =0.71313#航空煤油 =0.0045 =0.7817-20#轻柴油 =0.0040 =0.8216 10#轻柴油 =0.0042 =0.8345重 油 =0.0039 =0.9371由比重指数(=141.5/-131.5) (2-3)可得：重整原料 =66.963#航空煤油 =49.49-20#轻柴油 =40.68 10#轻柴油 =38.0重 油 =19.552.3.4 特性因数K和分子
23、量M将各个油品的中平均沸点摄氏温度转换为华氏温度:F =(t 9/5)+32 (2-4)代入数据可得华氏温度： 重整原料 t中=100.6 t中=213.08F 3#航空煤油 t中=188.35 t中=371.03F-20#轻柴油 t中=261.98 t中=503.56F10#轻柴油 t中=284.23 t中=543.61F由油品的中平均沸点和油品经验公式得到K和M； (2-5) (2-6) 重整原料 K =12.28 M =94.56 3#航空煤油 K =12.20 M =137.48-20#轻柴油 K =12.01 M=191.6810#轻柴油 K =11.99 M=246.152.3.5
24、 临界性质：2.3.6.1由经验公式可得真假临界温度： (2-7) (2-8) (2-9)可得真假临界温度:表2-9 真假临界温度 油品真假临界温度/F真临界温度/真临界温度/ K假临界温度/ K真假临界温度比K真/ K假真临界温度/F假临界温度/F重整原料548.1497.5269.55405341.013#航空煤油647.55684.53676356251.00-20#轻柴油720.13815.9425.7701.5696.51.0010#轻柴油741.57856.5450.5723.5727.51.002.3.5.2 假临界压力由经验公式可得油品的假临界压力(绝压) (2-10) 常顶油
25、=460磅/吋2=34.3atm 3#航空煤油=346磅/吋2=24.8atm -20#轻柴油=2750磅/吋2=19.7atm 10#轻柴油=250磅/吋2=17.7atm2.3.5.3 真临界压力由假临界压力 和 真假温度比值 查图由经验公式可得油品的真临界压力 (绝压) (2-11)常顶油=728磅/吋2 3#航空煤油=443.9磅/吋2-20#轻柴油=317.8磅/吋2 10#轻柴油=257.5磅/吋22.3.7油品基本数据汇总表2-10 油品基本数据油品APIKM临界参数平衡汽化温度/温度/压力/MPa0%100%重整原料66.9612.2894.56269.53.5084.9114
26、.23#航空煤油49.4912.02137.483672.48180.4206.1-20#轻柴油40.6812.01191.68425.71.93250.327510#轻柴油38.011.99246.15450.51.76311.43353 闪蒸塔3.1 闪蒸塔的操作条件计算3.1.1 操作压力条件取常压塔塔顶回流罐压力为0.116MPa，塔顶采用两级冷凝冷却流程。常压塔塔顶空冷器压降为0.01MPa，使用一个管壳式后冷器，壳程压力降取0.017MPa，故常压塔塔顶的操作压力为0.143MPa。常压塔的塔板选用浮阀塔板，其每板压降为0.5kPa，则推算各关键部位的压力：塔顶：0.143MPa一
27、线抽出(第9块板) P=0.143+0.510-38=0.147MPa闪顶进料(第12块板) P=0.1485MPa二线抽出(第19块板) P=0.152MPa三线抽出(第27块板) P=0.156MPa汽化段(第32层以下) P=0.159MPa闪蒸塔塔顶气体在常压塔第13层板进料，取闪蒸塔塔顶到常压塔的管线压降为0.035MPa。所以，闪蒸塔的操作压力为：P=0.143+110.510-3+0.035=0.1835MPa3.1.2 操作压力条件：原油经换热器换热到225，进入闪蒸塔。由上述计算公式得：原油数据如下：馏出体积分数10%30%50%70%90%实沸点温度/103.3213.53
28、05380.6475.0平衡汽化温度/178.6239293.7343.1398.8恩氏温度/112209.6293363454.5表3-1 原油蒸馏数据恩氏蒸馏馏出体积10%-30%斜率S=(209.6-112)/(30-10)=4.67 /由图3-1得原油实沸点曲线与平衡汽化曲线交于225，查图6-1-72可得0.1835MPa下可得温度为255，利用这些数据作出0.1835MPa下原油的平衡汽化曲线，如图3-1中曲线D。 B原油实沸点蒸馏曲线 C原油平衡气化曲线D0.1835MPa下原油的平衡汽化曲线图3-1 原油在闪蒸压力下的平衡汽化曲线 查图3-1得：225、0.1835 MPa下原
29、油的体积汽化率e=21.8%(质量汽化率e=19.98%)。原油恩氏蒸馏的10%70%曲线斜率S=(381-107.6)/(70-10)=4.56 /%原油=0.8404。查图3-6-32可得：闪蒸塔塔顶气体(闪顶油)的密度=0.7375；闪蒸塔塔底液体(闪底油)的密度=08685。表3-2 各组分流率 油品处理量t/a流率kg/h 原油450104t/a562500kg/h0.8404闪顶油89.82104 t/a11227 kg/h0.7369闪底油360.18104t/a512063kg/h0.86913.2 热量衡算如图3-2，设原油在闪蒸塔没有能量损失，取闪底油出闪蒸塔的温度比原油进
30、料低10，即t1=228-10=218。查焓图，求出原油、闪底油的焓值： t0=228时，原油的焓值=196kcal/kgt1=218时，闪底油的焓值=164.2kcal/kg由 F0= F底+ F顶 (3-1)即 194F0=162.53(1-0.1807)F0+0.1807F0 得：=340.2 kcal/kg由闪顶油的=0.7375，查焓图得闪顶油的温度t2=202。 进料t0=228，F0=625000kg/h闪顶油t2=210F段 =112937 kg/ht1=218F底=512063 kg/h闪底油闪蒸塔因t0、t1、t2三者温差在10，满足工艺要求。图3-2 闪蒸塔的计算草图3.
31、3 闪蒸塔塔径的计算D= (3-2)式中 u取1.21.6 m/s，这里取u =1.4 m/s V= (3-3) (3-4) V=28.7m 3/s则： D= =5.11m圆整D=5 m3.4 闪底油性质的计算在0.1843MPa、228时，原油汽化率为21.6(v%)，原油的恩氏蒸馏曲线10%70%点间的斜率S=4.56/%，由图3-6-12得闪顶油恩氏蒸馏温度和原油恩氏蒸馏温差，由图3-6-22得闪底油恩氏蒸馏温度和原油恩氏蒸馏温差。1闪底油平衡汽化曲线； 2 闪底油实沸点蒸馏曲线；3 油气分压下的平衡气化曲线；图3-3闪底油蒸馏性质曲线 原油、闪顶油及闪底油的计算结果如下表3-3。：表3
32、-3 恩氏蒸馏温度汇总表体积分数/v%原油恩氏蒸馏温度/闪顶油恩氏蒸馏温度/闪底油恩氏蒸馏温度/101124518930209.682.6272.65029312134170363157396闪底油蒸馏数据汇总见表3-4。表3-4 闪底油蒸馏数据体积分数/v%10%30%50%70%ASTM/188.6273341.61397.5EFV/224.9289.6337.5382.43.5 闪蒸产品占原油产率气相占原油质量分数为21.6%0.7369/0.8404=18.85% 质量为94.25104t/a其中 重整原料 质量为71.49104 t/a 质量分数/m%为75.85% 3#航空煤油 质
33、量为22.7104 t/a 质量分数/m%为24.15%液相占原油质量分数为81.15% 质量为405.75104t/a表3-5 各产品的质量分数油品质量/t/a质量流率/kg/h占原油的量/m%3#航空煤油79.81049975015.96-20#轻柴油72.0510490062.514.4110#轻柴油61.21047650012.24重油212.510426562542.53.6 闪蒸塔的计算结果汇总 将前面的闪蒸塔计算结果汇总如表3-5。表3-6闪蒸塔计算结果汇总油 品温度/压力/MPa流量/kg/h闪顶油2100.1835112937闪底油2180.1835512063进 料2280
34、.1835 6250004 常压塔的设计计算4.1 产品收率和物料平衡前面已确定了原油的加工方案，产品性质，并得出油品的有关性质参数。现取年开工天数为8000小时，即可做出常压塔的物料平衡。表4-1 物料平衡油 品产率处理量或产量体积分数/v%质量分数/m%质量104t/a质量流率/kg/h摩尔流率/kmol/h闪顶油20.3418.0790.35112937闪底油79.6681.93409.65512063合计100100500625000产品重整原料16.311.5474.4593062.58623#航空煤油16.415.8479.899750566-20#轻柴油14.816.1672.0
35、590062.541210#轻柴油12.713.1061.276500266塔底重油39.846.15212.5265625合计1001005006250004.2 汽提蒸汽用量常二线和常三线及塔底都采用过热水蒸气汽提，使用温度420，压力0.3MPa的过热水蒸气M=18.0, 由于要生产3#航空煤油，考虑到使用水蒸气汽提会影响其冰点，故采用重沸器。表4-2 汽提蒸汽用量油品质量分数m%(对油品)质量流率/kg/h摩尔流率/kmol/h-20#轻柴油32701.9150.110#轻柴油2.52295127.5塔底重油27968.8442.7合计12965.71720.34.3 塔板形式和塔板数选用浮阀塔板重整原料3#航空煤油 7块3#航空煤油-20#轻柴油 6块-20#轻柴油10#轻柴油 6块10#轻柴油汽化段 5块塔底气提段 5块考虑采用两个中段回流，每个用三层换热塔板，共六层，所以，全塔塔板总数计为36块塔板。4.4 精馏塔计算草图将塔体、塔板、进料及产品进出口、中段循环回流位置、汽提返塔位置绘成常压塔计算草图，见图4-1。4.5 汽化段温度4.5.1 汽化段中进料的汽化率与过汽化度取过汽化度为闪底进料的2.03%(m%) 由于最低侧线油=0.8345g/cm3，M=287，故取过汽化油
