原油常减压蒸馏装置设计.doc

《原油常减压蒸馏装置设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原油常减压蒸馏装置设计.doc（17页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、_ 成人高等教育毕业设计（论文）题 目_学 生_联系电话 指导教师_评 阅 人_教学站点_专 业_完成日期_摘要石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。石油中的烃类和非烃类化合物，相对分子质量从几十到几千，相应的沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样。不同油区所产的原由在性质上差别较大，不同组成的原油表现出的物理性质不同，而不同的化学组成及物理性质对原油的使用价值、经济效益都有影响。石油不能直接作汽车、飞机、轮船等交通运输工具发动机的燃料，必须经过各种加工过程，才能获得符合质量要求的各种石油产品。人们根据对所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性，以及经济效益等

2、诸方面的分析、制订合理的加工方案。原油常减压蒸馏是常用基本的加工方案。石油炼制工业生产汽油、煤油、柴油等燃料和化学工业原料，是国民经济最重要的支柱产业之一，关系国家的经济命脉和能源安全，在国民经济、国防和社会发展中具有极其重要的地位和作用。石油炼制加工方案，主要根据其特性、市场需要、经济效益、投资力度等因素决定。石油炼制加工方案大体可以分为三种类型：（1）燃料型 主要产品是用燃料的石油产品。除了生产部分重油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。（2）燃料润滑油型 除了生产燃料的石油产品外，部分或大部分减压馏分油和减压渣油还用于生产各种润滑油产品。 （3）燃料化工型

3、 除了生产燃料产品外，还生产化工原料和化工产品。原油经过常压蒸馏可分馏出汽油、煤油、柴油馏分。因原油性质不同，这些馏分有的可直接作为产品，有的需要进行精制或加工。将常压塔底油进行减压蒸馏，等到的馏分视其原油性质或加工方案不同，可以作裂化（热裂化、催化裂化、加氢裂化等）原料或润滑油原料油原料，也可以作为乙烯裂解原料。减压塔底油可作为燃料油、沥青、焦化或其它渣油加工（溶剂脱沥青、渣油催化裂化、渣油加氢裂化等）的原料。目录第一章 总论1.1.工艺技术路线31.2文献综述41.2.1常减压蒸馏技术现状4第二章 工艺流程设计2.1原料油性质及产品性质52.1.1原料油性质52.1.2产品性质62.2.

4、工艺流程62.2.1工艺流程62.3 塔器结构72.4环保措施72.4.1污染源分析82.4.2废气处理82.4.3废水处理8第三章 工艺计算3.1 原料及产品的有关参数的计算93.2 工艺流程的确定根据与流程的叙述113.2.1 切割方案及性质113.2.2 物料平衡123.2.3 汽提蒸汽用量123.2.4 操作压力143.2.5 汽化段温度14 参考文献25第一章 总论1.1工艺技术路大港原油属于低硫环烷中间基原油。煤油具有相当好的挥发性能，比较高的闪点，适宜的粘度等特性，是一种优良的有机溶剂，有着广泛的应用前景，但是，直馏煤油和一般的加氢煤油芳烃含量都较量，氮的非烃化合物也很多，致使在

5、使用过程中，不仅使人感到有不舒服的臭味，还对人体有害。在应用上，煤油馏分除用作喷气燃料、特种溶剂油、灯用煤油以外，还有很大一部分作为铝轧油基础油使用。由于铝轧制在冷却、润滑和改善铝制品表面光洁度等方面都极其重要的作用，因此，随着铝加工业的迅猛发展，铝轧制油的用量越来越大。铝轧制油除应用具有馏分范围窄、饱和烃含量高、闪点高的特点外，还要求具有较低的硫含量和芳烃含量。煤油加氢工艺是生产高档铝轧制油最有效的工艺手段，该工艺主要是对其进行深度脱硫、脱氮和脱芳烃。采用加氢法生产无味煤油、铝轧制油，有着其它方法无法比拟的优点。首先是产品质量好，收率高，其中产品芳烃含量小于0.1%；其次是不产生酸渣、碱渣等

6、污染物，属于环境友好工艺。特种油品精馏与一般的炼油装置不同，馏分窄分馏精度要求高，产品的种类繁多，生产操作完全由市场决定，操作灵活要求非常高，根据产品方案要求，分馏部分采用双分馏塔多侧线抽出，其中第二分馏塔为减压操作，满足不同产品分割及质量要求。1.2.文献综述1.2.1常减压蒸馏技术现状国外蒸馏装置技术现状及发展趋势炼油传厂的大型化是提高其劳动生产率和经济效益，降低能耗和物耗的一项重要措施。按2004年一月底的统计，全世界共有717座炼油厂，总加工能力4103Mt/a。其中加工能力在10Mt/a以上的炼油厂126座，分散在34个国家和地区，有16座加工能力在20Mt/a以上。现在单套蒸馏装置

7、一般都在5Mt/a以上，不少装置已达到10Mt/a。现在最大的单套蒸馏装置处理量为15Mt/a。整体蒸馏装置将原油分为：常压渣油、含蜡馏分油、中间馏分油和石脑油组分。常压部分出常压渣油、中间馏分和石脑油以下的馏分。中间馏分在加氢脱硫分馏塔中分馏煤油、轻、重柴油，常压渣油进入高真空减压蒸馏，分馏出的蜡油作为催化裂化装置和加氢裂化装置的原料。整体蒸馏装置可以节省投资30左右。电脱盐方面：以Petrolite和Howe-Beaket二公司的专利技术较为先进。Howe-Beaket技术主要为低速脱盐，Petrolite已在低速脱盐的基础上开发了高速电脱盐。塔内件方面：以Koch-Glitcsh、Sul

8、zer和Norton为代表，拥有较先进的专利技术，公司开发出了SuperFRAC I.SuperFRACV高效塔盘和Gempak填料，Sulzer在原有Mellapak填料的基础上开发了Mllapakplus和Optiflow高效填料。产品质量方面，国外蒸馏装置典型的产品分馏精度一般为：石脑油和煤油的脱空度ASTM D86(5%-95%)13；煤油和轻柴油的脱空度ASTM D86(5%-95%)-20；轻蜡油与重蜡油的脱空度ASTM D1160(5%-95%)5，润滑油基础油也基本满足窄馏分、浅颜色。国内蒸馏装置技术现状我国蒸馏装置规模较小，大部分装置处理能力为2.5Mt/a，仅有几套装置的加

9、工能力超国4.5Mt/a。我国蒸馏装置的总体技术水平与国外水平相比，在处理能力、产品质量和拨出率方面存在较大的差距。最近几年，随着我国炼油工业的发展，为缩短与世界先进炼油厂的差距，我国新建蒸馏装置正向大型化方向发展，陆续建成了镇海、高桥8Mt/a及西太平洋10Mt/a等大型化的蒸馏装置等，其中高桥为润滑油型大型蒸馏装置，拟建的大型蒸馏装置也基本为燃料型。我国蒸馏装置侧线产品分离精度差别较大，如中石化有些炼油厂常顶和常一线能够脱空，但尚有40%的装置常顶与常一线恩氏蒸馏馏程重叠超过10，最多重叠达86。多数装置常二线与常三线恩氏蒸馏馏程重叠15以上，实沸点重叠则超出25。润滑油馏分切割也同国外先

10、进水平存在一定差距，主要表现在轻质润滑油馏分的发挥及中质润滑油馏分的残碳、颜色和安定性等方面存在差距较大。第二章 工艺流程设计2.1原料油性质及产品性质2.1.1原料油性质大港原油属低硫环烷中间基原油, 一般性质如下表所示。 表2-1 大港原油一般性质名称单位数值名称单位数值密度D2040.8896含盐mgNaCl/L74特性因数11.8水分%1.4运动粘度(50)Mm2/s20.64初馏点82凝点20200馏出%10含蜡量%14.1300馏出%25沥青质硅胶胶质%12.56Ni含量PPm18.5残炭%3.5V含量PPm1含硫%0.14Cu含PPm0.76含氮%灰分%0.018注: 计算时用d

11、420=0.8717, K=12 表2-2 原油实沸点蒸馏数据序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %号重体号重体号重体11132.373.28728320.8622.891338539.8042.3521485.586.54830024.0026.1314待添加的隐藏文字内容239943.0145.6231808.539.84931827.1129.351541946.1448.79421011.5413.121033530.3132.661646059.1361.65523514.5916.381135333.4935.921750071.3273.4862561

12、7.6819.611236436.6839.17 表2-3 原油平衡蒸发数据累计馏出, (体)310203040506070平衡蒸发温度, 2002372803163483814094362.1.2产品性质 表2-4大港原油常压分馏产品性质产品名称沸点范围产率 %(质)密 度d204恩 氏 蒸 馏 数 据 0%10%30%50%70%90%干点重整原料1304.20.734258879399106118130航空煤油1302309.40.7909142162180192205228243轻柴油23032013.50.8406225238255262270288312重柴油3203505.70.

13、8450307324329331340359385重油35067.20.92002.2. 工艺流程2.2.1工艺流程工艺流程简介：本设计采用二段汽化的常减压蒸馏装置技术（双塔流程）。设有常压塔、减压塔和附属的汽提塔。原油在进入常压塔前经过电脱盐系统的脱盐、脱水后，换热到240,再经常压炉加热到370进入常压塔，经过分馏，塔顶分馏出重整原料，侧线自上而下分别出航空煤油、轻柴油、重柴油，塔底分馏出重油。重油经减压炉加热至400左右,进入减压塔,塔顶抽真空,经分馏,减一线出重柴油,减二、三线出蜡油,减四线出润滑油,塔底出减压渣油。工艺流程图2-1如下：图2-1常减压蒸馏装置工艺原则流程图2.3 塔器

14、结构根据设计要求和实际情况，采用板式塔。各种板式塔有关结构性能比较如下表：表2-5 各种塔板比较塔板优点缺点泡罩塔板不容易发生漏液现象，有较好的操作弹性，对脏物不敏感结构复杂造价高，塔板压降大，雾末夹带现象严重塔板效率均匀筛板结构简单，造价低，气体，压降小操作弹性地，筛孔小，易堵塞浮阀塔板生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小，结构简单，造价低不宜处理易结焦，或黏度大喷射型塔板开孔率较大，可采用较高的空塔气速，生产能力大，塔板效率高操作弹性大气相夹带由上表比较可知，应选择浮阀塔板作为本次设计所需的塔板。2.4 环保措施2.4.1污染源分析常压加热炉烟气 减压加热炉烟气图2-2 常减压蒸

15、馏装置的工艺流程及污染源分布1电脱盐罐；2一初馏塔；3常压炉；4常压塔；5汽提塔；6-稳定塔；7分馏塔；8减压加热炉；9减压塔由图2-2可知，常减压蒸馏装置污染源有电脱盐排水、初顶排水、机泵冷却水、常顶排水、减顶排水、常压加热炉烟气、减压加热炉烟气，所以环保工作应围绕这些污染源采取相应措施。2.4.2废气处理加热炉烟气烟气中的so2与燃料中硫含量有关，使用燃料气及低硫燃制能有效降低so2。的排放量。NO2的排放与燃料中的N2含量及燃烧火嘴结构有关。停工排放废气装置在停工时，需对塔、容器、管线进行蒸汽吹扫，大部分存油随蒸汽冷凝水排出，还有部分未被冷凝的油气随塔顶蒸汽放空进入大气；检修时，需将塔、

16、容器等设备的人孔打开，将残存的油气排入大气；要制定停工方案并严格执行，严格控制污染。无组织排放废气一般情况下含硫废水中硫化氢及氨的气味较大，输送这种含硫废水必须密闭，如有泄漏则毒害严重。含硫化氢废气经常泄漏的部位是在“三顶”回流罐脱水部位。减少措施是控制好塔顶注氨。输送轻质油品管线、碱渣管线及阀门的泄漏会造成大气污染，本装置设计常压塔顶减压阀为紧急放空所用，放空气体进入紧急放空罐。管线阀门的泄漏率应小于2c。另外，蒸馏装置通常设“三顶”瓦斯回收系统，将初顶、常减顶不凝气引入加热炉作为燃料烧掉或回收，这样对节能、安全、环保均有利。2.4.3废水处理电脱盐排水制电脱盐过程所排的废水，来自原油进装置

17、时自身携带水和溶解原油中无机盐所注入的水。此外，加入破乳剂使原油在电场的作用下将其中的油和含盐废水分离。由于这部分水与油品直接接触，溶人的污染物较多，特别是电脱盐罐油水分离效率不高时，这部分排水中石油类和COD均较高。排水量与注水量有关，一般注入量为原油的58。筛选好的破乳剂、确定合适用量、提高电脱盐效率都对提高油水分离效果有利；用含硫污水汽提后的净化水回注电脱盐可减少新鲜水用量，同时减少净化水排放的挥发酚含量；增加油水镧离时间，严格控制油水界面(必要时设二次收油设施)可减少油含量。塔顶油水分离器排水常减压蒸馏装置其初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶产物经冷后均分别进入各自的油水分离器，进行油水分离

18、并排水。这部水是由原油加工过程中的加热炉注水，常压塔和减压塔底注汽产品汽提塔所用蒸汽冷凝水，大气抽空器冷凝水，塔顶注水，缓蚀剂所含水分等组成。由于这部分水与油品直接接触，所以 AN染物质较多，排水中硫化物、氨、COD均较高。排水中带隋况与油水分离器中油水分离时间、界面控制是否稳定有关。正常生产情况下，严格控制塔顶油水分离器油水界面是防止排重带油的关键。机泵冷却水机泵冷却水由两部分构成，一部分是冷却泵体用水，全部使用循 K冷却后进循环水回水管网循环使用。另一部分是泵端面密封冷却 K，随用随排入含油废水系统。一般热油泵需冷却水较多，如端面十漏油较多则冷却水带油严重。如将泵端面密封改为波纹管式端 i

19、封，可以减少漏油污染。装置其他排水 a油品采样该装置有汽油、煤油、柴油等油品采样口用于采 j品进行质量检测。一般在油品采样前，都要放掉部分油品，以便：次采样滞留在管线中的油置换掉。这部分油品会污染排水。可采动分析仪或密闭采样法，也可以将置换下的油品放入污油罐中回以减少污染。 b设备如拆卸油泵、换热器等，需将设备内的存油放掉进入系统。如果能在拆卸设备处，设专线将油抽至污油回收系统(或罐)，可以减少污染。 c停工扫线 装置停工需将设备、管线中的存油用蒸汽吹扫于此阶段排放污染物最为严重。应制定停工方案并严格执行，尽量油送至污油罐区，严禁乱排乱放。 d地面冲洗原油泵、热油泵、控制阀等部位所在地面最易遭

20、受污染。一般不允许用水冲洗的地面，通常用浸有少量煤油的棉纱插去油污。e,装置废水排放计量 各种废水排出装置进入全厂含油废水系统之前，要设置计量井，并制定排水定额。对控制排放废水的污染较为有效。第三章 工艺计算3.1 原料及产品的有关参数的计算产品实沸点蒸馏数据见表3-1实沸点蒸馏体积分数%温度（）01030507090100汽油40889195112127140煤油105140171191208237252轻柴油196221254269284309339重柴油301336349353373403448表3-1 产品实沸点蒸馏数据表产品性质见表3-2产品体积平均沸点C中平均沸点C立方平均沸点C比

21、重指数0API特性因数/K平衡汽化温度/ C临界参数焦点参数01030%50%70%90%100%温度C压力MPa温度C压力MPa汽油100.699.61006111.976 88929699104109208.63.313285.86煤油193.4189191.747.510.9162170181187193204211381.42.824113.80柴油262.6268.3261.63710.72542602682722762842914 61.62.134672.62重柴33733533636113553603633643693763855131.375161.57表3-2 产品性质表以

22、汽油为例列出详细的计算、换算过程其他产品仅将计算、换算结果列于上表（1）体积平均沸点 （2）恩氏蒸馏90%10%斜率：90%10%斜率（3）立方平均沸点：由图查得校正值为，(4)中平均沸点：由图查得校正值为，（5）比重指数：由汽油密度查表得：（6）特性因数：由图查得：（7）相对分子质量：根据经验汽油取（8）平衡汽化温度由图求得平衡汽化100%温度为恩氏蒸馏/%（体） 0 10 30 50 70 90 100馏出温度/ 58 87 93 99 106 118 130恩氏蒸馏温差/ 29 6 6 7 12 12因恩氏蒸馏10%70%斜率=由图查得：平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=平衡汽化50%

23、点的温度/ 平衡汽化温度/ 71 84 88 92 96 101 105（9）临界温度 由图查得：临界温度 （10）临界压力 由图查得：临界压力=(11)焦点压力 由图查得：焦点压力 （12）焦点温度由图查得：焦点温度3.2 工艺流程的确定根据与流程的叙述3.2.1 切割方案及性质切割方案及性质表见表3-3：（开工天数为8000小时） 产品实沸点的馏程/ C实沸点的切割点/ C汽油40140煤油105252122.5轻柴油196339224重柴油301448320表3-3 原油常压切割方案及性质表3.2.2 物料平衡常压塔物料平衡表设计处理量: 250+学号10万吨/年=250+11*10=3

24、60万吨/年物料平衡（按8000小时/年）见表3-4油 品产 率%处 理 量 或 产 量体积质量104t/Ykg/hkmol/h原 油100100360450000产品汽油5.04.215.218900197煤油10.59.433.8442300278轻柴油14.213.548.660750279重柴油5.95.720.522565088重油64.467.2241.92302400表3-4 物料平衡表3.2.3 汽提蒸汽用量侧线产品及塔底重油都用过热水蒸汽汽提, 使用的是温度420, 压力0.3MPa的过热水蒸汽。汽提水蒸汽用量与需要汽提出来的轻组分含量有关, 其关系大致如图2所示。在设计中可

25、参考表3-5所列的经验数据选择汽提蒸汽用量。 塔名称产品蒸汽用量, , 对产品常压塔溶剂油1.52.0常压塔煤油23常压塔轻柴油23常压塔重柴油24常压塔轻润滑油24常压塔塔底重油24初馏塔塔底油1.21.5减压塔中、重润滑油24减压塔残渣燃料油24减压塔残渣汽缸油25表3-5 汽提蒸汽用量(经验值)油品,对油kg/hkg/hKmol/h一线煤油3126970.5二线轻柴油2121567.5三线重柴油2.8718.239.9塔底重油26048336合计9250.2513.9表3-6 汽提水蒸汽用量表3-5为表3-6得出的汽提水蒸汽用量。石油分馏塔塔板数、塔板型式和塔板数主要靠经验选用表3-7、

26、3-8是常压塔塔板数的参考值。被分离的馏分推荐板数轻汽油重汽油68汽 油煤 油68汽 油柴 油46轻柴油重柴油46进料最低侧线36汽提段或侧线汽提4表3-7 常压塔塔板数国外文献推荐值表被分离的馏分东方红套南京套上海炼厂汽 油煤 油3109煤 油轻柴油996轻柴油重柴油746重柴油裂化原料846最低侧线进料443进料塔底4643-8 国内某些炼油厂常压塔塔板数 参照表3-7与表3-8选定的塔板数如下:汽油煤油段 9层(考虑一线生产航煤)煤油轻柴油段 6层轻柴油重柴油段 6层重柴油汽化段 3层塔底汽提段 4层全塔用两个中段回流每个用3层换热塔板共6层全塔塔板总数为34层。3.2.4 操作压力取塔

27、顶产品罐压力为: 0.131MPa。塔顶采用两级冷凝冷却流程图。取塔顶空冷器压力降为0.01Mpa使用一个管壳式后冷器, 壳程压力降取0.0171Mpa故塔顶压力=0.13+0.01+0.017=0.1571MPa (绝)。取每层浮阀塔板压力降为0.00051MPa (4mmHg)则推算常压塔各关键部位的压力如下: (单位为MPa)塔顶压力 0.157一线抽出板(第9层)上压力 0.161二线抽出板(第18层)上压力 0.166三线抽出板(第27层)上压力 0.170汽化段压力(第30层下) 0.172取转油线压力降为0.0351Mpa则加热炉出口压力=0.172+0.035=0.2071Mp

28、a3.2.5 汽化段温度汽化段中进料的汽化率与过汽化率取过汽化率为进料的2(质)(经验值为24)或2.03(体)则过汽化油量为9000kg/h, 要求进料在汽化段的汽化率为:eF=(5.0+10.514.2+5.9+2.03)=37.63(体) 汽化段油气分压汽化段中各物料的流量如下:汽油 199kmol/h煤油 279kmol/h轻柴油 278kmol/h重柴油 89kmol/h过汽化油 30kmol/h油气量合计 875kmol/h其中过汽化油的分子量取300水蒸汽336kmol/h(塔底汽提)。由此计算得过汽化段的油气分压为:0.172875/(875+336)=0.124Mpa汽化段温

29、度的初步求定汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.124MPa之下汽化37.63(体)的温度为此需要作出在0.124MPa下的原油平衡汽化曲线见图1中的曲线4。在不具备原油的临界参数与焦点参数而无法作出原油的P-T-e相图的情况下曲线4可用简化法求定: 由图1可得到原油在常压下的实沸点曲线与平衡汽化曲线的交点为310。将此交点温度换算成在0.124MPa压力下的温度为320。当eF为37.63(体)时的温度为350此即欲求的汽化段温度tF。此tF是由相平衡关系求得还需对它进行校核。tF的校核校核的目的是看tF要求下的加热炉出口温度是否合理校核的方法是作绝热闪蒸过程的热平衡计算以求得炉出口温度。当

30、汽化率eF=37.63(体)tF=350, 进料在汽化段中的焓hF计算如表8所示。进料带入汽化段的热量QF(P=0.172Mpat=350)见表3-9物料焓Kj/kg热量kJ/h汽相液相汽油1176117618900=22.27*106煤油1147114742300=48.52106轻柴油1130113060750=68.65106重柴油1122112225650=28.78106过汽化油111890001118=10.06106重油888888302400=268.5106合计QF=446.8106表3-9 进料带入汽化段的热量QhF=446.8106/450000=992.89kJ/kg再

31、求出原油在加热炉出口条件下的热焓ho按前述方法作出原油在炉出口压力0.207MPa压力之下平衡汽化曲线(即图1中的曲线3)。此处忽略了水分若原油中含有水分则应按炉出口处油气分压下的平衡汽化曲线计算。因考虑生产航空煤油限定炉出口温度不超过360，转化为常压下温度为325时汽化率eo为31.5，显然eoeF，即在炉出口条件下过汽化油和部分重柴油处于液相。据此可算出进料在炉出口条件下的焓值ho。ho=233.2106/450000=518.18kJ/kg核算结果表明ho略高于hF所以在设计的汽化段温度350之下能保证所需的拔出率(31.5体)。炉出口温度也不致超过充许限度。进料在炉出口处携带的热量(

32、P=0.207MPa, t=360)见表3-10物料焓Kj/kg热量kJ/h汽相液相汽油1201120118900=22.70106煤油1164116442300=49.24106轻柴油1151115160750=69.92106重柴油(g)1143114316060=21.79106重柴油(l)9719719590=9.3106重油904904302400=273.4106合计Qo=446.4106表3-10 进料在炉出口处携带的热量 参考文献1 唐孟海等常减压蒸馏装置技术问答北京：中国石化出版社20042 程丽华等石油炼制工艺学北京：中国石化出版社20063 北京石油设计院编石油化工工艺计算图表烃加工出版社19854 丁官果编化工容器及设备设计浙江大学出版社19965 韩冬冰编化工工艺学中国石化出版社20036 张映鹏编炼油工艺学石油工业出版社19827 陶刚编化工工艺及安全化学出版社20048 侯荚生编石油炼制与化工中国石化出版社,19959 韩冬冰李叙凤王文华编化工工程设计北京：学苑出版杜,199710 葛婉华等化工计算北京：化学工业出版社199511 彭秉璞化工系统分析与模拟北京：化学工业出版杜199012 李叔培编石油加工工艺学(上、中、下册) 中国石化出版社200313石油化学工业部石油化工规划设计院编塔的工艺计算石油工业出版社1979