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1、辽河油常减压蒸馏工艺设计1000万吨/年辽河油常减压工艺设计摘 要主要完成了年处理能力为1000万吨的辽河原油常压塔的设计计算，其次为塔板的设计。常压塔的设计主要是依据所给的原油实沸点蒸馏数据及产品的恩氏蒸馏数据，计算产品的各物性数据，确定原油切割方案，计算产品收率。参考同类装置确定塔板数，进料及侧线抽出位置，假设各主要部分的操作温度及操作压力，对全塔进行热平衡计算，确定全塔回流热。本次设计塔顶采用二级冷凝冷却回流，塔中采用两个中段循环回流，塔顶取热：第一中段回流取热：第二中段回流取热本次设计主要采用经验图表和经验公式进行计算，计算结果表明，参数的核算结果均在误差允许范围内和经验值范围内。关键
2、词：原油；常压塔；塔板；设计1000MT/a Liao He crud oil atmospheric and decompression distillation equipment technology designAbstractA atmospheric distillation column, which is able to treat crud oil 500MT a year, is designed mainly, and a type of tray and a atmospheric heater are secondary.The design of the atmos
3、pheric distillation column is based on the datum of true point distillation of the crude oil and of Engler distillation of the products. The calculation of products phsical property parameters and the cut comceptual and products yields are also based on the datum. The tray number, the feed tray and
4、the side stream withdrawal tray are determined by referring to the same kind unit. The m vapor load of the column is 2286Kmol/h, and outside diamete is 3.8m.The tray spacing 0.8m. So the height of the column body is 25.6m. In this section, the most important work is to calculate the hydromechanics p
5、erformance and the operating flexibility of tray is 3.2. The tray should be operated in a proper area.A hollow cylindrical pipe furnace is chosen. The VI vacuum residuum is used as the fuel. In this section, the parameters of the radiant section and convection section is calculated with the empirica
6、l formulas. The design is mainly adopted empirical figures and empirical equations. The results show that the results are in the range permitted and in the range of empirical values. Keywords: crude oil; atmospheric distillation column; tray; heater; design1000万吨/年辽河油常减压工艺设计1 前 言1.1文献综述1.1.1常减压装置在炼厂
7、总加工流程中的作用原油是由各种碳氢化合物组成的极复杂的混合物。炼油工业的主要目的是从原油中提炼出各种燃料、润滑油、化工原料和其他石油产品（例如石油焦、沥青等）。常减压装置将原油用蒸馏的方法分割成为不同沸点范围的组分，以适应产品和下游工艺装置对原料的要求。常减压蒸馏是炼油厂加工原油的第一个工序，即原油的一次加工，在炼油厂加工总流程中的重要作用，常被称之为“龙头”装置。一般来说，原油经常减压装置加工后，可得到直馏汽油、喷气汽油、灯用煤油、轻、重柴油和燃料油等产品，某些富含胶质和沥青质的原油，经减压深拔后还可直接生产出道路沥青。在上述产品中，除汽油由于辛烷值较低，目前已不再直接作为产品，还有部分产品
8、可直接或经过适当精制后作为产品出厂（如喷气燃料、直馏柴油等）。常减压装置的另一个主要作用是为下游二次加工装置或化工装置提供质量较高的原料。例如，重整原料、乙烯裂解原料、催化裂化、加氢裂化或润滑油加工装置的原料、焦化、氧化沥青、溶剂脱沥青或减粘裂化装置的原料等。近年来，随着重油催化裂化技术的发展，某些原油（例如大庆原油）的常压塔第重油也可直接作为重油催化裂化装置的原料。因此，常减压蒸馏装置的操作，直接影响着下游二次加工装置和全厂的生产状况。1.1.1.1蒸馏发展过程19世纪20年代主要石油产品为灯用煤油，石油主要采用釜式蒸馏法（石油间歇送入蒸馏釜,在釜下加热）进行蒸馏。随着石油产品种类和需求量的
9、逐渐增加，80年代起，出现了连续釜式蒸馏，石油加工能力大幅度提高。1912年，美国M.T.特朗布尔应用管式加热炉与蒸馏塔等加工石油，形成了现代化连续蒸馏装置的雏形，石油加工能力飞速提高。近30年来，沿着扩大石油加工能力和提高设备运行效率的方向不断发展，全球范围内逐渐形成了若干个大型现代化石油蒸馏装置群和加工基地。改革开发以来，我国在大型石油常减压蒸馏装置国产化的工艺与设备设计、研发以及生产管理等方面均取得了重大进步。主要表现在：（1）2001年在中国石化集团公司镇海炼化公司（以下简称镇海炼化）改造建成我国第一套加工能力为1000Mt/a的常减压蒸馏装置并一次开车成功，标志着我国常减压蒸馏装置迈
10、入大型化行列；（2）开发和应用了两极闪蒸、强化蒸馏、减一线生产柴油、初馏塔加压等新工艺技术；（3）在消化吸收国外引进电脱盐技术和设备的同时，先后开发了鼠笼式高效电脱盐、垂直极板电脱盐等一系列新技术；（4）采取适宜的工艺流程对“三顶气”进行回收，对减少加工损失、提高炼油厂效益都起到了积极的促进作用；（5）随着企业节能降耗意识的提高和技术改造力度的加大，装置的能耗在逐年有所降低，有些已经达到国外同类装置的先进水平；（6）科研人员使用新技术、新材料使常减压蒸馏的总拨出率有所提高。1.1.1.2 常减压蒸馏技术发展常减压装置是原油加工的第一道程序，也是石油加工过程加工规模最大的工艺装置。常减压装置加工
11、能力的高低是一个炼油企业加工能力的标志，它的能耗占炼油综合能耗的 1520。同时加工量越高，装置能耗越低，提高常减压装置加工能力以及降低能耗对降低整个炼厂的综合能耗，提高经济效益的作用十分明显。以加工量为10.0Mt/a 的原油蒸馏装置为例，能耗下降一个单位(即加工每吨原油的能耗降低1kg 标准燃料油)，则每年可节省10kt 标准燃料油。因此近年来常减压装置工艺发展总是围绕两个个主题：扩能、降耗。1.1.1.3扩能改造规模小的装置能耗高，其原因除了小设备、小机泵可能效率较低外，主要是散热损失大。粗略计算一个年处理量50 万吨的常减压装置其单位散热面积一般为年处理量250 万吨同类的2.4 倍以
12、上，因此规模小的装置其“固定能耗“占的比例比大装置大很多，这是小型炼油厂在技术经济上的致命弱点。大加工量也成为常减压蒸馏装置发展的趋势。进入20 世纪90 年代后，国内原油资源日趋紧张，各炼油厂都把提高进口原油掺炼量作为提高加工能力的主要手段。但是这也带来一系列问题，其中最突出的是进口原油轻组分较多，以大庆原油与米纳斯原油性质对比为例，大庆油轻油收率21%，米纳斯油轻油收率37%，外油掺炼比的提高，导致混合后原油轻组分增多，加重了常压塔上部负荷，致使常压塔操作及产品质量受到较大影响。因此国内炼油企业扩能改造的主要目的是在提高加工能力同时提高轻质外油的掺炼能力，而改造的关键也就集中在常压塔。目前
13、常减压装置扩能改造一般有以下方法：（1）常压塔扩径从精馏角度来讲，精馏塔加工能力与塔截面积是正比关系，精馏塔塔径越大，处理能力越大，因此常压塔扩径是常减压装置扩能改造的最有效手段。但由于其一次性投资较大，一般适用于大幅度提高加工能力的装置。（2）使用高效塔板或规整填料通过更换高效塔盘或规整填料提高常压塔分离精度，可以在不更换塔的情况下一定限度的提高装置加工能力和掺炼外油能力，由于一次投资较小，这成为目前国内装置扩能改造的主要手段。近年来国内开发的用于常减压蒸馏的新型高效塔板很多，如：箭形浮阀塔板、HTV 船型浮阀塔板、微分浮阀塔板、Supper浮阀塔盘等等，这些新型塔板或规整填料与过去通常采用
14、的F1 浮阀塔板及导向浮阀塔板等相比较具有操作弹性更大、分离精度更高等特点，能够有效的提高常减压装置的加工能力。1995 年8 月江汉石油管理局石油化工厂在改造中，常压塔由自行设计的填料塔更换为天津大学化学工程研究所开发的高校规整填料塔，装置加工能力提高了67，由0.15Mt/a 提高到0.25Mt/a。2000 年5 月岳阳石化总厂在改造中，常压塔用箭形浮阀塔盘取代F1 浮阀塔盘，在原有塔径（3000mm）不变情况下，将加工能力提高了50，由1.0Mt/a提高到1.5Mt/a。由此可见高效塔盘及规整填料在常减压装置扩能高造中发挥的巨大作用。1.1.2原油蒸馏装置目前面临的问题常减压装置是原油
15、加工的第一道程序，也是石油加工过程加工规模最大的工艺装置。常减压装置加工能力的高低是一个炼油企业加工能力的标志，它的能耗占炼油综合能耗的 1520。同时加工量越高，装置能耗越低，提高常减压装置加工能力以及降低能耗对降低整个炼厂的综合能耗，提高经济效益的作用十分明显。以加工量为10.0Mt/a 的原油蒸馏装置为例，能耗下降一个单位(即加工每吨原油的能耗降低1kg 标准燃料油)，则每年可节省10kt 标准燃料油。同时设备的腐蚀同样不能忽视。因此近年来常减压装置工艺发展总是围绕两个主题：防腐、降耗。1.1.2.1工艺防腐工艺防腐即“一脱四注”，主要包括石油电脱盐、脱后注碱、塔顶注氨、缓蚀剂、水，用来
16、控制或减缓塔顶系统的腐蚀。（1）石油电脱盐电脱盐是石油在电场、破乳剂、温度、注水、混合等条件的综合作用下，破坏油水乳化液，实现油水分离的过程。（2）塔顶馏出线注氨塔顶馏出线注氨是为了中和塔顶馏出物中的Hd和H2S，调节塔顶馏出系统冷凝水的HP浓度的PH值。（3）塔顶馏出线注水塔顶馏出线注水是为了稀释初凝水中的HD浓度，控制和调节塔顶馏出系统的露点部位，使露点腐蚀部位由空冷器前，移至馏出线，防止对设备的腐蚀，同时冲洗NH4D沉积，防止产生垢下腐蚀。（4）注缓蚀剂缓蚀剂是一种表面活性剂，其分子内部有S、N和O等强极性基因及烃类结构基因，其极性基因一端附在金属表面上，另一端烃类基因与介质之间形成一道
17、屏障，即缓蚀剂在金属表面形成一层保护膜，起到防腐蚀作用。1.2.1.1 石油电脱盐技术进展1.2.1.1.1 常规电脱盐技术（1）国外欧美各国和俄罗斯的炼油厂要求脱后石油盐含量不大于3mg/L，该指标基本反映了目前国际上石油脱盐水平。国外石油电脱盐技术主要有双电场电脱盐技术、电动态脱盐、水平流动式电脱盐等。国外非电场脱盐脱水方法主要有：细菌脱盐脱水、生物脱金属、催化脱盐、加氢脱盐脱杂物。这些方法尚处摸索阶段。（2）国内 表 国内炼油厂“一脱四注”工艺防腐控制指标石油电脱盐常压塔顶冷凝水平均腐蚀率脱后含盐脱后含水电耗PH值C1-Fe(Fe2+)H2S/mg.L-11%/kwh.t-1/mg.L-
18、1/mg.L-1/mg.L-1/mm.a-150.21.57.58.5500收率v%2.656.366.794.1415.0011.6953.352.4.3设计加工量1000万吨/年2.5内容要求2.5.1说明部分（1）蒸馏过程的目的（2）装置生产方案的确定（3）流程的确定和特点2.5.2计算部分（1）常压塔参数的确定（2）塔板的设计（3）塔板水力学计算2.5.3绘图部分（1）常压塔设备图（2）常减压装置工艺流程图3. 常压塔参数的确定3.1基础数据处理油品的性质参数3.1.1体积平均沸点由公式tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5得：常顶 tv=(96+112+139+152+
19、165)/5=133.6常一 tv=(233+252+269+288+310)/5=270.4常二 tv=(313+323+332+339+349)/5=331.2常三 tv=(351+367+380+394+418)/5=382.03.1.2恩氏蒸馏曲线斜率由公式 S =（t90- t10）/（90-10）得：常顶 S =（165-96）/（90-10）=0.8625 /%常一 S =（310-223）/（90-10）=1.0875 /%常二 S =（349-313）/（90-10）=0.45/%常三 S =（418-351）/（90-10）=0.8375 /%3.1.3立方平均沸点由公式
20、tcu=tv-3得： ln3=-0.82368-0.089970 tv0.45+2.45679s0.45常顶 3=1.96 tcu=133.6-1.96=131.64 常一 3=1.836 tcu=270.4-1.836=268.5 常二 3= 0.41 tcu=331.2-0.41=330.79 常三 3=1.15 tcu=382-1.15=380.85 3.1.4中平均沸点由公式 tmc=tv-4得：=- ln4=-1.53181-0.0128 tv0.6667+3.64678s0.3333常顶 4=4.95 tmc=133.6-4.95=128.65 常一 4=5.36 Tmc=270.
21、4-5.36=265.04 常二 4= 1.91 Tmc=331.2-1.91=329.29 常三 4=2.33 tmc=382-2.33=379.673.1.5特性因-=数K查石油化工工艺计算图表P57图2-1-2常顶 K=11.6常一 K=11.2常二 K=11.3常三 K=11.23.1.6比重指数API由公式API=141.5/d15.6-131.5得: 常顶 API=50.76常一 API=29.13常二 API=24.01常三 API=18.793.1.7各馏分分子量查石油化工工艺计算图表P57图2-1-2常顶 M=115常一 M=192常二 M=242常三 M=3053.1.8平
22、衡汽化温度（1）常顶：1)换算50%点温度恩式蒸馏10%-70%斜率=（149-108）/（70-10）=0.93 /%查石油化工工艺计算图表P77图2-2-4得：平衡汽化50%-恩氏蒸馏50%点=-8平衡汽化50%=140-8=1322)查平衡汽化曲线各段温差查石油化工工艺计算图表P76图2-2-3得曲线线段 恩氏蒸馏温差平衡汽化温差50%70% 9 370%90% 14 390%100% 24 43)推算平衡汽化曲线各点温度70%=152+3=15590%=165+3=168100%=197+4=201（2）常一：同上步骤查得平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=2则平衡汽化50%=269+
23、2=271曲线线段 恩氏蒸馏温差 平衡汽化温差0%10% 12 410%30% 15 830%50% 17 9各点平衡汽化温度30%点=259-9=25010%点=250-8=2420%点=242-4=238（3）常二：同上步骤查得平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=12则平衡汽化50%=31612=328曲线线段 恩氏蒸馏温差 平衡汽化温差0%10% 15 610%30% 9 430%50% 6 3各点平衡汽化温度30%点=323-3=32010%点=313-4=3090%点=303-6=297（4）常三：同上步骤查得平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=16则平衡汽化50%=36716=38
24、3曲线线段 恩氏蒸馏温差 平衡汽化温差0%10% 16 610%30% 14 830%50% 12 5各点平衡汽化温度30%点=367-5=36210%点=351-8=3430%点=303-6=2973.1.9临界参数3.1.9.1临界温度 由计算式 tc=85.66+0.9259D-0.0003959D2 D=S（1.8tb+132） 式中tc临界温度 tb体积平均沸点 S相对密度d 15.6常顶 D=0.7736（1.8133.6+132）=288.15tc=85.66+0.9259288.15-0.0003959288.15 =319.59常一 D=0.8879（1.8270.4+132
25、）=618 tc=85.66+0.9259618-0.00039596182 =506.67常二 D=0.9059（1.8315+132）=728.16 tc=85.66+0.9259728.16-0.0003959728.162 =547.95常三 D=0.9377（1.8382+132）=768.54 tc=85.66+0.9259768.54-0.0003959768.542 =565.233.1.9.2临界压力 公式的计算式 Pc=6.14831012Tb -2.3177S2.4858/1.013105式中 Pc临界压力 atm Tb平均沸点 K S相对密度d 15.63.1.9.3焦
26、点温度由已知恩式蒸馏体积平均沸点和恩氏蒸馏10%-90%馏分的曲线斜率查石油化工工艺计算图表P89图2-2-19得到焦点温度-临界温度的值，于是：常顶焦点温度=323.4+47=370.4常一焦点温度=463.3+24=487.33.1.9.4焦点压力由已知恩式蒸馏体积平均沸点和恩氏蒸馏10%-90%馏分的 曲线斜率查石油化工工艺计算图表P88图2-2-18得到焦点压力-临界压力的值，于是：常顶焦点压力=28.1+17=45.1atm常一焦点压力=21.6+7=28.6atm3.1.10实沸点切割范围 （1）常顶：1) 换算50%点的温度查石油化工工艺计算图表P76图2-2-2则实沸点50%点
27、温度=139+2=1412) 实沸点各段温差查石油化工工艺计算图表P75图2-2-1曲线线段 恩氏蒸馏温差实沸点温差50%70% 9 1370%90% 15 1990%100% 24 263) 推算实沸点100%点温度70%=141+13=15490%=165+19=184100%=197+26=223（2）常一1) 换算50%点的温度查石油化工工艺计算图表P76图2-2-2则实沸点50%点温度=269+10=2792) 实沸点各段温差查石油化工工艺计算图表P75图2-2-1曲线线段恩氏蒸馏温差实沸点温差0%10% 12 2410%30% 15 1730%50% 17 2650%70% 15
28、2170%90% 17 2190%100% 13 154)推算实沸点各点温度0%=204-24=18010%=233-17=21630%=252-26=22650%=26970%=288+21=30990%=310+21=331100%=334+15=349（3）常二1) 换算50%点的温度查石油化工工艺计算图表P76图2-2-2则实沸点50%点温度=332+17=3492) 实沸点各段温差查石油化工工艺计算图表P75图2-2-1曲线线段恩氏蒸馏温差实沸点温差0%10% 15 2810%30% 9 1830%50% 6 1050%70% 5 770%90% 6 890%100% 7 85)推算
29、实沸点各点温度0%=285-28=25710%=313-18=29530%=323-10=31350%=33270%=339+7=34690%=349+8=357100%=364+8=372（4）常三1) 换算50%点的温度查石油化工工艺计算图表P76图2-2-2则实沸点50%点温度=380+26=4062) 实沸点各段温差查石油化工工艺计算图表P75图2-2-1曲线线段 恩氏蒸馏温差实沸点温差0%10% 16 3010%30% 14 2830%50% 12 2050%70% 24 3270%90% 24 2890%100% 17 196)推算实沸点各点温度0%=303-30=27310%=3
30、51-28=32430%=367-20=34750%=38070%=394+32=42690%=418+28=446100%=447+17=4643.1.11原油常压平衡汽化曲线（1）原油实沸点馏程d420=0.9730馏分0-200200-300300-350350-400400-450450-500500收率v%2.656.366.794.1415.0011.6753.35（2）推算每10%点的温度实沸点v%10203040506070温度293355419455487521547（3）参考线各点参数S10-70%=（547-293）/60=4.2 /%10%=29340%点=411+12
31、=42350%点=439+8=447将以上数据汇总原油常压切割方案及产品性质产品平 衡 汽 化 温 度 实沸点馏程实沸点切割点0%10%30%50%70%90%100%常顶132135138142190195常一238242250259200324300常二315321325328277356339常三371377385390322477374油品有关性质参数油品密度20g/cm3比重指数API特性因数K相对分子量M临界参数焦点参数温度压力atm温度压力atm常顶0.759450.7611.6115323.428.1370.445.1常一0.878529.1311.2192463.321.6487.328.6常二0.906024.0111.3242513.5常三0.941518.7911.2305563.5常底0.99243.2产品收率和物料平衡 由上述方案，根据实沸点蒸馏曲线可得到各馏分的体积收率馏 分常顶常一常二常三常底收 率v%0.868.145.008.5077.50又已知原油的比重d420=0.9734，各馏分的重量收率为：常顶 w=（0.7594/0.9734）0.86%=0.67%常一 w=（0.8785/0.9734）8.14%=7.35%常二 w=（0.9060/0.9734）5.00%=4
