原油的加工及常减压蒸馏毕业论文.doc

原油的加工及常减压蒸馏毕业论文目录文献综述5第一章 原油的加工及常减压蒸馏61.1原油的性质及加工61.1.1原油的性质61.1.2原油的加工71.2蒸馏91.2.1蒸馏定义、特点、分类及主要仪器91.2.2蒸馏的历史、原理及装置投入91.2.3溶液蒸馏及蒸馏方法的分类131.2.4实验室蒸馏操作151.2.5蒸流器的历史及应用171.2.6分子蒸馏201.2.7常减压蒸馏的概述211.3常减压蒸馏装置的减压拔出现状和改进措施22 1.3.1国内整流装置减压系统的拔出现状.23 1.3.2提高减压系统拔出率的措施.26第二章 设计说明书292.1 我国主要原油性质292.2回流方式312.3操作条件的确定33第三章 设计计算373.1基础数据383.2工艺设计过程及结果393.2.1体积平均沸点393.2.2恩氏蒸馏曲线斜率393.2.3立方平均沸点tcu403.2.4特性因数K413.2.5平衡汽化温度413.2.6临界温度453.2.7临界压力463.2.8焦点温度473.2.9焦点压力483.2.10实沸点切割范围483.2.11相对分子质量513.2.12实沸点切割温度523.3产品收率和物料平衡543.4汽提水蒸气用量553.5塔板形式和塔板数553.6精馏塔板计算草573.7操作压力583.8汽化段温度593.8.1汽化段中进料的气化率与过汽化度593.8.2汽化段油气分压593.8.3汽化段温度的初步求定593.8.4tF校核603.9塔底温度623.10塔顶及侧线温度的假设与回流分配623.10.1假设塔顶及各侧线温度623.10.2全塔回流热633.10.3回流方式及回流热分配633.11侧线及塔顶温度核算643.11.1.重柴油抽出板（第27层）温度核算643.11.2.重柴油抽出板（第22层）温度核算673.11.3.煤油抽出板（第9层）温度核算703.12全塔汽、液相负荷723.12.1第32层塔板上汽液相负荷73 3.12.2第31层塔板上汽液相负荷.743.12.3第28层塔板上汽液相负荷753.12.4第26层塔板上汽液相负荷773.12.5第24层塔板上汽液相负荷793.12.6第21层塔板上汽液相负813.12.7第34层塔板上汽液相负833.12.8第17层塔板上汽液相负833.12.9第18层塔板上汽液相负853.12.10第13层塔板上汽液相负873.12.11第10层塔板上汽液相负893.12.12第8层塔板上汽液相负913.12.13第3层塔板上汽液相负913.12.14第2层塔板上汽液相负933.12.15第1层塔板上汽液相负95文献综述.96文献综述背景我国炼油工业经过50多年的发展，到21世纪初期，已经形成281Mt/a的原油加工能力，生产的汽油、柴油、润滑油等石油产品基本满足的国民经济的发展和人民生活的需要。但是进入21世纪特别是我国成为世界贸易组织的正式成员后，按照市场准入关税减让的相关壁垒协议，国内成品油市场将逐渐融入国际市场，不可避免的要参与世界贸易大环境下的竞争，基本依靠自有技术发展起来的我国炼油工业面临着严峻的挑战。 石油是重要的能源之一，我国的工业生产和经济运行都离不开石油，但是又不能作为产品直接使用，必须经过加工炼制过程，炼制成多种在质量上符合要求的石油产品，才能投入使用。国民经济和国防部门众多的各种应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求。随着我国社会经济情况的变化、科学技术水平以及工业生产水平的大幅度提高，对石油产品质量指标的要求不断严格，所要求的石油产品的品种和数量也不断增加。目前，我国原油的年加工量约为2亿吨。而国内所能提供原油量仅为1.3吨，为了满足原油的要求量则需要每年从国外二十多个国家和地区进口约为6940万吨原油。为了更好的提高石油资源的利用率，增加企业的经济效益，对从国外进口的原油炼制构成进行开发研究也是十分必要的。目前，我国将石油产品分为染料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、溶剂和化工原料。第一章 原油的加工及常减压蒸馏1.1原油的性质及加工1.1.1原油的性质原油的性质随产地的不同有很大差别,即使在同一油田中,不同的油井,同一油井不同的采油层位,原油的组成和性质也有很大差异。我国所产原油80%以上为含蜡原油,世界各国所产的原油中也有相当数量的含蜡原油。含蜡原油的凝点高,流变性复杂,给原油的生产、储存以及运输带来诸多问题和困难,比如输油能耗高,管道运行存在安全隐患等。江汉油田原油含蜡量比较高,油井结蜡严重,研究江汉原油油样的物性,可为原油析蜡过程和油井清蜡、防蜡方法的研究提供理论依据。笔者对凝点、粘度、析蜡点和含蜡量分别进行了实验分析,旨在对该地区的原油的开采、加工、运输提供一定的参考。1 原油常压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用，在工厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。其中重要的分离设备常压塔的设计，是能否获得高效率、高质量油的从常压炉出来的原油温度在365左右，自常压塔的第30块板进入常压塔。塔顶的油气经过空冷、水冷、一部分作冷回流，经常压塔顶回流泵打回常压塔，另一部分作为产品流出装置。一线煤油与原油换热一次，温度至115左右去产品罐，二线轻柴油与原油换热两次次，温度至70左右去产品罐，常压第一中段回流从常压塔的第13板抽出，经过常压泵与原油换热，温度降至140左右，然后回流至常压塔。常压第二中段回流从常压塔的23板抽出，经过常压泵与原油换热，温度降至197左右，然后回流至常压塔。关键。近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能消耗显著提高。但与国外先进水平相比，仍存在较大差距。 1.1.2原油的加工原油进入厂区后（温度为45），进注缄后，由原油泵抽出，分为平衡的两路进行换热。第一路原油与初顶油、重柴（五次）换热、轻柴（三次）换热、常一中路（二次）换热和重柴（四次）换热，至此原油温度升至131左右，进入电脱盐罐，从电脱盐罐出来的一路原油再次与轻柴（二次）换热、常压一中段（一次）换热、重柴（三次）换热、轻柴（一次换热）和重柴（二次）换热，至此原油温度升至230左右，与二路原油混合进入初馏塔；原油二路和汽油（二次）换热、常二中段（四次）换热、重油（五次）换热、汽油（一次）和常二中段（三次）换热，原油温度至此升为129左右，进入电脱盐罐，从电脱盐罐出来的二路原油与重油（四次）换热、煤油换热、常二中段（二次）换热、重油（三次）换热和常二中（一次）换热，至此原油温度升至230左右，与一路原油混合进入初馏塔加工。初馏塔塔顶出来的塔顶油气即初顶油经换热之后，部分回流初馏塔内，部分进入产品罐。塔底物料温度为223左右，分为平衡两路，一路和重柴（一次）换热温度升至268左右，和二路混合再次加热。二路和重油（二次）换热，温度升至269左右，同一路混合后同重油（一次）换热，温度升至298。进入常压加热炉，加热至365左右【2】。图11常减压蒸馏装置1.2蒸馏1.2.1蒸馏定义、特点、分类及主要仪器蒸馏定义：指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离的传质过程。将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管，使之冷却凝结成液体的一种蒸发、冷凝的过程。蒸馏是分离混合物的一种重要的操作技术，尤其是对于液体混合物的分离有重要的实用意意。蒸馏的特点：1、通过蒸馏操作，可以直接获得所需要的产品，而吸收和取还需要如其它组分。2、蒸馏分离应用较广泛，历史悠久。3、能耗大，在生产过程中产生大量的气相或液相 。蒸馏主要仪器：蒸馏烧瓶,温度计,冷凝管,牛角管,酒精灯,石棉网,铁架台,锥形瓶,橡胶塞。 1.2.2蒸馏的历史、原理及装置投入蒸馏的历史：在古希腊时代，Aristotle曾经写到：“通过蒸馏，先使水变成蒸汽继而使之变成液体状，可使海水变成可饮用水”。这说明当时人们发现了蒸馏的原理。古埃及人曾用蒸馏术制造香料。在中世纪早期，阿拉伯人发明了酒的蒸馏。在十世纪一位名叫Avicenna的哲学家曾对蒸馏器进行过详细的描述。 蒸馏的原理：利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部分汽化并随之使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分的分离。是一种属于传质分离的单元操作。广泛应用于炼油、化工、轻工等领域。 其原理以分离双组分混合液为例。将料液加热使它部分汽化，易挥发组分在蒸气中得到增浓，难挥发组分在剩余液中也得到增浓，这在一定程度上实现了两组分的分离。两组分的挥发能力相差越大，则上述的增浓程度也越大。在工业精馏设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，以进行汽液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相，液相中的易挥发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和汽相的部分冷凝。 液体的分子由于分子运动有从表面溢出的倾向。这种倾向随着温度的升高而增大。如果把液体置于密闭的真空体系中，液体分子继续不断地溢出而在液面上部形成蒸气，最后使得分子由液体逸出的速度与分子由蒸气中回到液体的速度相等，蒸气保持一定的压力。此时液面上的蒸气达到饱和，称为饱和蒸气，它对液面所施的压力称为饱和蒸气压。实验证明，液体的饱和蒸气压只与温度有关，即液体在一定温度下具有一定的蒸气压。这是指液体与它的蒸气平衡时的压力，与体系中液体和蒸气的绝对量无关。 将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。很明显，蒸馏可将易挥发和不易挥发的物质分离开来，也可将沸点不同的液体混合物分离开来。但液体混合物各组分的沸点必须相差很大（至少30以上）才能得到较好的分离效果。在常压下进行蒸馏时，由于大气压往往不是恰好为0.1MPa，因而严格说来，应对观察到的沸点加上校正值，但由于偏差一般都很小，即使大气压相差2.7KPa，这项校正值也不过1左右，因此可以忽略不计。 将盛有液体的烧瓶放在石棉网上，下面用煤气灯加热，在液体底部和玻璃受热的接触面上就有蒸气的气泡形成。溶解在液体内的空气或以薄膜形式吸附在瓶壁上的空气有助于这种气泡的形成，玻璃的粗糙面也起促进作用。这样的小气泡（称为气化中心）即可作为大的蒸气气泡的核心。在沸点时，液体释放大量蒸气至小气泡中，待气泡的总压力增加到超过大气压，并足够克服。由于液柱所产生的压力时，蒸气的气泡就上升逸出液面。因此，假如在液体中有许多小空气或其它的气化中心时，液体就可平稳地沸腾，如果液体中几乎不存在空气，瓶壁又非常洁净光滑，形成气泡就非常困难。这样加热时，液体的温度可能上升到超过沸点很多而不沸腾，这种现象称为“过热”。一旦有一个气泡形成，由于液体在此温度时的蒸气压远远超过大气压和液柱压力之和，因此上升的气泡增大得非常快，甚至将液体冲溢出瓶外，这种不正常沸腾的现象称为“暴沸”。因此在加热前应加入助沸物以期引入气化中心，保证沸腾平稳。助沸物一般是表面疏松多孔、吸附有空气的物体，如碎瓷片、沸石等。另外也可用几根一端封闭的毛细管以引入气化中心（注意毛细管有足够的长度，使其上端可搁在蒸馏瓶的颈部，开口的一端朝下）。在任何情况下，切忌将助沸物加至已受热接近沸腾的液体中，否则常因突然放出大量蒸气而将大量液体从蒸馏瓶口喷出造成危险。如果加热前忘了加入助沸物，补加时必须先移去热源，待加热液体冷至沸点以下后方可加入。如果沸腾中途停止过，则在重新加热前应加入新的助沸物。因为起初加入的助沸物在加热时逐出了部分空气，再冷却时吸附了液体，因而可能已经失效。另外，如果采用浴液间接加热，保持浴温不要超过蒸馏液沸点20摄氏度，这种加热方式不但可以大大减少瓶内蒸馏液中各部分之间的温差，而且可使蒸气的气泡不单从烧瓶的底部上升，也可沿着液体的边沿上升，因而可大大减少过热的可能。 纯粹的液体有机化合物在一定的压力下具有一定的沸点，但是具有固定沸点的液体不一定都是纯粹的化合物，因为某些有机化合物常和其它组分形成二元或三元共沸混和物，它们也有一定的沸点。不纯物质的沸点则要取决于杂质的物理性质以及它和纯物质间的相互作用。假如杂质是不挥发的，则溶液的沸点比纯物质的沸点略有提高（但在蒸馏时，实际上测量的并不是不纯溶液的沸点，而是逸出蒸气与其冷凝平衡时的温度，即是馏出液的沸点而不是瓶中蒸馏液的沸点）。若杂质是挥发性的，则蒸馏时液体的沸点会逐渐升高或者由于两种或多种物质组成了共沸点混合物，在蒸馏过程中温度可保持不变，停留在某一范围内。因此，沸点的恒定，并不意味着它是纯粹的化合物。 蒸馏沸点差别较大的混合液体时，沸点较低者先蒸出，沸点较高的随后蒸出，不挥发的留在蒸馏器内，这样，可达到分离和提纯的目的。故蒸馏是分离和提纯液态化合物常用的方法之一，是重要的基本操作，必须熟练掌握。但在蒸馏沸点比较接近的混合物时，各种物质的蒸气将同时蒸出，只不过低沸点的多一些，故难于达到分离和提纯的目的，只好借助于分馏。纯液态化合物在蒸馏过程中沸程范围很小（0.51）。所以，蒸馏可以利用来测定沸点。用蒸馏法测定沸点的方法为常量法，此法样品用量较大，要10 mL以上，若样品不多时应采用微量法。 蒸馏装置的投入：在工厂的能源消耗中占了很大的比例。随着能源价格的不断上涨，公众对能耗问题也越来越敏感，工厂对蒸馏装置优化问题也更加关注。但工厂总是在降耗方法的选择上徘徊不定，错过了很多提高能源使用效率的机会。本文介绍了一些简单的操作步骤和程序，能够对能源的效率进行验证，对所需操作变更、小型项目及其收益进行识别。能源的节约可能来自于设备的更换、工艺的改进或者操作方法的调整。而其中，操作方法的调整是回报率和可靠性最高的。不必要的能耗取决于若干因素，包括：不适当的控制点、错误的控制项选择、未发挥的系统能力、过度分馏或蒸出速率过大、设备效率低、无基本的热集成步骤等等。改进了这些基本问题，工厂的利润都能够有所增加。多数情况下，只需几步简单的操作变更就可以降低能耗，降低投入。一般在蒸馏塔底部采取的控制措施取决于推断的蒸馏残渣成分的温度。而在蒸馏塔底测量温度时，合适的测量点取决于许多因素，包括控制响应、过程增益、系统组成、能源费用等。大多数情况下，简单的推断式成分控制与若干个不在蒸馏塔底的蒸馏塔盘控制点（根据系统状况，一般为320个）一起工作是最有效的。这一方法也同样适用于对蒸馏塔顶馏出的推断式控制。1.2.3溶液蒸馏及蒸馏方法的分类含有非挥发性组分的溶液蒸馏时，溶剂蒸气由冷凝管导出，不挥发性的组分留在瓶内残液中，一次简单蒸馏即可将大部分溶剂蒸出，从而达到分离目的。由拉乌尔定律，在一定压力下，稀溶液中溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以该溶剂在溶液中的摩尔分数： p溶剂=po溶剂x溶剂 式中p溶剂、po溶剂分别是溶液中溶剂的蒸气压和纯溶剂的蒸气压；由于溶液中x溶剂1，溶液中溶剂的蒸气压总比纯溶剂的蒸气压低一些。蔗糖水溶液的蒸馏曲线。曲线1和曲线2分别表示水和蔗糖水溶液的温度-蒸气压曲线。溶液中蔗糖分子的存在会降低溶液表面上水分子的密集度，从而降低溶液的蒸气压。因此在相同的温度下溶液的蒸气压（B点）低于水的蒸气压（A点）。在100oC时水会沸腾（在1个大气压下），而溶液还不会沸腾。只有在更高的温度下（B点）溶液才会沸腾。对于这一类溶液，蒸馏操作或者是用来回收纯溶剂，或者是用来得到固体溶质。 蒸馏方法的分类：闪急蒸馏：将液体混合物加热后经受一次部分汽化的分离操作。简单蒸馏：使混合液逐渐汽化并使蒸气及时冷凝以分段收集的分离操作。精馏：借助回流来实现高纯度和高回收率的分离操作 ，应用最广泛。对于各组分挥发度相等或相近的混合液，为了增加各组分间的相对挥发度，可以在精馏分离时添加溶剂或盐类，这类分离操作称为特殊蒸馏，其中包括恒沸精馏、萃取精馏和加盐精馏；还有在精馏时混合液各组分之间发生化学反应的，称为反应精馏。 1.2.4实验室蒸馏操作蒸馏操作是化学试验中常用的实验技术，一般应用于以下几方面：（1）分离液体混合物，仅对混合物中各成分的沸点有较大的差别，才能达到较有效的分离；（2）测定纯化合物的沸点；（3）提纯，通过蒸馏含有少量杂质的物质，提高其纯度； （4）回收溶剂，或蒸出部分溶剂以浓缩溶液加料：将待蒸馏液通过玻璃漏斗小心倒入蒸馏瓶中，要注意不使液体从支管流出。加入几粒助沸物，安好温度计，温度计应安装在通向冷凝管的侧口部位。再一次检查仪器的各部分连接是否紧密和妥善。加热：用水冷凝管时，先由冷凝管下口缓缓通入冷水，自上口流出引至水槽中，然后开始加热。加热时可以看见蒸馏瓶中的液体逐渐沸腾，蒸气逐渐上升。温度计的读数也略有上升。当蒸气的顶端到达温度计水银球部位时，温度计读数就急剧上升。这时应适当调小煤气灯的火焰或降低加热电炉或电热套的电压，使加热速度略为减慢，蒸气顶端停留在原处，使瓶颈上部和温度计受热，让水银球上液滴和蒸气温度达到平衡。然后再稍稍加大火焰，进行蒸馏。控制加热温度，调节蒸馏速度，通常以每秒12滴为宜。在整个蒸馏过程中，应使温度计水银球上常有被冷凝的液滴。此时的温度即为液体与蒸气平衡时的温度，温度计的读数就是液体（馏出物）的沸点。蒸馏时加热的火焰不能太大，否则会在蒸馏瓶的颈部造成过热现象，使一部分液体的蒸气直接受到火焰的热量，这样由温度计读得的沸点就会偏高；另一方面，蒸馏也不能进行得太慢，否则由于温度计的水银球不能被馏出液蒸气充分浸润使温度计上所读得的沸点偏低或不规范。观察沸点及收集馏液：进行蒸馏前，至少要准备两个接受瓶。因为在达到预期物质的沸点之前，带有沸点较低的液体先蒸出。这部分馏液称为“前馏分”或“馏头”。前馏分蒸完，温度趋于稳定后，蒸出的就是较纯的物质，这时应更换一个洁净干燥的接受瓶接受，记下这部分液体开始馏出时和最后一滴时温度计的读数，即是该馏分的沸程（沸点范围）。一般液体中或多或少地含有一些高沸点杂质，在所需要的馏分蒸出后，若再继续升高加热温度，温度计的读数会显著升高，若维持原来的加热温度，就不会再有馏液蒸出，温度会突然下降。这时就应停止蒸馏。即使杂质含量极少，也不要蒸干，以免蒸馏瓶破裂及发生其他意外事故。 蒸馏完毕，应先停止加热，然后停止通水，拆下仪器。拆除仪器的顺序和装配的顺序相反，先取下接受器，然后拆下尾接管、冷凝管、蒸馏头和蒸馏瓶等。 操作时要注意：（1）在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片，防止液体暴沸。（2）温度计水银球的位置应与支管口下缘位于同一水平线上。（3）蒸馏烧瓶中所盛放液体不能超过其容积的2/3，也不能少于1/3。（4）冷凝管中冷却水从下口进，上口出。（5）加热温度不能超过混合物中沸点最高物质的沸点。 1.2.5蒸流器的历史及应用考古人员在西安市张家堡广场东侧发掘出四百四十余座汉代墓葬，其中一处规格较高的西汉王莽时期墓葬中，发现一盅工艺奇特的铜蒸馏器，可能是历史上最早的蒸馏器。 这盅铜蒸馏器通高三十六厘米，由筒形器、铜鍑和豆形盖组成。其中筒形器底部有一米格形箅，为古代炊具中用作隔层的器具。底边有一小管状流，铜鍑三蹄形足，豆形器盖上部呈盘形，相合处为榫铆结构，可在一定范围内自由活动。出土时放置有序，铜鍑置于筒形器内，豆形盖置于铜鍑之上。这样组合的蒸馏器此前从未发现，尽管其工作原理尚不明确，但从构造看来，应是用作蒸馏药酒。 此前中国曾出土东汉时期的青铜蒸馏器，而西安张家堡汉墓发现的铜蒸馏器则较其更早。西安文物保护考古所副所长程林泉表示，其出土为汉代饮食和医药技术的研究提供了十分珍贵的实物资料。 另外，在蒸馏器出土所在的编号M115墓葬中，考古人员还发掘出二百多件器物，其中包括五件大型铜鼎和四件大型釉陶鼎。据周礼记载，西周时天子用九鼎随葬。M115的墓主追慕周代礼制，使用九鼎随葬，可见其特殊身份地位。九鼎和另一件随葬品仿铜釉陶鼎是王莽托古改制的真实物证，具有极为重要的学术价值和历史意义。 发掘四百四十余座汉墓群位于汉长安城东侧，距长安城仅二千五百米，共出土陶、铜、铁、铅、玉石、骨等各类文物近三千件。这批墓葬以小型汉墓为主，其中三座西汉晚期至新莽时期的中型墓葬最为重要，不仅出土了西汉时期墓葬常见的器物，如红彩陶器、釉陶器、鼎、盒、壶、仓、奁、灶等，在M110号墓葬中，还出土了玉衣残片。而M114号墓葬中出土的大型精美釉陶器，在西安地区两汉墓葬中亦十分罕见。专家表示，是次发掘对于研究汉代社会生活、汉长安城布局等方面提供了重要的材料，并有助进一步解读汉文化的形成与发展。 蒸馏器的应用：蒸馏酒是乙醇浓度高于原发酵产物的各种酒精饮料。白兰地、威士忌、朗姆酒和中国的白酒都属于蒸馏酒，大多是度数较高的烈性酒。 蒸馏酒的原料一般是富含天然糖分或容易转化为糖的淀粉等物质。如蜂蜜、甘蔗、甜菜、水果和玉米、高粱、稻米、麦类马铃薯等。糖和淀粉经酵母发酵后产生酒精，利用酒精的沸点（78.5摄氏度）和水的沸点（100摄氏度）不同，将原发酵液加热至两者沸点之间，就可从中蒸出和收集到酒精成分和香味物质。 用特制的蒸馏器将酒液，酒醪或酒醅加热，由于它们所含的各种物质的挥发性不同，在加热蒸馏时，在蒸汽中和酒液中，各种物质的相对含量就有所不同。酒精(乙醇)较易挥发，则加热后产生的蒸汽中含有的酒精浓度增加，而酒液或酒醪中酒精浓度就下降。收集酒气并经过冷却，得到的酒液虽然无色，气味却辛辣浓烈。其酒度比原酒液的酒度要高得多，一般的酿造酒，酒度低于20%。 蒸馏酒则可高达60%以上。我国的蒸馏酒主要是用谷物原料酿造后经蒸馏得到的。 现代人们所熟悉的蒸馏酒分为“白酒”(也称“烧酒”)，“白兰地”，“威士忌”。 “伏特加酒”，“兰姆酒”等。白酒是中国所特有的，一般是粮食酿成后经蒸馏而成的。白兰地是葡萄酒蒸馏而成的，威士忌是大麦等谷物发酵酿制后经蒸馏而成的。兰姆酒则是甘蔗酒经蒸馏而成的。 蒸馏水：用蒸馏方法制备的纯水。可分一次和多次蒸馏水。水经过一次蒸馏，不挥发的组分（盐类）残留在容器中被除去，挥发的组分（氨、二氧化碳、有机物）进入蒸馏水的初始馏分中，通常只收集馏分的中间部分，约占60。要得到更纯的水，可在一次蒸馏水中加入碱性高锰酸钾溶液，除去有机物和二氧化碳；加入非挥发性的酸（硫酸或磷酸），使氨成为不挥发的铵盐。由于玻璃中含有少量能溶于水的组分，因此进行二次或多次蒸馏时，要使用石英蒸馏器皿，才能得到很纯的水，所得纯水应保存在石英或银制容器内。 蒸馏水机采用列管降膜蒸发原理，原料水通过特殊分布器均匀地布膜流动在管壁上，大大提高了蒸发效率，并采用特殊的螺旋分离装置，能可靠地除去热原和微粒。二次蒸汽反复利用，使热能得到了充分发挥，具有明显的节能效果，是医院、药厂、电子、科研等行业理想的蒸馏水设备。 1.2.6分子蒸馏分子蒸馏是一种在高真空度下进行液液分离操作的连续蒸馏过程。在高真空度条件下，由于分子蒸馏器的加热面和冷凝面之间距离小于或等于被分离物料的分子平均自由程，当分子从加热面上形成的液膜表面上进行蒸发时，分子间相互发生碰撞，无阻拦地向冷凝面运动并在冷凝面上冷凝，从而达到分离的目的。图12分子蒸馏流程图分子蒸馏是在待分离组分远低于常压沸点的温度下挥发的，并且各组分在受热情况下停留时间短，非凡适合于分离高沸点、高粘度、热敏性的天然产物。分子蒸馏技术因而能够实现远离沸点下的操作，又具备蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护热敏性物质的品质。国外在20世纪30年代出现分子蒸馏技术，并在60年代开始工业化反应。国内于80年代中期开始分子蒸馏技术研发。目前，该项技术已广泛应用于石油化工、食品香料等领域，非凡适用于天然物质的提取与分离。本文简述了分子蒸馏的原理、提取器和在香精香料工业中的应用。1.2.7常减压蒸馏的概述 常减压蒸馏过程经过一百多年的发展，已成为一个比较完整成熟的工艺。原油精馏装置是炼油企业的“龙头”，是炼油工业的第一道工序，为二次加工装置提供原料，是原油加工的基础，其能量的综合利用程度和拔出率高低体现在石化企业的效益上，因此，开展常压精馏装置的研究很有意义。原油常减压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。其中重要的分离设备常压塔的设计，是能否获得高收率、高质量油的关键。近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能消耗显著，产品质量提高。但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距，装置能耗仍然偏高，分馏精度和减压拔出深度偏低，对含硫原油的适应性差等。进一步提高常减压装置的操作水平和运行水平，显著日益重要，对提高炼油企业的经济效益也具有重要意义。【3】1.常压蒸馏 常压蒸馏是石油加工的“龙头装置”，后续二次加工装置的原料，及产品都是由常减压蒸馏装置提供。常减压蒸馏主要是通过精馏过程，在常压和减压的条件下，根据各组分相对挥发度的不同，在塔盘上汽液两相进行逆向接触、传质传热，经过多次汽化和多次冷凝，将原油中的汽、煤、柴馏分切割出来，生产合格的汽油、煤油、柴油及蜡油及渣油等。【4】2.减压蒸馏减压蒸馏液体的沸点是指它的蒸气压等于外界压力时的温度，因此液体的沸点是随外界压力的变化而变化的，如果借助于真空泵降低系统内压力，就可以降低液体的沸点，这便是减压蒸馏操作的理论依据。 减压蒸馏是分离可提纯有机化合物的常用方法之一。它特别适用于那些在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。表11 2008年两大石油公司蒸馏装置能力【5】全国合计中国石化集团中国石油集团炼油企业数蒸馏装置套数设计加工能力，Mt/a2008年加工量，Mt/a开工负荷率，%4003558209.80174.8983.362646136.95122.1889.211.3常减压蒸馏装置的减压拔出现状和改进措施随着原油供需矛盾趋紧和原油价格持续走高，中国石化炼油企业原油采购日益重质化，造成部分常减压蒸馏装置的减压系统超负荷，蜡渣油分割不清，蜡油馏分流失到渣油当中，渣油量的增大又造成炼油厂重油装置能力吃紧和不必要的能量消耗，部分企业还不得以出售渣油，削弱了加工重质原油的应有效益。为了缓解加工原油变重对二次加工装置的影响，提高重油加工装置的营运水平，充分发挥原油采购重质化的效益，提高蒸馏装置减压系统的拔出水平显得尤为重要。 1.3.1国内蒸馏装置减压系统的拔出现状目前，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420oC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。【6】 一、影响减压系统拔出率的因素减压塔汽化段的压力和温度是影响减压拔出深度的两个关键因素。炉管注汽量、塔底吹汽量、进料量、洗涤段的效果等对总拔出率也有影响。【7】 汽化段压力由汽化段到塔顶总压降和塔顶抽真空系统操作决定，汽化段真空度越高，油品汽化越容易，减压拔出深度越高(国外的先进设计，汽化段残压可以达到133200kPa)。汽化段温度的提高受限于炉管的结焦和高温进料的过热裂化倾向，在汽化段压力不变的情况下，以不形成结焦和过热裂化为前提，应尽量提高汽化段温度。汽化段温度升高，油品汽化程度也会增加，减压拔出深度提高。 二、存在的主要问题通过分析系统内有必要实施减压深拔操作的20余套减压装置的函调数据，未达到深度拔出的装置主要表现出以下几个问题。 1.常压系统拔出率不足造成减压系统超负荷 2.多数装置的常压渣油350oC馏出为5以上，最高达到15。常压渣油中的柴油组分过多会增加减压炉的负荷，增大减压塔的汽相负荷，并加大减压塔填料层(或塔盘)的压降，直接影响到减压塔汽化段的真空度。 减压炉出口温度较低造成油品汽化率较低。【8】多数减压装置为了减少炉管结焦的风险，减少渣油发生热裂化反应，减压炉分支温度多在400以下，减压塔汽化段温度多在385以下，常压渣油在此温度下的汽化程度不足。提高减压炉出口的温度主要受以下几个因素制约。(1)炉管的材质：多数装置的减压炉辐射管采用Cr5Mo，已经不能适应提温后的炉管热强度，也不能抵抗高温下的环烷酸腐蚀，应进行材质升级，尤其是扩径后的几根炉管。(2)炉管吊架材质：通常，设计时减压炉的炉管吊架材质选择一般比炉管材质要低，需要升级以适应提高炉温后的炉膛辐射温度。 (3)注汽流程：多数装置都有注汽流程，但部分装置在日常操作中没有投用，注汽操作在日常生产中仅作为低炼量或事故状态下防止炉管结焦的手段，而不是为了防止大炼量高炉温下的油品结焦。此外，部分炉管注汽点设在减压炉的进料线上，蒸汽在炉管内的气化加大了油品的总压降，进而影响到减压汽化段的真空度。合理的注汽位置应设在对流转辐射的炉管内，此点注汽能很好的起到降低炉管内的油膜温度和缩短油品停留时间的作用，降低油品在炉管内的结焦风险。 (4)减压炉负荷：部分老装置的减压炉炉管表面热强度已超过设计值，无法进一步提温深拔，若要大幅提高减压炉出口温度，需对减压炉进行扩能改造。 三、汽化段的真空度较低造成油品气化率不足【9】部分装置减压进料段的真空度较低，直接影响了常压渣油的汽化率和减压系统的拔出深度。汽化段的真空度主要受以下两方面的限制。 (1)塔顶真空度：塔顶真空度越高，在一定的填料(或塔盘)压降下，进料段真空度越高。 (2)塔内件压降：提高进料段真空度的关键是减少塔顶至进料段之间的压降。塔内件压降大的原因主要为塔板与填料混用、填料段数多、填料高度大及减压塔塔径小、汽相负荷大等。 四、无急冷油流程而无法控制提温后塔底的结焦风险老装置由于设计时未考虑减压深拔操作，一般没有顾及提高进料段温度后会造成塔底温度升高，易造成管线、换热器、控制阀、塔底结焦、减压塔塔底泵抽空等影响，很多减压装置未设置急冷油流程，无法控制提温后塔底的结焦风险和塔底裂解气的产生，对装置的长周期运行和塔顶真空度的控制有着不利影响；部分装置虽没有设置专门的急冷油流程，但设有经过一次换热后的减压渣油作为燃料油再返回减压塔底的流程，同样可以起到降低塔底温度的作用。【10】 五、机泵封油的性质和流量对减压渣油500馏出有影响通常，减压塔塔底泵采用减压侧线油作为封油，但仍有部分装置使用直馏柴油作封油。直馏柴油或封油(蜡油)量较大会提高减压渣油中500馏出量，还可能造成减压塔塔底泵抽空。 六、减压塔底汽提蒸汽过小或未投影响了塔底的提馏效果部分装置减压塔的负荷已经较大，为避免降低塔顶真空度而未投减压塔底吹汽或吹汽量较小。另外，少量装置本来按湿式操作设计，在生产中为了降低装置能耗而停止吹汽。 1.3.2提高减压系统拔出率的措施 提高常减压蒸馏装置减压系统的拔出深度是一项综合工程，首先要从完善减压塔的设计及塔内件的选择人手，其次要根据原油性质变化及时调整操作参数，在确保安全和不影响装置运行周期的情况下，提高减压系统的操作苛刻度。 转贴于 中国论文下载中心 一、提高蒸馏装置减压系统的设计水平(1)减压炉和转油线的设计对汽化段的压力有较大影响。采用炉管扩径，注汽等可提高汽化段温度，提高炉出口汽化率；转油线温降小可有效降低炉温，从而较少裂解和保证高拔出率所需温度。(2)采用低压降、高分馏效率、大通量的塔盘和填料，不但可以提高馏分油的收率和切割精度，还可以大幅提高分馏塔的处理能力。采用填料的减压塔一般全塔压降小于20rnrnHg，而板式减压塔压降明显大，是填料塔的一倍以上。 (3)改进抽真空系统的设备水平，提高塔顶真空度。目前蒸汽+机械抽真空和液力抽真空的应用效果都较好。 (4)改进减压进料分布器的结构，适当增加进料口上方的自由空间高度，可减少雾沫夹带量。 (5)为避免减压塔底结焦和减少裂解气体生成，减压塔底部应设置急冷油流程，控制塔底温度不超过370。 (6)常压塔的设计要着力考虑降低塔底重油中350以前馏分的含量，防止过量的应在常压塔拔出的柴油组分进入减压塔，致使减压塔顶部负荷偏大，顶温高，真空度低，影响总拔出率。【12】 二、提高常压系统的拔出率常压系统的拔出率对减压深拔的影响很大，应根据加工原油性质的变化尽可能地提高常压塔的拔出率，降低常压渣油中350oC含量到4以下。主要措施有控制合理的过汽化率，提高常压炉出口温度、降低常压塔顶压力、调整常压塔底吹汽量和侧线汽提蒸汽量、提高常压侧线的拔出量(尤其是常压最下侧线)。 三、提高减压炉出口温度和减压塔进料温度在拥有相关工具软件的情况下，应根据加热炉的设计参数和进料性质进行模拟计算，绘制加热炉的结焦曲线，以模拟结果为指导逐步提高炉温；即使没有炉管结焦曲线的模拟软件，也可小幅提高炉温并增大炉管注汽，观察减压塔操作工况确定合适的炉温并维持操作，首先要达到设计温度，在此基础上再增加炉管注汽，继续提温。 四、提高减压塔顶真空度优化减压塔顶抽空器和抽空冷却器的运行，减少抽空系统泄露，保证塔顶真空度。 五、合理分配炉管注汽和塔底吹起合理分配炉管注汽和塔底吹汽的流量，控制减压系统总注汽量，减少对真空度的影响。 六、优化洗涤段的操作要确保洗涤段底部填料保持润湿，即合理的喷淋密度能够保证总拔出率和减压馏分油的质量，洗涤段操作效果好，可以降低过汽化率，在同样的烃分压和蜡油质量的前提条件下可以提高拔出率。 七、优化减压塔取热分配为提高装置总拔出率，减压塔的取热可作适当调整，降低减压塔下部中段回流取热量，以增加减压塔上部气相负荷。 八、控制合理的减压塔底温度投用减压塔底急冷油流程，控制塔底温度不超过370oC即可，过多的急冷油量会影响塔底的换热效率。 九、提高减压系统拔出率应注意的事项(1)应根据减压渣油的加工流向确定是否适合深拔操作，减压渣油作延迟焦化原料和减压渣油虽作催化裂化原料，但由于催化消化不完还有减压渣油作燃料油或外售的蒸馏装置。 (2)原油实沸点切割达到565oC时，减压塔最下侧线的干点必然在580oC以上，若有携带现象还将导致蜡油中的沥青质和重金属含量上升，可能会给加氢裂化装置带来操作问题，建议实施深拔后重新考虑重蜡油的流程走向，由现在的进加氢裂化改进蜡油加氢处理或催化裂化装置等。 (3)减压拔出深度的提高需要高的炉出口温度、高的进料段真空度，还需要增加注汽量和增设急冷油流程等，蒸馏装置的能耗相应会有所上升，但从全炼厂角度，减压深拔操作能实现节能和增效的双重收益。第二章 设计说明书2.1 我国主要原油性质一、大庆原油大庆油田各构造的原油性质基本接近，大庆原油的密度约为0.850.86g/cm3,特性因数K=12.512.6，硫含量低（0.090.11）是低硫石蜡基原油。实沸点蒸馏数据表明，200前的馏分占原油的9.811.3（重），300前为21.222.5（重），400前为37.539.3（重），500前总拔出率约为原油的56（重）。大庆原油的直馏汽油或重整原料的量较少，汽油辛烷值较低但感铅性较好。由于原油含砷多，重整原料砷含量也较高。航空煤油的密度较小，结晶点较高，只适宜生产2号喷气燃料。180300馏分芳香烃含量较低，无烟火焰高度大，含硫较少，经适当精制可得高质量的灯用煤油。柴油馏分的柴油指数一般高于70，但含蜡多，受凝点指标的限制影响柴油收率。煤油柴油宽馏分含烷烃较多，是制取乙烯的良好裂解原料。320500馏分含烷烃量高，稠环芳香烃含量低，硫、氮、重金属含量和残炭值都很低，是良好的裂化原料。500以前的馏分润滑油潜含量约占原油的15，其粘度指数可达99120，因此350500馏分是生产润滑油的良好原料，而且脱蜡油的精制不必太深。沸点高于535的渣油约占原油的32，残渣润滑油组分约占渣油的20.6，所以渣油经脱沥青和脱蜡后需深度精致。从润滑油馏分所得蜡膏脱油后，蜡熔点符合4247的 商品石蜡要求，产率约为原有的2.减压渣油中胶质、沥青质含量低，不能直接生产沥青。二、胜利混合原油胜利油区油田多，地质情况复杂，油田或单井之间的原有性质差别很大。胜利混合原油密度为0.880.90g/cm3,含硫0.70.8，胶质含量高，各馏分的酸度都比较高。在相同的馏分条件下，胜利原油的汽油馏分辛烷值比大庆油高。可生产1号喷气燃料。柴油的十六烷值约为5866，但凝点高，若切去适当馏分经碱洗，可生产10号、0号和10号轻柴油。裂化原料馏分中烷烃约比大庆相同馏分油低510。润滑油馏分的脱蜡油收率较高，但粘度指数随馏分变重而下降很大，若经脱蜡及较深度精制，可生产一般用润滑油。蜡膏脱油精制后可得4653石蜡。胜利原油的常压重油及减压渣油残炭值和金属含量都远高于大庆油，减压渣油的延度低，不能直接做道路沥青。三、辽河混合原油辽河油区及构造断层较多，各油田所产原油性质差异较大，其中主要油田的原油属于低硫中间基或低硫中间石蜡基。辽河混合原油的密度介于大庆原油与胜利原油之间，窄馏分的酸度比大庆油高，特性因数接近于胜利原油。初馏点180馏分的空白辛烷值为50，高于大庆油。如适当调整馏分范围，从辽河原油中可以生产1号或2号喷气燃料。柴油馏分的柴油指数虽低于大庆油，但仍能符合10号和0号轻柴油的指标。辽河混合原油的润滑油馏分脱蜡后，粘度指数很低。2.2回流方式从前面的分析可以看到，与二元系或多元系精馏塔相比，石油精馏塔具有一些自己的工艺特点：处理量大；回流比是由精馏塔的热平衡确定而不是由分馏精确度确定；塔内气、液相负荷沿塔高是变化的，甚至有较大的变化幅度；沿塔高的温差比较大等。由于这些特点石油精馏塔的回流方式除了采用惯常所用的塔顶冷回流和塔顶热回流以外，还常常采用其它的回流方式。下面着重讨论石油精馏塔的一些特殊回流方式。1. 塔顶油气二级冷凝冷却原油常压蒸馏塔德年处理量经常以数百万吨计。塔顶冷凝冷却面积如此巨大的原因，一则是负荷很大，二则是传热温差比较小。2. 塔顶循环回流循环回流从塔内抽出经冷却至某个温度再送回塔中，物流在整个过程都处于液相，而且在塔内流动时一般也不发生相变化，它只是在塔里塔外循环流动，借助于换热器取走回流热。3.中段循环回流循环回流如果设在精馏塔的中部，就称为中段循环回流。石油精馏塔采用中段循环回流主要是出于以下两点考虑： 在前面关于石油精馏塔的气、液负荷分布规律的讨论中，我们以得出结论：塔内的气、液相负荷沿塔高分布是不均匀的，当只有塔顶冷回流时，气、液相负荷在塔顶第一、二板之间达到最高峰。在设计精馏塔时，总是根据最大气、液负荷来确定塔径的，也就是根据第一、二板间的气、液负荷来确定塔径。 石油精馏塔德回流热数量大，如何合理回收利用是一个节约能量的重要问题。石油精馏塔沿塔高的温度梯度较大，从塔的中部取走的回流热的温位显然要比从塔顶取走的回流热的温位高出许多，因而是价值更高的可利用热源。设置中段循环回流时，还须考虑以下几个具体问题： 中段循环回流的数目。理论上讲，数目愈多，塔内气、液相负荷愈均匀，但工艺流程则愈复杂，设备投资也高。一般来说，对有三、四个侧线的精馏塔，推荐用两个中段回流；对只有一、二个侧线的塔，以采用一个中段回流为宜。采用第三个中段回流的价值不大。在塔顶和一线之间，一般不设中段回流，因为这对使负荷均匀化的作用不太大，而且取出的热量温位也较低。 中段循环回流的进口的温差。温差愈大在塔内需要增设的换热塔板数愈多，而且温位降低过多的热量也不好利用。国外采用的温差在6080摄氏度上下，国内则多用80120摄氏度。 中段循环回流的进出口位置。中段回流的进塔口一般设在抽出的上部。在两个侧线之间。抽出口太靠近下一个侧线不好，因为上方的塔板上的回流大减，上面几层塔板的分馏效果降低很多。进塔口紧挨着上一侧线的抽出口也不太好，因为可能会有部分循环回流混入该侧线，使其干点升高。2.3操作条件的确定在确定了物料平衡和选定了塔板数之后，就可以着手确定石油精馏塔的操作条件；压力、温度和回流量等。下面主要讨论石油精馏塔各点的温度和压力，至于回流方案的选择和回流量的计算方法在前面已讨论过。确定石油精馏塔的温度、压力条件的原则与二元精馏塔是相同的，只是在具体方法上有所区别。确定操作温度和压力的主要手段是热平衡和相平衡计算，在计算时可以采用假多元系法，也可以采用经