化工论文_270万吨每年涠洲原油常压塔工艺计算.doc

辽宁石油化工大学继续教育学院论文 0 摘 要 本设计为年产 270 万吨涠洲原油的常压塔设计 石油是现代工业的血液 我 国的工业生产和经济运行都离不开石油 而石油又不能直接作为产品来使用 必 须经过加工炼制过程 炼制成多种在质量上符合使用要求的石油产品 才能投入 使用 原油常压蒸馏作为原油的一次加工工艺 在原油加工流程中起着重要作用 在炼油厂中起着不可替代的作用 其运行的好坏直接到后续加工和产品的质量 其中重要的分离设备就是常压塔德设计 是能否获得较高收率和高质量油品的关 键 近几年来常压蒸馏技术和管理经验不断创新 新装置节能消耗显著 产品质 量明显提高 但与国外先进水平相比 仍然存在较大的差距 为了更好地提高原 油的生产能力 本着投资少 能量消耗低 高效率的思想来对辽河原油进行常压 蒸馏设计 设计的基本方案 设计了一个常压一段汽化蒸馏装置 此装置由一台 加热器 一个常压塔以及一些换热器 冷凝冷却器和泵组成的 原油通过这样的 常压蒸馏 一般得到 350 370 oC 以前的几个馏分 可用作汽油 煤油和柴油等产 品 蒸余的塔底重油可作为其他工业的燃料 关键词 原油 常压蒸馏 换热 常压塔 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 1 Abstract In this design the annual output of 2 7 million tons of Weizhou crude oil is processed in the atmospheric pressure Oil is the modern industrial blood Chinese industrial production and economic operation are inseparable from oil Oil it cannot be directly as a product to use must be processed refining process refined into various quality conforms to the requirements of the use of petroleum products will put into use Crude oil atmospheric distillation as a process in crude processing flow plays an important role in refinery plays an irreplaceable role their run of direct to the subsequent process and the quality of the products One important separation equipment is atmospheric tower design is access to DE high yield and high quality oil of the key In recent years atmospheric distillation technology and management experience continuous innovation new device energy saving product quality cost significantly improved significantly But compared with the international advanced level it still exist the substantial gap In order to enhance oil production capacity in line with less investment low energy consumption high efficiency of the thoughts of loathes oil for atmospheric distillation design The basic designing scheme design for a period of vaporization of atmospheric distillation equipments this device by a heater an atmospheric tower and some heat exchanger condensing cooler and pump up Crude oil through such atmospheric distillation usually get 350 37 of several former fractions can be used as gasoline kerosene and diesel oil and other products Evaporate you the tower bottom heavy oil can be used as other industrial fuel Keywords Crude oil Atmospheric distillation Heat transfer Atmospheric column 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 2 目 录 摘 要 1 ABSTACT 2 前 言 4 第 1 章 绪 论 5 1 1 石油的用途 5 1 2 中国原油评价 6 1 3 常压蒸馏的原理 9 1 4 常压蒸馏工艺的发展前景 13 1 5 产品方案的确定 15 第 2 章 常压塔工艺计算 16 2 1 油品的性质参数 17 2 2 产品收率及物料平衡 19 2 3 汽提蒸汽用量 20 2 4 塔板形式和塔板数 21 2 5 常压塔计算草图 22 2 6 操作压力 22 2 7 汽化段温度 23 2 8 塔底温度 26 2 9 塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配 26 2 10 侧线及塔顶温度的校核 27 2 11 全塔汽 液负荷分布图 31 第 3 章 塔的弹性计算 60 3 1 浮阀类型 60 3 2 塔板间距的选择 60 3 3 塔径与塔高计算 60 3 4 浮阀数及开孔率计算 63 3 5 溢流堰及降液管的选择 63 3 6 水力学计算 65 致 谢 71 参考文献 72 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 3 前 言 石油产品是国民经济和国防建设必不可少的物资 因此 石油资源成为大国 争夺的对象 国际石油产品市场被跨国石油集团所垄断 解放前 我国被认为是 贫油国 石油产品都是靠从其他国家进口的 中华人民共和国成立以后 在政府 的重视和关怀下 经过石油队伍的艰苦奋斗 终于发现和开发了许多大型油田 如大庆油田 辽河油田等 40 年间 原油年产量从 120kt 增长到 137Mt 炼油工业 也有相应的发展 使石油产品从 60 年代中期起基本上是自给 我国的石油工业从原油勘探开发生产 加工到油品的分配消费基本立足于国 内 由于我国的原油性质和油品的消费结构与其他国家不相同 因此 我国炼油 技术发展的重点和炼油生产装置的构成具有我国自己的特点 我国炼油技术的重要发展阶段是在 60 年代 当时大庆油田已经开发 原油产 量迅速增长 但炼油技术比较落后 石油产品在品种 质量和收率上都不能满足 需要 由于国际的不沟通 只能依靠自己的力量来发展所需要的技术 国家的困 难激发了石油职工的爱国主义精神 有关科技人员在领导干部和工人群众的密切 结合下 发扬高度的革命精神和严谨的科学态度 汲取国际上的先进经验 经过 几年共同努力 通过研究 发展 设计 施工 终于建成了包括流化 催化 裂 化等在内的一些具有特殊性能的第一套工业装置 顺利投入生产并随之逐步推广 同时还研制和生产出一些具有特殊性能的合成润滑材料 这样 使我国炼油技术 水平提高了一个层次 使石油产品满足了我国的需求 与此同时还培养出一批从 事研究设计炼油新技术人员 为以后炼油的发展奠定了基础 进入 80 年代 随着改革开放的深入 先进技术和设备的引进 加速了我国 炼油技术水平的进一步提高 如今 在一些主要生产工艺方面 我国炼油技术已 处于世界炼油行列中 我国争取其他国家支援指导下 我国的炼油技术会将有所 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 4 提高 第 1 章 绪 论 1 1 石油的用途 石油作为一种能流密度高 便于储存 运输和使用的清洁能源已经广泛应用 于国民经济的方方面面 石油炼制工业是国民经济最重要的支柱产业之一 是提 供能源 尤其是交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业 据统计 全世界 总能源需求的 40 依赖于石油产品 汽车 飞机 轮船等交通运输机械使用的燃料 几乎全是石油产品 有机化工原料主要也是来源于石油炼制工业 世界石油总产 量的 10 用于生产有机化工原料 石油是十分复杂的烃类非烃类化合物的混合物 石油产品种类繁多 市场上 各种牌号的石油产品达 1000 种以上 大体上可分为以下几类 1 燃料 如各种牌号的汽油 航空煤油 柴油 重质燃料油等 2 润滑油 如各种牌号的内燃机油 机械油等 3 有机化工原料 如生产乙烯的裂解原料 各种芳烃和烯烃等 4 工艺用油 如变压器油 电缆油 液压油等 5 石油焦炭 如电极用焦 冷冻用焦 燃料焦等 6 沥青 如各种铺路的沥青 建筑沥青 防腐沥青 特殊用途沥青 7 蜡 如各种食用 化妆品蜡 包装用的石蜡和地蜡 从上述石油产品品种之多和用途之广 也可以看到石油炼制工业在国民经济 和国防中的重要地位 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 5 石油作为一种能流密度高 便于储存 运输 使用的清洁能源已广泛应用于 国民经济中 按 2001 年中国各行业石油消费构成看 交通运输业占 30 以上 是 消费石油最多的行业 在交通运输业中 汽车是最大的石油消费用户 在石油产品中 汽油的 85 到 90 和柴油的 30 被汽车所消耗 而对中国目前汽车的飞速发展 保有量的迅速增 长 不能不未雨绸缪 以防石油短缺制约汽车工业的正常发展 从世界范围看 汽车的出现把石油工业推向了快速发展的轨道 加快了石油产品的消费和需求 燃料包括汽油 柴油及喷气燃料 航空煤油 等发动机燃料以及灯用煤油 燃料 油等 我国的石油产品中燃料约占 80 而其中约 60 为各种发动机燃料 所产柴 油和汽油的比例约为 1 3 1 润滑剂包括润滑油和润滑脂 主要用于降低机件之间 的摩擦和防止磨损 以减少能耗和延长机械寿命 其产量不多 仅占石油产品总 量的 2 左右 但品种大数百种之多 石油沥青用于道路 建筑及防水等方面 其 产量约占石油产品总量 3 石油蜡属于石油中固态烃类 是轻工 化工和食品等 工业部门的原料其产量约占石油产品总量的 2 约有 10 的石油产品 是用于石 油化工原料和溶剂 其中包括制取乙烯的原料 轻油 以及石油 芳烃和各种溶 剂油 1 2 中国原油评价 1 原油的评价及性质 1 原油评价 原油是一种极为复杂的混合物 其主要组成是烃类 还含有 硫 氮 氧等化合物及少量金属有机化合物 不同油田生产的原油 因其组成不 同 往往具有不同的性质 即使同一油田 由于采油层位不同 原油的性质也可 能出现一些差异 我国目前已有十几个油区 每个油区又包括几个甚至几十个油 田 其中大庆 辽河等油区产量较大 以大庆原油为代表 我国大部分原油属于 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 6 低硫含蜡原油 但也有些油区的地质构造十分复杂 原油性质有较大差别 如胜 利油田原油 大部分属于中间基 但又有属于石蜡基 环烷基 且含硫较多 辽 河油区也有类似情况 不同性质的原油 要采用不同的加工方法 以生产适当的产品 使原油得到 合理利用 例如 低硫石蜡基原油的轻馏分油适合生产高质量的煤油和柴油 不 需要深度精制 其重油适合生产高粘度指数润滑油 环烷基原油的凝点较低 适 合生产低凝点的油品及道路沥青 因此 对新开采的原油 必须先对其进行一系 列的分析和试验 习惯上把这叫做 原油评价 常规的原油评价包括原油性质分析 原油实沸点蒸馏 馏分油及油渣的性质 分析 原油的详细评价除上述以为还有馏分油及渣油的烃族组成 润滑油原料的 评价等 根据我国大部分原油含蜡量及含烷烃多的特点 原油评价中还包含单体 正烷烃含量的测定 按照炼油厂在设计及生产方面所提出的不同要求 原油评价 工作的内容及深度有所差别 2 原油的性质 1 原油性质分析的项目大概有有以下几项 a API 度 API 度分析的方法是用 GB 1885 83 b 密度 运动粘度 凝点残炭 水分 灰分和馏程 方法是 GB 2538 81 c 倾点 倾点的分析方法是 GB 3535 83 d 盐含量 盐含量的分析方法是 GB 6532 86 e 闪点 分析方法是 GB 267 77 f 酸值 分析方法是 GB 7304 87 g 硫含量 酸含量的分析方法是 光荧光法 h 沥青质 胶质 蜡含量 氮含量 镍含量和钒含量 其分析方法见 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 7 石油化工分析方法 其中密度是原油最重要的性质之一 一般来说 密度小的原油 即 API 度大 的原油含轻馏分多 通常将 API 度小于 20 当密度相同时 石蜡基原油比中间基 或环烷基原油含轻馏分少 原油的含硫量对炼油过程和产品质量有很大影响 我国大部分原油含蜡量高 因此 把蜡含量作为原油常规分析项目之一 蜡 含量的测定目前没有标准方法 测得的结果随方法的不同而差别很大 2 大庆原油的性质 大庆油区地处辽河盆地 位于松辽平原中央部分 滨州铁路横贯油田中部 其中大庆油田为大型背斜构造油藏 涠洲原油的性质如下表 1 1 表 1 1 涠洲原油的性质 序号项 目数 值 1 20 密度 g cm3 0 9734 2粘度 50 mm2 s763 5 3凝点 5 4酸值 KOH g mg4 13 5硫 ug g2018 6氮 ug g3199 7胶质 m 18 14 8灰分 m 0 04 9残炭 m 8 54 10盐含量 NaCl L mg5 8 5 257 10 308 20 400 30 438 11平衡汽化温度 40 472 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 8 47 500 1 3 常压蒸馏的原理 常减压蒸馏是原油加工的第一道工序 装置是根据原油中各组份的沸点 挥 发度 不同用加热的方法从原油中分离出各种石油馏份 常压蒸馏蒸馏出低沸点 的汽油 煤油 柴油等组份 装置主要有以下几部分组成 电脱盐系统 初馏 和常压系统 航煤脱硫醇系统 减压分馏系统 水除氧及蒸汽发生系统 加热炉 烟气余热回收系统 原油电脱盐就是在一定温度下 破乳剂 注水 混合 电场 等因素综合作用下 原油中小水滴聚结成大水滴 靠油水密度差而将原油中水和 溶解在其中的盐同时分离的过程 到装置内经过两路换热 到电脱盐罐经过脱盐 脱后原油从容器出来经过四路换热后进入塔 经过闪蒸 塔顶出重整料 不凝气 加热后去原油稳定 当原油稳定停工时去炉烧掉 塔底油经泵抽出 经过四路换 热到 304 左右后 被常压炉加热到 370 左右出来进入常压塔第四层上方 经 过常压塔精馏后 塔顶油汽经过冷凝冷却后的汽油一部分打入塔顶 一部分作为 常顶汽油出装置 不凝气到常压炉烧掉 然后从上到下侧线依次馏出常一线 常 二线 常三线 常四线直接被抽出 其中常压塔设有一个顶回流 两个中段回流 常一中 常二中 常底油经过泵抽出到减压炉加热到 395 左右后进入减压塔 第四层上方 减压塔底吹入蒸汽 减顶设有两级抽真空系统 减顶油汽经过一级 予冷器和一级抽空器和二级予冷器及二级抽空器 不凝气到常压炉烧掉 冷却下 来的油水经减顶油水分液罐分出的油经泵送出装置 减压塔沿塔壁至上而下依次 馏出减一线 减二线 减三线 减四线 减五线 各侧线 除减五线 经过气提 塔在由各泵抽出到各换热器进行换热 冷却最后送出装置 减压塔经过泵抽出 经过两路换热 一部分热料去重催 焦化 另一部分经过冷却做冷渣送出装置 设计电脱盐温度定为 120 注水量为 5 占原油 注入破乳剂的浓度 2 注 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 9 入量 20ppm 占原油 为了降低能耗 装置采用容器脱水作为部分电脱盐注水 今年还尝试使用硫磺酸性水代替除盐水作为电脱盐注水 并且能够保证脱后含盐 在 5mg l 以下 馏塔直径 3 2 米 内装 初 层浮阀塔盘 开有一个侧线 初 馏塔抽出 4 占原油 直接送入常压塔 可以减少常压炉的热负荷 常压塔直径 上部为 3 8 米 下部为 4 8 米 内装 47 层浮阀塔盘 及一个供常二中换热的 填料段 常二中取热段采用环矩鞍和隔栅填料解决 装置生产的航煤馏分按 3 号 航煤规格设计 航煤馏分硫醇性硫含量在 12 20ppm 之间 因此需要经过脱硫醇工 序 装置采用国内已成熟的 13X 铜分子筛氧化脱硫醇工艺 航煤馏分温度 130 空速为 3 时 通入少量空气进行氧化脱硫醇 为使产品消光值达到要求 还需经 过脱色罐脱色 罐内装有活性炭 产品经玻璃毛过滤器和陶瓷过滤器过滤之后送 出装置 本装置的减压塔 是按湿式操作设计 在塔底通入水蒸汽以降低油气分 压 塔顶真空度控制不小于 93 5kpa 塔顶部油气冷凝段直径为 5 0 米 内部装有 2 米高环矩鞍填 油气冷凝段以下是分馏段 直径 8 2 米 抽出三个润滑油料侧 线 减二 减三 减四 为了确保减压四线油质量 在进料段和减四线抽出层之 间 设有一个净洗段 用净洗段流下的内回流做洗涤油 冷凝下的油作为减五线 抽出 送去作催化裂化原料 进料段处塔径放大到 10 米以进一步降低空速 在进 料处的塔内部设有水平敷设的环型导流板 使汽液顺利的分离 以减少雾沫夹带 进料段以下为汽提段直径 3 5 米 汽提段以下为抽出斗直径 2 8 米以尽量减 少渣油在高温区的停留时间 减少裂解的不凝气数量 减一采用中段回流及 减四 线 减五线做热源发生压力为 1 0MPa 的蒸汽 经加热炉过热到 250 供本装置 真空喷射器和加热炉燃料油雾化用不足由装置外补给采用常一中段回流做热源发 生压力为 0 4MPa 的蒸汽经过加热炉过热到 360 各塔供汽提用不足由装置外补充 供给本装置发生蒸汽所需的除氧水 在本装置内自设除氧站 为了进一步回收装 置内各侧线油品的低温余热 初馏塔顶及常四线 减压二 四线及减压渣油等物流 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 10 都设有采暖水热交换器 冬季向全厂热水站提供 490 吨 时采暖水 夏季采暖水系 统停用 停用半年 改用循环水冷却器 以常一线和常三线为热源 产生 90 的伴 热水循环使用 装置内管线伴热 仪表伴热以及装置内建筑物采暖等都用伴热水 为降低加热炉排烟温度提高加热炉热效率本装置 常压炉 减压炉共用一台预热器 该空气预热器布置在地面可使空气入炉温度达到 190 炉子热效率 89 75 设有空 气鼓风机及烟气引风机各一台 常压蒸馏只在特定的装置中 现将液体加热至沸腾 使该液体变成蒸汽 然后经冷凝重新变为液体后收集于另一容器的过程 常压蒸馏即在常压下进行 的蒸馏 常压塔塔顶压力一般在 0 9 1 5 个大气压 通过蒸馏可以用来分离和 提纯有机化合物 也可以用来测定物质的沸点 适用于低沸点有机溶剂提取液 的浓缩回收 常压塔蒸馏实验中有许多值得我们探讨的问题和方向 比如新技术 新措 施方面 装置改造 降低能耗方面 腐蚀和存在的问题方面 以及解决问题和 未来发展方面 都有待于我们去研究和创新 一 在装置改造和降低能耗方面考虑 原油蒸馏装置的设计及操作的好坏对 于炼油企业十分重要 又随着原油加工量不断增加 装置 瓶颈 逐步显现出来 装置能耗长期偏高 迫使装置进行能量优化改造 近年来国内外原油蒸馏装置依 靠技术进步 在装置工艺流程 节能及自动控制等方面均有不同发展 1 装置存在的问题 一方面是装置能耗高 产品换热后温度较高 能量回 收效率不高 并且常压塔塔顶超压 另一方面是常压塔塔顶负荷大 常压塔顶冷 后温度仍过高 冷却面积不够 2 这些问题的存在迫使我们进一步改造 我们可以从以下几个方面着手 a 增加闪蒸塔出产品换热系统 225 闪蒸塔顶油气与原油换热后出产品 减轻常压塔负荷 提高常压塔分离精度 提高轻油收率 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 11 b 全面优化换热系统 结合油浆热源 闪蒸塔顶出产品 利用目前先进高效 换热器 全面利用夹点技术综合优化换热网络 降低燃料消耗 c 利用油浆热源换热提高原油换后温度 充分利用高温热源 降低燃料消耗 d 采用水热媒技术 提高空气预热温度 提高加热炉热效率 e 采用新型保温材料 更新加热炉和系统高温关键部位保温材料 降低热损 失 提高热效率 3 装置经过优化改造 其一 消除了装置 瓶颈 提高了装置加工量 提高了装置操作弹性和抗风险能力 其二 优化了换热流程 提高了能量利用效 率和能量回收率 降低了装置能耗 其三 改善了加热炉的运行条件 减低燃料 消耗 优化了能量转换环节 提高了加热炉效率 从装置能量结构 能连平衡转换 利用和回收三环节分析装置用能存在的 问题 提出解决方案和优化装置运行操作 提高生产管理水平和技术水平 采用 夹点技术优化装置换热流程 提高了能量利用和回收效率 降低了装置能耗 二 在腐蚀方面考虑 设备防腐一直是石化企业所面临的重要课题 特别是 在加工高硫高酸原油不断增多的今天 设备的腐蚀问题越来越严重 因此 搞好 设备防腐是石化企业实现长期运行 降低生产成本 提高经济效益的重要途径 目前 我国已成为世界上的炼油大国 解决加工过程的设备腐蚀问题越来越 迫切 我国的原油加工工艺中 一脱三注 仍是主要工艺 采用这种工艺需要使 用大量的缓蚀剂 按照溶解性能的不同 可以分为油溶型和水溶型 当今市场油 溶型比较常见 但油溶型缓蚀剂由于原材料成本高 加之其中含有大量的有机溶 剂 在运输和使用过程中存在较大的安全隐患 为了降低生产成本 解决安全隐 患 研制出水溶型缓蚀剂使腐蚀减轻 此水溶型缓蚀剂添加了分散剂 增效剂等 其他助剂 可应用于低硫和高硫以及高酸原油的加工 本品溶解在水中时呈现黄 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 12 色透明液体 溶解性能良好 加入原油后 可在容器内壁吸附并形成多层保护膜 能有效防止容器的腐蚀 而且此品不影响系统的催化剂的性能 缓蚀效率高 无 点蚀 抗蚀等现象 有效的延长了容器的使用寿命 除了采用新型缓蚀剂 在 一脱三注 工艺流程中 还可以将 三注 改为 二注 三注 是控制塔顶系统腐蚀的主要措施 注氨 虽然能够中和塔顶生 成的酸性物质 提高系统的PH值 但是对钢铁有很高的腐蚀速率 而且注氨后换 热器结垢现象严重 现将 一脱三注 工艺改为 一脱二注 停止注氨用注中和 缓蚀剂代替注氨和注缓蚀剂 用中和缓蚀剂来控制塔顶冷凝水的PH值 中和缓蚀 剂 是在缓蚀剂中加入部分有机胺 它既有缓蚀作用又有中和作用 中和缓蚀剂 的加入量要合理控制 PH值才能得到控制 塔顶停止注氨 不再形成铵盐的垢下 腐蚀 塔顶系统的腐蚀降低 从而延长了设备的运行周期 简化了操作 1 4 常压蒸馏工艺的发展前景 石油化工作为我国的支柱产业 在国民经济中占有极高的地位 石化行业是 技术密集型产业 生产方法和生产工艺的确定关键设备的选型选用制造等一系列 技术 都要求由专有或独特的技术标准所规定 因此只有加强基础学科尤其是有 机化学 高分子化学 催化 化学工程 电子计算机和自动化等方面的研究 加 强相关技术人员的培养 使之掌握和采用先进的科研成果 在配合相关的工程技 术 石油化工行业才可能不断发展登上新台阶 当前世界 炼油能力最大的国家 是美国 其原油蒸馏能力约占世界的1 5 其次为俄罗斯和日本 分别占6 6 和 5 8 中国排名第四 占5 5 世界前十大炼油国家的原油蒸馏能力就达到了世 界原油蒸馏能力的54 2 世界排名前3 位的炼油公司仍然是ExxonMobil Shell 和BP Amoco 其原油蒸馏能力分别占世界的6 5 5 9 和4 0 我国的中国石化 SINOPEC 和中国石油分别排在第5 位和第12 位 原油蒸馏能力分别为2 67 和 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 13 1 79 Mb d 随着世界炼油厂的规模越来越大 炼油装置的规模也向大型化方向发 展 其中单套常减压蒸馏的能力达到了1275 万t a 单套催化裂化 FCC 能力达到 了600 万t a 渣油催化裂化能力也达到了425 万t a 石油和化学工业的工业总产 值约占全国工业总产值的12 以上 约占全国GDP的4 我国已成为全球仅次于美 国的第二大石油和化工产品的生产 消费大国 从当前的发展阶段看 我国正处于工业化 城市化进程中 交通 住房等领 域存在巨大的空间 结构调整 产业升级 产品更新换代等都需要大量投入 部 分石油和化工产品仍有较大的产能增长空间 并且 新技术获得渠道有望得到拓 宽 我国部分高性能的石化产品供应严重短缺 主要原因是我国还不掌握生产技 术 近期靠自主研发突破这些技术仍有较大困难 近些年来 部分大型跨国石化 公司在发展战略上进行了调整 准备放弃非核心业务 逐步通过重组 并购等手 段 突出自己的核心业务 也受金融危机的影响 放宽了对外技术转让的限制程 度 此时 正是开展国际技术合作 购买先进技术的大好时机 利用收购 技术 引进等多种渠道获得一些核心技术 可以加快提升我国石化行业的综合竞争 由以上分析可见 任何一个时期 原油蒸馏技术的发展 一方面决定于当时 社会 经济的发展状况 另一方面则受到科学技术整体发展水平的制约 目前 随着世界经济的快速发展对运输燃料和化工原料需求的日益强劲 石油资源的快 速消耗导致的原油供应的日益重质化和劣质化 以及环保法规对油品质量要求的 日益严格 原油蒸馏技术进一步发展的焦点集中在重质 劣质原油的加工 清洁燃 料的生产及炼油 化工一体化等几个方面 常压蒸馏在近些年来有许多新的发展方向 新的技术的提出为常压蒸馏提 供了更好的发展 1 结合实际工艺流程 通过研究分析原油常压蒸馏塔的结构特点 提出了模 拟常压蒸馏装置的模块法收敛求解新策略 即把该装置分解为精馏 吸收 闪蒸等 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 14 模块的流程组合 克服了现有模拟方法的局限性 可方便地将已有的数学模型 解 算方法等成熟模块应用于常压塔的模拟分析 准确有效地进行装置的严格在线模拟 与优化 2 采用 90 套现场操作数据 建立了预测原油常压蒸馏塔产品恩氏蒸馏数据 的数学模型 并利用另外 30 套数据对该模型进行了验证 该模型方程式形式简单 方程参数 4 7 个 系数 9 14 个 在预测计算中 不用进行复杂的迭代计算和严格 模拟计算 计算方便 速度快 对于常压蒸馏塔 模型回归的算术平均误差最小为 1 155 最大为 7 089 另外 原油蒸馏是石油炼厂中能耗最大的装置 近年来采用化工系统工程规 划方法 使热量利用更为合理 此外 利用计算机控制加热炉燃烧时的空气用量 以及回收利用烟气余热 为了更好地提高原油的生产能力 本着投资少 能耗低 效益高的思想对常压 塔蒸馏装置进行改造和防腐 流程简单 投资和操作费用低 通过一些改造 使装置节能消耗显著 获得高收率 高质量的油 1 5 产品方案的确定 确定原油加工方案是炼油厂设计和生产的首要任务 炼油厂要根据其所加工 原油的性质 市场需求 加工技术的先进性和可靠性 以及经济效率等方面的综 合考虑 然后通过炼油厂研究人员进行全面的分析 研究对比以后 才能制定出 合理的加工方案 根据大庆原油本身的特性 我们本次设计的原油蒸馏过程为燃料型 由于大 庆原油轻组分含量较高 所以这次设计初馏塔拔出部分轻组分 再和常压塔的塔 顶馏分调和为燃料汽油 常压塔顶 汽油 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 15 常一线 煤油 常二线 轻柴油 常三线 重柴油 第 2 章 常压塔工艺计算 原油常压塔工艺设计原油常压塔工艺设计 一 计算所需基本数据 1 原料油性质 其中主要包括实沸点蒸馏数据 密度 特性因数 分子量 含 水量 粘度和平衡汽化数据等 2 原料油处理量 3 根据正常生产和检修情况确定开工天数 4 产品方案和产品性质 5 汽提水蒸汽的温度和压力 二 设计计算步骤 1 根据原料油的性质及产品方案确定产品的收率 作出物料平衡 2 列出 有的须通过计算求得 有关各油品的性质 3 决定汽提方式 并确定汽提水蒸汽用量 4 选择塔板的型式 并按经验数据定出各塔段的塔板数 5 画出蒸馏塔的草图 其中包括进料及抽出侧线的位置 中段循环回流的位置 等 6 确定塔内各部位的压力和加热炉出口压力 7 决定进料过汽化率 计算汽化段温度 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 16 8 确定塔底温度 9 假设塔顶及各侧线抽出温度 作全塔热平衡 算出全塔回流热 选定回流方 式及中段回流的数量和位置 并合理分配回流热 10 校核各侧线及塔顶温度 若与假设值不符 应重新设计与计算 11 作出全塔汽丶液相负荷分布图 并将上述计算结果填在草图上 12 计算塔径和塔高 13 作塔板水力学核算 14 画出塔的结构示意图 2 1 油品的性质参数 表 2 1 原油常压切割及产品性质 恩氏蒸馏 产品API 相对密 度 d420 HK10 30 50 70 90 KK 汽油68 10 75945096112139152165197 煤油44 50 8785204233252269288310334 轻柴38 80 9060285313323332283349364 重柴34 40 9416303351367380350418447 重油18 20 9922344 为了以后计算方便 可以用学过的方法把原油和产品的有关性质参数先计算汇 总 列于表 2 2 中 在计算时 所用到的恩氏蒸馏温度未作裂化校正 工程上充许 这样做 性质参数的计算以汽油为例 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 17 体积平均沸点 t 体 汽油 t 体 60 81 96 109 126 5 94 5 恩氏蒸馏 90 10 斜率 汽油 126 60 90 10 0 825 立方平均沸点 t 立 查 集 简称图表集 图 2 1 1 得体积平均沸点校正值 为 2 5 故 汽油 t 立 t 体 2 5 94 5 2 5 92 中平均沸点 t 中 由图表集图 2 1 1 查得体积平均沸点校正值为 5 故 汽油 t 中 t 体 5 94 5 5 89 5 特性因数 K 由图表集图 2 1 2 查得 汽油 K 12 27 分子量 M 由图表集图 2 1 2 查得 汽油 M 95 平衡蒸发温度 由图表集图 2 2 3 及图 2 2 4 计算出汽油平衡蒸发 100 温度为 108 9 临界温度 tkp 由图表集图 2 3 7 和图 2 3 8 查得 汽油 tkp 267 5 临界压力 Pkp 由图表集图 2 3 9 查得 汽油 Pkp 3 34MPa 焦点温度 tF 由图表集图 2 2 19 查得 汽焦点温度为 328 5 焦点压力 PF 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 18 由图表集图 2 2 18 查得 汽焦点压力为 5 91MPa 表 2 2 油品的有关性质参数计算汇总 平衡蒸发 温度 临界参数焦点参数 油品名称 密 度 d204 比重 指数 oAPI 特性因 数 K 分子量 M 0 100 温度 MPa温度 MPa 汽油0 703768 112 2795108 9257 53 34328 55 91 煤油0 799444 511 74152185 6383 42 5413 43 26 轻柴0 826538 811 97218273 6461 61 81475 22 17 重柴0 848434 412 1290339 6516 61 62529 61 89 重油0 941618 211 9 原油0 860432 2 2 产品收率及物料平衡 物料平衡可参考同一原油丶同一产品方案的生产数据确定 确定后列出物料 平衡表 如不能取得实标生产数据 可根据实沸点数据来确定 如表 2 1 所示 相邻两个产品是互相重叠的 即实沸点蒸馏 tH tL 是负值 通 常相邻两个产品的实沸点就在这一重叠值的一半处 因此可取 tH和 tL之间的中点 温度作为这两个馏分的切割温度 按切割温度 可以从原油的实沸点曲线得出各产 品的收率 决定年开工天数后 即可作出常压塔的物料平衡表 如表 2 3 所示 注 tH为相邻两馏分重馏分实沸点的 0 点温度 tL为相邻两馏分轻馏分实沸点的 100 点温度 表 2 3 中没有考虑到损失 在实标生产中通常取 气体 损失 约占原 油的 0 5 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 19 表 2 3 物料平衡表 按每年开工 330 天计 产 率 处 理 量 或 产 量 油 品 体积质量104t at dkg hkmol h 原 油1001002908788366000 汽油4 33 5110 1830812853107 煤油7 26 6719 3458624419161 轻柴油7 26 9120 0460725303116 重柴油9 89 6427 9684735303122 产 品 重油71 573 27212 486438268282 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 在设计中可参考表 4 所 列的经验数据选择汽提蒸汽用量 表 2 4 汽提蒸汽用量 经验值 塔名称产品蒸汽用量 对产品 常压塔溶剂油1 5 2 0 常压塔煤油2 3 常压塔轻柴油2 3 常压塔重柴油2 4 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 20 常压塔轻润滑油2 4 常压塔塔底重油2 4 初馏塔塔底油1 2 1 5 减压塔中 重润滑油2 4 减压塔残渣燃料油2 4 减压塔残渣汽缸油2 5 表 2 5 汽提水蒸汽用量 油品 对油 kg hkg hKmol h 一线煤油373248 3 二线轻柴油250623 2 三线重柴油2 898834 2 塔底重油25365236 4 合计7591342 1 2 4 塔板形式和塔板数 石油分馏塔塔板数主要靠经验选用 表 2 6 表 2 7 是常压塔塔板数的参考值 表 2 6 常压塔塔板数国外文献推值 被分离的馏分推荐板数 轻汽油 重汽油6 8 汽 油 煤 油6 8 汽 油 柴 油4 6 轻柴油 重柴油4 6 进料 最低侧线3 6 汽提段或侧线汽提4 表 7 国内某些炼油厂常压塔塔板 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 21 最低侧线 进料443 进料 塔底464 参照表 6 与表 7 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 2 5 常压塔计算草图 图 2 1 常压塔的计算草图 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 22 2 6 操作压力 取塔顶产品罐压力为 0 131 MPa 塔顶采用两级冷凝冷却流程图 取塔顶空 冷器压力降为 0 01 MPa 使用一个管壳式后冷器 壳程压力降取 0 0171 MPa 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 4 mmHg 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 0 207 MPa 2 7 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 2 4 或 2 03 体 则过汽化油量为 5808kg h 要求进料在汽化段的汽化率为 eF 4 3 7 2 7 2 9 8 2 03 30 53 体 汽化段油气分压 汽化段中各物料的流量如下 汽油 107 kmol h 煤油 128 kmol h 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 23 轻柴油 92 kmol h 重柴油 97 kmol h 过汽化油 19 kmol h 油气量合计 443 kmol h 其中过汽化油的分子量取 300 水蒸汽 257 kmol h 塔底汽提 由此计算得过 汽化段的油气分压为 0 172 443 443 257 0 109 MPa 汽化段温度的初步求定 汽化段温度应该是在汽化段油气分压 0 109MPa 之下汽化 30 53 体 的温度 为此需要作出在 0 112MPa 下的原油平衡汽化曲线 见图 2 2 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 2 2 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 291 将此交点温度换算成在 0 109MPa 压力下的温度为 299 过该交点作垂直 于横座标的直线 A 在 A 线上找到 299 之点 过此点作平行于原油常压平衡汽化 曲线 2 的线 4 即为原油在 0 109MPa 下的平衡汽化曲线 由曲线 4 可查得当 eF为 30 53 体 时的温度为 353 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 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 24 图 2 2 原油的实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线 1 原油在常压下的实沸点蒸馏曲线 2 原油的常压平衡汽化曲线 3 炉出口压力下的原油平衡汽化曲线 4 汽化段油气分压下的原油平衡汽化曲线 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 当汽化率 eF 30 53 体 tF 353 进料在汽化段中的焓 hF计算如表 2 8 所示 表 2 8 进料带入汽化段的热量 QF P 0 172MPa t 353 焓 Kj kg 物料 汽相液相 热量 kJ h 汽油11761176 10208 12 00 106 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 25 煤油11471147 19458 22 32 106 轻柴油11301130 20083 22 69 106 重柴油11221122 28000 31 42 106 过汽化油 11181118 5808 6 49 106 重油888888 212790 188 96 106 合计QF 283 88 106 hF 283 88 106 290400 977 55kJ kg 再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 2 2 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 由曲线 3 可读出在 360 时的汽化率 eo为 25 5 体 显然 eo eF 即在炉出口条件下 过汽化油和部分重柴油处于液相 根此 可算出进料在炉出口条件下的焓值 ho ho 285 68 106 290400 983 75kJ kg 核算结果表明 ho 略高于 hF 所以在设计的汽化段温度 353 之下 能保证所 需的拔出率 30 53 体 炉出口温度也不致超过充许限度 表 2 9 进料在炉出口处携带的热量 P 0 207MPa t 360 焓 Kj kg 物料 汽相液相 热量 kJ h 汽油12011201 10208 12 26 106 煤油11641164 19458 22 65 106 轻柴油11511151 20083 23 12 106 重柴油 g 11431143 19434 22 21 106 重柴油 l 971971 8566 8 32 106 重油904904 218598 197 12 106 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 26 合计Qo 285 68 106 2 8 塔底温度 取塔底温度比汽化段低 7 即 353 5 7 346 5 2 9 塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配 假设塔顶及各侧线温度 参考同类装置的经验数据 假设塔顶及各侧线温度如下 塔顶温度 107 煤油抽出板 第 9 层 180 轻柴油抽出板 第 18 层 256 重柴油抽出板 第 27 层 315 则列出全塔热平衡如表 2 10 所示 表 2 10 全塔热平衡 操作条件焓 kJ kg 物料 流率 kg h 密 度 d204MPa 汽相液相 热量 kJ h 进料290400 0 8604 0 172 353 5 955 4283 88 106 汽提蒸汽62260 290420331620 65 106 入 方 合计296626304 53 106 汽油102080 7037 0 1571076116 24 106 煤油194580 7994 0 1611804448 64 106出 轻柴油200830 8625 0 16625664512 95 106 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 27 重柴油280000 8484 096 106 重油212790 0 9416 0 175346 5858182 57 106 水蒸汽62260 157107270016 81 106 方 合计296765250 17 106 全塔回流热 全塔回流热 Q 304 53 250 17 106 54 36 106 kJ h 回流方式及回流热分配 塔顶采用二级冷凝冷却流程 塔顶回流温度为 60 采用两个中段循环回流 回流热分配比为 50 20 30 一中在煤油侧线与轻柴油侧线之间 第 11 13 层 二中 位于轻柴油侧线与重柴油侧线之间 第 20 22 层 回流热分配 热量 kJ h 塔顶 50 27 18 106 一中 20 10 87 106 二中 30 16 31 106 2 10 侧线及塔顶温度的校核 校核应自下而上进行 重柴油抽出板 第 27 层 按图 2 3 中的隔离体系 作第 27 层以下塔段的热平衡如图 3 及表 2 11 所示 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 28 图 2 3 重柴油抽出板以下塔段的热平衡 表 2 11 第 27 层以下塔段的热平衡 操作条件焓 kJ kg 物料 流率 kg h 密 度 d204MPa 汽相液相 热量 kJ h 进料2904000 8604 0 172353 5955 4283 88 106 汽提蒸汽42560 298420331614 11 106 内回流L 0 846 0 170 308 5795795L 入 方合计 294656 L 297 99 106 795L 汽油102080 170315108011 02 106 出煤油194580 170315105520 53 106 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 29 轻柴油200830 170315103420 77 106 重柴油28000