毕业设计---550万吨年常减压蒸馏装置工艺设计.doc

摘要摘要原油蒸馏在炼油厂是原油首先要通过的加工装置。一般包括预处理系统（原油电脱盐）、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统（加工轻质原油且达到经济规模时一般设置轻烃回收系统）等。常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油“切割”成不同馏分的工艺过程。设计一套年处理量为550万吨阿曼原油加工装置，由于原料中轻组分不多，所以原油蒸馏装置采用二段汽化，设计常压塔，减压塔。设计中采用水蒸气汽提方式, 并确定汽提水蒸汽用量;由于浮阀塔操作弹性大，本设计采用浮阀塔。关键词：阿曼原油 常压蒸馏 常压塔 减压塔 IAbstract Crude oil distillation in the refinery is processing crude oil through the device first. General, including pre-treatment system (crude oil desalting), atmospheric pressure distillation system, vacuum distillation systems, injection agent systems, light hydrocarbon recovery system (light crude oil processing and to achieve economies of scale normally set when the light hydrocarbon recovery system). Atmospheric distillation of crude oil under atmospheric pressure is heating, gasification, distillation and condensation. So are the various oil distillate boiling range. Atmospheric and vacuum distillation is at atmospheric pressure and vacuum conditions, according to the boiling point of each component of crude oil is different from the crude cut into different fractions of the process.Design a treatment capacity of 5.5 million tons in crude oil processing plant in Aman, as raw materials in the light fraction too much, crude oil distillation unit uses two vaporization, design crude distillation unit, vacuum tower. Design by steam stripping method, and to determine the amount of stripping steam; as float valves and operating flexibility, the design uses float valves.Keywords: Aman oil Atmospheric distillation Atmospheric Tower Vacuum Tower目录目 录摘要IAbstractII第一章 总论11.1 概述11.1.1 设计基础11.1.2 设计方案31.1.3 生产规模41.1.4 工艺技术路41.1.5 工艺技术特点41.2 文献综述51.2.1 常减压蒸馏技术现状51.3 设计任务依据81.4 主要原料81.5 其他81.5.1 “三废”综合利用81.5.2 交通运输及综合利用81.5.3 节能措施9第二章 工艺流程设计102.1 原料油性质及产品性质102.1.1 原油的一般性质102.1.2 原料油处理量102.1.3 原油实沸点蒸馏数据102.1.4 原油平衡蒸发数据102.1.5 产品性质112.2 工艺流程112.2.1 工艺流程设计112.2.2 工艺流程132.3 塔器结构132.4 环保措施142.4.1 污染源分析142.4.2 废气处理152.4.3 废水处理15第三章 常压蒸馏塔工艺设计173.1 工艺参数设计173.1.1 阿曼原油基本参数及产品产率173.1.2 恩氏蒸馏曲线与实沸点蒸馏曲线换算173.1.3 体积平均沸点183.1.4 恩氏蒸馏 10%90%馏分的曲线斜率183.1.5 立方平均沸点183.1.6 中平均沸点193.1.7 与的换算193.1.8 产品的分子量 M、比重指数 API、特性因数 K193.1.9 产品物料平衡203.2 操作条件的确定203.2.1 常压塔塔板数的确定203.2.2 汽提蒸汽用量213.2.3 操作压力的确定223.2.4 汽化段及塔顶温度的确定233.2.5 塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配253.3 常压塔侧线温度的校核263.3.1 常四线抽出板温度的校核263.3.2 重柴油抽出板温度的校核283.3.3 塔顶温度的校核293.4 全塔的气液负荷分布图303.4.1 第48层塔板以下塔段的热平衡303.4.2 第42层塔板以下塔段的热平衡303.4.3 第38层塔板以下塔段的热平衡313.4.4 第32层塔板以下塔段的热平衡323.4.5 第24层塔板以下塔段的热平衡333.4.6 第22层塔板以下塔段的热平衡343.4.7 第13层塔板以下塔段的热平衡353.4.8 第11层塔板以下塔段的热平衡363.4.9 第10层塔板以下塔段的热平衡373.4.10 第1层塔板以下塔段的热平衡383.5 作全塔的汽液相负荷分布图39第四章 常压塔工艺尺寸计算404.1 塔直径的计算404.1.1 塔径的初算404.1.2 计算适宜的气速Wa404.1.3 计算气相空间截面积404.1.4 降液管内流体流速, Vd414.1.5 计算降液管面积414.1.6 塔横截面积Ft的计算414.1.7 采用的塔径D及空塔气速W414.1.8 塔高的计算424.2塔板布置、浮阀、溢流堰及降液管的计算424.2.1 塔板布置424.2.2 浮阀的计算424.2.3 溢流堰及降液管的计算434.2.4 降液管44第五章 常压塔水力学计算455.1 塔板总压力降455.2 雾沫夹带455.3 泄漏465.4 淹塔465.5 降液管超负荷475.6 适宜操作区和操作线475.6.1 由雾沫夹带量计算作出雾沫夹带量线475.6.2 由淹塔压力降作出淹塔界线475.6.3 由降液管内液体流速计算作出降液管超负荷界线485.6.4 塔板的性能负荷图48第六章 车间布置设计496.1 车间平面布置方案496.2 车间平面布置图图纸说明496.2.1 设备布置满足工艺流程和工艺条件要求496.2.2 设备集中布置496.2.3 安全性496.2.4 经济性506.2.5 安装与维修506.2.6 外观506.2.7 图面506.3 车间平面布置图506.4 常压蒸馏塔装配图50结束语51参考文献52附件1 塔图附件2 流程图附件3 装配图附件4 平面布置图附件5 汽液负荷分布图53第一章 总论第一章 总论1.1 概述1.1.1 设计基础石油也称原油或黑色金子，是一种粘稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。地壳上层部分地区有石油储存。它由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。不过不同油田的石油成分和外貌可以有很大差别。石油主要被用来作为燃油和汽油，燃料油和汽油组成目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是许多化学工业产品如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。当今88%开采的石油被用作燃料，其它的12%作为化工业的原料。原油中碳元素占83%-87%，氢元素占11%-14%，其它部分则是硫、氮、氧及金属等杂质。原油是极其复杂的混合物，通过原油的蒸馏可以按所制定的产品方案将其分割成直馏汽油、煤油、轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分和渣油等1。原油蒸馏是石油加工中第一道不可少的工序，故通常称原油蒸馏为一次加工，其他加工工序则称为二次加工2。原油的一次加工能力即原油蒸馏装置的处理能力，常被视为一个国家炼油工业发展水平的标志。截至2008年年底，我国原油加工能力为4.2亿t/a，占世界炼油总能力42.8亿t的10%；我国原油加工量3.42亿t，占世界炼油加工量的7%，居世界第二位（仅次于美国）；我国炼厂总数（大中型）为53座，占世界总数655座的8%，其中，镇海炼厂位居世界排名第十七位3。原油在常压条件下呈液态的复杂的烃类混合物。原油是一种主要由碳氢化沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样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。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。对许多原油来说，它的各项性质指标间往往存在着利弊交错、优劣共存的现象，这样就需要对原油进行分析评价。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，以及经济效益等诸方面的分析、制订合理的加工方案。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。目前我国已开采的原油以低硫石蜡基居多，大庆等地原油均属此类。其中，最有代表性的大庆原油，硫含量低，蜡含量高，凝点高，能生产出优质煤油、柴油、溶剂油、润滑油和商品石蜡。胜利原油胶质含量高(29%)，比重较大(0.91左右)，含蜡量高(约1521%)，属含硫中间基。汽油馏分感铅性好，且富有环烷烃和芳香烃，故是重整的良好原料9。原油的性质包含物理性质和化学性质两个方面。物理性质包括颜色、密度、粘度、凝固点、溶解性、杂质含量等；化学性质包括化学组成、氧化、燃烧等。（1）颜色：原油的色泽按产地和成分不同，一般有褐色、黄褐色、深棕色和黑色。通常颜色越深则比重越大，同时含沸点成分就越少，反之亦然。然而原油中纯粹烃类为无色物质，原油的颜色是由石油中含有的其它物质所形成的。（2）密度：原油相对密度一般在0.750.95之间，少数大于0.95或小于0.75，相对密度在0.91.0的称为重质原油，小于0.9的称为轻质原油。（3）粘度：原油粘度是指原油在流动时所引起的内部摩擦阻力，原油粘度大小取决于温度、压力、溶解气量及其化学组成。温度增高其粘度降低，压力增高其粘度增大，溶解气量增加其粘度降低，轻质油组分增加，粘度降低。原油粘度变化较大，一般在1100mPas之间，粘度大的原油俗称稠油，稠油由于流动性差而开发难度增大。一般来说，粘度大的原油密度也较大。（4）凝固点：原油冷却到由液体变为固体时的温度称为凝固点。原油的凝固点大约在-5035之间。凝固点的高低与石油中的组分含量有关，轻质组分含量高，凝固点低，重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，凝固点就高。（5）溶解性：原油很难溶于水中，但却能溶于普通的有机溶剂，如苯、氯仿、酒精、乙醚、四氯化碳等。虽然原油几乎完全不能和水相溶解，但仍有少量水分会“包溶”于原油中，一定条件下可自然析出。（6）含蜡量：含蜡量是指在常温常压条件下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。石蜡是一种白色或淡黄色固体，由高级烷烃组成，熔点为3776。石蜡在地下以胶体状溶于石油中，当压力和温度降低时，可从石油中析出。地层原油中的石蜡开始结晶析出的温度叫析蜡温度，含蜡量越高，析蜡温度越高。析蜡温度高，油井容易结蜡，对油井管理不利。含硫量是指原油中所含硫(硫化物或单质硫分)的百分数。原油中含硫量较小，一般小于1%，但对原油性质的影响很大，对管线有腐蚀作用，对人体健康有害。根据硫含量不同，可以分为低硫或含硫石油。（7）含胶量：含胶量是指原油中所含胶质的百分数。原油的含胶量一般在5%20%之间。胶质是指原油中分子量较大(3001000)的含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物，呈半固态分散状溶解于原油中。胶质易溶于石油醚、润滑油、汽油、氯仿等有机溶剂中。（8）含盐量：原油从油井采出，其中含有大量的盐分，最高可达1000ppm（百万分之一千），它们多为钠、钙、镁和氯化物的混合物。通常原油含盐量在0.02%0.055%之间。（9）其他：原油中沥青质的含量较少，一般小于1%。沥青质是一种高分子量(大于1000以上)具有多环结构的黑色固体物质，不溶于酒精和石油醚，易溶于苯、氯仿、二硫化碳。沥青质含量增高时，原油质量变坏。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 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。1.1.2 设计方案设计一套年处理量为550万吨阿曼原油加工装置，由于原料中轻组分不多，所以原油蒸馏装置采用二段汽化，设计常压塔，减压塔。设计中采用水蒸气汽提方式, 并确定汽提水蒸汽用量;由于浮阀塔操作弹性大，本设计采用浮阀塔10。浮阀塔是一种板式塔，用于气液传质过程中。浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。在分离稳定同位素时采用在克服泡罩塔缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式，浮阀主要有V型和T型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大2040；气体两个极限负荷比为56，操作弹性大；板效率比泡罩塔高10%15%；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的重水生产过程。石油炼制工业的发展是伴随着石油及石油产品的开发利用发展起来的，石油的发现、开采和直接利用由来已久，加工利用并、逐步形成石油炼制工业。始于19世纪30年代，到20世纪4050年代形成的现代炼油工业，是最大的加工工业之一6。原油蒸馏在炼油厂是原油首先要通过的加工装置。一般包括预处理系统（原油电脱盐）、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统（加工轻质原油且达到经济规模时一般设置轻烃回收系统）等。常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油“切割”成不同馏分的工艺过程。1.1.3 生产规模规模原油处理量550万吨/年。按年开工8000小时计，即处理量为687500kg/h。1.1.4 工艺技术路阿曼原油属于含硫石蜡-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。1.1.5 工艺技术特点由于装置规模较小，在保证安全平衡生产的前提下，尽量简化工艺流程和自动控制系统，以节省工程投资。反应部分采用冷高压分离流程。分馏部分设置两台分馏塔，其中第二分馏塔为减压操作，两台分馏塔产品侧线抽出及塔底均设重沸器，塔内装填高效规整填料，确保分馏精度。设置热载体回执系统，热载体作为塔底重沸器热源。1.2 文献综述1.2.1 常减压蒸馏技术现状原油蒸馏作为一次加工在石油加工中占有重要地位。通常炼厂是依次使用常压和减压的方法，将原油按照沸程切割成不同的馏分。人们将既采用了常压蒸馏又采用了减压蒸馏的原油蒸馏装置通常称为常减压蒸馏4。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。目前，国内外大致都是采用由初馏塔、常压塔、减压塔，常压炉、减压炉组成的三塔两炉工艺流程5。（一） 国外蒸馏装置技术现状及发展趋势常压蒸馏装置是一个工艺成熟的装置，技术进步大多是在工艺加工流程、设备结构及优化操作等方面，在满足生产方案、产品质量的前提下获得较高拔出率及较低的能耗，主要的技术进展有以下几个方面：(1)设备革新近十年来，各种汽液传质内件的开发与应用有了快速的发展，各种高效散装填料、规整填料及相应的汽、液分布系统和各种高通量、高弹性的塔板相继问世并且很快得到了广泛应用。近年来常压蒸馏装置的主要技术进步在于塔器内部构件的开发，塔内件供应商相继推出了一系列新型填料和新型塔板。(2)窄点技术的应用自七十年代英国学者B.Linnhoff等人提出窄点技术以来，这一技术被迅速应用于炼油厂及石油化工厂的能量回收系统，特别是应用于常压蒸馏装置的换热网络优化设计，取得了很大的成效。(3)电脱盐技术电脱盐是原油蒸馏装置的重要设施，可减轻装置设备的腐蚀、节能并同时降低下游装置原料中金属离子等有害物料的含量。八十年代以前，主要是低速脱盐技术。九十年代，Petrolite公司在低速脱盐的基础上开发出了高速电脱盐，其主要特点是：进料位置与低速电脱盐不同；进料管不用管式或倒槽式而采用特殊喷头型式；电脱盐罐处理能力取决于喷头的能力；采用交流电，水平电极板。 该技术与低速电脱盐相比具有脱盐效率高、处理能力大、电耗低、占地面积小等优点。据有关资料介绍，高速电脱盐的处理能力是低速电脱盐的1.75倍至2.0倍。目前世界上已有100多套电脱盐装置采用了该技术，近几年，国内镇海炼化、上海石化、大连西太平洋和齐鲁石化等常减压装置的电脱盐均采用了引进的 Petrolite公司高速电脱盐技术。国外炼油厂蒸馏装置的大型化提高了劳动生产率和经济效益，降低了能耗和物耗11。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。（1）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。（2）塔内件方面：以Koch-Glitcsh、Sulzer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。（3）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。（二）国内蒸馏装置技术现状国内常压蒸馏技术近年来有很大发展，在改进加工流程，提高设备效率，降低能耗，提高产品质量方面做了大量的开发性工作，常压蒸馏装置的平均能耗已达到世界先进水平，近年来国内主要工艺进展表现在以下几个方面：(1)采用原油预闪蒸技术或设置初馏塔采用原油预闪蒸技术或设置初馏塔，以适应不同原油及不同炼厂的要求并可以降低能耗。(2)多产柴油技术多产柴油技术主要包括强化常压塔底汽提技术。强化常压塔底汽提主要包括合理确定汽提塔段的塔板数、汽提蒸汽量、汽提段结构等参数，使汽提段的效果最佳，常压侧线产品质量提高，柴油收率增加。(3)电脱盐技术吸收引进电脱盐成套技术，提高了脱盐脱水效果，同时降低了电耗。对于低速电脱盐技术，国内通过吸收引进的技术已完全掌握，并开发出了高效交、直流电脱盐成套技术，已在国内普遍应用。目前国内电脱盐技术应用比较多的交直流低速电脱盐，电脱盐罐尺寸大、占地大。对于大处理量常压装置来说，交、直流低速电脱盐由于占地过大是不合适使用的。(4)塔内件国内有许多塔内件供应商，不断推出塔盘新技术，已逐步取代传统的浮阀塔盘，常压塔采用高通量、高弹性塔盘作为内件。几种比较有代表性的塔盘有清华大学开发的ADV微分浮阀塔盘、华东理工大学开发的导向浮阀塔盘、石油大学开发的Super系列浮阀塔盘等。我国常压蒸馏装置发展趋势是逐渐呈现规模大型化，原油加工品种多样化，生产操作智能化等趋势，技术水平有了较大的提高。但与国际先进水平相比，我国常压蒸馏装置仍然存在较大的差距，主要是装置规模小，运行负荷低，运行周期短，关键工艺技术落后，能耗依然偏高等。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。原油蒸馏流程，就是用于原油蒸馏生产的炉、塔、泵、换热设备、工艺管线及控制仪表等按原料生产的流向和加工技术要求的内在联系而形成的有机组合。将此内在的联系用简单的示意图表达出来，即成为原油蒸馏的流程图。原油蒸馏过程中，在一个塔内分裂一次称一段汽化。原油经过加热 汽化的次数，称为汽化段数。汽化段数一般取决于原油性质、产品方案和处理量等。原油蒸馏装置汽化段数可分为以下几种：一段汽化式：常压;二段汽化式：初馏常压；二段汽化式：常压减压；三段汽化式：初馏常压减压；三段汽化式：常压一级减压二级减压；四段汽化式：初馏常压一级减压二级减压；原油蒸馏中，常见的是三段汽化。本设计是以毕业设计、化工设计为基础，以设计中指导老师给出的数据为依据，参考化工原理、化工设计、石油练制工艺学；北京石油设计院编, 石油化工工艺计算图表, 烃加工出版社，1983年；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， 1977年等资料。采用原油常减压蒸馏装置工艺设计以生产重整原油，煤油，轻柴油，重柴油，重油等产品。所采用的方法是目前国内外最实用，最普遍，最成熟的原油加工方法。适用国内大中小企业等使用。1.3 设计任务依据所设计任务是以指导老师给出的原油数据为依据，以一些权威书籍为参考，设计处理量：550万吨/年,开工8000小时/年的原油常减压装置。通常选常减压蒸馏装置的常压塔或减压塔的工艺设计。原因是：1、石油及其产品的蒸馏是炼油装置的最基本单元设备。是任何一次加工与二次加工装置所不可缺少的设备。2、蒸馏塔的工艺设计的基本训练较全面, 与所学的基础课联系较密切。1.4 主要原料主要原材料是阿曼原油，其属含硫石蜡-中间基原油。阿曼原油的一般性质：= 0.8552；特性因数 K=12.2 含硫石蜡-中间基原油产品性质如表1-1：表1-1 产品产率及其性质产 品名 称沸点范围产 率%(重)相对密度恩 氏 蒸 馏 数 据, 初10%30%50%70%90%终初顶油常顶油航空煤油轻 柴 油重 柴 油常四线重 油初1301302302303203203503504204209.763.9313.0916.103.814.7248.590.70110.71410.78420.82050.84520.86240.9201-30147228192195628016726029731374108183278333366871152002923453981041272193063564081171382443303814341321472643494024971.5 其他1.5.1 “三废”综合利用本设计应设计应用在一些交通运输方便，市场需求大的附近。同时，生产过程中应与环境相给合，注重“三废”的处理，坚持国家可持续发展的战略，坚持和谐发展的道路，与时俱进。同时应注意到，废品只是一种放在待定时间与空间中的原材料，在另一些场所，它们又是一种原材料，因而，在生产过程中，应把“三废”综合利用。1.5.2 交通运输及综合利用原料阿曼原油直接由海运到茂名水东港口，再由输送管道直接输送到厂区储罐内，产品则可通过公路，铁路和水路销往各地市场。本项目的水、电、风等公用工程均有茂石化工业园区管道输送。三废排放也均可依托茂石化工业园区的三废处理中心处理。1.5.3 节能措施国家“十一五”科学技术发展规划战略目标中提出“突破节能关键技术，为实现单位国内生产总值能耗降低20%的目标提供支撑”。“十一五”期间，石油和化工行业节能工作总的要求是：深入贯彻科学发展观，全面落实节约资源的基本国策，以提高能源利用效率为核心，以调整产业结构、转变增长方式、建设创新型行业为根本，大力发展循环经济，加强节能管理，强化节能意识，在实现经济、社会、环境协调发展的同时，促进石油和化学工业自身的可持续发展。我国的能源大量依靠进口，对外依存度已达47，极大地影响我国的能源安全。能源加工是国民经济重要支柱产业，原油加工能力不断扩大，十一五规划拟新建20 余套千万吨级炼油和百万吨级乙烯。能源需求持续增加，能耗总量不断上升。我国工业单位能耗高于世界先进水平40%以上。六大耗能行业中的石油和化工行业耗能以20%速度增长。石油和化工行业单耗为全国工业平均水平近3 倍。石油和化工行业总能耗占全国工业能耗的25%，其中炼油和乙烯能耗占工业总能耗的4%以上，炼油和乙烯的节能对全国工业能耗下降具有重要意义。2005 年中国石化炼油综合能耗为68.59 千克标油/吨，比国外水平（53.20 千克标油/吨）高出28.9 个百分点，节能潜力相当于新增一个年产500 万吨级的油田。我国炼油过程总能耗约折合原油加工量的8.73，相当于消耗一个年产2800万吨的油田，若能实现节能40%，相当于新增一个冀东油田。炼油厂加工所消耗的能量占原油加工量的4%-8%，而常减压蒸馏装置又是耗能量大的生产装置。2001年中石化常减压蒸馏装置平均能耗为0.496GJ/t(不包括不开减压装置)，最低0.438 GJ/t，最高0.686 GJ/t，与国外常减压蒸馏装置相比，我国常减压蒸馏装置的能耗显然偏高，具有较大的节能潜力。常减压蒸馏装置能耗主要是工艺过程必须消耗的燃料、水蒸汽、电力、水等所产生的能量消耗。其中燃料能耗比例最大，达60%-85%；其次是电和蒸汽，均占总能耗的10%-15%；水的能耗的占总能耗的4%左右。因此，应从降低燃料消耗着手，节约能源。常减压蒸馏装置主要从五个方面着手：改进工艺流程、提高设备效率、优化操作、采用先进的自动控制流程、加强维修管理。降低燃料消耗，就是在保证产品收率和质量的条件下，减少加热炉有效热负荷和提高加热炉效率。加热炉负荷通常包括加热常压塔和减压塔进料及蒸汽所需热负荷。减少加热炉有效负荷的主要措施有：提高常压炉进料温度、降低加热炉出口温度、减少加热炉进料量（包括蒸汽）；提高加热炉热效率的主要措施有：回收烟气余热，降低排烟温度、提高燃烧器燃烧效率、优化及自动控制加热炉各操作参数（如烟气含氧量、炉膛负压，排烟温度等）、应用新型隔热材料，减少加热炉热损失。同时，节能措施的采用，不仅在技术上可行，而且必须经济合理。节能与投资的关系实质上是操作费用与投资的关系在节能领域的体现第二章 工艺流程设计第二章 工艺流程设计2.1 原料油性质及产品性质2.1.1 原油的一般性质原油含水量大于0.5%时先脱水。原油经脱水后，进行一般性质分析。包括相对密度、黏度、凝点或倾点、含硫量、含氮量、含蜡量、胶质、沥青质、残炭、水分、含盐量、炭分、机械杂质、元素分析、微量金属、流程、闪点及原油的基属等。阿曼原油，= 0.8552；特性因数 K=12.2 含硫石蜡-中间基原油2.1.2 原料油处理量设计处理量: 550万吨/年, 开工：8000小时/年。2.1.3 原油实沸点蒸馏数据表2-1 原油实沸点蒸馏数据序号馏分范围馏 出, %重 累计序号馏分范围馏 出, %重 体序号馏分范围馏 出, %重 体12345678IBP-6060-8080-100100-120120-145145-160160-180180-2001.452.062.242.283.842.002.872.511.453.525.768.0211.8513.8616.7719.25910111213141516200-220220-230230-250250-275275-300300-320320-340340-3602.851.332.283.513.513.423.283.0022.1023.4325.7129.2232.7336.1539.4342.43171819202122232425360-395395-425425-440440-460460-480480-500500-520520-540540+2.966.602.873.483.092.692.482.9330.4745.3951.9954.8658.3461.4364.1266.6069.531002.1.4 原油平衡蒸发数据表2-2 原油平衡蒸发数据累计馏出, (体)初馏点10203040506070平衡蒸发温度, 125.1182.8233.7287.9336.9387.9433.6482.8010020030040050060001020304050607080体积百分数/%温度T（度）原油实沸点蒸馏曲线原油平衡汽化曲线图2-1 原油实沸点与平衡汽化曲线图2.1.5 产品性质表2-3 产品性质产 品名 称沸点范围产 率%(重)相对密度恩 氏 蒸 馏 数 据, 初10%30%50%70%90%终初顶油常顶油航空煤油轻 柴 油重 柴 油常四线重 油初1301302302303203203503504204209.763.9313.0916.103.814.7248.590.70110.71410.78420.82050.84520.86240.9201-30147228244295628016726029731374108183278333366871152002923453981041272193063564081171382443303814341321472643494024972.2 工艺流程2.2.1 工艺流程设计 原油换热系统原油从北山油罐靠静位能压送到原油泵进口，在原油泵进口前的过滤器注入利于保证电脱盐效果的破乳化剂和水，经泵抽送后分东西两路与油品换热后进入电脱盐罐脱盐脱水。在电脱盐罐内1200024000伏高压交流电所产生的电场力和破乳化剂的作用下，微小的水滴聚集成大水滴沉降下来与原油分离，因原油中的盐份绝大部分溶于水中，故脱水包括了脱盐。原油从电脱盐罐出来后，进料继续与油品换热进入常压塔。初馏系统被加热到220230的原油进入初馏塔的汽化段后，分为汽液两相，汽相进入精馏段，液相进入提馏段。初顶油气从塔顶出来，分为四路进入冷凝器，冷凝冷却到3040进入容器。冷凝油经泵后部分打回初馏塔做冷回流，另一部分做重整料或汽油出装置;未冷凝的气体去加热炉烧或气炬放空。冷凝水部分用泵注入挥发线，另一部分排入下水道或气提车间。初顶循环回流油从初馏塔集油箱提出，由泵送去换热器与脱前原油换热后发话初馏塔。初侧线从初馏塔集油箱抽出经泵送入到常压塔。从初馏塔底出来的拔头油由泵抽出，分两路与高温油品换热，换热到300左右再合并分四路进入常压炉进行加热，加热到346或350进入常压塔。 常压系统从常压炉加热出来的油进入初馏塔汽化段后，汽相进入精馏段，在精馏段分离切割出五个产品，液相进入提馏段，在塔底液面上方吹入过热蒸汽作汽提用。常顶油汽、水蒸汽从塔顶挥发线出来，（在挥发线依次注有氨水，缓蚀剂和碱性水），先分八路进入空冷器冷却到6075后，再分两路冷却到4045，冷后合并进入容罐作油、水、汽分离。分离出来的冷凝水部份用泵注入挥发线，另一部份排入碱性水道或经泵送北汽提装置，瓦斯从容器顶出来经水封罐脱油脱水后去加热炉烧或明放空或去火炬线放空，或去三蒸馏尾气系统。常顶汽油由泵抽出，部份打回初馏塔顶作冷回流，部份经混合柱碱洗进入容沉降罐分离碱渣后出装置或经脱砷后出装置。常压一线馏出，经汽提上段汽提，油汽返回初馏塔，馏出油由泵-抽出先后经冷却至4045进入灯油沉降罐作航煤，灯油或溶剂油出装置。常压二线馏出，进入汽提中段汽提，油汽返回初馏塔，馏出油由泵抽出后经冷却至5070后与碱液混合进入柴油电离罐，在罐内约1.52.0万伏高压直流电的电场作用下分出碱渣，常二经沉降后作轻柴装置，若作-10#军柴则改进盐罐后出装置。精制罐分离出的碱渣自压送往汽油泵房回收。常压三线抽出，经汽提下段汽提，油汽返回初馏塔，馏出油由泵抽出后经冷却至6075作变压器油原料出装置，若作轻柴则与常二合并出装置。常压一中馏出，由泵抽送。常压二中自馏出，由泵抽出后经换热后经三通温控调节阀返回初馏塔。常压塔底重油由泵抽出，分四路进入减压炉加热。减压系统从减压炉加热出来的油（约385395）进入减压塔，在塔内91-97Kpa真空度下进行减压分馏。减压塔顶油汽、水蒸汽由挥发线引出，分8支路进入4组间冷凝器冷却，冷凝油水流入容器进行油水分离，未冷凝油汽被一级蒸汽真空泵抽送入2组间冷器，冷却，冷凝液进入容器，未冷凝气被二级蒸汽真空泵抽送入冷却，冷凝液进入容器。减压一线自常压塔上段填料下集油箱馏出，由泵抽送去与炉用空气换热，换热后再经换热器与原油换热，然后进入冷却至4050，部份打回减压塔作冷回流，另一部份作重柴或催化料出装置。减压二线自常压塔下段填料下集油箱馏出，经减压塔上段汽提，油汽返回中段填料下集油箱之下，馏出油由泵抽出后经冷却至6070作润料或催化料出装置。冷却器出口引一支路去泵进口以作重质封油用。减一中自常压塔中段填料下集油箱馏出，由泵抽送分三路并联经换热器，换热器换热后返回减压塔上段填料下集油箱之下。减二中自常压塔馏出，由泵-抽送先后经换热后返回减压塔。减底渣油由泵抽出，分两路换热后合并进入冷却器，然后作氧化沥青料、焦化料或丙烷脱沥青料出装置。设计中采用水蒸气汽提方式，并确定汽提水蒸气的用量；由于浮阀塔操作弹性大，本设计采用浮阀塔。原油常减压蒸馏装置的工艺原则流程图所示。2.2.2 工艺流程由产品的性质可以了解到，此装置主要是生产燃料油，而且汽油馏分的含量也不是很高，所以在此用二段汽化式：常压减压。生产流程如下图：图2-2 生产流程图2.3 塔器结构本装置的主要塔器包括脱盐罐、初馏塔、常压塔、汽提塔、减压炉、减压塔等。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表2-4：表2-4 各板式塔结构性能的比较塔板优点缺点泡罩塔板筛板浮阀塔板喷射型塔板不容易发生漏液现象，有较好的操作弹性，对脏物不敏感结构简单，造价低，气体，压降小生产能力大，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操作弹性地，筛孔小，易堵塞不宜处理易结焦，或黏度大操作弹性大气相夹带由上表比较可知，由于浮阀塔操作弹性大，应选择浮阀塔板作为本次设计所需的塔板。浮阀塔板如图2-3所示：图2-3 浮阀塔板示意图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2-4 常减压蒸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2-4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与燃料中硫含量有关，使用燃料气及低硫燃制能有效降低。的排放量。的排放与燃料中的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