印尼贝兰纳克原油常压蒸馏设计.doc

1 印尼贝兰纳克原油常压蒸馏塔设计印尼贝兰纳克原油常压蒸馏塔设计 内容摘要内容摘要 本次主要是对每年生产 400 万吨的印尼贝兰纳克原油的常压工艺设 计 通过此次设计对原油的基本性质 实沸点蒸馏 窄馏分性质和蒸馏 产品性质的分析 熟悉了炼油厂以石油为原料生产各类石油产品的流程 贝兰纳克原油 20 时的密度为 0 8032g cm3 API 度为 43 7 盐含量为 14 1gNaCl l 硫含量为 178 g g 属于低硫中间基原油 原油是极其复杂的混合物 要从原油提炼出多种多样的燃料 润滑 油和其他产品 基本途径是 将原油分割为不同沸程的馏分 然后按照 油品的使用要求 除去这些馏分中的非理想组分 或者是经由化学转化 形成所需要的组成 进而获得合格的石油产品 由于塔的性质是本次设 计采取塔顶出汽油 采用三个侧线 分别出汽油 煤油 轻柴油和重柴 油 设计了一个常压塔一段汽化蒸馏装置 此装置由管式加热炉 常压 塔 换热器及冷却器构成 在常压塔外侧为侧线产品设汽提塔 流程简 单 投资和操作费用少 设计步骤大致分为三大部分 产品方案及流程 的确定 常压塔的工艺计算及说明 浮阀塔的设计及水力计算及换热计 算 本次设计采用浮阀塔板 全塔共用 34 快塔板 2 段中段回流 分别 取热 30 和 20 塔顶冷回流取热 50 经过对常压塔的工艺计算 浮阀 塔的设计及水力学计算 求出塔径为 6 0m 塔板弹性为 1 12 负荷上限为 设计点的 1 17 倍 经过对常压塔的工艺计算 浮阀塔的设计及水力计 算 换热流程三大章的设计和计算 得出 由原油性质本次设计采取塔顶出汽油 三个侧线 即汽油 煤油 轻柴油 重柴油 各产品质量收率分别为 19 3 19 7 15 2 10 3 总 拔出率为 62 91 塔底出重油 选用浮阀塔 常压塔板数为 34 块 中段回流数为 2 塔顶 一线抽出板 二线抽出板 三线抽出板压力分别为 0 157 0 161 0 166 0 170 温度为 126 180 252 310 塔顶冷回流取热 50 第一中段回流取热 30 第二中段回流取热 20 常压塔的塔径为 6 0m 开孔率为 32 2 塔板数 34 个 空塔气速为 2 1 120m s 浮阀总数为 8568 个 溢流堰长度为 4 2m 出口堰高度为 50mm 降液管停留时间为 15s 塔板弹性为 1 12 负荷上限为设计点的 1 17 倍 换热流程共经过 12 次换热达到工艺要求 关键词关键词 原油 常压蒸馏 物料衡算 热量衡算 塔 换热 3 目 录 内容摘要 1 目 录 1 前 言 5 第一章 产品方案及工艺流程 8 1 1 产品方案 8 1 2 工艺流程 8 第二章 工艺计算及说明 10 2 1 设计数据 10 2 1 1 已知数据 10 2 1 2 原油的实沸点及窄馏分数据 10 2 2 原油实沸点蒸馏曲线的绘制 11 2 3 常压塔工艺计算 13 2 3 1 各产品的恩氏蒸馏数据和实沸点数据的换算 13 2 3 2 产品的有关数据计算 16 2 3 3 物料衡算 17 2 3 4 确定塔板数和汽提蒸汽用量 19 2 3 5 操作压力 21 2 3 6 汽化段温度 22 2 3 7 塔底温度 24 2 3 8 塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配 24 2 3 9 侧线及塔顶温度的校核 24 2 4 全塔气 液相负荷分布 26 2 4 1 第 1 块板下的气液相负荷 26 2 4 2 第 8 块板下的的气液相负荷 26 第三章 塔的设计及水力学计算 36 3 1 塔板的操作条件 36 3 2 塔板间距初选 36 3 3 塔径初算 36 3 4 浮阀数及开孔率的计算 38 3 5 溢流堰及降液管的决定 38 3 6 水力学计算 39 3 7 塔板上的适宜操作区和负荷上下限 40 第四章 塔的内部工艺结构 43 4 1 板式塔的内部工艺结构 43 4 2 塔高 H 44 第五章 换热流程设计 46 5 1 换热流程计算 46 5 1 1 初馏塔之前的换热流程 46 5 1 2 一 二路原油同时与重油 一次 换热 51 5 2 热量利用率计算 51 常压塔计算结果 53 4 符号表 T 温差 F 实沸点蒸馏参考 50 平衡汽化参考线 50 D 温度校正值 g 重力加速度 m3 h M 分子量 g mol Q 热量 kJ h L 内回流 kg h hi 焓值 kJ kg Hi 焓值 kJ kg L 液相负荷 kmol h V 气相负荷 kmol h 密度 g m3 表面张力 达因 厘米 Ht 板间距 m Wa 气体操作速度 m s Ks 系统参数 K 安全参数 Fa 气相空间截面积 Vd 计算降液管内液体流速 m s Fd 降液管面积 Dc 塔径 m Wh C 阀孔临界速度 m s 开孔率 N 浮阀数 个 l 堰长 m Wd 堰宽 m hw 堰高 m how 堰上液层高度 m hc 塔板上的清夜高度 m 液体在降液管的停留时间 m Vd 降液管流速 m s hb 降液管底缘距塔板高度 m Pd 干板压力降 米液柱 Pvl 气体通过塔板上液层的压力降 米液柱 蒸汽粘度 kg s v 2 m 液相流量 m3 s l V 5 气相流量 m3 s v V F0 阀孔动能因数 V 气速 m s K 常数 取 0 107 D 破沫网直径 m 气体流量 m3 s Hb 塔底空间 m H 塔高 m Wc 流量 kg h A 传热面积 i 油品物性 cp K 总传热系数 以管外壁表面积为基准 kcal h hi 管内流体的膜传热系数 以管外壁表面积为基准 kcal h ri 管内流体的结构热阻 以管外壁表面积为基准 h kcal rp 管子的热阻 一般金属管子可以忽略不计 h kcal h0 管外流体的膜传热系数 以管外壁表面积为基准 h kcal r0 管外流体的结垢热阻 以管外壁表面积为基准 h kcal 6 前前 言言 背景背景 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 煤油 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 能直接作为产品使用 必须经过加工炼制过程 连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 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 亿吨 为 了满足原油的需求量 则需要每年从国外二十多个国家和地区进口约 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 和化工原料六大类 常减压蒸馏的概述常减压蒸馏的概述 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 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 压塔 常压炉 减刃压炉组成的三塔两炉 工艺流程 但是仍存在一些问题 近年来 我国常减压蒸馏装置 呈现了规模大型化 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 作为炼油企业的 龙头 常减压蒸 馏装置技术水平高低 不但关系到原油的有效利用 而且对全厂的质量 产品收率 经济效益都有很大影响 这就要求我们积极应用先进适用技术 继续推动常减压蒸 7 馏技术进步 促进整体炼油水平的不断提高 与国际先进水平相比 我国常减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 原油中的汽油馏分含量低 渣油含量高是我国原油馏分组成的一个特点 此次 设计的大庆原油属于低硫石蜡基原油 凝固点高 蜡含量高 胶质含量适中 沥青 质含量低 金属含量中 Ni 含量较高 为了更好地提高原油的生产能力 本着投资少 能耗低 效益高的思想对大庆 原油进行常压蒸馏设计 设计的基本方案 原油 换热系统 电脱盐系统 加热炉 系统 常压系统 仪表控制系统 经常压蒸馏得到汽油 煤油 柴油等燃料出装置 及常压重油去催化裂化车间 装制设备的考虑因素装制设备的考虑因素 塔设备是化工 石油化工 炼油厂等厂中 塔设备的性能对于整个装置的产品 产量 质量 生产能力和消耗定额 以及三废处理和环境保护等各个方面 都有重 大的影响 据有关材料报道 塔设备的投资费占整个工艺设备投资费的较大比例 它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多 因此 塔设备的设计和研究 受 到化工 炼油等行业的极大重视 作为主要用于传质过程的塔设备 首先必须使气液 两相能充分接触 以获得 较高的传质效率 此外 为了满足工业生产的需要 塔设备还得考虑下列的各项要 求 1 生产能力大 在较大的气夜流速下 仍不致发生大量的雾沫夹带 拦液或者液 泛等破坏正常操作的现象 2 操作稳定 弹性大 塔设备的气夜负荷量有较大的波 动时 仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作 并且塔设备应保证能长期连续操 作 3 流体流动的阻力小 即流体通过塔设备的压力降小 这将有助于节省生产中 的动力消耗 用来降低经常操作费用 对于减压蒸馏操作 较大的压力降还可以使 系统无法维持必要的真空度 4 结构简单 材料用量小 制造和安装容易 这可以 减少基建过程中的投资费用 5 耐腐蚀和不易堵塞 方便操作 调节和检修 石油的用途石油的用途 石油作为一种能流密度高 便于存储 运输 使用的清洁能源已广泛应用于国 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 轮船等交通运输器械使用的燃料几乎全部是 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 燃料 如各种牌号的汽油 航空煤油 柴油 重质燃料油等 润滑油 如各种牌号的内燃机油 机械油等 有机化工原料 如生产乙烯的裂解原料 各种芳烃和烯烃等 工艺用油 如变压器油 电缆油 液压油等 8 沥青 如各种牌号的铺路沥青 建筑沥青 防腐沥青 特殊用途沥青等 蜡 如各种食用 药用化妆品用 包装用的石蜡和地蜡 石油焦炭 如电极用焦 冶炼用焦 燃料焦等 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 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 民经济的方方面面 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 90 和柴油的 30 被汽车所消耗 面对中国目前汽车的飞速发展 保有量的迅 猛增长 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 主要用于降底机件之间 的磨擦和防止磨损 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 但品种达数百种之多 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 1 石油焦可用以制作炼铝及炼钢用电极等 其产量约为石油产品总量的 2 约有 10 的石油产品 是用作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 2002 年 中国原油生产量位居世界第 5 位 由 2001 年的 1 649 108t 增加到 2002 年的 1 689 108t 进口石油 1 004 108t 原油 6 94 107t 石油产品 3 1 107t 其中东进口 3 89 107t 比 2001 年增加 4 7 106t 进口国家和地区 接近 20 个 印尼贝兰纳克原油性质和其他原油之间的区别印尼贝兰纳克原油性质和其他原油之间的区别 印尼贝兰纳克原油密度小 仅为 0 8032g cm3 50 粘度小 为 4 281mm2 s 凝 点较高 为 32 6 含蜡量高 达到 43 88m 采样时在温热的状态下流动性好 放置一晚后于第二天早上已经凝固 采样需要加热 容易融化 因此 在炎热的夏 秋季节可以单独输送 闪电 13 表明其轻组分含量不少 饱和烃含量高 酸值低 为 0 03 g g 含盐较高 为 14 1mgNaCl L 加工时需要脱盐处理 原油 K 值为大 于 12 5 因此 印尼贝兰纳克原油属低硫石蜡基轻质原油 9 第一章第一章 产品方案及工艺流程产品方案及工艺流程 1 11 1 产品方案产品方案 确定原油加工方案是炼厂设计和生产的首要任务 炼厂根据所加工原油的性质 市场需求 加工技术的先进性和可靠性以及经济效益等方面的综合考虑 进行全面 的分析 研究对比 才能制定出合理的加工方案 根据印尼贝兰纳克原油本身的特性 1 本次设计产品为燃料型方案 印尼贝兰 纳克原油常压塔的塔顶产品调合为燃料汽油 常压塔顶 汽油 常压一线 煤油 常压二线 轻柴油 常压三线 重柴油 1 21 2 工艺流程工艺流程 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 第一路原油与汽油 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 重柴 二次 换热和重柴 一次 换热至此 原油温度升至 268 左右 与二路原油混合再次加热 原油二路和煤油 三次 换 热 常二中段 四次 换热 重油 五次 换热 煤油 二次 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 常 二中 一次 换热和重油 二次 换热 至此原油温度升至 269 左右 同一路原 油混合后同重油 一次 换热 温度升至 298 进入常压加热炉 加热至 365 左 右 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三次 温度至 71 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 10 11 第二章第二章 工艺计算及说明工艺计算及说明 2 12 1 设计数据设计数据 2 1 1 已知数据已知数据 1 原油类型 印尼贝兰纳克混合原油 1 2 3 按 1 1 2 比例混合 2 处理量 400 万吨 年 3 操作时间 330 天 年 4 汽提蒸汽 420 0 3MPa 绝压 2 1 2 原油的实沸点及窄馏分数据原油的实沸点及窄馏分数据 1 印尼贝兰纳克混合原油的性质印尼贝兰纳克混合原油的性质 表 2 1 印尼贝兰纳克混合原油的一般性质 分析项目性质分析项目性质 密度 20 g cm 0 8032含蜡量 m 43 88 35 mm s 13 18硅胶胶质 m 0 66 40 mm s 6 084总氯 g g0 09 45 mm s 5 353沥青质 m 0 09 粘度 50 mm s 4 281元素分析 闪点 闭口 13N g g178 凝点 32 6S g g13 96 灰分 m 0 004C m 17 5 含盐 mg L14 1H m 85 26 酸值 mgKOH g0 03API43 7 机械杂质 0 008K 值 12 5 水分 m 0 15 2 产品的恩氏蒸馏数据 产品的恩氏蒸馏数据 12 表 2 2 产品的恩氏蒸馏数据 温度 产品 初馏点10 30 50 70 90 终馏点 密度 g cm3 汽油47 577 292 1105 1117 2132 2160 50 7103 煤油152 4172 6183 6192 2203 9217 4231 30 7722 轻柴250 9261 0273 0277 5283 6290 0293 10 7952 重柴 297 8302 6318 4331 2345 1353 10 8179 重油3243773884104464995190 8579 3 原油的实沸点蒸馏数据原油的实沸点蒸馏数据 表 2 3 印尼贝兰纳克混合原油的实沸点蒸馏及窄馏分性质 占原油 占原油 馏分范围 每馏分总收率 馏分范围 每馏分总收率 HK 602 812 81320 3404 6954 70 60 801 304 11340 3603 6558 35 80 1003 267 37360 3801 7660 11 100 1202 9610 33380 3952 8662 79 120 1454 8315 16395 4257 4570 24 145 1652 5117 67425 4400 6470 88 160 1803 9221 59440 4605 5276 40 180 2004 7526 34460 4804 3180 71 200 2203 7530 09480 5004 6385 34 220 2301 2231 31500 5200 8386 17 230 2504 4735 78520 5300 6786 64 250 2755 5841 36530 5400 2787 11 275 3005 3646 72 54012 89100 00 300 3203 2950 01 2 2 原油实沸点蒸馏曲线的绘制原油实沸点蒸馏曲线的绘制 由表 2 3 相关数据绘制下表 13 0 100 200 300 400 500 600 0102030405060708090100 馏馏出出体体积积分分数数 实实 沸沸 点点 温温 度度 图 2 1 原油实沸点蒸馏曲线 体积分数 0 100 200 300 400 500 600 0102030405060708090100 馏馏出出质质量量分分数数 实实 沸沸 点点 温温 度度 图 2 2 原油实沸点蒸馏曲线 质量分数 14 2 3 常压塔工艺计算常压塔工艺计算 2 3 1 各产品的恩氏蒸馏数据和实沸点数据的换算各产品的恩氏蒸馏数据和实沸点数据的换算 汽油 1 由 石油化工工艺计算图表 3 图 2 2 2 确定 50 点实沸点温度 由图 查得恩氏蒸馏 50 点与实沸点 50 点温差为 0 5 所以有 50 点实沸点温度 105 1 0 5 105 6 2 由 石油化工工艺计算图表 3 图 2 2 1 查知实沸点曲线温差 结果表 如下 表 2 5 汽油恩氏蒸馏温差与实沸点温差 曲线线段恩氏蒸馏温差 实沸点蒸馏温差 0 10 29 747 3 10 30 14 926 7 30 50 1320 9 50 70 12 118 1 70 90 1519 4 90 100 28 330 3 3 由 50 点及各段曲线温差计算实沸点曲线的各点温度 30 点 105 6 21 0 84 6 10 点 84 6 26 8 57 8 0 点 57 8 47 1 10 7 70 点 105 6 18 2 123 8 90 点 123 8 19 2 143 0 100 点 143 0 30 6 173 6 煤油 1 由 石油化工工艺计算图表 3 图 2 2 2 确定实沸点蒸馏 50 点 由图查 得实沸点 50 与恩氏蒸馏 50 温差为 5 0 所以有 50 点实沸点温度 192 2 5 0 197 2 2 由 石油化工工艺计算图表 3 中图 2 2 1 查得实沸点蒸馏曲线各段温 差 15 表 2 7 煤油恩氏蒸馏温差与实沸点温差 曲线线段恩氏蒸馏温差 实沸点蒸馏温差 0 10 20 235 1 10 30 1121 0 30 50 8 614 7 50 70 11 617 6 70 90 13 618 90 100 13 915 4 4 由实沸点 50 点温度计算其他实沸点各点温度 30 点 197 2 14 4 182 8 10 点 182 8 21 0 161 8 0 点 161 8 35 2 126 6 70 点 197 2 18 6 215 8 90 点 215 8 17 8 233 6 100 点 233 6 15 6 249 2 轻柴油 对于恩氏蒸馏温度高出 246 者需要考虑裂化影响 进行温度校正 公式如下 lgD 0 00852t 1 691 2 1 2 式中 D 温度校正值 加至 t 上 t 超过 246 的恩氏蒸馏温度 1 按式 2 1 对高于 246 的恩氏蒸馏温度进行裂化校正 校正后的恩氏蒸 馏数据如下 表 2 8 轻柴油裂化校正后恩氏蒸馏温度 馏出体积分数 01030507090100 温度 253 7264 4277 3282 2288 9296 0299 5 2 由 石油化工工艺计算图表 3 图 2 2 2 确定实沸点蒸馏 50 点 由 图查得实沸点 50 与恩氏蒸馏 50 温差为 12 4 所以有 50 点实沸点温度 282 2 12 4 294 6 3 由 石油化工工艺计算图表 3 中图 2 2 1 查得实沸点蒸馏曲线各 段温差 16 表 2 9 轻柴油恩氏蒸馏温差与实沸点温差 曲线线段恩氏蒸馏温差 实沸点蒸馏温差 0 10 10 721 2 10 30 12 923 8 30 50 4 98 8 50 70 6 710 4 70 90 7 19 8 90 100 3 53 8 4 由实沸点 50 点温度计算其他实沸点各点温度 30 点 294 6 8 8 285 8 10 点 285 8 23 8 262 0 0 点 262 0 21 2 240 8 70 点 294 6 10 4 305 0 90 点 305 0 9 8 314 8 100 点 314 8 3 8 318 6 重柴油 1 按式 2 1 对高于 246 的恩氏蒸馏温度进行裂化校正 校正后的恩氏蒸 馏数据如下 表 2 10 重柴油裂化校正后恩氏蒸馏温度 馏出体积分数 01030507090100 温度 304 8310 3328 9344 7362 9374 7 2 由 石油化工工艺计算图表 3 图 2 2 2 确定实沸点蒸馏 50 点 由 图查得实沸点 50 与恩氏蒸馏 50 温差为 18 8 所以有 50 点实沸点温度 328 9 18 8 347 7 3 由 石油化工工艺计算图表 3 中图 2 2 1 查得实沸点蒸馏曲线各段温差 表 2 11 重柴油恩氏蒸馏温差与实沸点温差 曲线线段恩氏蒸馏温差 实沸点蒸馏温差 10 30 5 511 4 30 50 18 628 2 50 70 15 822 2 70 90 18 222 4 90 100 11 813 6 4 由实沸点 50 点温度计算其他实沸点各点温度 30 点 347 7 28 2 319 5 10 点 319 5 11 4 308 1 70 点 347 7 22 2 369 9 90 点 369 9 22 4 392 3 100 点 392 3 13 6 405 9 17 2 3 2 产品的有关数据计算产品的有关数据计算 1 体积平均沸点体积平均沸点 汽油 tv t10 t30 t50 t70 t90 5 77 2 92 1 105 1 117 2 132 2 5 104 8 煤油 tv t10 t30 t50 t70 t90 5 172 6 183 6 192 2 203 8 217 4 5 194 0 轻柴 tv t10 t30 t50 t70 t90 5 261 0 273 0 277 5 283 6 290 0 5 277 0 重柴 tv t10 t30 t50 t70 t90 5 297 8 302 6 318 4 331 2 345 1 5 319 0 2 恩氏蒸馏恩氏蒸馏 10 90 馏分的曲线斜率馏分的曲线斜率 汽油 S 132 2 77 2 90 10 0 6875 煤油 S 217 4 172 6 90 10 0 5600 轻柴 S 290 0 261 0 90 10 0 3625 重柴 S 345 1 297 8 90 10 0 5913 3 立方平均沸点立方平均沸点 由 石油化工工艺计算图表 3 图 2 1 1 查得立方平均沸点校正值 表 2 12 产品的立方平均沸点 产品校正值 立方平均沸点 汽油 1 6103 2 煤油 1 2192 8 轻柴油 1 0276 0 重柴油 1 0318 0 4 中平均沸点中平均沸点 由 石油化工工艺计算图表 3 图 2 1 1 查得中平均沸点校正值 18 表 2 13 产品的中平均沸点 产品校正值 中平均沸点 汽油 3 8101 0 煤油 3 0191 0 轻柴油 1 4275 6 重柴油 2 8316 2 5 d420与与 d15 615 6的换算的换算 由公式 d15 615 6 d420 d 查 GB1885 83 表 2 14 产品的密度换算 产品 d g cm3 d15 615 6 g cm3 汽油0 00450 7148 煤油0 00390 7761 轻柴油0 00370 7989 重柴油0 00350 8232 重油0 00330 8612 6 产品的分子量产品的分子量 M 比重指数 比重指数 API 特性因数 特性因数 K 分子量 M 由 石油化工工艺计算图表 3 查得 API 由 石油炼制工程 2 中公式 API 141 5 d15 615 6 131 5 计算 表 2 15 产品的分子量和 API 产品分子量比重指数 API 特性因数 K 汽油10266 512 2 煤油15750 812 2 轻柴油23545 612 4 重柴油27240 412 4 重油44632 812 7 2 3 3 物料衡算物料衡算 1 切割点和产品收率的确定 切割点和产品收率的确定 切割点的确定方法以汽油和煤油之间的切割点的确定为例 由前面的计算可知 汽油的实沸点终馏点是 173 6 煤油的实沸点初馏点是 126 6 则 汽油和煤油之间的切割点 173 6 126 6 2 150 1 在图 2 1 原油实沸点蒸馏曲线上 150 1 处作一水平线交曲线一点 以此点作 垂线交横轴体积分数 此点值为 19 3 按同样方法可找出煤油和轻柴油切割点对 应的横坐标值为 39 0 由此可确定汽油的体积收率为 39 0 19 3 19 7 同样方法在图 2 2 上确定汽油的质量收率为 33 8 16 2 17 6 同理可确定各产品的切割点和收率 结果表如下 表 2 16 原油常压切割方案及产品性质 实沸点切实沸点收率 密度恩氏蒸馏温度 19 产品割点 沸程 体积质量 20 g cm3 0 10 30 50 70 90 100 汽油150 110 7 17 3 6 19 316 20 710347 577 292 1105 1117 2132 2160 5 煤油245 0126 6 2 49 2 19 717 60 7722152 4172 6 183 6192 2203 8217 4231 3 轻柴318 6240 8 3 18 6 15 216 80 7952250 9261 0 273 0277 5283 6290 0293 1 重柴373 4318 6 4 05 9 10 38 50 8197 297 8302 6318 4331 2345 1 2 物料衡算物料衡算 表 2 17 物料衡算表 开工天数 330d 年 产率 处理量 产量 体积质量 104t a t d kg h kmol h 原油1001004001212150504 汽油19 316 264 8196481833802 煤油19 717 670 4213388875566 轻柴油15 216 867 2203684833 361 重柴油10 38 534 0103042917158 重油35 540 9163 64958206583463 3 初馏塔说明初馏塔说明 原油进入常压塔中的进料量为 505041kg h 原油进入常压塔部分的物料组成为 汽油 19 3 煤油 19 7 轻柴油 15 2 重柴油 10 3 重油 35 5 各组分均为体积分数 由此可做出初馏塔的原油沸点蒸馏曲线 见图 2 3 20 4 2 A 3 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0102030405060708090100 馏馏出出体体积积分分数数 实实 沸沸 点点 温温 度度 图 2 3 常压塔实沸点蒸馏曲线 由此图 可求出原油平衡汽化数据 做出常压下平衡汽化蒸馏曲线 2 2 3 4 确定塔板数和汽提蒸汽用量确定塔板数和汽提蒸汽用量 1 塔板数参考值塔板数参考值 表 2 18 石油炼制工程 表 7 7 常压塔塔板数国外文献推荐值 被分离的馏分推荐板数 轻汽油 重汽油6 8 汽油 煤油6 8 煤油 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 2 19 石油炼制工程 中表 7 8 国内某些炼厂常压塔塔板数 被分离的馏分D 厂N 厂S 厂 汽油 煤油8109 21 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464 2 选取塔板型式和塔板数 选取塔板型式和塔板数 塔板采用浮阀塔板 参考 石油炼制工程 2 表 7 7 和表 7 8 选定塔板数如下 表 2 20 塔板数 被分离的馏分板数 汽油 煤油9 煤油 轻柴油6 轻柴油 重柴油6 重柴油 汽化段3 塔底汽提段4 考虑到采用两个中段回流 每个用 3 层换热塔板 共 6 层 全塔塔板数总数为 34 层 3 汽提蒸汽用量汽提蒸汽用量 侧线产品及塔底重油都采用过热水蒸气汽提 使用的是温度为 420 压力位 0 3MPa 的过热水蒸气 参考 石油炼制工程 2 图 7 52 和汽提水蒸气用量取汽提 水蒸气如下表 表 2 21 汽提水蒸气用量 油 品质量分数 对产品 kg hkmol h 一线煤油32666148 二线轻柴油32545141 三线重柴油2 8120267 塔底重油48263459 合 计 14767815 精馏塔计算草图 22 126 1 汽油 481833kg h 蒸汽 14676kg h 回流 塔顶冷回流取热 97 21 106kJ h 9 10 13 252 19 21 23 310 27 30 353 31 34 346 180 塔底重油 206583kg h 轻柴油 84833kg h 重柴油 42917kg h 进料 505041kg h 过汽化油 10101kg h 第一中段回流 取 38 88 kJ h 6 10 第二中段回流 58 33 kJ 6 10 h 0 157Mpa 0 161 Mpa 0 166 Mpa 0 170 Mpa 煤油 88875kg h 煤油汽提蒸汽 2666kg h 轻柴油气提蒸汽 2545kg h 重柴油汽提蒸汽 1202kg h 塔底气提蒸汽 8263kg h 图 2 4 常压塔计算草图 2 3 5 操作压力操作压力 取塔顶产品罐压力为 0 13MPa 塔顶采用两级冷凝冷却流程 取塔顶空冷凝器 压力降为 0 01MPa 使用一个管壳式后冷器 壳层压力降取 0 017MPa 故塔顶压力 塔顶压力 0 13 0 01 0 017 0 157MPa 绝压 取每层浮阀塔板压力降为 0 5kPa 4mmHg 则推算得常压塔各关键部位的压 力如下 单位为 MPa 塔顶压力位 0 157 23 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 035MPa 则 加热炉出口压力 0 172 0 035 0 207MPa 2 3 6 汽化段温度汽化段温度 1 汽化段中进料的汽化率与过汽化度汽化段中进料的汽化率与过汽化度 取过汽化度为进料的 2 质量分数 或 2 03 体积分数 即过汽化量 10101kg h 要求进料在汽化段中的汽化率 eF 由于采用了初馏塔 所以常压塔中的各馏分的体 积分数为 汽油 19 3 煤油 19 7 轻柴油 15 2 重柴油 10 3 eF 体积分数 19 3 19 7 15 2 2 03 10 3 66 5 2 汽化段油气分压汽化段油气分压 汽化段中各物料的流量如下 表 2 22 汽化段各物料的流量 汽油 煤油 轻柴油 重柴油 过汽化油 油气量合计 802Kmol h 566Kmol h 361Kmol h 158kmol h 21kmol h 1908kmol h 其中过汽化油的相对分子量取 494 还有水蒸气 459Kmol h 塔底汽提 由此 可 计算得汽化段的油气分压为 0 172 1908 459 2350 0 139 MPa 3 汽化段温度的初步确定汽化段温度的初步确定 汽化段温度应该是在汽化段油气分压 0 139MPa 下的汽化 66 5 体积分数 的 温度 为此需要作出 0 139MPa 下原油的平衡汽化曲线 在不具备原油的临界参数 和焦点参数而无法作出原油的 p T e 相图的情况下 曲线 4 可以用以下简化方法 求定 由图 2 3 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 250 利用 石油炼制工程 2 中烃类与石油窄馏分的蒸汽压图 将此交点温度 250 换 算为 0 139MPa 下的温度 为 265 将此交点作垂直于横坐标轴的直线 A 在 A 上 找得 265 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 139MPa 下的平衡汽化曲线 由曲线 4 可以查得 eF为 66 5 体积分数 对应的温 度为 353 此即为欲求的汽化段进料温度 tF 此 tF是由相平衡关系求得 还需对 它校核 24 4 tF 的校核的校核 校核的主要目的是看由 tF要求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的温度 当汽化率 eF 体积分数 66 5 tF 353 时 进料在汽化段的焓 hF计算下 表 表中各物料的焓值由 石油炼制工程 2 中介绍的方法和 石油化工工艺计算 图表 2 求得 表 2 23 进料带入的汽化段热量 QF p 0 172MPa t 353 焓 kJ kg油料 气相液相 热量 kJ h 汽油1159 1159 81833 94 8 106 煤油1142 1142 88875 101 5 106 轻柴油1138 1138 84833 96 6 106 重柴油1125 1125 42917 48 3 106 过汽化油1105 1105 10101 11 2 106 重油 971 971 196482 190 8 106 合计 QF 543 2 106 所以 hF 543 2 106 505041 1076 kJ kg 再求出原油在加热炉出口条件下的焓 h0 按前述方法作出原油在炉出口压力 0 207MPa 下的平衡汽化曲线 图中的曲线 3 此处忽略了原油中所含的水分 若 原油含水则要作炉出口处的油气分压下的平衡汽化曲线 限定炉出口处温度不超过 365 由曲线 3 可读出 365 时的汽化率 e0为 65 体积分数 显然 e0 eF 即 在炉出口条件下 过汽化油和部分重柴油处于液相 液相部分非常少 据此可算出 进料在炉出口条件下的焓值 h0 见表 2 24 表 2 24 进料在炉出口处携带的热量 p 0 207MPa t 365 焓 kJ kg 油料 气相液相 热量 kJ h 汽油1192 1192 81833 97 5 106 煤油1172 1172 88875 104 2 106 轻柴油1167 1167 84833 99 0 106 重柴油1151 1149 42917 49 4 106 重油 合计 962 962 206583 198 7 106 Q0 548 8 106 所以 h0 548 8 106 505041 1087 kJ kg 校核结果表明 h0略高于 hF 所以在设计的汽化段温度 353 下 既能保证所需 的拔出率 体积分数为 66 5 炉出口的温度也不至于超过允许的限度 2 3 7 塔底温度塔底温度 取塔底温度比汽化段温度低 7 即为 25 353 7 346 2 3 8 塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配 1 假设塔顶及各侧线温度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 126 煤油抽出板 第 9 层 温度 180 轻柴油抽出板 第 18 层 温度 252 重柴油抽出板 第 27 层 温度 310 2 全塔热回流全塔热回流 按上述假设的温度条件做全塔热平衡 见表 2 25 由此求出全塔回流热 表 2 25 全塔热回流 操作条件焓 kJ kg物料流率 kg h密度 20 g cm3压力 MPa温度 气相液相 热量 kJ h 进料5050410 80320 1723531075 548 98 106 汽提蒸汽14676 0 34203316 48 67 106 入 方 合计519717 597 65 106 汽油818330 71030 157166607 49 67 106 煤油888750 77220 161193 431 38 31 106 轻柴油848330 79520 166246 631 53 53 106 重柴油429170 81970 170310 799 34 29 106 重油2065830 85790 175346 904 186 75 106 水蒸汽14676 0 1571502772 40 68 106 出 方 合计519717 403 23 106 所以 全塔回流热 Q 597 65 106 403 23 106 194 42 106 kJ h 3 回流方式及回流热的分配回流方式及回流热的分配 塔顶采用二级冷凝冷却流程 塔顶回流温度定为 60 采用两个中段回流 第 一个位于煤油侧线和轻柴油侧线之间 第 11 13 层 第二个位于轻柴油侧线和重 柴 油侧线之间之间 第 20 22 层 回流热分配如下 塔顶回流取热 50 Q0 97 21 106kJ h 第一中段回流取热 20 Qc1 38 88 106kJ h 第二中段回流取热 30 Qc2 58 33 106kJ h 2 3 9 侧线及塔顶温度的校核侧线及塔顶温度的校核 校核由下而上进行 1 重柴油抽出板 第重柴油抽出板 第 27 温度 温度 物料流率 kg h密度操作条件焓 kJ kg热量 26 20 g cm3 压力 MPa 温度 气相液相kJ h 进料5050410 80320 1723531090 550 49 106 汽提蒸汽8263 0 34203316 27 40 106 内回流L0 81970 17302 766766L 入 方 合计513304 L 577 89 106 766L 汽油818330 71030 173101029 84 21 106 煤油888750 77220 173101017 90 39 106 轻柴油848330 79520 173101008 85 51 106 重柴油429170 81970 17310 799 34 29 106 重油2065830 85790 175346 904 186 75 106 水蒸汽8263 0 173103093 25 56 106 内回流L0 81970 173101002 1002L 出 方 合计513304 L 506 71 106 1002L 由热平衡得 577 89 106 766L 506 71 106 1002L 所以 内回流L 301610 kg h 或361010 240 1257kmol h 重柴油抽出板上方的气相总量为 802 566 361 459 1257 3445 kmol h 重柴油蒸汽 即内回流 分压为 0 17 1257 3453 0 0619 MPa 由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算 0 0619MPa 下平衡汽化 0 点温度 可以用 石 油炼制工程 2 中图 7 15 和图 7 16 先换算得常压下平衡汽化数据 再用图 7 26 换算成 0 0619MPa 下的平衡汽化数据 结果如下 项 目010 30 50 恩氏蒸馏温度 293 1297 8302 6318 4 恩氏蒸馏温差 4 74 815 8 平衡汽化温差 1 82 17 常压下平衡汽化温度 333 4 0 0578MPa 下平衡汽化温度 307 7309 5311 6318 6 由上求得的在 0 0619MPa 下的重柴油的泡点温度为 307 7 与原假设的 310 很接近 所以原假设温度是正确的 2 轻柴油抽出板和煤油抽出板的温度轻柴油抽出板和煤油抽出板的温度 校核的方法和校核重柴油抽出板温度的方法相同 可通过作出第 18