万吨年处理量常压蒸馏工艺设计.doc

i 240 万吨年处理量常压蒸馏工艺设计 摘 要 在中国过去几十年来虽然催化裂化技术，取得了很大的步伐，但加氢精制，加氢裂化， 加氢精制和催化重整技术在未来依然要经历严格的环保法规和严格的汽油和柴油燃料质量 标准的考验。不过，常减压蒸馏作为原油加工第一步，及其对炼油过程中计划和经济利益 将不会受到影响。近年来由于采用新的实用技术和开发高效率设备有关常减压蒸馏的问题 已引起高度重视。 常压/减压装置炼油厂原油加工的第一道工序，尽管它是纯粹物理分离过程。由于原油 加工量很大，蒸馏过程对于炼厂的全部的加工方案和优化操作具有重要的影响。目前，蒸 馏装置正面临着四个难题，即高的整体能耗，较低的分馏精度和拔出率，电脱盐装置不理 想的操作，和含硫原油加工较低的适应能力。需要设计者操作人员和专业管理者的共同 努力来解决这些问题。蒸馏装置的操作水平的可以提高通过吸收先进的设计理念，先进实 用技术的应用，高效率的加工设备，改善操作人员的技术和加强专业管理等措施来提高。 关键词：常减压，蒸馏，困难，措施 ii Abstract Although FCC technology has made great strides in China over the past decades，hydrotreating，hydrocracking,hydrofining and catalytic reforming technologies will experience an accelerated development in the future with the increasingly stringent environmental regulations and stricter standards for gasoline and diesel fuel qualityNevertheless,the atmospheric and vacuum distillation as the first step of crude oil processing is very large in capacity and its impact on refinery process scheme and economic benefits will not be affectedOver the recent years the problems related with operation of atmospheric and vacuum distillation have at tracted high attention with new practical techniques and highefficiency equipm ent being developed and applied unintermittently The atmospheric/vacuum distillation unit is the first procedure for crude processing at refinery despite its purely physical separation natureSince the crude processing volume is enormous，the distillation process can have significant impact on the overall process scheme and optimized operation of the refineryCurrently the distillation units are faced with four perplexing problem s，namely high overall energy. consumption，lower fractionation precision and extractionrate，nonideal operation of electrodesalting unit，and pooradaptability to sour crude processing Keyword: Atmospheric, Distillation，difficulty，measure iii 目 录 摘摘 要要I 一、概一、概 述述.1 1.1 文献综述1 1.1.1 国内外蒸馏技术的进展1 1.1.2 关于常压塔新技术的应用 .2 1.1.3 腐蚀与防护5 1.1.4 热量回收 .6 1.1.5 常压塔多变量计算机控制系统 .7 1.1.6 常减压蒸馏装置发展方向及其节能9 1.2 设计的说明.9 1.2.1 装置生产方案的确定9 1.2.2 相关参数的选定12 二、设计计算二、设计计算.13 2.1 基础数据处理.13 2.1.1 油品物性 .13 2.1.2 平衡汽化曲线 .16 2.1.3 实沸点数据转化 .20 2.1.4 物料平衡 .22 2.2 初馏塔的工艺设计23 2.2.1 基础数据23 iv 2.2.2 工艺计算.24 2.2.3 塔径与塔高的计算27 2.3 常压塔的工艺设计30 2.3.1 常压塔的进料情况30 2.3.2 汽提蒸汽用量 .30 2.3.3 塔板型式和塔板数的确定 .30 2.3.4 精馏塔计算草图 .31 2.3.5 操作压力的确定 .31 2.3.6 汽化段温度 .32 2.3.7 塔底温度 .35 2.3.8 塔顶及侧线温度的假设与回流热分配 .35 2.3.9 侧线及塔顶温度校核 .36 2.3.10 全塔气液负荷分布图 .44 2.4 塔板设计.55 2.4.1 基础数据 .55 2.4.2 塔径的计算56 2.4.3 溢流装置 .57 2.4.4 浮阀塔板布置 .58 2.5 塔板水力学计算59 2.5.1 气相通过浮阀塔塔板的压力计算59 2.5.2 淹塔60 2.5.3 雾沫夹带 .60 结结 束束 语语.64 v 致致 谢谢.65 参考文献参考文献.66 1 一、概 述 1.1 文献综述 石油化工的兴起是于美国 C.Ellis 1908 年创建世界上最早的石油化工实验室开始，经 过十年的苦研，于 1917 年用炼厂气中的丙烯制成最早的石油化工产品。1920 年美国新泽 西标准油公司（美孚石油公司）采用它的研究成果，进行工业化，从此开创了石油化工的 历史。 然而这一时期，石油化学工业只在美国得到了发展。50 年代，德 、日、 美 、意 、 苏等国才相继建立了石油化工企业，使这一工业领域迅速扩大，60 年代和 70 年代初期是 石油化学工业飞速发展的年代，产品产量成倍上涨，不断开辟新的原料和增加新的品种1 。 原油是极其复杂的混合物。要从原油中提炼出多种多样的燃料、润滑油及其它产品的 基本的途径是：首先将原油分割成不同沸程的馏分，然后进行馏分的深加工，从而生产出 满足不同要求的各类石油化工产品。因此炼油厂首先必须解决原油的分割和各种石油馏分 在加工过程中的分离问题。常减压蒸馏正是一种合适的手段，而且常常也是一种最经济、 最易实现的分离手段，因而各大炼油企业都将常减压蒸馏作为原油加工的第一步工序。原 油进厂之后，首先进行电脱盐脱水，然后进入常减压蒸馏。借助于常减压蒸馏过程，按产 品加工方案将原油分割成相应的直馏汽油、煤油、轻柴油和重柴油馏分等。分割出馏分的 好坏直接影响到后续加工的成本和最终产品的质量，所以常减压蒸馏一直被视为原油加工 能力的一个重要的标志，常减压蒸馏技术的发展直接影响着炼油技术的发展。 石油蒸馏是石油加工工业中十分重要的环节，对常压塔塔板结构设计的改进也是十分 重要的，在改革过程中尝试了很多的方法也吸纳了很多新的技术与科技。比如应用 ADV 微 分浮阀在常压塔, SUPER V1 浮阀塔盘在常压塔中等等优化常压塔。并且对塔本身的腐蚀与 防护，热量回收等问题作出了相关的研究与处理。并且还在常压塔加入了多变量计算机控 制系统与用软仪表实现常压塔产品质量分析，这些都对石油蒸馏与发展起到了积极重要的 2 作用。 1.1.1 国内外蒸馏技术的进展2 常减压蒸馏装置是炼油厂的“龙头”装置，它的拔出率、产物质量、分割精度、能耗 等对整个炼厂的后续加工过程影响很大。80 年代以来，国外原油蒸馏技术在很多方面都有 不同程度的发展和改进。 （1）塔器填料技术 近年来蒸馏系统最明显的进展之一是高效规整填料的应用，从而使蒸馏技术得到高速 发展。规整填料具有传质效率高、压降低、工业性能易于掌握的优点，虽然单位体积成本 较高，但综合效益仍比塔盘或散堆填料高，适用于常减压塔，尤其适用于减压塔和中低压 塔，例如干式减压蒸馏塔(包括燃料油型的润滑油型)。规整填料用于常压塔，可提高处理 量，解决负荷较大的“瓶颈”截面，使塔径趋近均匀，提高常压各线产品产率或分馏精度。 规整填科用于减压蒸馏塔，能降低全塔压降，提高拔出率和改善减压馏分油质量。 （2）原油深拔技术 原油深拔技术是近几年来常减压工艺的主要发展动向之一。深拔技术的难点在于深拔 的同时还保持减压馏分油较高质量，并使装置保持较低的能耗水平。目前常用的方法是常 压塔、减压塔切割点最佳化和用减压塔缩径提高切割点。 （3）强化原油蒸馏技术 通过活性剂强化蒸馏是 80 年代后期石油加工领域发展起来的一种新技术。加活性剂强 化蒸馏的原理是把石油看作胶体分散系统，通过向原料中加入添加剂(活性剂)来改变系统 的状态、强化原油加工过程、提高拨出率。通过强化蒸馏技术提高馏分油收率，不需要增 加设备投资，工艺操作条件也基本不变，活性剂可从炼油副产品中就地取材，廉价易得， 经济效益显著。 另外还有提高真空度降低减压塔塔顶压力、提高进料段温度、改进减压塔洗涤段设计、 采用先进的控制技术和分析技术等措施来提高常减压蒸馏拔出率、产物质量、分割精度， 3 降低能耗 1.1.2 关于常压塔新技术的应用 （1）常压塔塔板结构设计的改进3 常压塔设备制造安装技术要求 一般情况下，常压塔设备制造、安装应符合以下技术要求： a 塔板长度偏差不得超过+0/-4mm，宽度偏差不得超过+0/-2mm； b 塔板尽可能平，安装前分块塔板的弯曲及局部不平度在整个板面内不得超过2mm； c 支持圈在弦长300mm的表面上，局部不平度不超过lmm，总的不平度的允许偏差与塔板 相同； d 支持圈的表面与主梁及支梁的表面应在同一平面上，两表面的最高与最低之差不得超 过3mm； e 塔体弯曲度应小于1/1000塔高； f 塔体在同一断面上的最大直径与最小直径之差e应符合以下规定，即对受内压塔e 1DN(DN为塔内径)。 改进建议 a 在设计过程中除了必须遵循设计规范，重视生产工艺要求外，还应充分考虑设备制造过 程中可能产生的各类误差、化工操作时的热膨胀以及制造安装维修的可行性。就塔板而言， 其螺栓孔应设计成长圆孔。 b 从该塔板设计图上看，与常规设计有许多不同。其设计的受液盘结构过于复杂，采用4mm 厚不锈板，只是为了起支承作用。板超厚加上折边多，增加了制造难度，直角的折边难以 到位。而常规设计的受液盘直接焊在简体上，厚度只需2mm，再另设一根支承角钢即可。塔 板设计要有所创新，但创新的宗旨应该是使其工艺和结构更加优化，在改进生产工艺的同 时，使结构更加简单，安装更为方便。 （2）ADV微分浮阀塔盘在常减压扩能改造中的应用4 4 ADV微分浮阀的特点 ： ADV微分浮阀结构： ADV微分浮阀结构示意见图1-1。在阀顶部开有各式水平喷射的小阀孔，充分利用浮阀 上部的传质空间，使气体分散更加细密均匀，气液接触更充分。此外，由于部分气流经阀 顶小孔喷出，减少了阀周边喷出的气速，也减少了高负荷时各阀间的气流对冲，从而减少 雾沫夹带，相应提高了气相处理量。 ADV微分浮阀有圆型和矩形两种形式： ADV圆形浮阀具有独特的阀脚和阀孔结构，使其不会旋转，具有导向作用，有利于消 除塔板上的液体滞流现象，提高液体分布的均匀性。见图1-2、图1-3。 图 1-1 ADV 微分浮阀结构示意 (a)ADV微分浮阀 (b)传统浮阀 图 1-2 ADV 微分浮阀与传统浮阀鼓泡状况示意 (a)传统塔板 (b)理想流动状态 图 1-3 塔盘上液体的流动状态 应用了ADV微分浮阀塔盘在常减压扩能改造后： 5 a 改造后常压塔操作弹性增大，在加工量频繁调整时易操作、易控制。 b 产品质量、收率较改造前有较大提高，且产品分割清楚、重叠少。改造前常压蒸馏全 年收率平均45.4l ，改造后46.4l。增产了柴油组分，提高了产品附加值，效益显著。 c 塔盘采用新式连接，在检修中易安装、易拆除，节约了劳动时间，降低了劳动强度。 运行时塔盘结构稳定不易翻板。 d 改造后塔盘浮阀材质为0Crl8Ni9Ti。运行一年，在检修顶循泵时，泵腔、叶轮流道内 有浮阀，且浮阀阀脚断裂，阀顶部所开小孔上的金属断裂，阀面上有细小裂纹，均系硫化 物和氯化物腐蚀，此材质不适合在常压塔顶循以上位置使用，需要进一步筛选更新。 e 实际生产中可以随时调整产品结构，操作简便、调整周期短。有效降低了直馏汽油干 点，提高了一线馏分闪点，使合格率均达到100。直馏汽油产率也有效降低。 (3) SUPER V1浮阀塔盘在常压塔的应用5 应用了SUPER V1浮阀塔盘在常压塔在常压塔中，改良的效果： a 将提馏段填料改造为SUPER V1塔盘，改善了提馏段的提馏效果，增加了塔的操作弹性， 常压塔底重油中350前馏分的含量大幅度降低，由原来的1215 降至7 9 ，常压蒸馏拔 出率提高2个百分点以上，提高了常压塔蒸馏效率。 b 在抽出塔盘使用SUPER V1塔盘，使得以干点为控制对象的常压侧线产品收率得到提高， 常三线、常二线收率平均可提高1个百分点以上，使常压塔的产品方案更加灵活。 c 采用SUPER V1塔盘，减少了抽出层雾沫夹带，提高了传质效率，使得全塔压降降低 0.02MPa以上，改善了塔的操作工况。 1.1.3腐蚀与防护67 腐蚀的原因 控制与调节塔顶露点腐蚀部位,操作温度越接近露点腐蚀则越严重，钢在HCIH2S- H20(轻油)中腐蚀率与操作温度和露点温度T之间的关系见图1-4。常顶压力通常控制为 1.31.7kgcm3，其油汽分压0.80.9kgcm3 。其露点温度为9396 。着火点即腐蚀严 6 重，与露点较接近，腐蚀环境恶化。 图1-4 T与腐蚀率的关系 防护施工后的处理 造成腐蚀的主要因素是氧和水的存在，因此防止氧气和水的进入，降低氧和水的浓 度，是保证防护效果和延长防护期的关键。所以，防护处理后必须进行密封、干燥的处理。 a 干燥用生石灰作干燥剂 具有成本低，施工简单，干燥效果好的优点 b 密封的目的是防止水和氧气进入，同时使氧气自耗降低氧气浓度。方法是重新制作 密封垫圈，扣好人口盖后，再用防水油膏将人口周边及螺孔做防水处理。 1.1.4 热量回收8 常压塔应用塔顶循环回流回收低温位热能后的改造情况：（以辽阳石油化纤公司炼油 厂常减压蒸馏装置设计加工原油为150万吨/年为例。 ） (1)分馏塔的处理能力明显提高。改造前，分馏塔的日加工能力约390t，即年加工量约 l2.5万t，改造后，目前分馏塔的日加工量提高到约455t，即年加工量约l5万t。 (2)产品分布明显改善。目前，在加工量较改造前提高约60td的情况下，产品组分重叠 较少，仍保持着较好的分馏效果。 (3)通过近期的生产实践证明，改造后的分馏塔操作平稳，操作弹性大，工艺指标正常， 7 未出现夹带现象，更未出现冲塔事故。 (4)本次分馏塔改造仅投入资金约l4万元，但装置的处理能力却提高了2030，提高了 装置的运行质量，为公司创造了良好的经济效益。 1.1.5 常压塔多变量计算机控制系统 （1）常压塔塔底液位多变量控制器设计9 控制方案：确定常压塔塔底液位控制器的控制目标稳定塔底液位在一定范围内变化， 尽可能减少塔底重油的调节对减压炉和减压塔操作的影响。同时考虑到减压炉有四路进料， 应保持各支路间温度的平衡，所以在减压炉又设计了支路平衡控制器。塔底液位控制器的 输出和支路平衡控制器的输出叠加后，再送到减压炉的四路流量控制回路。控制示意图如 图15所示 （2）用软仪表实现常压塔产品质量分析10 根据历史操作数据，结合机理分析。采用数理统计、系统辨识等A-法，建立炼油厂常 压塔产品质量指标(一线初馏点、塔顶和二线干点)的预 4模型，作为质量分析软仪表，并 获得较好的精度。塔顶干点软仪表输出图1-6。 8 图15 常压塔塔底液位及减压炉支路温度平衡控制示意图 图1-6 塔顶干点软仪表输出图 对常压塔装置进行了系统分析，用计算机采集了同一种原油的大量操作数据，并对原 始数据作了预处理，然后利用相关分析法、数理统计回归法并结合机理分析建立了常压塔 的质量预测离线模型。 1.1.6常减压蒸馏装置发展方向及其节能11 在炼油生产过程中要消耗大量的能量，所消耗的各种形式的能量主要来源于燃料和电 力。2002 年底，我国原油加工能力已达到 2.65 亿 t/a，总能耗约占加工原油量的 79.5。在炼油工业能耗中，生产装置所消耗的能量约占 75，因 此生产装置是节能改造的重点。10 年来对不同规模的 79 套常减压蒸馏装置以及其它装置 都曾进行多次节能改造，使得我国炼厂的主要生产装置的能耗都有大幅度下降。 随着近年来炼油工业发展，炼油装置逐年大型化，节能也越来越得到重视。炼油生产 过程节能可以直接增加石油产品、降低加工成本，关系到石油资源的合理利用和企业的经 济效益。各大炼油厂在扩能改造的同时，也注意到了节能。主要节能措施有： （1）全面综合优化。全面综合优化技术是应用系统工程的方法处理节能工作中的局部与全 局的关系，研究和促使全厂综合用能合理化的技术。其关键在于用能过程和设备的广泛联 合、提高能源利用总体效率。 （2）改进工艺过程。改进工艺过程是炼油生产装置节能的重要手段，包括改进工艺生产流 9 程、采用节能工艺新技术和采用新型催化剂、溶剂、助剂等内容。其节能作用的本质在于 减少工艺过程对能量的总需要量，不仅可以减少各种能源的供入，而且省掉了在转换和回 收环节的效率损失。 （3）改善操作条件。改善操作条件是不需要大量投资、便于推广易于见效的节能措施，包 括工艺操作参数（压力、温度）和工艺操作条件（过气化率、回炼比，回流比等）的控制、 调整。 （4）提高设备效率。主要设备包括加热炉、工艺设备（分馏塔、换热器、空冷器） 、机、 泵设备。对于加热炉主要采用强化燃烧、改善传热、采用隔热衬里材料、加强烟气回收、 强化操作管理等。对于分馏塔和换热器主要为开发和应用高效塔板和填料、采用新型高效 传热设备。对于机泵采用改善操作控制、根据全厂汽电调整电机负荷、应用各种调速技 术等措施。 （5）合理利用蒸汽。炼油厂使用大量蒸汽，对蒸汽的生产、运输、使用和回收利用等过程 采用有效的节能技术是炼厂节能的重点工作之一。主要措施为提高转换效率降低供气能耗、 分级供气充分利用蒸汽能级、改善用汽状况减少蒸汽消耗、合理使用伴热蒸汽加强冷凝水 回收。 （6）回收利用低温热。生产过程中使用的能量除一小部分转入到产品中外，绝大部分高品 位能量变为低品位能量。主要回收措施为：原级利用和升级利用。原级利用是指按温位及 热量进行匹配而直接回收利用；升级利用通过热泵、吸收制冷、发电来回收。 1.2 设计的说明 1.2.1 装置生产方案的确定 如果要合理地确定一种原油生产加工方案，就必须对所要加工的原油性质做具体的分 析。本装置生产的是沈北原油，沈北原油一般具有如下的性质：其油品的密度较小（约 0.83g/cm3） ，含硫量低（约 0.06%） ，原油馏分较重，轻油收率较高（350轻油收率为 30%，510的馏分占原油 35以上） ，含氮量高（615PPm） ，含蜡量高（47.36%） ，凝点 10 较高（49） ，属于低硫中间-石蜡基原油。 本装置适用于燃料型年产 240 万吨原油的加工方案的，整个流程采用三段汽化的方法： （1）整个流程采用三段汽化的方法。即设初馏塔，常压塔和减压塔。 设初馏塔出于以下的因素： 沈北原油是较重的原油，而轻组分含量多，为了减少汽油损失，减少气体烃携走更多的 汽油组分，为了拔出更多轻质油，故增设初馏塔。 有利于减轻常压炉和常压塔负荷，提高装置处理量。 可减轻原油泵出口压力，减少泵的动力消耗，且使换热器耐压要求降低。 初馏塔相对常压塔易于检修。 （2）流程： 原油由泵自储油罐中打出，经换热器换热后进入脱盐罐进行脱盐脱水处理。离开脱盐 罐后，再经换热器换热，使油温达到 220后进入初馏塔。 初馏塔塔顶馏出的汽油馏分，经冷却器冷却至 50 后进冷凝罐冷凝到 40，回流部分 打回塔顶。初底油进常压炉加热至 352后进入常压塔。 常压塔塔顶出 (IBP-127) 汽油馏分，经冷凝器冷凝至 60，进回流罐，回流部分泵 送回塔顶，然后将剩余的产品部分进一步冷却至 40。常一线出化工原料，由 175抽出， 经换热器换热至 75左右后进冷凝器。常二线出轻柴油，由 260抽出，经换热器换热， 温度降到 85，进凝器冷凝到安全温度。常三线出重柴油馏分，经换热器换热，温度由 315降到 100，进冷凝器冷凝。常压塔第一中段回流抽出温度为 211，经换热器换热， 温度降到 131打回常压塔。常压塔第二中段回流抽出温度为 284，经换热器换热，温度 降到 184后打回常压塔。常压塔塔底油由泵打入减压炉加热到 400进减压塔，出减压产 品。 11 1.2.2 相关参数的选定 （1）汽提塔和汽提段 在负荷塔内，汽油、柴油、化工原料等产品之间只有精馏段而没有提馏段，侧线产品 中必然会含有相当数量的轻馏分，这样不仅影响本侧线产品的质量，而且降低了轻馏分的 产率。为此，在常压塔的外侧，为侧线产品设汽提塔，在汽提塔底部吹入少量过热水蒸气 以降低侧线产品的油气分压，使混入产品中的较轻馏分汽化而返回常压塔。这样做既可以 达到分离要求，而且也很简单。显然，这种气提塔与精馏塔的提馏段在本质上有所不同。 侧线汽提用的过热水蒸气量通常为侧线产品的 23（质量分数） 。本设计各侧线产品 的气提塔重叠起来，但互相之间是隔开的。 （2）回流方式 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、液相负荷沿塔高的变化的，甚至是有较大的变化幅度；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 回流以外，还常常采用其他的回流方式。 塔顶油气二级冷凝冷却 原油常压精馏塔的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。为了减少常压塔顶冷凝冷却所需的传热面积，在 本装置中常压塔采用二级冷凝冷却方案。 中段循环回流 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 取走的回流热的温度高出许多，因而是价值更高的可利用热源，而且能提高塔的生产能力。 （3）操作压力 原油常压精馏塔的最低操作压力最终受制于塔顶产品接受罐的温度下的塔顶产品的泡 12 点压力。常压塔顶产品是汽油馏分，塔顶产品能基本上全部冷凝，不凝气很少。为了克服 塔顶馏出物流经管线和设备的流动阻力，常压塔顶的压力应稍高于产品接受罐的压力，或 者说超高于常压。 塔顶操作压力确定后，塔的各部位的操作压力也随之可以计算。塔的各部位的操作压 力与油气流经塔板时所造成的压降有关。油气由下而上流动，故塔内压力由下而上逐渐降 低。 （4）操作温度 从理论上说，在稳定操作的情况下，可以将精馏塔内离开任一块塔板或汽化段的气、 液两相都看成处于相平衡状态。因此，气相温度是该处油气分压下的露点温度，而液相温 度则是其泡点温度。虽然在实际上由于塔板上的气、液两相常常未能完全达到相平衡状态 而使实际的气相温度稍偏高或液相温度稍偏低，但是在设计计算中都是按上述的理论假设 来设计各点的温度。其中包括汽化段温度、塔底温度、侧线温度、塔顶温度。 （5）塔板流体水力学计算 其包括塔高、塔径及塔板上主要部件工艺尺寸的计算。 （6）塔板的选用 本装置常压塔选用浮阀塔板，初馏塔选用单溢流型式，常压塔选用双溢流型式。 选用浮阀塔板，由于以下的原因： 浮阀塔板的处理能力比圆泡帽塔板大 20-40，比舌形和筛孔塔板要小些，但是，浮阀 塔板操作弹性比圆泡帽、舌形、筛孔塔板的操作弹性都要大些，在很高的气液负荷范围内 变化，只有浮阀塔能够保持较高的效率。 浮阀塔板的干板压降较舌形和筛孔大，比圆泡帽塔板小。 雾沫夹带较舌形、圆泡帽小。 结构简单，安装方便。 在石油化工方面广泛使用于常减压塔，积累了很多的经验，对我们的设计使用也是很有 13 用的。 二、设计计算二、设计计算 2.1 基础数据处理 原料及产品的有关参数见表 2-1 表 2-1 原油常压切割及产品性质 恩氏蒸馏馏出温度， 产品 密度 200%1030507090100% 初顶0.6945 48 66 80 94 108 138 163 初底0.8487 146 252 348 常顶0.7288 68 97 113 124 134 148 172 常一0.7725 171 183 190 197 204 217 252 常二0.8006 216 248 270 286 304 331 367 常三0.8200 293 342 368 385 398 418 455 常底0.8683 287 400 454 528 原油0.8331 2.1.1 油品物性 (1) 相对密度指数 API d = d + d ， API = 141.5/d - 131.5 6 . 15 6 . 154 20 6 . 15 6 . 15 蒸顶：d = 0.6945 + 0.0052 = 0.6998 （g/cm） 6 . 15 6 . 15 14 API = 141.5/0.6997 131.5 = 70.73 常顶：d = 0.7288 + 0.0050 = 0.7339 （g/cm） 6 . 15 6 . 15 API = 141.5/0.7338 131.5 = 61.33 常一：d = 0.7725 + 0.0047 = 0.7772（g/cm） 6 . 15 6 . 15 API = 141.5/0.7772 - 131.5 = 50.56 常二：d = 0.8006 + 0.0045 = 0.8051（g/cm） 6 . 15 6 . 15 API = 141.5/0.8051 - 131.5 = 44.25 常三：d = 0.8200 + 0.0045 = 0.8244（g/cm） 6 . 15 6 . 15 API = 141.5/0.8245 - 131.5 = 40.12 (2) 体积平均沸点 tV（C） tV =（t10 + t30 + t50 + t70 + t90）/5 蒸顶：tV =（66 + 80 + 94 + 108 + 138）/5= 97.2 C 常顶：tV =（97 + 113 + 124 134 + 148）/5=123.2 C 常一：tV =（183 + 190 +197 + 204 +217) /5=198.2 C 常二：tV =（248 +270 +286 + 304 +331）/5= 287.8C 常三：tV =（342 +368 +385 +398 +418）/5= 382.2 C (3) 恩氏蒸馏 90 % 10 % 斜率 S =（90%馏出温度-10%馏出温度）/（90-10） （C/%） 蒸顶：S9010 = （138 66）/（90-10）= 0.9（C/%） 常顶：S9010 = （148 - 97）/（90-10）= 0.6375（C/%） 常一：S9010 = （217 -183）/（90-10）= 0.425（C/%） 常二：S9010 = （331-248）/（90-10）= 1.0375（C/%） 常三：S9010 = （418-342）/（90-10）= 0.95（C/%） 15 (4) 中平均沸点 tme = tv - me ln = -1.53181- 0.128tv+ 3.64678 Sme 6667 . 0 3333 . 0 = 1.71849 所以， 蒸顶： = 5.576 tme = tv - = 97.2 5.576 = 91.6 Cmeme 同理， 常顶： = 3.662 tme = tv - = 123.2 - 3.632 = 119.6 Cmeme 常一： = 2.170 tme = tv - = 198.2 2.170 = 196.0 Cmeme 常二： = 4.963 tme = tv - = 287.8 4.963 = 282.8 C meme 常三： = 3.971 tme = tv - = 382.23.971 = 378.2 Cmeme (5) 特性因数 K 和相对分子量 M 查石油炼制工程76 页图 3-6 得以下数据： 蒸顶：特性因数 K 12.47 相对分子量 M 102 常顶：特性因数 K 12.14 相对分子量 M 114 常一：特性因数 K 12.13 相对分子量 M 165 常二：特性因数 K 12.40 相对分子量 M 243 常三：特性因数 K 12.82 相对分子量 M 368 综合以上数据列出沈北原油的物性参数表 2-2。 (6) 馏分的平衡汽化 0%的确定 表 2-2 初顶油恩氏蒸馏数据 馏出体积0%10%30%50%70%90%100% 温度48668054108138163 由图 7-15 换算 50%点温度 恩氏蒸馏 10%70%点斜率=（108-66）/（70-10）= 0.7（C/%） 由图查得 平衡汽化 50% - 恩氏蒸馏 50%点 = -11.0（C） 故 平衡汽化 50% = 94 -11.0 = 83.0（C） 16 由图 7-16 查得平衡曲线各段温差见表 2-4。 表 2-3 沈北原油的物性参数表 相对密度 指数 API 体积平均 沸点 tv 斜率 S9010 中平均沸点 tme 特性因数 K相对分子量 M 蒸顶70.7397.20.991.612.47102 常顶61.33123.20.6375119.612.14114 常一50.56197.80.425196.012.13165 常二44.25287.81.0375282.812.40243 常三40.12382.20.95378.212.82368 表 2-4 初顶油平衡曲线各段温差 曲线段恩氏蒸馏温差 C平衡汽化温差 C 010%187.8 1030%148.2 3050%147.0 5070%146.5 7090%3015.2 90100%259.6 由 50%点及各线段温度差推算平衡汽化曲线的各点温度 30%点=83.0-7.0=76.0 C 10%点=76.0-8.2=67.6C 0 点=67.6-7.8=60.0C 70%点=83.0+6.5=89.5C 90%点=89.5+15.2=104.7C 100%点=104.7+9.6=114C 同理可得，其它数据，见表 2-5 表 2-5 沈北油的平衡汽化数据 斜率0%10%30%50%70%90%100% 17 S70 初 顶 油0.7060.067.876.083.089.5104.7114.3 汽 油 0.6288.3101.3110.4116.4118.4124.4130.2 化工原料0.35187.0191.6195.4199.0202.4208.2221.4 轻 柴 油0.93257.3271.8285.4293.2300.8313.6327.6 重 柴 油0.93377.5380.0395.8404.6410.0418.4433.2 (7) 临界温度及压力，焦点温度及压力的确定 初顶油焦点温度，焦点压力的确定 查工艺图表集 临界温度：由工艺图表集图 2-3-4 查得 tc=tv+172.2=97.2+172.2=269.4 临界压力: 由工艺图表集图 2-3-5 查得 Pc=3.4106 Pa 焦点温度:由石油炼制工程图 7-24 查得焦点温度为 335 焦点压力：由石油炼制工程图 7-25 查得焦点压力为 5.6106Pa. 汽油馏分焦点温度，焦点压力的确定 查工艺图表集 临界温度：由工艺图表集图 2-3-4 查得 tc=tv+172.2=123.2+177.2=300.4 临界压力: 由工艺图表集图 2-3-5 查得 Pc=29106 Pa 焦点温度:由石油炼制工程图 7-24 查得焦点温度为 352 焦点压力：由石油炼制工程图 7-25 查得焦点压力为 4.6106 Pa 综合以上数据列出沈北原油油品相关性质参数见表 2-6 。 表 2-6 油品有关性质参数 平衡汽化 产品 密度 20 比重指 数 API 特性因数 （K） 相对分子 量(M)0%100% 18 温度温度 初 顶 油 0.694570.7312.47102114.3 汽 油 0.728861.3312.14114130.2 化工原料 0.772550.5612.13165187.0221.4 轻 柴 油 0.800644.2512.40243257.3327.6 重 柴 油 0.868340.1212.82368377.5433.2 2.1.2 平衡汽化曲线 由已知实沸点蒸馏曲线查得以下数据,将实沸点蒸馏曲线换算为平衡汽化曲线有附图 1（1）实沸点蒸馏曲线读出数据见表 2-7。 表 2-7 实沸点蒸馏曲线读出数据 馏出体积10%20%30%40%50%60%70% 温度 C212302368428476518549 (1) 计算实沸点蒸馏曲线的参考斜率及其各点温度，按定义 实沸点蒸馏曲线的参考斜率=（549-212）/（70-60）=5.61（C/%） 由此计算参考线的各点温度 20%点 = 212+5.61(20-10)= 266.1C 30%点 = 212+5.61(30-10)= 324.0C 40%点 = 212+5.61(40-10)= 380.3C 50%点 = 212+5.61(50-10)= 436.4C 60%点 = 212+5.61(60-10)= 492.5C (2) 计算平衡汽化参考线斜率及其各点温度 查石油炼制工程图 7-17 上图，根据实沸点蒸馏曲线 10%至 70%斜率 19 （5.61C/%）可得平衡汽化参考线的斜率为 3. 80C/%。 查图 7-17 中图得F=21.4C 故，平衡汽化参考线 50%点=实沸点蒸馏参考线 50%-F =436.4-21.4=414.0C 由平衡汽化参考线的 50%点和斜率可计算其它各点温度。 10%点= 414-3.80（50-10）=262C 20%点= 414-3.80（50-20）=300C 30%点= 414-3.80（50-30）=338 C 40%点= 414-3.80（50-40）=376 C 60%点= 414-3.80（60-50）=452C 70%点= 414-3.80（70-50）=490C (3) 计算实沸点蒸馏曲线与其参考线的各点温差 Fi% F10% =0 C F20% =302-268.1=33.9 C F30% =368-324.0=44.0 C F40% =428-380.3=47.7 C F50% =376-436.4=39.6 C F60% =518-492.5=25.5 C F70% =0 C (4) 求平衡汽化曲线各点温度 由石油炼制工程图 7-17 下图查得各馏出百分数时的温差比值 10%比值：0.39 20%比值：0.36 30%比值：0.34 40%比值：0.33 50% = 60% = 70%比值：0.34 (5) 平衡汽化曲线各点与其参考线相应各点的温差T 等于实沸点蒸馏曲线与其参考线的各 20 点温差Fi%乘以相对应的比值。由此得衡汽化曲线各点的T： 10%点T=00.39 = 0 C 20%点T=33.90.36 = 12.20C 30%点T=44.00.34 = 14.96C 40%点T=47.70.33 = 15.74C 50%点T=39.60.34 = 13.46C 60%点T=25.50.34 = 8.67C 70%点T=00.34=0 C (6) 平衡汽化曲线各点温度等于它的参考线各点温度加上相应的T 值，得平衡汽化曲线 温度。并用以下数据绘制平衡汽化曲线（2）见附录图 1（2） 。 10%点 = 262-0=262.0C 20%点 = 300+12.20 = 312.20C 30%点 = 338+14.96 = 352.96C 40%点 = 376+15.74 = 391.74C 50%点 = 414+13.46 = 427.46C 60%点 = 452+8.67 = 460.67C 70%点 = 490+0 = 490.00C 2.1.3 实沸点数据转化 （1）根据常压切割方案及产品性质中的恩式蒸馏馏出温度及石油炼制工程 第三版 P201 P202图 7-12 及 7-13 进行恩式蒸馏曲线与实沸点蒸馏曲线的转化。 表 2-1 初顶油恩氏蒸馏数据： 馏出体积0%10%30%50%70%90%100% 温度48668094108138163 21 a 实沸点蒸馏 50%点= 94T 查图 7-12 得T =4.5C 所以，实沸点蒸馏 50%点=944.5=89.5C b 查实沸点蒸馏曲线温差见表 2-8。 表 2-8 汽油馏分实沸点蒸馏曲线温差 曲线段恩氏蒸馏温差 C实沸点温差 C 010%1833.2 1030%1424.0 3050%1422.0 5070%1415.0 7090%3036.0 90100%2526.6 则实沸点 30%点 = 89.5-22.0 = 67.5 C 10%点 = 67.5- 24.0= 43.5C 0%点 = 43.5-33.2 = 10.3C 70%点 = 89.5+15.0 = 104.5C 90%点 = 104.5+36.0 = 140.5C 100%点= 140.5+26.6 = 167.1C 所以，实沸点范围：10.3167.1C 终馏点：167.1C 同理可得到其它产品数据，见表 2-9 。 （2）初底油：根据初底油恩氏蒸馏初馏点数据为 164C，查石油炼制工程图 741 确 定初底油实沸点 0%点为 108C 常底重油：根据初底油恩氏蒸馏初馏点数据为 287C，查石油炼制工程图 741 确 22 定初底油实沸点 0%点为 242.8C 根据以上数据制在表 2-9 中： 表 2-9 实沸点蒸馏数据 0%10%30%50%70%90%100% 初顶10.343.567.5 89.5104.5140.5167.1 初底108 常顶26.973.9101.9120.0132.2150.0175.1 常一157.5179.9184.3196.5204.7222.3277.7 常二179.7229.7264.5290.5310.5342.7381.1 常三262.3331.9372.3399.5413.7439.5481.4 常底242.8 （3）切割方案的确定 由所得的数据计算实沸点切割点，在附录图 1（1）实沸点蒸馏曲线，读出产品收率，并制 表 2-10。 2.1.4 物料平衡 下表所列的物料平衡中没有考虑损失，在实际的生产中原油不可能全部转化为产品，通常 在常压塔的物料平衡计算中（气体损失）约原油的 0.5%。 年处理量为 240 万吨，生产时间按 8000 小时计算 则，每小时生产原油 24010 吨/8000 = 300 吨 = 300000kg 4 表 2-10 原油常压切割方案 产品实沸点切割点 C实沸点沸程 C体积分数%质量分数% 初 顶 油137.55 10.3 167.13.32.75 初 底 油108 汽 油116.3 175.12.11.84 23 化工原料228.6157.5277.76.66.12 轻 柴 油321.6179.5381.110.510.09 重 柴 油362.1262.1481.47.06.89 塔底重油 242.8 70.572.31 表 2-11 产品收率及物料平衡 产率（%）处理量或产量 油品 体积分数质量分数104t/at/hkg/hkmol/h 原 油100100240300300000 蒸 顶3.32.756.608.25825080.88 汽 油2.11.844.4165.52552048.42 化工原料6.66.1214.68818.3618360111.27 轻 柴 油10.510.0924.21630.2730270124.57 重 柴 油7.06.8916.53620.672067056.17 塔底重油 70.572.31173.544216.93216930 2.2 初馏塔的工艺设计 2.2.1 基础数据 表 1-1 初馏塔顶恩氏蒸馏温度 （密度 20=0.6945） 馏出体积0%10%30%50%70%90%100% 温度48668054108138163 （1）实沸点蒸馏数据 表 2-9 可知初顶油的实沸点蒸馏数据 0%10%30%50%70%90%100% 24 初顶10.343.567.5 89.5104.5140.5167.1 初底108 由表 1-7 产品切割方案，确定初馏塔顶切割温度为 137.55，收率 2.75%（m） =3.3%（v） （2）由表 2-2 沈北原油的物性参数表可知： 表 2-2 沈北原油的物性参数 相对密度指 数 API 体积平均沸 点 tv 斜率 S9010 中平均沸点 tme 特性因数 K 相对分子量 M 蒸顶70.7397.20.991.612.4710