原油蒸馏塔课程设计.doc

第1章 . 总论1.1 总论1.1.1设计基础原油蒸馏塔就是我们通常所说的常压塔，根据原油性质情况和厂里的生产安排一般有这样几种生产方案：l 常压塔顶：生产石脑油，作为重整原料、乙烯裂解原料等，通常不作为汽油调节组分，主要是由于它的辛烷值很低，一般也就50左右。l 常一线：一般生产航煤或灯媒组分，也有生产溶剂油的，可以生产60#、120#或200#溶剂油组分，不论是生产航煤、灯媒还是生产溶剂油，它的馏分要求都比较严格，不但要求比重、闪点、冰点，还有馏程等要求。有的炼厂常一线作为柴油调和组分，做柴油调和组分时，对它的质量要求就比较低了，一般控制个闪点就可以了。l 常二线：通常生产柴油，一般做轻柴油或者和常三线以及其他装置生产的柴油调和生产不同牌号的柴油产品。l 常三线：常三线也生产柴油或叫做重柴油，可以单独做柴油产品，也可以和常二线以及其他装置生产的柴油调和生产不同牌号的柴油产品。常二线、常三线生产的柴油通常叫直馏柴油，没有不饱和烃存在，性质较稳定，如果硫含量及腐蚀等指标合格的话可以直接作为商品。l 常四线：很多常压塔不设常四线，一般设常四线的都作为催化裂化原料，也有在常四线生产光亮油的。l 常压塔底油：有减压蒸馏部分的就作为减压的进料，没有减压减压蒸馏部分的一般都作为催化裂化装置的原料或者作为加氢预处理原料。根据常压塔分离原油的这种情况和分离要求，通常都采用板式塔来完成这种分离任务，常用的是浮阀类塔盘，浮阀类塔盘主要具有操作弹性大、压降适中、分离效果好的特点，所有这些浮阀塔盘都能够很好的完成常压塔的分离任务。常压塔除了侧线抽出产品，还设有中段回流取热，一方面平衡塔内的热量，使塔内的汽液负荷分布均匀，有利于缩小塔经，另一方面也回收常压塔的热量，降低装置的加工能耗。1.1.2 生产规模规模原油处理量640万吨/年。按年开工8000小时计，即处理量为800000kg/h。1.1.3工艺技术特点 工艺技术采用PRO模拟软件进行全程模拟设计，并进行多方案的比较。在保证产品质量的前提下，优化调整常压塔、减压塔的回流取热的比例；同时优化调整换热网络，回收更多的热量。充分保证原油换热终温调整至合适温度范围，从而减少常压炉的热负荷，达到降低装置能耗的目的。1.2.文献综述本设计是以课程设计、化工设计为基础，以课程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:640万吨/年,开工：8000小时/年的原油常减压装置。1.4主要原材料本设计主要的原材料主要有大港原油、水、电大港原油，=0.8717；特性因数K=12.01.5其他本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。第二章工艺简述2.1 原料油性质及产品性质2.1.1 原油的一般性质石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。大部分石油是暗色，通常呈黑色、褐色或浅黄色。在常温下多为流动或半流动的粘稠液体。相对密度在0.80.98之间。大港原油，=0.8717；特性因数K=12.0凝点/=22；蜡含量/%=11.6；硫含量/%=0.13残炭/%=2.9 2.1.2 原油实沸点蒸馏数据 表1 原油实沸点蒸馏数据序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %序馏出温度馏 出, %号重体号重体号重体11132.373.28728320.8622.891338539.8042.3521485.586.54830024.0026.131439943.0145.6231808.539.84931827.1129.351541946.1448.79421011.5413.121033530.3132.661646059.1361.65523514.5916.381135333.4935.921750071.3273.48625617.6819.611236436.6839.172.1.3 原油平衡蒸发数据 表2 原油平衡蒸发数据累计馏出, (体)310203040506070平衡蒸发温度, 2002372803163483814094362.1.4产品性质 表3 产 品 产 率 及 其 性 质产 品沸点范围产 率相对密度恩 氏 蒸 馏 数 据, 名 称%(重)初10%30%50%70%90%终重整原料初1304.20.734258879399106118130航空煤油1302309.40.7909142162180192205228243轻 柴 油23032013.50.8406225238255262270288312重 柴 油3203505.70.8450307324329331342359385重 油35067.20.92002.2.工艺流程 原油蒸馏中，常见的是三段汽化。现以目前燃料-润滑油型炼厂应用最为广泛的初馏-常压-减压三段汽化为例，对原油蒸馏工艺流程加以说明，装置的工艺原则流程图如下所示。 经过预处理的原油换热到230240，进入初馏塔，从初馏塔塔顶分出轻汽油或催化重整原料油，其中一部分返回塔顶作顶回流。初馏塔侧线抽出组成与重汽油馏分相似的馏分，经换热后，一部分打入常压塔中段回流入口处，一部分送回初馏塔做循环回流。 初馏塔底油（拔头原油），经一系列换热后，再经常压炉加热到360370进入常压塔。常压塔侧线分别抽出煤油、轻柴油、重柴油、等液相组分，经汽提塔提出轻组分，经泵升压，与原油换热，冷却送出装置。 常压塔底重油又称常压渣油，用泵抽出送至减压炉，加热至400左右后进入减压塔。塔顶分出不凝气和水蒸气，竟如大气冷凝器。减压塔一般设有45根侧线和对应汽提塔，经汽提后与原油换热并冷却至适当温度送出装置。 图2-2 原油常减压蒸馏装置的工艺原则流程图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，常压炉、汽提塔，减压炉，减压塔等。.2.4环保措施(1)废水处理 a.工艺废水：采用封闭循环工艺，将生产系统的排放污水经过一定处理步骤后，重新送回系统，从而形成一个循环系统，使排放污水再次被利用。这种工艺不仅可以避免污染，还能减少或杜绝水资源的浪费。(2) 废气处理 a.在正常操作条件下，各塔回流罐等容器由氮气密封，谨防气体向外泄漏。对于废气中有害气态物质，必须根据它们的物性或化性的不同而采用不同处理方法。 b.不断开发实用清洁能，改进生产设备，提高机泵设备和管道设备的密闭性；积极开展废气的回收和综合利用。(3) 综合利用，回收有用产品，减少污染物a.增加和完善轻烃回收工艺，对处顶、常顶、减顶的不凝气进行回收，减少加工损失，降低污染物排放；第三章 工艺计算3、1 工艺参数计算表2-3大港原油常压分馏产品产率及其性质产 品沸点范围产 率相对密度恩 氏 蒸 馏 数 据, 名 称%(重)初10%30%50%70%90%终重整原料初1304.20.734258879399106118130航空煤油1302309.40.7909142162180192205228243轻 柴 油23032013.50.8406225238255262270288312重 柴 油3203505.70.8450307324329331342359385重 油35067.20.9200计算时，所用到的恩氏蒸馏数据未作裂化校正，工程上允许这样做。3.1.1 油品的性质参数（1）体积平均沸点，t(体)：重整原料：t(体)= 100.6航空煤油：t(体)= = 193.4轻 柴 油：t(体)= =262.6重 柴 油：t(体)= = 337.0（2）恩氏蒸馏9010斜率:重整原料：0.3875/%航空煤油：0.825/%轻 柴 油：0.625/%重 柴 油：0.4375/%（3）质量平均沸点，t(重)查石油化工工艺计算图表（简称图表集）图2-1，可得质量平均沸点校正值，故：重整原料： 校正值=0.8 航空煤油： 校正值=1.8 轻 柴 油： 校正值=1.0 重 柴 油： 校正值=0.3 （4）实分子平均沸点，t(实)由图表集图2-1-1可查得体积平均沸点校正值，故：重整原料： 校正值=-3.8 航空煤油： 校正值=-7.8 轻 柴 油： 校正值=-4.9 重 柴 油： 校正值=-3.0 （5）立方平均沸点,t(立)由图表集图2-1-1可查得体积平均沸点校正值，故：重整原料： 校正值=-0.9 航空煤油： 校正值=-1.8 轻 柴 油： 校正值=-1.1 重 柴 油： 校正值=-0.8 （6）中平均沸点, t(中):由图表集图2-1-1可查得中平均沸点校正值，故：重整原料： 校正值=-2.0 航空煤油： 校正值=-4.8 轻 柴 油： 校正值=-3.2 重 柴 油： 校正值=-1.2 （7）特性因数 K:查石油炼制工艺学表2-18，可得油品相对密度校正值，故：重整原料： 航空煤油： 轻 柴 油： 重 柴 油： 重 油： 将此结果列于表3-1：产 品沸点范围相对密度相对密度名 称重整原料初1300.73420.7391航空煤油1302300.79090.7955轻 柴 油2303200.84060.8449重 柴 油3203500.84500.8493重 油3500.92000.9239由图表集图2-1-2查得:重整原料：11.82 航空煤油：11.87 轻柴油：11.65 重柴油：12.15 重油：12.0（8）比重指数：由图表集图2-1-2查得：重整原料：60.2 航空煤油：46.1 轻柴油：36.1 重柴油：35.2 重油：21.5（9）相对分子质量 M:由图表集图2-1-2查得:重整原料：96 航空煤油：158 轻柴油：208 重柴油：294 重油：470（10）平衡蒸发温度：重整原料恩氏蒸馏7010%斜率=航空煤油恩氏蒸馏7010%斜率=轻柴油恩氏蒸馏7010%斜率=重柴油恩氏蒸馏7010%斜率=由图表集图2-2-4查得：重整原料： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=-4航空煤油： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=-3轻柴油： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=7重柴油： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=17由图表集图2-2-3可查得：重整原料：恩氏蒸馏/%（体） 50 70 90 100馏出温度/ 99 106 118 130恩氏蒸馏温差/ 7 12 12 平衡蒸发温差/ 3 5 3.2平衡蒸发50%温度/ 99-4=95平衡蒸发温度/ 95 98 103 106.2所以，重整原料平衡蒸发100%温度为106.2。航空煤油：恩氏蒸馏/%（体） 0 10 30 50馏出温度/ 142 162 180 192 恩氏蒸馏温差/ 20 18 12 平衡蒸发温差/ 8 10 6平衡蒸发50%温度/ 192-3=189平衡蒸发温度/ 165 173 183 189所以，航空煤油平衡蒸发0%温度为165。轻柴油：恩氏蒸馏/%（体） 0 10 30 50馏出温度/ 225 238 255 262 恩氏蒸馏温差/ 13 17 7 平衡蒸发温差/ 5.8 9.8 3.8平衡蒸发50%温度/ 262+7=269平衡蒸发温度/ 249.6 255.4 265.2 269所以，轻柴油平衡蒸发0%温度为249.6。重柴油：恩氏蒸馏/%（体） 0 10 30 50馏出温度/ 307 324 329 331 恩氏蒸馏温差/ 17 5 2 平衡蒸发温差/ 2.8 2.5 0.8平衡蒸发50%温度/ 331+17=348平衡蒸发温度/ 341.9 344.7 347.2 348所以，重柴油平衡蒸发0%温度为341.9。（11）临界温度：查石油炼制工艺学图2-25知：表3-2 产品的临界温度产品名称真临界温度假临界温度重整原料281278航空煤油385382轻 柴 油455442重 柴 油510502 （12）临界压力：由石油炼制工艺学图2-27和图2-28查得：表3-3 产品的临界压力产品名称真临界压力MPa假临界压力MPa重整原料3.1823.150 航空煤油2.2222.273轻 柴 油2.0711.868重 柴 油1.4341.363（13）焦点温度T： 由图表集图2-2-19查得：重整原料：312.0航空煤油：423.0轻 柴 油: 489.0重 柴 油: 520.5（14）焦点压力P：由图表集图2-2-18查得：重整原料：4.6869MPa航空煤油：3.2724MPa轻 柴 油：2.5659MPa重 柴 油：1.6764MPa表3-4 油品的有关性质参数计算汇总油品名称密度/比重指数oAPI特性因数K相对分子质量M平衡蒸发温度/临界参数焦点参数0%100%温度/压力/MPa温度/压力/MPa重整原料0.734260.211.8296106.2281.03.182312.04.6869航空煤油0.790946.111.87158165.0385.02.222423.03.2724轻 柴 油0.840636.111.65208249.6455.02.071489.02.5659重 柴 油0.845035.212.15294341.9510.01.434520.51.6764重 油0.920021.512.004703.1.2 产品收率及物料平衡处理量为250+39*10=640万吨/年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。重整原料（体积）：（4.2/0.7342）/（100/0.8717）*100%=4.99%航空煤油（体积）：（9.4/0.7342）/（100/0.8717）*100%=10.36%轻 柴 油（体积）：（13.5/0.7342）/（100/0.8717）*100%=14.00%重 柴 油（体积）：（5.7/0.7342）/（100/0.8717）*100%=5.88% 重油 （体积）：（67.2/0.7342）/（100/0.8717）*100%=63.72%油 品产 率，%处 理 量 或 产 量体积质量104t/Ykg/hkmol/h原 油100100640800000产品重整原料4.994.226.8833600350.0航空煤油10.369.460.1675200475.9轻 柴 油14.0013.586.40108000519.2重 柴 油5.885.736.4845600155.1重油63.7267.2430.085376001143.8表3-5物料平衡表(按每年开工8000小时计)3.1.3 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。在设计中可参考经验数据来选择汽提蒸汽用量。 表3-7 汽提水蒸汽用量 油品质量分数（对油）/%Kg/hKmol/h一线煤油32256.0125.33二线轻柴油22160.0120.00三线重柴油2.81276.870.93塔底重油210752597.33合计16444.89135.82表3-6 汽提蒸汽用量(经验值)塔名称产品蒸汽用量（质量分数）/,(对产品)常压塔溶剂油1.52.0煤油23轻柴油23重柴油24轻润滑油24塔底重油24初馏塔塔底油1.21.5减压塔中、重润滑油24残渣燃料油24残渣汽缸油25 参考表3-6得出的汽提水蒸汽用量。 3.1.4 塔板型式和塔板数石油分馏塔塔板数主要靠经验选用。目前国内炼厂常压塔的塔板数一般为4856块。其中：汽油煤油段 12-15层(其中顶循环回流3-4层)煤油轻柴油段 14-16层（其中第一中循环回流3-4层）轻柴油重柴油段 10-12层（其中第二中循环回流3-4层）重柴油汽化段 4-5层塔底汽提段 4层所以选定的塔板数如下:汽油煤油段 11层(考虑一线生产航煤)煤油轻柴油段 12层轻柴油重柴油段 10层重柴油汽化段 4层塔底汽提段 4层全塔采用两个中段回流和塔顶循环回流，每个回流用3层换热塔板，共9层，全塔塔板总数为50层。3.2 操作条件的确定3.2.1 操作压力取塔顶产品罐压力为: 0.136MPa。塔顶采用两级冷凝冷却流程图。取塔顶空冷器压力降为0.01MPa, 使用一个管壳式后冷器, 壳程压力降取0.018MPa, 故塔顶压力为：0.136+0.01+0.018=0.164MPa (绝)。取每层浮阀塔板压力降为0.00045MPa(3.5mmHg), 则推算常压塔各关键部位的压力如下: (单位为MPa)塔顶压力 0.1640一线抽出板(第14层)上压力 0.1703二线抽出板(第29层)上压力 0.1770三线抽出板(第42层)上压力 0.1829汽化段压力(第46层下) 0.1847取转油线压力降为0.035MPa,则加热炉出口压力=0.1847+0.035=0.2197MPa3.2.2 汽化段温度（1）汽化段中进料的汽化率与过汽化率(原油相对密度)取过汽化率为进料的2(质)(经验值为24)或2.05(体), 则过汽化油量为800000*2.0%=16000kg/h, 要求进料在汽化段的汽化率为:eF=(4.99+10.36+14.00+5.88+2.05)=37.28(体)（2）汽化段油气分压汽化段中各物料的流量如下：重整原料 350.0kmol/h航空煤油 475.9kmol/h轻 柴 油 519.2kmol/h重 柴 油 155.1kmol/h过汽化油 =53.33kmol/h(假定过汽化油分子量为300)油汽量合计 1500.2kmol/h水 蒸 汽 597.33kmol/h(塔底汽提)由此计算得汽化段的油气分压为：（3）汽化段温度的初步求定分别根据表2-1和表2-2的数据作出原油的实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线，如图3-2所示。 汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.1336MPa之下汽化37.28(体)的温度,为此需要作出在0.1336MPa下的原油平衡汽化曲线, 见上图中的曲线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: 由上图中曲线1与曲线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306。将此交点温度换算成在0.1336MPa压力下的温度为318。过该交点作垂直于横座标的直线A, 在A线上找到318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0.1336MPa下的平衡汽化曲线。由曲线4可查得当eF为37.67(体)时的温度为351, 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。（4）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=37.67(体), tF=353, 进料在汽化段中的焓hF计算如表3-8所示。 表 3-8进料带入汽化段的热量