毕业设计（论文）产200万吨陕西原油常压蒸馏塔设计.doc

中国矿业大学银川学院本 科 毕 业 设 计（ 2010 届）题 目 年产200万吨陕西原油常压蒸馏塔工艺设计 系 别 化 学 工 程 专 业 化学工程与工艺（煤化工） 年 级 2010 级 学生姓名 指导教师 年 月 日 摘要 本次设计主要是针对年加工200万吨原油的常压设计。原油常压蒸馏为原油的一次加工工艺，在原油加工流程中占有相当大的作用，其加工的好坏直接影响到后续的加工过程。为了更好地提高原油的生产能力，本着降低投资成本、能耗，提高效益的宗旨对原油进行常压蒸馏设计。设计的基本方案是：初馏塔蒸出拔顶油，常压蒸馏塔采用三个侧线采出，常压塔塔顶为汽油，三侧线分别是煤油、轻柴油和重柴油。本设计为常压蒸馏部分。关键词：原油，常压蒸馏，热量衡算，物料衡算 ABSTRACT The design is mainly directed against the annual handing capacity of 2000000 tons crude oil atmospheric design. Crude oil atmospheric distillation as a crude oil processing technology,in the crude oil processing process play an important role in refinery ,its operation has a direct influence on the subsequent processing process.In order to better improve crude oil production capacity, in line with lower investment costs, energy consumption, improve business efficiency for crude oil atmospheric distillation design.The basic scheme of the design is:The prefractionator tower out of naphtha,take three sidings,atmospheric pressure tower to produce gasoline,three lateral line were producing kerosene,light diesel oil,heavy diesel oil.This design for atmospheric distillation section.Keywords:Crude oil,Atmospheric distillation,Material balance,Heat balance 前 言原油是极其复杂的混合物，原油的蒸馏是石油加工第一道不可缺少的工序，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。原油的一次加工能力即原油蒸馏装置的处理能力，常常被视为一个国家炼油工业发展水平的标志。 原油常压蒸馏在炼化企业加工过程中占有很重要的地位，其加工的好坏直接关系到后续产品质量和经济效益。因此，原油常压蒸馏被称为石油加工的“龙头”。基于以上原因，几乎在所有的炼油厂中，原油的第一个加工装置就是常压蒸馏装置。尽管近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能降耗和产品质量得到了显著的提高，但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距，如装置耗能较大，分馏和减压拔出深度偏低，对含硫原油的适应性较差等。进一步的提高常减压装置的操作水平和运行水平显得日益重要，对提高炼油企业的经济效益也具有非常重要的意义。1 设计概述1.1概述石油是生活中一种重要的能源，它不管是作为燃料或者是化工原料都是不可缺少的。在世界政治经济中起着举足轻重的作用。截至2011年底，我国的炼油总能为5.9亿吨，成为仅次于美国的全球第二大炼油国。如果在2012年炼厂满负荷运行的话，汽柴油理论产量在2.29亿吨2012年我国将新增及投产4500万吨的原油加工能力，截至2012年底，我国的原油加工能力将达6.4亿吨，如果这些产能在2013年得以全部释放的话，汽柴油的理论产量将达2.46亿吨。原油常压蒸馏在炼化企业加工过程中占有很重要的地位，其加工的好坏直接关系到后续产品质量和经济效益。因此，原油常压蒸馏被称为石油加工的“龙头”。1.2石油炼化技术国内外现状1.2.1国内现状我国的炼油化工技术在建国后的前十年里，在加工工艺、油品添加剂等方面都有了初步的发展。之后随着大庆油田的开发，炼化工艺等技术也相应迅速发展了起来。在流化催化裂化工艺、催化重整工艺、延迟焦化工艺、尿素脱蜡工艺以及炼油催化剂新产品的开发等方面都取得了突破性进展2。改革开放以后，炼油技术的发展主要以技术改造为主，围绕产品质量的提高、能源消耗的降低、环保、合理利用资源等发展综合配套技术，在催化重整、加氢裂化、加氢精制等方面形成了自己的特色和优势。八十年代后，通过自主开发、完善和改进现有技术，石油添加剂的品种、产量逐步提高，使我国成为仅次于美国的世界石油化工大国。 由于原油中烃类和非烃类物质的组成根据产地不同而不同，因此不同产地的原油无论是外观和内在组成都会存在一定差别，因为原油组成是决定其馏分性质的最根本因素。我国原油的特点： （1） 汽油的组成：正构烷烃含量高，且环烷烃含量也在40%左右。 （2）煤柴油馏分的组成：柴油馏分（除大港柴油外）含烷烃很高，其中正构烷烃的含量占23%41%，但芳烃及环烷烃含量较少。 （3）减压馏出油组成：我国原油（除孤岛原油）350500馏分具有含蜡多、含硫低、芳烃少、比重小、饱和烃多等特点。（4）渣油的组成：其组成的含量与蒸馏深度有关。蒸馏深度越深，其渣油中饱和烃越少，胶质和沥青质相对增加。但是我国的渣油（除孤岛油）的沥青质都极少，沥青质与胶质之比几乎为零。从碳、氢含量即C/H比看，主要渣油的含氢量比国外一般重质渣油高，C/H即沥青质低，有利于原油的深度加工。 （5）非碳氢元素的含量：我国大部分原油的硫含量较低，但氮含量偏高，大部分在0.2%以上。我国原油中钒含量较低，但镍含量较高，镍/钒比值较国外原油高很多，因此，镍的影响比钒大。此外，大庆原油中砷含量较高。国内常压蒸馏技术近年来在改进加工流程，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气提技术。强化常压塔底气提主要包括合理确定气提塔段的塔板数、气提蒸汽量、气提段结构等参数，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。我国已经掌握并通过吸收引进的国外低速电脱盐技术，开发出了高效率直流电脱盐成套技术并普遍应用于国内。到目前为止，国内的电脱盐技术应用比较多的是交直流低速电脱盐，电脱盐罐结构大，占地面积也大。对于大处理量的常压装置来说，交、直流低速电脱盐是不适合的。（3）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。1.2.2国外现状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，主要采用的是低速脱盐技术。在九十年代，Petrolite公司在低速脱盐基础上开发的高速电脱盐，主要特点是： 1、进料位置与低速电脱盐不同； 2、进料管采用的是特殊喷头型式的进料管； 3、进料管特殊喷头的处理能力是决定脱盐罐的处理能力的关键； 4、采用交流电，水平电极板。目前世界上已有100多套电脱盐装置采用了该技术，近年来，国内上海石化、镇海炼化、大连西太平洋和齐鲁石化等常减压装置的电脱盐都采用了该高速电脱盐技术。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。1.3原油常压蒸馏1.3.1原油蒸馏的特点 原油是复杂的混合物，跟分离纯化合物的简单蒸馏相同，原油蒸馏原理也是根据原油中各组分的相对挥发度的不同从而实现各馏分之间的分离。各种烃（以及烃与烃形成的共沸物）的沸点由低到高几乎是连续分布的，用简单蒸馏方法极难分离出纯化合物，一般是根据产品要求按沸点范围分割成轻重不同的馏分，因此，原油蒸馏塔与分离纯化合物的精馏塔不同，其特点为：1、采用多个侧线。原油蒸馏中各馏分的分离精确度不要求像纯化合物蒸馏那么高，所以多个侧口(一般有34个)可以同时引出轻重不同的馏分。 2、提浓段短。原油蒸馏塔底物料相对很重，所以不宜在塔底对进行原油供热。但通常会在塔底通入一定量的过热水蒸气，使较轻馏分蒸发。3、采用中段回流。原油蒸馏塔内各馏分的平均沸点相差很大，这就造成了原油蒸馏塔内的气相负荷和液相负荷由下往上逐渐递增。为了平衡塔内汽液相负荷增加传质并回收高温下的热量，采用中段回流（即在塔中部抽出液体，经换热冷却回收热量后再送回塔内）。通常采用23个中段回流。1.3.2常压塔的工艺特点 初底油用泵加压后与高温位的中段回流、产品、减渣进行换热，一般换后温度能达到260以上，如果换热流程优化的好，换后温度可达到310左右。初底油再进入常压炉进一步加热至365（各装置设定的炉出口温度随所炼不同原油的组成性质而差异，一般都在360至370之间）。最后初底油进入常压塔进行分离。 常压塔是常减压装置中的核心设备，蒸馏产品主要是来自常压塔。常压塔塔顶可分离出较轻的石脑油或者汽油，塔底生产重质油，侧线则生产介于这两者之间的煤油、柴油或蜡油组分。常压塔一般设35个侧线，侧线多少主要是根据产品的种类多少或分离要求来确定的，其值等于常压塔的产品种类N减去塔顶和塔底两种产品（即N-2）。不管是常压塔还是一般减压塔都遵循这种规律。事实上，为尽可能均匀分布全塔气液相负荷，减小塔径，需要将一种产品分23个侧线抽出。为有利于优化整个装置的换热网络，燃料形的减压塔的产品虽只有一种，即为催化裂化装置和加氢裂化装置提供的原料蜡油。 初馏塔、常压塔一般都采用板式塔。这是因为压力变化对常压蒸馏的分离效果影响不大，而常压蒸馏追求的是较大的分离效率、较高的处理能力。这些都是板式塔所擅长的。 1.4 产品方案及工艺流程1.4.1产品方案 确定原油加工方案是所有炼厂设计和生产的首要任务。炼油厂需要根据其所要加工原油的性质，市场需求，加工技术的先进性、可靠性以及经济效益等各个方面的综合考虑进行全面的分析、研究和对比，才能制定出更为合理的加工方案。 根据原油本身的特性2，本次设计产品为燃料型方案。由于原油轻组分含量较高，所以设计初馏塔拔出部分轻组分，再和常压塔的塔顶产品调和为燃料汽油。 初馏塔：石脑油 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1.4.2 常压塔的工作原理及工艺路线从原油的处理过程来看，上述常减压蒸馏装置分为原油初馏（预汽化）、常压蒸馏和减压蒸馏三部分，油料在每一部分都经历一次加热汽化冷凝过程，故称之为“三段汽化”。如从过程的原理来看，实际上只是常压蒸馏与减压蒸馏两部分，而常压蒸馏部分可采用单塔（仅用一个常压塔，不用初馏塔）流程或者用双塔（用初馏塔和常压塔）流程。国内大型炼油厂的原油蒸馏装置多采用的典型三段汽化常减压蒸馏流程： 图1-1常压塔的工艺流程图在原油加工工艺中，原油在蒸馏前必须严格进行脱盐、脱水。经预处理后预热到230240进入常压装置中的初馏塔，塔顶蒸出轻汽油馏分或重整原料，塔底油称为拔头原油。初馏塔底油经常压加热炉加热到360370送入常压蒸馏塔，塔顶蒸出汽油，各侧线分别为煤油，轻柴油，重柴油等不同的馏分。 图1-2常压塔的基本结构和工作原理图由图可知，在图1-2中常压塔精馏段最下一板的液体全部流入提留段中（此部分液体量由于受进料气化率的限制，流率不大甚至接近于零）。而其余各塔，则只有部分液相从精馏段流入自己的汽提塔中，剩余部分则作为下一塔的回流；另外，原料进入常压塔时，是气，液两相的，而其余各塔的进料都是气相进料。常压塔的进料组成一般不变，而其余各塔的进料组成则与其下而塔的操作情况有关。2 工艺计算及说明2.1设计数据 2.1.1 技术参数或指标 1、原油类型：陕西混合原油 2、处理能力：200 万吨原油/年 3、运行时间：330 天/年 2.1.2 加工方案（常压系统）