原油常压设计化工毕业设计.doc

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1、摘 要石油是现代工业的血液，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。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。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：设计了一个

2、常压一段汽化蒸馏装置，此装置由一台管式加热炉、一个常压塔以及若干台换热器（完善的换热流程应达到要求：充分利用各种余热；换热器的换热强度较大；原油流动压力降较小。）、冷凝冷却器、机泵等组成，在常压塔外侧为侧线产品设汽提塔。流程简单，投资和操作费用较少。原油通过这样的常压蒸馏，一般可得到350370以前的几个馏分，可用作汽油、煤油（航空或灯用、）柴油等产品，也可分别作为重整化工（如轻油裂解）等装置的原料。蒸余的塔底重油可作钢铁或其它工业的燃料。在某些特定的情况下也可以作催化裂化或加氢裂化装置的原料。关键词： 原油； 常压设计； 换热； 常压塔目 录 前 言1一、物料衡算3 1.1 基准数据的处理3

3、 1.1.1 基准数据3 1.1.2 数据处理3 1.1.3 求平衡汽化曲线各点温度5 1.2 各种馏出产品的性质6 1.2.1 各种馏出产品的基础数据6 1.2.2 各馏出产品的性质8 1.3 物料衡算9 二、塔的工艺参数的选取10 2.1 原油精馏塔计算草图求取10 2.1.1 确定蒸汽用量10 2.1.2 塔板型适合塔板数10 2.1.3 精馏塔计算草图：10 2.1.4 操作压力的确定11 2.2 汽化段和塔底温度的确定11 2.2.1 汽化段温度11 2.2.2 进料在汽化段中的焓12 2.2.3.塔底温度13 三、塔顶及侧线温度的假设与回流热分配14 3.1 全塔回流热14 3.1

4、.1 假设塔顶及各侧线温度14 3.1.2 全塔回流热14 3.1.3 流热分配14 3.2 侧线及塔顶温度的校15 3.2.1 柴油抽出板（第22层）温度15 3.2.2 煤油抽出板（第10层）温度16 3.2.3 塔顶温度17 四、塔设备的设计计算20 4.1 全塔气液负荷的分布计算20 4.1.1 塔顶（第一块板上方）的气液负荷20 4.1.2 第一层板下方的气液负荷20 4.1.3 常一线抽出口下方（即第10层下方）的气液负荷21 4.1.4 中段循环回流入口板上方的气液相负荷22 4.1.5 中段循环回流抽出板下方的气液相负荷23 4.1.6 煤油抽出板上方的气液相负荷25 4.1.

5、7 柴油抽出板上方的气液相负荷26 4.1.8 汽化段气液相负荷27 4.2 各段气液相负荷列表28 五、常压塔和塔板主要工艺尺寸计算29 5.1 塔径的初算29 5.1.2 适宜的气体操作速度Wa30 5.1.3 气相空间截面积Fa30 5.1.4 计算降液管内液体流速Vd30 5.1.5 计算降液管面积Fd31 5.1.6 计算塔横截面和塔径31 5.1.7 采用塔径及相应的设计空塔气速31 5.1.8 液相的表面张力：(260.6时）32 5.2 浮阀数及开孔率的计算32 5.2.1 浮阀的选取32 5.2.2 浮阀数及开孔率的计算32 5.3 溢流堰及降液管的决定33 5.3.1 决定

6、液体在塔板上的流动型式33 5.3.2 决定溢流堰33 5.3.3 溢流堰高度及塔板上清夜层高度的决定33 5.3.4 液体在降液管的停留时间及流速34 5.3.5 降液管底缘距塔板高度34 5.4 水力学计算34 5.4.1 塔板压力降34 5.4.2 雾沫夹带34 5.4.3 泄漏35 5.4.4 淹塔情况35 5.4.5 降液管的负荷35 5.5 塔板的负荷性能图36 5.5.1 雾沫夹带线36 5.5.4 漏液线37 5.5.5 液相负荷下限线37 六、塔的内部工艺结构39 6.1 板式塔的部工艺结构39 6.1.1 塔顶39 6.1.2 进口39 6.1.3 抽出盘及出口40 6.1

7、.4 人孔40 6.1.5 塔底40 6.1.6 塔裙41 6.1.7 封头41 6.2 塔高H41 七、换热过程42 7.1 换热方案的确定42 7.1.1 换热的意义42 7.1.2 换热方案42 7.2 换热设备的选取和计算42 7.2.1 换热设备的计算42 7.2.2 中段回流作为热源44 7.2.3 重油作热源45 7.2.4 冷后重油作为作热源45 7.2.5 柴油作为热源46 7.2.6 塔顶冷凝器的计算46 7.2.7 中段回流冷却47 7.2.8各段换热所用的换热器型号列表如下48 7.3 热源利用率计算48 7.3.1 热源利用率计算：48 7.3.2 原油提供热量计算4

8、8 7.3.3 热量利用率计算48 八、讨 论49 致 谢51 附 录51 参考文献 原油常压设计前 言中国炼油工业迅速发展，据美国油气杂志世界炼油特别报告统计，2005年中国原油年加工能力达3.12亿吨，超过俄罗斯和日本，成为仅次于美国的世界炼油大国。根据统计，2005年中国共有51座炼厂，炼厂数和炼油能力均位居世界第二。但是，中国石油产品质量还相对较低，汽车排气污染控制愈显重要。中国融入世界清洁燃料进程，不断提高炼油技术水平，尽快与国际接轨，任务紧迫而重大。 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，炼制成多种在质量上符合

9、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。原油精

10、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1-3 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，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

11、的工艺4-5。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。原油常减压蒸馏作为最基本的一次加工工艺，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。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

12、重视。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）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（汽）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（汽）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

13、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。大庆原油是一种低硫、低胶、高含蜡、高凝点、的石蜡基石油。由于含烷烃多，所以，在其各个馏分中，烷烃的相对含量高，生产汽油抗爆性较差，小于180C馏分，马达法辛烷值仅40左右。喷气燃料的相对密度较小，结晶点较高，故只能符合2号喷气燃料规格。由于硫含量很低，轻质燃料油不需要精制。同时，在加工中，设备腐蚀问题不大。大庆原油的馏分组成较重，故须采取二次深度加工，以提高轻质燃料收率。润滑油馏分的黏温特性好，但凝点高，加工时需要脱蜡。胜利原油相对密度较大，含硫较多，胶质、沥青质含量较多，属于含硫中间基原油。孤岛混合原油是胜利油田中比较

14、特殊的石油，其特点是含硫、氮、胶质较高，酸值大，黏度大，凝点较低，属环烷-中间基原油。克拉玛依石油是低硫中间基原油，特点是含硫量很低约为0.04%到0.07%，含蜡少，凝点低，是生产喷气燃料和低凝点的轻柴油的良好原料，但直馏馏分的酸度较高，需碱洗。中原混合原油相对密度小，黏度、胶质和硫、氮含量均较低 属于低硫-石蜡基原油。辽河曙光首站原油密度大，黏度大，含蜡量低，属于硫环烷-中间基原油。 我国经济生产的特点是工业技术水品整体不高，工业生产的能源和资源消耗及污染排放量高，乡镇企业比重逐渐增大，但其三废基本没有经过任何处理而四处排放，污染十分严重。我国能源结构中煤炭仍占70%左右，煤烟对大气污染程

15、度不易减轻，环保治理技术水平落后，严重地制约环保工作的深入开展。人们认识到既不能走“先污染，后治理”的道路，也不能走“边污染，边治理”的道路，而应该是采取积极的态度。“全面规划，合理布局，综合利用，化害为利，依靠群众，大家动手，保护环境，造福人民”的中国环保方针，明确了环境保护的综合防止思想，是将环境作为一个有机整体，根据当地的自然条件，按污染物的产生、变迁和归宿的各个环节，采取法律、行政、经济和工程技术相结合的措施，以防为主，以最大限度地合理利用资源、减少污染物的产生和排放，用最经济的方法获取最佳的防止效果，以实现资源、环境与发展的良性循环。为了实现化学工业可持续发展的关键是搞好环境保护，需

16、要石油炼制过程中在几的不同层次上开展工作：第一层是对污染进行更有效的治理，实现达标排放。其目的是把生产的有害物质再近期危害限制在一定水平内。第二层是通过工艺改造，尽可能的在正常运行条件下把污染消化在企业内部。第三层是用洁净的绿色工艺代替有污染的工艺。即在产品的源头和生产过程中预防污染，而不是在污染产生后再去治理。第四层是建立“生态化工”的概念，即根据对产品和过程生命周期的分析，使用自然界代谢的全过程来规划生产。一、物料衡算1.1 基准数据的处理1.1.1 基准数据1.原油的种类、性质见表1-1和1-2。 表1-1 大庆原油性质大庆原油采样时间 年 月99.5馏程v密度（20）852.0初馏10

17、3比重指数34.61000粘度（50）mm2/s22.211203.0凝固点301405.6闪点（闭口）71608.5酸值,mgKoH/g0.1818011.0含蜡,(m/m)11.0720014.0盐含量,mgNacl/L22016.5沥青质,(m/m)0.3024019.8胶质,(m/m)7.0626023.2残炭,(m/m)2.97528026.6重金属,ug/g30031.6Fe3.33Ni9.36元素分析Cu0.50S0.36Pb0.49N0.26V0.41含水,(V/V)痕迹灰分,(m/m)0.008特性因数（k）12.5表12 大庆原油每10馏分蒸馏收率（m/m）01020304

18、050607080900246时对恩氏蒸馏数据进行校正lgD=0.00852t-1.691 式中：D温度校正值（加至t上）， ， t超过246的恩氏蒸馏温度， 。校正后的恩氏蒸馏数据见表1-10。表1-10 校正后的恩氏蒸馏数据馏出（体积分数）%01030507090100汽油6593114131150182194煤油204220224231244279.5290.5柴油217231260.2277.3296.0320.1330.82.计算各产品的实沸点蒸馏点温度a.查石油化工工艺计算图表76页确定实沸点蒸馏50点，由图表查得它与恩氏蒸馏50点之差分别为1.7，7.8，12。故实沸点蒸馏50点

19、分别为132.7，238.8，289.3。b.查石油化工工艺计算图表75页由恩氏蒸馏温差求实沸点蒸馏温差的数据见表1-11。表1-11 蒸馏温差曲线线段组分恩氏蒸馏温差实沸点蒸馏温差0%10%汽油2845煤油1629.5柴油1426.510%30%汽油2133煤油49.5柴油28.84430%50%汽油1726.5煤油711.7柴油17.126.650%70%汽油1926.5煤油1319.5柴油18.726.370%90%汽油3237.8煤油35.541柴油23.929.590%100%汽油1214煤油1113柴油10.712c. 由实沸点蒸馏50%点，推算得其实沸点温度见图1-12。表1-1

20、2 实沸点蒸馏点温度馏出，v%01030507090100汽油28.273.2106.2132.7159.2197211煤油188.1217.6227.1238.8258.3299.3312.3柴油192.2218.7262.7289.3315.6345.1357.13.计算产品收率直馏汽油的实沸点终馏点=211 煤油实沸点蒸初馏点=188.1实沸点切割点=199.5 查图11得体积收率为17%同理得煤油的实沸点切割点为252.25，体积收率为20%柴油的实沸点切割点为328.55，体积收率为35%分别化为质量收率：14.87%和18.90%、33.31%以上数据见表1-13。 表1-13 大

21、庆原油常压切割方案及产品性质产品切割点沸程收率，%密度g/cm3恩氏蒸馏温度体积分数质量分数0% 10% 30% 50% 70% 90%汽油199.62111714.870.743565 93 114 131 150 182 煤油252.3188.1312.3 2018.900.8033204 220 224 231 244 275柴油328.6192.2357.1 3533.310.8092217 231 257 273 290 3111.2.2 各馏出产品的性质1.求五个平均沸点体积平均沸点 tv=（93+114+131+150+182）/5=134（）tv=（220+224+231+24

22、4+275）/5=238.8（）tv=（231+257+273+290+311）/5=272.4（）斜率s=（90%馏出温度-10%馏出温度）/（90-10） 得 汽油：1.1125 煤油：0.6875 柴油：1查石油炼制工程69页表3-4得质量平均沸点分别为：136.2，239.8，274.2 立方平均沸点分别为 131.7 ，237.8 ，270.4 中平均沸点分别为 127.5 ，235.8 ，267.8 实分子平均沸点分别为136.3 ， 239.8， 274.2 2.求产品的基础数据查石油化工工艺计算图表128页得k1=12.0,k2=11.6,k3=11.5查石油化工工艺计算图表5

23、9页得M1=127,M2=193,M3=210 =51.2, =43.5, =33.5查石油化工工艺计算图表89页焦点温度-临界温度分别为：60，22，27.6 查石油化工工艺计算图表88页焦点压力-临界压力分别为：1.93MPa,0.5MPa,0.6MPa查石油化工工艺计算图表102页临界温度分别为：321，425.8，469.4查石油化工工艺计算图表106页假临界压力分别为：3.05MPa，2.00MPa，1.97MPa查石油化工工艺计算图表105页假临界温度分别为：580K，687K，724K真临界温度分别为：595k，693k，730k。真临界温度与假临界温度之比为：1.026,1.0

24、09,1.008查石油化工工艺计算图表107页临界压力分别为：4.2MPa，4.21MPa，4.3MPa 焦点温度分别为:381，447.8，496.4.焦点压力分别为:6.1MPa，4.71MPa，4.9MPa。以上数据见下表1-14。表1-14 油品的性质 油品汽 油 煤 油 柴 油密度d420，g/cm30.74350.80330.8092比重指数，API051.2 43.5 33.5特性因数，K12.0 11.611.5相对分子量，M127193210临界参数温度，压力，Mpa3214.2425.84.21469.44.3焦点参数温度，压力，MPa 3816.1447.84.71496

25、.44.91.3 物料衡算 根据物料衡算要求，进入蒸馏塔的进料的质量应等于各出料的质量之和。根据已知数据和进料质量可以求出个产品质量，具体数见表1-15。表1-15 物料平衡（按每年开工8000小时计）油 品产 率,%处理量或产量体积分数质量分数104t/yt/dKg/hKmol/h原 油1001002006250260416.70汽 油17 14.87 29.74 929.38 38723.96304.91煤 油20 18.9037.80 1181.25 49218.76255.02柴 油35 33.31 66.60 2081.88 86744.80413.07二、塔的工艺参数的选取2.1

26、原油精馏塔计算草图求取2.1.1 确定蒸汽用量侧线产品及塔底重油都用过热蒸汽汽提。使用的是420，0.301Mpa的过热蒸汽汽提水蒸气用量见表2-1。表2-1 汽提水蒸气用量油品 质量分数（对油）% Kg/h kmol/h一线煤油 3 1476.56 82.03二线柴油 3 2603.34 144.57塔底重油 2 1714.58 95.25合计 5793.48 321.862.1.2 塔板型适合塔板数各段的层数见图2-2。表2-2 各段的层数各段名称 塔板数（层）汽油煤油段 10煤油柴油段 10柴油汽化段 3塔底气提段 4考虑采用一个中段回流，用3层换热塔板。闪蒸塔用3层塔板，全塔塔板数总计

27、为33层。2.1.3 精馏塔计算草图：将塔体、塔板、进料及产品进出口、汽体返塔位置、塔底汽提点等汇成草图，见图2-1。 32 29 25 14 10 12塔底重油85729.18KG/H塔底气提1714.58KG/H柴油86744.80KG/H柴油气提蒸汽2603.34KG/H煤油49218.76KG/H煤油气提1476.56KG/H塔顶冷回流98851.24KG/H汽油38723.96KG/H蒸汽5793.48KG/H进料260416.7KG/H过汽化油6750KG/H 图2-1 精馏塔计算草图2.1.4 操作压力的确定压力为0.13MPa。塔顶采用两级冷却流程。取塔顶空冷器压力为0.01M

28、Pa，使用一个管壳式后冷器，壳程压力降取0.017MPa。故塔顶压力=0.13+0.01+0.017=0.157MPa（绝对压力）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）塔顶压力为0.157MPa一线抽出板（第10层）上压力为0.162MPa二线抽出板（第22层）上压力为0.169MPa汽化段压力（第25层）下压力为0.170MPa取转油线压力降为0.035MPa，则加热炉出口压力=0.170+0.035=0.205MPa 2.2 汽化段和塔底温度的确定2.2.1 汽化段温度1.汽化段中进料的汽化率与汽化度取过汽化度为进料的2%（质量

29、分数）或2.03%（体积分数），即过汽化量为5208.33kg/h 要求进料在汽化段中的汽化率ef=（17%+20%+35%+2.03%）=74.03%2.汽化段油气分压 汽化段中物料的流量见表2-3。表2-3 汽化段中各物料的流量 油品名称物料的流量（kg/h）汽油304.91煤油255.02柴油413.07过汽化油17.36油汽量合计990.36其中过汽化油的相对分子量取300，则过汽化油流量为6750/300=22.5 kmol/h塔底气提还有水蒸气95.25kmol/h由此计算的汽化段的油气分压为0.170990.36/（990.36+95.25）=0.155（Mpa）3.汽化段温度的

30、求定汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.155Mpa之下汽化74.03%（体积分数）的温度，作出在0.155Mpa下原油平衡汽化曲线；原油在常压下的实沸点曲线与平衡汽化曲线的交点为280，将此交点温度280换算为0.155 Mpa下的温度，查石油炼工程66页得298.9从该点作垂直于横坐标的直线A，在A线上找的298.9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0.155 Mpa下的平衡汽化曲线。由曲线4可查ef为74.03%的温度为3652.2.2 进料在汽化段中的焓查图317【石油炼制】，进料在汽化段中的焓计算见表2-4（p=0.170Mpa,t=365）。其中：过汽化油

31、和重油的密度分别为：0.8513 g/cm3，0.8615 g/cm3.表2-4 进料在汽化段中的焓油 料 焓，kJ/kg 热 量，kJ/h 107气 相液 相汽 油煤 油柴 油过汽化油重 油合 计1150.791122.121113.741109.56 921.14 5.78 7.1612.520.7510.2336.442.2.3.塔底温度根据经验数据，原油蒸馏装置的常压塔的塔底温度一般比汽化段温度低510，取塔底温度比汽化段温度低7，则塔底温度=356-7=349三、塔顶及侧线温度的假设与回流热分配 3.1 全塔回流热3.1.1 假设塔顶及各侧线温度 1.在塔内有水蒸气存在的情况下，常压

32、塔顶汽油蒸汽可以大致定为该油品恩氏蒸馏60%点的温度。 2.当全塔汽提水蒸气用量不超过进料量的12%时，侧线抽出板温度大致相当于与该油品恩氏蒸馏50%点的温度。 417.13188000/(107200)100%=2.22%12%所以假设的塔顶及各侧线温度见表3-1。表3-1 假设的塔顶及各侧线温度 塔顶温度 140.5 煤油抽出板（第10层）温度 227.5 柴油抽出板（第22层）温度 260.63.1.2 全塔回流热按上述假设条件作全塔热平衡，由此求出全塔回流热见图3-2。表3-2 全塔回流热物 料流率kg/h密度g/cm3 操作条件 焓，kJ/kg热 量107kJ/kg压力，Mpa温度，气 相液 相入方进 料260416.70.8520.17035628.06汽提蒸气5793.480.30142033161.92合 计266210.1829.98出方汽 油38723.960.74350.157140.5643.722.49煤 油4921