120万ta加氢裂化分馏塔的设计解析Word文档格式.docx
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分馏塔；
浮阀板
TheDesignofFractionatingtowerin1.2MillionTons/AnnualofHydrocrackingunit
ABSTRACT
Lightoilasanimportantsourceoffurnace,high-qualityorganicchemicalrawmaterials,itisnotonlybecomemoreimportantintheworldpoliticalandeconomic,butalsousedasanimportantroleinthenationaleconomyandnationaldefenseconstruction.
Inthedesign,normalpressuredistillationtowerwasselectedin1.2milliont/ahydrocrackerfractiontorunits.EnglerdistillationdataoffractionatingtowerismainlydesignedforthedistillationdataofhydrocrackingunitproductoilTBPandproducts,calculationofmaterialpropertiesoftheproduct,determinethecuttingscheme,calculationoftheyieldoftheproduct.Themaincontentsare:
thedesignoftowerplateform,thediameterofthecolum,trayspacing,heightdetermination.Thetowerplatetypefloatvalvetowerwasdeterminedultimately,thetowerdiameris3.2m,platespacing0.8m,tower34.63m.Thebasicschemeofthedesignis:
thetwosideoffractionatingtower,thefractionatortopproducingnaphtha,twosidesareproducingheavynaphtha,kerosene,thebottomofthetoweroftailoil（ethylenerawmaterial）.Thedesignparametersoftheselectedtomeettherelevantprovisionof,cansatisfytheoperatingflexibilityincertainproductinrange.
Keywords:
lightoil;
hydrocracking;
fractionator;
valvetray
1.绪论
1.1轻油的概述
轻油一般泛指沸点范围约50～350℃的烃类混合物。
在石油炼制工业中，它可以指轻质馏分油，也可以指轻质油产品。
前者包括轻石脑油，重石脑油，航煤以及柴油。
它们主要来自原油蒸馏、催化裂化、热裂化、石油焦化、加氢裂化以及催化重整等装置；
后部分是轻质馏分油是经过精制过程后（有时还需加入添加剂）得到的油品。
因为是在高温、高压、富氢条件下进行精制、裂化所得产物，所以它具有低硫，低烯烃，高烷烃的特点，也是理想的燃料油。
在煤化工行业，常把煤焦油和煤直接液化，产物中的沸点低于210℃的轻馏分也称为轻油或轻质油。
它是碳氢比比较高的烃类。
在国民经济以及国防事业中占有及其重要的地位，并且它也是下游化工产品中的重要化工原料。
在石油炼制方面是制造清洁燃料油的主要原料，在石油化工方面是制造乙烯、芳烃、聚酯、合成氨、化肥和制氢的重要原料。
1.1.1轻油的用途
轻油作为一种便于存储、运输的清洁能源，已经广泛运用于国民经济的各个领域。
轻油是以VGO（减压蜡油）为原料在高温、高压、富氢的条件下进行裂化、精制的产物。
轻油在各个领域内有着广泛的用途。
主要有以下俩种产品：
（1）直接产品
直接产品主要包括轻石脑油、重石脑油、航煤、柴油，它们已不可替代地成为如今交通运输、工业、农业以及国防事业上各种机械的动力源泉。
（2）深加工产品
是合成纤维（锦纶、涤纶、维尼纶和丙纶等）的原料。
锦纶（聚酰胺纤维）也称尼龙，由于尼龙具有很多特性，因此，在汽车材料、电器设备、机械部件、交通器材等方面得到广泛应用。
涤纶（聚脂纤维）也叫的确良，具有强度高、耐腐蚀、耐热性好等特点，既是良好的制衣材料，又可做为人造血管和电的绝缘材料。
腈纶，成线强度高，可编织各种毛衣等纺织品，其特点松软且具有弹性。
丙纶（聚丙稀纤维）、维尼纶（聚乙稀醇纤维）在许多领域也均有广泛用途。
主要以轻油为原料制造的合成橡胶，既可以制造汽车、飞机、拖拉机轮胎及一般橡胶产品,也可以制造一些适应特殊需要的橡胶，如耐酸碱腐蚀，耐油性能强的特种橡胶，如氯丁橡胶等。
以轻油为原料制造的塑料制品，是市场上最为普遍的商品之一。
塑料具有重量轻，强度高，耐磨并具良好的电绝缘性，越来越多的代替金属制品和陶瓷制品。
1.1.2轻油产品发展现状
如今轻油产品在国内外是及其短缺的石油产品，因为在原油组分中轻油所占比例是非常小的，虽然在20世纪70年代国内引进扬子、金山、南京茂名四套加氢裂化装置以来陆续新建了多套加氢裂化装置，但是国内当前进行重油裂化的装置还是比较少。
经过抚顺石油化工研究院、石油化工科学研究院和其他大专院校的多年研究，在基础理论、催化剂制造和工艺开发等方面取得了非常大的成果。
比如加氢裂化，延迟焦化装置，煤焦油加氢裂化等深加工炼油装置在国内数量是屈指可数的！
因此轻油产品及其短缺。
1.2分馏塔的概述
塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。
根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。
板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程[1]。
目前石油炼厂中应用最多的塔设备是各种分馏塔，也叫精馏塔。
精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。
即利用在相同温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。
因此精馏塔操作的好坏直接关系到石油化工企业的经济效[1]。
分馏塔是必不可少的设备，它的作用是把含有多种沸点不同的烃类按沸点的高低进行分段或分离。
这种分离效率的高低主要由塔身的层数和塔板的结构来决定。
1.3产品方案及工艺流程
1.3.1产品方案
确定轻油加工方案是炼油厂设计和生产的首要任务。
炼油厂根据加氢裂化装置反应产物油的性质、市场需求、加工技术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。
根据加氢裂化装置反应产物油的特性，本设计产品为化工原料型方案。
由于加氢裂化装置反应产物油轻组分含量较高，所以用脱丁烷塔脱除C4以上组分，利用常压分馏塔获得轻石脑油、重石脑油、航煤、柴油以及尾油（乙烯原料）。
脱丁烷塔：
液化气；
加氢裂化分馏塔塔顶：
轻石脑油；
加氢裂化分馏塔一线：
重石脑油油；
加氢裂化分馏塔二线：
航空煤油；
加氢裂化减压塔塔顶：
柴油；
加氢裂化减压塔塔底：
尾油（乙烯原料）。
1.3.2工艺流程
根据加氢裂化装置反应产物油经脱丁烷塔脱除C4以上组分以后由塔底进入加氢裂化分馏塔（或称常压塔，下同）第8层塔板，加氢裂化分馏塔设置42层浮阀塔板。
塔顶气相经塔顶空冷与水冷器（从65℃换热到25℃）冷凝冷却后进入塔顶回流罐。
回流罐的压力通过调节燃料气的进入量或排出量来控制，加氢裂化分馏塔塔顶的操作压力控制在0.06～0.17MPa（G），回流罐顶压控制排出的燃料气引至塔底加热炉火嘴作燃料。
回流罐的液相一部分经塔顶回流泵后，去做加氢裂化分馏塔的顶回流，另一部分液相则经轻石脑油泵升压后，经轻石脑油冷却器冷却送出装置作为轻石脑油产品。
重石脑油馏分自加氢裂化分馏塔侧线第31层塔板抽出（130℃左右），自流入重石脑油汽提塔的第10层塔盘（顶层），重石脑油汽提塔设有10层浮阀塔板，进料流率由重石脑油汽提塔液面来控制。
重石脑油汽提塔塔顶油气返回到加氢裂化分馏塔第32层塔板，重石脑油汽提塔的热量由塔底重沸器（从135℃左右换热到145℃左右）提供，其热源为来自加氢裂化分馏塔的塔底油。
重沸器的供热量由热源的流量来调节，汽提后的重石脑油从重石脑油汽提塔底抽出，由重石脑油泵升压至后，经重石脑油空冷器、重石脑油冷却器冷却后，在流量控制下，送出装置作为重石脑油产品。
航煤馏分自加氢裂化分馏塔的第19层抽出（190℃左右），自流入航煤汽提塔的第10层塔盘（顶层），航煤汽提塔设有10层浮阀塔板，进料流率由加氢裂化分馏塔液面来控制。
航煤汽提塔塔顶油气返回到加氢裂化分馏塔第20层塔板，航煤汽提塔的热量由塔底重沸器（从210℃左右换热到215℃左右）提供，其热源为来自加氢裂化分馏塔的塔底油。
重沸器的供热量由热源的流量来调节。
航煤汽提塔航煤汽提塔的塔底油从航煤汽提塔底抽出（215℃左右），经泵升压后，经空冷、水冷器冷却后送出装置，作为航煤产品。
加氢裂化分馏塔的塔底油（308℃左右），经泵升压后可以作为减压塔的进料或者经冷却之后直接作为乙烯原料。
图1-1加氢裂化分馏塔工艺流程简图
1.4操作条件的确定
加氢裂化分馏塔操作条件参数的确定主要有以下三个方面：
即操作压力、操作温度和塔顶回流量。
本节主要确定前两个操作条件。
确定操作温度和压力条件的主要手段是热量平衡和气液相平衡计算。
1.4.1操作压力的确定
加氢裂化分馏塔的操作压力主要是受制约于塔顶产品在回流罐的温度下塔顶产品的泡点压力。
加氢裂化分馏塔顶产品回流罐在0.06～0.17MPa的压力操作时，加氢裂化分馏塔顶的压力应稍高于产品回流罐的压力[2]。
在确定塔顶产品回流罐的操作压力后，加上塔顶馏出物流经空冷器、水冷器以及管道阀门的压降即可以确定塔顶的操作压力。
根据经验，通过换热器壳程的压力降一般约为0.2MPa，使用空冷器时的压降可以稍低些。
塔顶操作压力确定之后，塔各部位的操作压力也随之可以确定，因为塔的各部位的操作压力与油气流经塔盘时所造成的压力降有关。
本次设计选用浮阀塔板，其压力降在0.4~0.65kPa[2]。
1.4.2操作温度的确定
确定加氢裂化分馏塔各部位的操作压力后，即可以确定各点的操作温度。
因为气相温度是该处的油气分压下的露点温度，而液相温度则是在油气分压下的泡点温度。
设计中按塔板上的气、液两相处于相平衡状态计算。
（1）汽化段温度
汽化段温度就是进料的绝热闪蒸温度。
在确定汽化段和加热炉出口的操作压力后，而且产品的总收率或加氢裂化分馏塔拔出率，产品的纯度等也已确定，就可以算出汽化段油气分压，于是可以作出进料在常压、在汽化段油气分压下以及加热炉出口压力下的三条平衡汽化曲线，根据预定的汽化段中总气化率eF，查得汽化段温度tF。
（2）塔底温度
根据经验加氢裂化分馏塔的塔底温度一般比汽化段温度低10~15℃。
（3）侧线温度
严格地说，侧线抽出温度应该是未经汽提的侧线产品在该处的油气分压下的泡点温度。
然而实际所拥有的数据是经汽提后的侧线产品的平衡汽化数据，为简化起见，通常都是依据经汽提后的侧线产品在该油气分压下的泡点温度来确定。
侧线温度的计算运用假设法。
先假设侧线温度tm，作适当的热平衡，求出回流量，验证假设正确。
否则，应重新假设，直至达到分离要求精度为止。
（4）塔顶温度
塔顶温度是塔顶产品在其油气分压下的露点温度。
加氢裂化分馏塔塔顶不凝气量非常少，可以忽略不计，忽略不凝气量以后求得的塔顶温度较实际塔顶温度约高出2%，可将计算结果乘以0.98作为采用的塔顶温度。
（5）侧线汽提塔塔底温度
当用塔底重沸器汽提时，汽提塔塔底温度比侧线抽出温度约低10~15℃，有些也可会更多一些[6]。
1.5本课题国内发展现状
加氢裂化是将劣质馏分油轻质化以生产清洁燃料油品的主要技术。
随着有关于运输燃料油环境法规的日益严格,加氢裂化技术将成为炼厂满足新产品法规的重要手段之一[1]。
然而我国加氢裂化分馏装置规模较小，大部分装置处理能力为120万t/a，仅有几套装置的加工能力为180万t/a。
近年来，我国加氢裂化分馏装置，呈现了规模大型化，原料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。
作为炼油企业深加工中枢，加氢裂化分馏装置技术水平高低，对全厂产品的质量，产品收率以及经济效益都将有很大影响，这就要求我们积极应用先进技术，继续推动加氢裂化分馏装置技术的进步，促进整体石油深加工水平的不断提高。
与国际先进水平相比，我国加氢裂化分馏装置仍然存在较大的差距，主要是装置处理量小，运行负荷低，运行周期较短，关键工艺技术落后，能耗偏高等。
1.6课题研究的内容及目的、意义
在石油化工、炼油厂以及各类化工厂中，塔设备的性能对于整个装置的产量、质量、单位能耗以及三废处理和环境保护等各方面都有着重大影响，随着石油化工的迅速发展，塔设备的合理选型及设计将越来越受到关注和重视！
本设计主要依据天津石化1#加氢裂化装置的生产方案进行操作弹性计算，依据《石油炼制工程》了解、掌握塔的物料平衡的计算方法，参考《塔的工艺计算》中塔的物料平衡计算例题，应用《石油化工工艺计算图表》等工具书进行塔的物料衡算与热量衡算，依据参考文献确定塔径、塔间距及塔的适宜空塔气速、浮阀开空率等。
过该设计，能够将大学所学的知识，在设计中综合的加以运用，使学到的知识得到巩固、加深和提高，并且可以使理论知识与实践生产相结合。
做到理论指导实践，实践体现理论。
2工艺计算及说明
2.1设计数据
2.1.1已知数据
（1）处理量：
120万吨/年
（2）操作时间：
8400小时/年
2.1.2已知油品性质及实沸点数据
（1）加氢裂化装置反应产物油实沸点蒸馏数据如表2-1
表2-1加氢裂化装置反应产物油实沸点蒸馏数据
馏分号
产品
沸点范围/℃
相对密度/（d420）
占加氢裂化装置反应产物油重量/%
每馏分
总收率
脱丁烷塔塔顶
液化气
<
30
3.4%
加氢裂化分馏塔塔顶
轻石脑油
30—90
631.0kg/m3
5.4%
8.8%
加氢裂化分馏塔侧一
重石脑油
86—170
750.5kg/m3
20.9%
29.7%
加氢裂化分馏塔侧二
航煤
154—246
804.3kg/m3
21.3%
51.0%
加氢裂化减压塔塔顶
柴油
180—311
822.0kg/m3
25.2%
76.2%
加氢裂化减压塔塔底
尾油
226—490
830.9kg/m3
23.8%
100%
由公式：
馏分体积%=馏分的重量%×
加氢裂化装置反应产物油相对密度d420/馏分油相对密度d420
可计算每馏分占加氢裂化装置反应产物油体积%。
（2）油品性质数据如表2-2：
表2-2油品性质数据表
项目
相对密度（d420）
IBP
恩氏蒸馏/℃
/℃
10%
30%
50%
70%
90%
631.0kg/m3
750.5kg/m3
86
100
112
117
128
145
170
804.3kg/m3
154
169
177
191
204
218
246
822.0kg/m3
180
226
247
276
285
297
311
830.9kg/m3
330
356
404
445
460
490
2.2加氢裂化装置反应产物油实沸点蒸馏曲线的绘制
由表2-1相关数据绘制下图：
馏出体积分数/%
图2-1加氢裂化装置反应产物油实沸点蒸馏曲线（体积分数）
馏出质量分数/%
图2-2加氢裂化装置反应产物油实沸点蒸馏曲线（质量分数）
2.3加氢裂化分馏塔工艺计算
2.3.1各产品的恩氏蒸馏数据和实沸点数据的换算
（1）重石脑油
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116.5℃温度下的恩氏蒸馏50%点与实沸点50%点温差为0.5℃，所以有：
50%点实沸点温度=116.5+0.5=117℃
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，结果表如表2-3：
表2-3重石脑油恩氏蒸馏温差与实沸点温差
曲线线段
恩氏蒸馏温度差/℃
实沸点蒸馏温度差/℃
30%—50%
4
5
50%—70%
8
11
70%—90%
13
17
90%—100%
17.5
25
3）由50%点及各段温差计算实沸点曲线的各点温度
30%点=117-5=112℃；
10%点=112-12=100℃；
0%点=100-14=86℃；
70%点=117+11=128℃；
90%点=128+17=145℃；
100%点=145+25=170℃。
（2）航煤
1）由《石油化工工艺计算图表》[3]图2.2.2确定188.4℃温度下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2.6℃有：
50%点实沸点温度=188.4+2.6=191℃
表2-4航煤恩氏蒸馏温差与实沸点温差
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:
0%—10%
15
10%—30%
7
12
14
19
28
30%点=191-14=177℃；
10%点=177-8=169℃；
0%点=169-15=154℃；
70%点=191+13=204℃；
90%点=204+14=218℃；
100%点=218+28=246℃。
（3）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（式2.1）
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（3.1）校正，校正后的柴油恩氏蒸馏温度数据如下：
表2-5校正后的柴油恩氏蒸馏温度
馏出体积分数/%
10
50
70
90
温度/℃
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270.4℃温度下恩氏蒸馏50%点与实沸点50%点温差为5.6℃，所以有:
50%点实沸点温度=270.4+5.6=276℃
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2-6柴油恩氏蒸馏温差与实沸点温差
42
46
21
26
29
7.6
9
9.4
30%点=276-29=247℃；
10%点=247-21=226℃；
0%点=226-46=180℃；
70%点=276+9=285℃；
90%点=285+12=297℃；
100%点=297+14=311℃。
（4）尾油
D―温度校正值（加至t上），℃；
1）按式3.1作裂化校正，校正后的尾油恩氏蒸馏温度数据如下：
表2-7校正后的尾油恩氏蒸馏温度
2）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389℃温度下恩氏蒸馏50%点与实沸点50%点温差为15℃，所以有：
50%点实沸点温度=389+15=404℃
3）由《石油化工工艺计算图表》[3]图2.2.1知实沸点曲线温差,结果表如下：
表2-8尾油恩氏蒸馏温差与实沸点温差
96
104
23
44
48
37
41
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