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最后
摘要
本设计主要是针对年处理量290万吨吉拉索原油的常压设计。
众所周知，原油常压蒸馏在炼厂具有举足轻重的地位。
作为原油一次加工工艺，它在原油加工流过程中占有很重要作用。
其运行的好坏会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，装置节能消耗显着，产品质量显著提高。
本人的设计的基本方案是：
常压塔采取2条侧线，常压塔塔顶生产石脑油，2个侧线分别生产喷气式燃料、柴油。
原油在这样的蒸馏装置下，可以得到350—370℃以前的几个馏分，可以用作石脑油、汽油、喷气式燃料、柴油产品，也可分别作为重整化工（如轻油裂解）等装置的原料。
塔底渣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装置的原料。
本次设计共设25块浮阀塔板。
关键词：
原油；常压蒸馏；塔
Ssssccdddeee
Xddssdsdd
Sssssss
Sasdd
Sdddddddddddddd
Abstract
ThearticleisdesignedtoprocessGirassolcrudeoilforabout2.90milliontonseachyearundernormalprssure.
Asisknown,theatmosphericdistillationofcrudeoilplaysanimportantroalinrefinery.Asthefirstprocessingtechnology,itoccupiesanimportantroleincrudeoiltotalprocess,Itsoperationhasadirectinfluenceonthesubsequentprocess.Oneimportantseparationequipment-thedesignoftheatmospherictower,isthekeytogethighqualityproduction.Inrecentyears,withthecontinuousinnovationoftechnologyandmanagementexperience,energyconsumptionreducessignificantlyandthequalityimprovessharply.
Thebasicdesignschemeis:
atmospherictowerhasthreelateral-line,thetopoftheatmospherictowerproducesesnaphtha,threelateral-linerespectivelyproducetheproductionofdieselandjetfuel.
Insuchadistillationunit,wecanget350-370℃ofseveralformerfractions,andtheycanbeusedasnaphtha,jetfuel,dieseloilproducts,theycanalsoberawmaterialoflightoilcracting.Theheavyoilofthebottomcanbeusedassteelorotherindustrialfuel.Insomespecificcircumstances,itcanalsobetherawmaterialofcatalyticcrackingorhydrogenation.25blockfloatingvalvetraysareusedinthisdesign.
Keywords:
Crudeoil;Atmosphericdistillation;Tower
第1章产品的方案及工艺流程
1.1产品方案
确定原油的加工方案，是炼厂设计和生产的首要任务。
炼厂根据所加工原油的性质、市场需求和加工技术的先进性及可靠性，还有经济效益等方面的综合考虑，进行全面的分析和研究对比，才能够制定出合理的加工方案。
根据原油评价可知，原油属于低硫中间基原油，选择燃料型加工方案，设计方案为：
常压塔顶：
重整原料（石脑油）
常压一线：
喷气式燃料
常压二线：
柴油
常压塔底：
渣油
1.2工艺流程
原油经加热后，进入常压蒸馏塔，该塔的塔顶产物为石脑油，可作为催化重整原料，或作为石油化工原料，或作为汽油调合组分。
常压塔侧线出料进入汽提塔，用水蒸气或再沸器加热,蒸发出轻组分，以控制轻组分含量（用产品闪点表示）。
本设计中，侧一线为喷气燃料，侧二线为柴油，该馏分硫含量、酸度不能满足指标要求，需加工精制后方可生产合格的-20号轻柴油及车用柴油，塔底产物即常压渣油，该渣油馏分可部分掺入蜡油中做为催化裂化原料。
第2章工艺计算及说明
2.1设计数据
2.1.1已知数据
1）原油类型：
吉拉索原油
2）处理量：
290万吨/年
3）操作时间：
330天/年（7920小时）
2.1.2原油的实沸点和窄馏分数据
（1）.产品的恩氏蒸馏数据
表2.1产品的恩氏蒸馏数据
产品
温度/℃
密度
/kg/m3
初馏点
10%
50%
90%
干点
石脑油
39.1
70.3
113.2
144.5
165.6
739.6
喷气式燃料
166.4
185.7
203.9
234.8
252.8
817.8
柴油
251.8
262.8
293.3
327.5
343.2
854.5
渣油
>350℃
（2）.吉拉索原油性质
表2.2吉拉索原油的一般性质
项目性质
API30.1
密度（20℃）871.5kg/m2
特性因素11.9
原油类别低硫中间基原油
（3）.吉拉索原油窄馏分性质
表2.3各馏分质量体积收率
馏程/℃
质量收率/%
密度/（kg/m3）
体积收率/%
每馏分
总收率
每馏分
总收率
初馏点~65
1.12
1.12
653.4
1.4938
1.4938
65~80
1.12
2.24
681.6
1.4320
2.9259
80~100
2.31
4.55
716.3
2.8105
5.7364
100~120
2.10
6.65
746.0
2.4533
8.1897
120~140
2.62
9.27
767.8
2.9739
11.1635
140~165
3.07
12.34
787.2
3.3988
14.5623
165~180
2.02
14.36
799.2
2.2027
16.7650
180~200
2.34
16.70
807.5
2.5255
19.2905
200~220
2.62
19.32
823.1
2.7741
22.0646
220~240
3.43
22.75
832.3
3.5915
25.6561
240~250
3.78
26.53
838.5
3.9288
29.5849
250~275
4.82
31.35
845.6
4.9676
34.5525
275~300
3.52
34.87
850.1
3.6086
38.1611
300~320
4.14
39.01
858.9
4.2007
42.3619
320~350
7.57
46.58
870.5
7.5787
49.9406
350~395
2.36
48.94
889.1
2.3133
52.2538
395~425
6.95
55.89
892.1
6.7857
59.0395
425~450
5.75
61.64
450~470
3.74
65.38
470~500
6.61
71.99
500~520
3.06
75.05
其中，由于评价仅有质量收率，体积收率必须计算，体积收率计算方法如下：
馏分体积%=馏分的重量%×原油相对密度d420/馏分油相对密度d420
可计算每馏分占原油体积%。
以初馏点~65为例：
体积收率/%=1.12%×871.5/653.4=1.494
2.2原油实沸点蒸馏曲线的绘制
图2.1原油实沸点蒸馏曲线（质量分数）
图2.2原油实沸点蒸馏曲线（体积分数）
2.3常压塔工艺计算
2.3.1各产品恩氏蒸馏数据和实沸点数据的换算
其中a,b为常数，其值参考下表：
表2.4常数a.b的值
体积分数0%~5%10%30%50%90%95%~100%
a0.9166680.52770.72490.893030.9489750.80079
b1.0018681.0900111.0425331.0175601.0109551.03549
可得出实沸点蒸馏温度，如下表：
表2.5各馏分沸程
项目石脑油喷气燃料柴油渣油
IBP/℃16.49134.83214.25305.61
干点/℃172.06263.99359.87
2.3.2物料衡算
1.切割点和产品收率的确定
切割点的确定方法，以石脑油和喷气式燃料之间的切割点的确定为例，由前面可知：
石脑油的实沸点终馏点是172.06℃,喷气燃料的实沸点初馏点是134.83℃。
则：
石脑油和喷气燃料之间的切割点＝（172.06+134.83）／2＝153.44℃
在图2.1原油实沸点蒸馏曲线上153.44℃处做一水平线交曲线一点，以此点作垂线交横轴质量分数，此点值为10.92%，体积分数为12.98%。
按同样方法可得：
喷气燃料和柴油之间的切割点＝（263.99＋214.25）／2＝239.12℃，此时质量分数为22.60%，体积分数为25.50%，332.74℃时的质量分数为42.22%，体积分数为45.58%.
结果表如下：
表2.6原油常压切割方案及产品性质
产品
实沸点切割点/℃
实沸点沸程/℃
收率/%
密度（ρ20）/kg/m3
质量
体积
石脑油
153.44
16.48~172.1
10.92
12.98
739.6
喷气式燃料
239.12
134.83~263.99
11.68
12.52
817.8
柴油
332.74
214.25~359.87
19.62
20.08
854.5
2.物料衡算
馏分各K、API°由原油评价数据可查，分子量可根据K、API°查《石油炼制工程》第四版图3-4做图读取：
表2.7产品的相对分子量及K、API°值
产品相对分子量MAPI°K
石脑油10058.5611.82
喷气燃料16040.5811.56
柴油25033.2811.70
渣油20.31
根据加工量收率，及相对分子量做物料衡算，结果如下表:
表2.8物料衡算表（330天/年）
产品
收率/%
处理量/产量
质量
体积
/104t/a
/t/d
/kg/h
/kmol/h
原油
100
100
290
8788
366161
—
石脑油
10.92
12.98
31.67
959.6
39984.8
399.8
喷气式燃料
11.68
12.52
33.87
1026.4
42767.7
267.3
柴油
19.62
20.08
56.90
1724.2
71840.9
287.4
渣油
56.39
50.23
163.53
4955.5
206478.5
—
2.3.3确定塔板数和气提蒸汽量
1.塔板数参考值
表2.9常压塔塔板数国外文献推荐值
被分离馏分
推荐板数
轻汽油——重汽油
6~8
汽油——煤油
6~8
煤油——柴油
4~6
进料——最低侧线
3~6
汽提段——侧线汽提
4
表2.10国内某些炼油厂的常压塔塔板数
被分离的馏分
国内炼厂的参考塔板数
轻汽油——重汽油
6~8
汽油——煤油
8~10
煤油——轻柴油
6~9
轻柴油——重柴油
4~7
重柴油——裂化原料
4~8
最低侧线——进料
3~4
进料——塔底
4~6
2.选取塔板型式和板数
塔板采用的是浮阀塔板，参考表2.9和表2.10，选定塔板数如下：
表2.11塔板数
被分离馏分
板数/块
石脑油——喷气式燃料
9
喷气式燃料——柴油
6
柴油——汽化段
3
塔底汽提段
4
采用一个中段回流，回流用3层塔板换热。
全塔塔板总数为25层。
3.汽提蒸汽用量
侧线产品和塔底重油都要采用过热水蒸气汽提，使用温度420℃、压力为0.3MPa的过热水蒸气，参考《石油炼制工程》中表6—16，汽提水蒸气用量如下表：
表2.12汽提水蒸气用量
油品
质量分数（对产品），%
汽提水蒸气所用量
kg/h
kmol/h
一线喷气式燃料
3
1283
71.3
二线柴油
3
2155
120
塔底渣油
4
8259
458.8
合计
—
11697
650
2.3.4操作压力
根据经验，取塔顶产品罐的压力为0.13MPa。
塔顶采用的是两级冷凝冷却流程。
取塔顶空冷器的压降为0.01MPa，使用一个管壳式后冷器，壳层压力降取0.017MPa。
所以，塔顶压力＝0.13＋0.01＋0.017＝0.157Mpa
取每层浮阀塔板的平均压降为0.5kPa（4mmHg），则推算得到常压塔各关键部分的压力如下（MPa）：
塔顶压力0.157
1）一线抽出板（第9层）上压力0.161；
2）二线抽出板（第18层）上压力0.1655；
3）汽化段压力（第21层下）0.167；
4）取转油线的压降为0.035MPa，则加热炉出口压力＝0.167＋0.035＝0.202
根据以上数据，可作出全塔草图，如下图:
2.3.5气化段温度
（1）汽化段中进料的汽化率与过汽化度
取过汽化度为进料的2%（质量分数）或2.04%（体积分数），则过汽化量为7323.2kg/h。
要求进料在汽化段中的汽化率eF（体积分数），常压塔中的各馏分的体积为：
石脑油：
12.98%,喷气式燃料：
12.52%柴油：
20.08%
所以得eF＝12.98%＋12.52%＋20.08%＋2.04%＝47.62%
（2）汽化段油气分压
汽化段各物料的流量如下表：
表2.13气化段各物料流量
物料流量/（kmol/h）
石脑油399.8
喷气燃料267.3
柴油287.4
过汽化油24.41
油气量合计979
其中过汽化油相对分子量300，
塔底气提458.8kmol/h.计算汽化段油气分压为：
0.167×979/（979+458.8）=0,114Mpa
（3）汽化段温度初步求取
汽化段温度该是在汽化段油气分压0.114MPa下汽化47.62%（体积分数）的温度。
所以，需要作出在0.114MPa下的原油平衡汽化曲线。
（见图2.4中的曲线4）
因为不具备原油的临界参数和焦点参数，所以无法作出原油p—T—e相图，曲线4可用以下的简化法来求得：
首先得到原油在常压下的实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的交点为350℃，利用《石油炼制工程》烃类与原油窄馏分的蒸气压图，将这个交点温度换算成0.114MPa下的温度，得362℃。
从该交点作垂直于横坐标的直线A，在A线上找得362℃此点，过此点作平行于原油常压平衡汽化曲线2的曲线4，这条线就为原油在0.111MPa下的平衡汽化曲线。
由曲线4可查得eF为47.62%（体积分数）对应的温度为360℃，此即为欲求的汽化段进料温度tF。
这个tF是由相平衡关系求得的，因此，还需对它校核。
馏出体积分数，﹪
图2.4.原油平衡汽化曲线
1-常压下实沸点蒸馏曲线
2-常压下平衡汽化曲线
3-常压炉出口压力下平衡汽化曲线
4-气化段油气分压下平衡汽化曲线
（4）tF的校核
校核方法是作绝热闪蒸过程的热平衡计算来求得炉出口的温度。
当汽化率eF（体积分数）＝47.62%，tF＝360℃，进料在汽化段的焓hF计算如下表。
表中各物料的焓值由《石油炼制工程》中介绍的方法和《石油化工工艺计算图表》求得:
表2.14进料带入的汽化段热量QF（p=0.167MPa，t=360℃）
油料
焓，kJ/kg
热量，kJ/h
气相
液相
石脑油
1176
—
1176×39985＝47.02×106
喷气式燃料
1149
—
1149×42768＝49.05×106
柴油
1125
—
1125×71841＝80.82×106
汽化油
1120
—
1120×7323.2＝8.2×106
渣油
—
890
890×199155＝176.9×106
合计
—
—
QF＝361.94×106
所以，hF＝361.94×106／366161＝988.6（kJ/kg）再求出原油在加热炉出口条件下的焓h0。
按前面方法，作出原油在炉出口压力0.202MPa下的平衡汽化曲线（图2.3中的曲线3）。
这里忽略了原油中所含水分，如果原油含水就要作炉出口处的油气分压下的平衡汽化曲线。
限定出口温度不超过365℃，由曲线3，可以读出365℃时的汽化率e0为45%（体积分数），显然e0＜eF，说明在炉出口条件下，过汽化油和部分柴油处于液相。
由此可计算出进料在炉出口条件下的焓值h0。
表2.15进料在炉出口处携带的热量Q0（p=0.202MPa，t=365℃）
油料
焓，kJ/kg
热量，kJ/h
气相
液相
石脑油
1201
—
1201×39985＝47.02×106
喷气式燃料
1164
—
1164×42768＝49.8×106
柴油气相部分
柴油液相部分
1143
—
1143×50288＝57.5×106
—
971
971×21552＝20.93×106
重油
—
904
927×206478＝186.66×106
合计
—
—
Q0＝364.91×106
所以，h0＝364.91×106／366161＝996.6（kJ/kg）
从校核结果看出h0略高于hF，所以在设计的360℃汽化段温度下，既能保证需要的拔出率（体积分数为47.6%），炉出口温度也不会超过允许的限度。
2.3.6塔底温度
取塔底温度比汽化段温度低7℃，塔底温度＝360－7＝353℃
2.3.7塔顶及侧线温度假设及回流热分配
（1）假设塔顶及各侧线温度
参考同类装置的经验数据，假设塔顶和各侧线的温度如下：
表2.16侧线温度及塔顶温度
板层温度/℃
塔顶110
喷气燃料抽出板（9层）180
柴油抽出板（18层）260
（2）全塔回流热
按上述假设的温度条件作全塔热平衡，据此求出全塔的回流热。
表2.17全塔回流热
物料
流率
/kg/h
密度（ρ20）
/g/cm3
操作条件
焓，kJ/kg
热量
/kJ/h
压力/MPa
温度/℃
气相
液相
入
方
进料
366161
-
0.167
360
—
—
361.9×106
汽提蒸汽
11697
—
0.3
420
3316
—
38.8×106
合计
—
—
—
—
—
400.7×106
石脑油
39984.8
0.7396
0.157
110
605
—
24.2×106
出
方
喷气燃料
42767.7
0.8178
0.161
180
—
440
18.8×106
柴油
71840.9
0.854
0.1655
260
—
660
47.4×106
渣油
206478
—
0.167
346
—
910
152.43×106
水蒸汽
5605
—
0.157
110
2800
—
30.6×106
合计
254513
—
—
—
—
—
308.8×106
所以全塔的回流热Q=400.7×106－300.8×106=99.9×106（kJ/h）
（3）回流方式及回流热分配
采用1个中段回流，位于喷气燃料侧线与柴油侧线之间（第11~13层）。
回流热分配如下：
塔顶回流取热50%Q0=49.9×106（kJ/h）
中段回流取热50%QC1=49.9×106（kJ/h）
2.3.8侧线及塔顶温度校核
（1）柴油抽出板（第18层）温度
表2.18第18块板的温度校核
物料
流率
/kg/h
操作条件
焓，kJ/kg
热量
/kJ/h
压力/MPa
温度/℃
气相
液相
入
方
进料
366161
0.167
360
—
—
361.9×106
汽提蒸汽
8259
0.3
420
3316
—
27.4×106
内回流
L
0.1655
245
—
575
575L
合计
-
—
—
—
—
389.3×106+575L
出
方
石脑油
39984
0.1655
260
930
—
37.2×106
喷气燃料
42768
0.1655
260
875
—
37.4×106
柴油
71840
0.1655
260
—
653
47×106
重油
206478
0.170
353
—
910
188×106
水蒸汽
8259
0.1655
260
2978
—
24.6×106
内回流
L
0.1655
260
870
—
870L
合计
-
—
—
—
—
334.2×106+870L
389.3×106+575L=334.2×106+870L
所以内回流L=186780（kg/h）=186780/250=747（kmol/h）
柴油抽出板上方气相总量为：
399.8+267.3+458.8+747=1872（kmol/h）
柴油蒸气（即内回流）分压为：
0.1655×747/1872=0.066（MPa）
由柴油常压恩氏蒸馏数据换算0.066MPa下平衡汽化0%点的温度。
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