30万吨年催化重整车间脱水工段的初步设计毕业设计.docx
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30万吨年催化重整车间脱水工段的初步设计毕业设计
30万吨年催化重整车间脱水工段的初步设计
摘要
本设计是30万吨/年催化重整车间脱水工段的初步设计。
催化重整是石油加工和石油化工的重要工艺之一，催化重整技术是以石脑油为原料，在催化剂的作用下，烃类分子重新排列成新分子结构的工艺过程。
其主要目的：
一是生产高辛烷值汽油组分；二是为化纤、橡胶、塑料和精细化工提供原料（苯、甲苯、二甲苯，简称BTX等芳烃）。
它在石油炼制工业中占有举足轻重的地位。
而预处理中的脱水工段是催化重整车间里重要工段之一。
其作用是对重整原料进行预处理，以使原料满足重整反应的要求。
脱水工段的设计质量和运行好坏将会直接影响的重整反应的进行。
通过对大庆石化炼油厂的实地考察以及通过在图书馆查阅大量的相关技术文献，对脱水工段的脱水塔进行了初步设计，包括塔的各种计算，比如物料衡算，热量衡算,塔的设备选型计算，带控制点的工艺流程、主要设备装配图及车间平面布置的CAD图，Aspen_Plus催化重整脱水工段全流程动态模拟。
关键词:
催化重整；预处理；石脑油；脱水塔；设计
Abstract
Thedesignisthepreliminaryof300,000tons/yearcatalyticreformingplantdehydrationSection.Catalyticreformingofpetroleumprocessingandpetrochemicalprocess.TheroleofCatalyst.Hydrocarbonmoleculesre-arrangedintheprocessofthenewmolecularstructure.Its
Mainpurpose:
Firstly,theproductionofhighoctangegasolinecomponents;Thesecondistoproviderawmaterialsforchemicalfiber,rubber,plasticsandfinechemicals（Benzene,toluene,xylene,referredtoasBTXandotheraromatics）.Soitisapivotalpositionintheoilrefiningindustry.Pretreatmentofdehydrationsectionbecomeoneofthecatalyticreformingsections.Inordertohittherequirementsofreformingreaction,itplaysimportantroleindealingwiththerawmaterials.Thequalityofthecatalyticreformingisaffectedbythedesignqualityandtheoperationofthedehydrationsection.ThroughfieldvisitsoftheDaqingPetrochenicalrefineriesasthroughaccesstoalargenumberofrelatedtechnicalliteratureinthelibrary.Dehydrationtowerdehydration.Sectionconductedapreliminarydesign.Including
thetowerofavarietyofcomputting.SuchasMaterialbalance,.Heatabalance.Towerequipmentselectioncalculation.Withthecontrolpo-intsoftheprocess.CADdeawingsofmajorequipm-
entassemblydrawingsandshoplayoutofAspen_Pluscatalyticreformingprocessdynamics-
imulationofdehydrationSection.
Keywords:
Catalyticreforming;Pretreatment;Naphtha;Dehydrationtower;Design
第1章总论
1.1概述
1.1.1意义与作用
石油在工业生产中是一种重要的燃料动力资源，它的许多优点是其他燃料所无法比拟的。
如在物理性质上，石油是可以流动的液体，比重小于水，比其他燃料容易开采；占有的容积小，容易运输。
同时，与一般燃料比较，它的可燃性好，发热量高，1千克石油燃烧起来可以产生1万多大卡的热量，比煤炭的发热量高1倍，比木柴的发热量高4～5倍。
此外，石油又有易燃烧、燃烧充分和燃后不留灰烬的特点，正合于内燃机的要求。
所以，在陆地、海上和空中交通方面，以及在各种工厂的生产过程中，石油都是重要的动力燃料。
在现代国防方面，新型武器、超音速飞机、导弹和火箭所用的燃料都是从石油中提炼出来的[1]。
石油除用作工业燃料外，还是重要的化工原料。
现代有机化学工业就建立在石油、煤炭、天然气等资源的综合利用之上。
从石油中可提取几百种有用物质，其经济价值远远超过作为燃料燃烧的经济意义。
石油化工可生产出成百上千种化工产品，如塑料、合成纤维，合成橡胶、合成洗涤剂、染料、医药、农药、炸药和化肥等等。
石油产品不仅在民用中占有重要地位，现代化的工业、农业、国防都需要石油及石油产品，尤其对工业意义重大[2]。
由于石油具有优越的物理、化学性质，作为能源，有很高的发热量；作为原料，不仅产量大，而且广泛用于国民经济和各个部门。
石油化工产品几乎能用于所有的工业部门中，是促进国民经济和工业现代化的重要物质基础，现代化的工业离不开石油，就像人体离不开血液一样。
因此，石油被称为“工业的血液”[3]。
催化重整是以石脑油为原料，在催化剂的作用下，烃类分子重新排列成新分子结构的工艺过程。
其主要目的：
一是生产高辛烷值汽油组分；二是为化纤、橡胶、塑料和精细化工提供原料（苯、甲苯、二甲苯，简称BTX等芳烃）[4]。
除此之外，催化重整过程还生产化工过程所需的溶剂、油品加氢所需高纯度廉价氢气（75%～95%）和民用燃料液化气等副产品[5]。
由于环保和节能要求，世界范围内对汽油总的要求趋势是高辛烷值和清洁。
在发达国家的车用汽油组分中，催化重整汽油约占25%～30%。
我国已在2000年实现了汽油无铅化，汽油辛烷值在90（RON）以上，汽油中有害物质的控制指标为：
烯烃含量≯35%，芳烃含量≯40％，苯含量≯2.5%，硫含量≯0.08%[6]。
而目前我国汽油以催化裂化汽油
组分为主，烯烃和硫含量较高。
降低烯烃和硫含量并保持较高的辛烷值是我国炼油厂生产清洁汽油所面临的主要问题，在解决这个矛盾中催化重整将发挥重要作用。
石油是不可再生资源，其最佳应用是达到效益最大化和再循环利用。
石油化工是目前最重要的发展方向，BTX是一级基本化工原料，全世界所需的BTX有一半以上是来自催化重整[7]。
催化重整是石油加工和石油化工的重要工艺之一，受到了广泛重视[8]。
据统计，2004年世界主要国家和地区原油总加工能力为4090Mt/a，其中催化重整处理能力488Mt/a，约占原油加工能力的13.7%。
1.1.2国内外的现状及发展前景
1940年工业上第一次出现了催化重整，使用的是氧化钼一氧化铝（MoO3-AI2O3）催化剂，以重汽油为原料，在480～530℃、1～2MPa（氢压）的条件下，通过环烷烃脱氢和烷烃环化脱氢生成芳香烃，通过加氢裂化反应生成小分子烷烃等，所得汽油的辛烷值可高达80左右，这一过程也称为临氢重整[9]。
但是这个过程有较大的缺点：
催化剂的活性不高，汽油收率和辛烷值都不理想，在第二次世界大战以后临氢重整停止发展。
1949年以后，出现了贵金属铂催化剂，催化重整重新得到迅速发展，并成为石油工业中一个重要过程[10]。
2007年世界主要国家和地区总计有炼厂756座，原油总加工能力为4077.49Mt/a，其中催化重整总加工能力为475.29Mt/a，占原油总加工能力的11.66%，与1999年相比仅下降0.27%。
在世界主要国家和地区的催化重整加工能力中，美国仍居世界第一位，为151.65Mt/a，占世界催化重整总加工能力的31.91%。
其次为独联体、日本、德国和加拿大等国,加工能力分别为51.53；30.64；17.10和14.62Mt/a[11]。
我国（不包括台湾省在内）排行列为第16位。
据预测，在今后10年中,世界催化重整加工能力将有所增加，其中北美、欧洲、独联体、日本、中东和非洲等地的年增长率为1%～2%，而亚洲（除日本外，但包括中国）、拉丁美洲等地的生产能力增长率较高，年增长率约为4%。
新增能力将由新增加的半再生装置和改造现有半再生装置（增加具有连续再生的新反应器）以及新建连续再生催化重整装置来实现[12]。
至2003年5月,我国实际运转的催化重整装置为53套，其中半再生装置35套，总加工能力为9.20Mt/a。
连续再生装置18套，总加工能力为11.21Mt/a；生产芳烃的装置11套，总加工能力5.01Mt/a，生产汽油的装置34套，总加工能力为11.32Mt/a；既生产芳烃又生产汽油的装置有8套，总加工能力为4.00Mt/a；装置处理能力低于或等于0.15Mt/a规模的有13套，0.20～0.40Mt/a规模的有21套，0.45～1.50Mt/a规模的有19套[7]。
目前，世界上和我国最大的半再生重整装置分别在美国Exxon2Mobil公司贝汤炼油厂和大连西太平洋石油化工有限公司，加工能力分别为2.46Mt/a和0.60Mt/a。
世
界上和我国的最大的连续再生重整装置分别在韩国LG2Caltex公司丽水炼油厂和扬子
石化公司炼油厂，加工能力分别是2.45Mt/a和1.95Mt/a[13]。
2001年世界各地建设项目统计世界催化重整装置新增生产能力为4.74Mt/a,其中通过装置改造而增加能力为7.72Mt/a，占新增生产能力的52.37%，半再生式重整装置加工能力均占1/2以上，其地位是不可动摇的[14]。
据统计,2003年世界催化重整加工能力中，半再生型式的加工能力为268.61Mt/a，占总加工能力的55.85%，居各种再生型式的首位。
连续再生的加工能力为137.88Mt/a，占总加工能力的28.67%。
在各地区中除亚洲以外的世界各地区的半再生型式加工能力占总加工能力的85.88%～62.21%[15]。
1.1.3产品的性质与特点
催化重整脱水工段的目的主要是对重整原料进行一次脱水，使重整反应原料中所含有的水分很少，几乎不会影响到重整反应。
所以脱水工段的产品主要是重整反应的原料，而合格的重整原料油经过预处理除去原料油中的微量砷、铅、铜、汞、铁、硫、氮、氯、水、烯烃等杂质。
脱水工段的作用不仅是脱除原料油中的水，同时他还脱除原料油里的不合格的烯烃[16]。
重整进料要求见表1-1：
表1-1重整进料要求
项目
砷
（ppb）
铅
（ppb）
硫
（ppm）
水
（ppm）
氮
（ppm）
铜、汞
（ppb）
要求
＜1
＜10
＜0.5
＜5
＜0.5
＜10
1.2厂址选择
格尔木地处青藏高原腹地，市区位于柴达木盆地中南部，海拔2780米。
辖区总面积13.54万平方公里，市区建成区面积26平方公里，人口20万（含暂住人口）。
气候格尔木属高原大陆性气候，夏无酷署，冬无严寒，昼夜温差大。
年均气温4.3℃，极端高温35℃，极端低温-33.6℃。
年均风速3.5M/S；年均降雨量23.6—68.0毫米。
1.2.1产业基础
格尔木地处素有“聚宝盆”之称的柴达木盆地，矿产资源极为富集。
现已探明各种盐类、石油天然气、有色金属和非金属资源矿种50余种，有30余种储量居全国前10位，其中钾、钠、理、镁四种矿产资源储量居全国之首。
主要矿产资源潜在经济价值约15.34万亿元，占青海省矿产潜在经济价值总量的90.78%，人均占有潜在价值居全国各县市之冠。
其中氯化钾保有储量4．4亿吨，占全国总储量的97％的氯化钠保有储量3263亿吨，占全国总储量的81％；钾矿保有储量1392万吨，占全国总储量的83%：
氯化镁
保有储量31亿吨，占全国总储量的99.7%。
己探明石油地质储量2亿多吨，天然气储量1500亿立方米。
天然气储量占全国已探明储量的第4位。
格尔木的锑、铁、黄金、宝玉石等金属、非家属资源的储量也十分丰富。
此外，格尔木还有丰富的水利、土地、野生动植物和旅游资源。
1.2.2周边市场
格尔木不仅地处青藏高原和我国西部中心，也处于亚欧大陆中心。
它南通西藏、印度、尼伯尔及南亚诸国，西接新疆、中亚、东欧诸国，北与兰新铁路仅一山之隔，东连青海省会西宁。
在以格尔木为轴心的这片方圆500多万平方公里的广柔区域内，均为生产力水平正日益提高、商品生产正快速发展的少数民族地区。
青、新、甘、藏及川、陕、宁夏等地的工业品、农牧产品在这里集散，成交规模迅速扩大。
资源富集、区位优越、交通便利、基础条件较好的格尔木市，现已成为西北内陆腹地的一个重要商流中心和信息交流中心。
1.2.3城市基础条件
交通：
己成为我国西部一个重要交通枢纽。
由国道109、315、215及专用公路构成的骨干公路网已经形成。
青藏铁路西宁一格尔木段己于1984年通车。
格尔木军民两用机场曾于1996年复航。
电力：
现有水、火和天然气电站4座，总装机7.9万千瓦。
龙羊峡至格尔木330干伏送变电工程正在建设，将于明年建成使用。
管道运输：
已建成青海油田至格尔木年输原油100万吨的输油管线一条，涩北天然气田至格尔木年输气9亿立方米的输气管线一条，格尔木至拉萨成品泊输油管线一条。
通讯：
先后建成西宁至格尔木480路数字微波线路和C3长途自动交控中心，兰州一格尔木一拉萨国家一级光缆已建成，格尔木至南疆库尔勒光缆正在建设。
供水：
建有水库3座、自流引水渠38条，城市自来水管道102公里，日供水能力已达10万立方米。
1.2.4经济基础
目前青海钾肥一期工程，格尔木炼油厂、格尔木钾镁厂等一批国家和地方重点项目已建成投产，形成年产氯化钾40多万吨、原盐100多万吨、加工原油100万吨的能力。
一批以盐湖、石油天然气为依托的现代化大中型项目正在进行前期工作。
科技、教育、文化、卫生等社会事业蓬勃发展。
1.3设计依据
大庆石化公司炼油厂催化重整车间，老师下达的任务书。
《年产30万吨催化重整苯脱水工段初步设计》设计应遵循的主要标准，规范及规定如
下：
设计中涉及的国家标准见表1-2：
表1-2设计中涉及的国家标准
国家标准号
具体名称
GBJ16-1987（2001年版）
建筑设计防火规范
GB50160-1992（1999年版）
石油化工企业设计防火规范
TJ36-1979
工业企业设计卫生标准
GBJ87-1985
工业企业噪声控制设计规范
GBJ12348-1990
工业企业厂界噪声标准
GB50058-1992
爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范
GB8978-1996
污水综合排放标准
GB18484-2001
危险废物焚烧污染控制标准
GB18485-2001
生活垃圾焚烧污染控制标准
1.4设计规模与生产制度
1.4.1生产规模
全装置采用连续操作方式，年处理量为30万吨/年催化重整车间脱水工段。
1.4.2生产制度
化工生产企业属于高危生产,所以设计生产一线要求连续安全运转，采用四班三倒制，每班8小时工作制，其他部门采用每天每班8小时工作制。
表1-3车间人员组成
序号
职能名称
人数
人员配备班制
1
车间主任
1
八小时工作制
2
班长
3
四班三倒制
3
技术员
3
四班三倒制
4
分析检验员
3
四班三倒制
5
中控室操作员
3
四班三倒制
6
操作工
12
四班三倒制
7
维修工
3
四班三倒制
1.5原料与产品规格
1.5.1主要原料指标及规格
原料油的规格见表1-4
表1-4原料油性质及其恩氏蒸馏温度
过渡期原料
初顶石脑油
加氢裂化石脑油
常顶加氢汽油
相对密度d204
0.684
0.705
0.710
初馏点
18.5
27.8
70.1
10%
40.7
56.3
80.9
30%
70.8
90.3
97.4
50%
89.3
113.0
101.7
70%
110.3
129.6
115.6
90%
129.6
152.3
119.2
干点
158.8
180.0
154.7
原料油具体组成表1-5:
表1-5原料油具体组成
原料
加氢裂化石脑油
初顶石脑油
常顶加氢汽油
烷烃
C3-5
0.30
15.52
3.62
C6
5.80
14.88
7.96
C7
12.30
14.31
15.20
C8
12.60
13.19
24.97
C9
12.10
6.89
2.63
C10
7.50
0.54
—
C11
0.90
—
—
环烷烃
C3-5
0.50
1.49
0.87
C6
4.05
8.23
7.78
C7
8.66
10.63
16.96
C8
9.75
7.94
14.91
C9
7.94
4.22
2.12
C10
0.97
—
—
芳烃
C6
0.14
—
0.27
C7
0.69
0.48
0.91
C8
1.75
1.49
1.80
C9
3.03
0.19
—
C10
0.14
—
—
辅助材料的规格：
辅助材料主要有四氯化碳，1，2二氯乙烷，二硫化碳，二甲基二
硫，乙醇，单乙醇胺，白土和四乙二醇醚等组成。
辅助材料的具体组成见1-6：
表1-6辅助材料的具体组成
名称
分子式
比重
d420
沸点
℃
凝点
℃
闪点
℃
自然点
℃
在水中20℃溶解度
wt%
四氯化碳
CCl4
1.594
76.8
-22.4
不燃
—
0.08
1，2二氯乙烷
CH2Cl2
1.253
83.6
-35.3
12
—
0.87
二硫化碳
CS2
1.262
46.3
-111.5
124
0.22
乙醇
C2H5OH
0.7892
78.3
-114.2
11
470
∞
单乙醇胺
NH2CH2CH2OH
1.0179
70.5
10.5
93
—
全溶
颗粒白土的化学性质见表1-7：
表1-7颗粒白土的化学性质
游离酸
%（wt）
SiO2
%（wt）
Al2O3
%（wt）
Fe2O3
%（wt）
CaO
%（wt）
MgO
%（wt）
>0.25
60
23
1
2.4
3.6
重整进料要求见表1-8：
表1-8重整进料要求
项目
砷
（ppb）
铅
（ppb）
硫
（ppm）
水
（ppm）
氮
（ppm）
铜、汞
（ppb）
要求
＜1
＜10
＜0.5
＜5
＜0.5
＜10
颗粒白土的物理性质见表1-9
表1-9颗粒白土的物理性质
比表面积m2/g
损失%（w）
粒度m/m
堆比ml/g
水分%
<20
10
20-60
0.6-0.8
12
1.5.2产品规格
石油苯质量指标见表1-10：
表1-10产品石油苯质量指标
项目
优级品
一级品
合格品
试验方法
外观
透明液体、无不溶水及机械杂质
目测（注）
颜色（Hazen单位－铂－钴色号），不大于
20
GB3143
续表1-10产品石油苯质量指标
密度
（20℃）Kg/m3
878～881
876～881
GB2013
流程范围℃
—
79.6~80.5
GB3146
酸洗比色不深于
酸层颜色不深于1000ml烯酸中含0.1g重铬酸钾的标准溶液
酸层颜色不深于1000ml烯酸中含0.2g重铬酸钾的标准溶液
GB2012
总硫含量，mg/kg不深于
3
SY2506
中性试验
中性
GB1816
蒸发余物，mg/100ml,不大于
5
—
GB3209
注：
将试样注入100mL玻璃量筒中，在（20±3℃）下观察，应是透明、无不溶水及机械杂质。
优级石油苯的主要性质：
苯为无色可燃、具有特殊芳香气味的液体，结晶点为5.40℃，沸点为80.1℃，相对密度（d204）为0.87901，折光率（n204）为1.5010。
汽油调和组分临时参考质量指标：
辛烷值（研究法）90～95苯含量≯2.5%。
1.6经济核算
化工工程建设项目在筹备阶段就要进行费用估算，目的是给项目主管部门提供决策依据。
经济核算必须考虑到一切可能存在的因素：
用于原材料、劳动力、设备维修、动力和其他公用工程等方面的直接生产成本，还包括车间的管理费、销售费用以及其他费用。
在本设计中，经调查初顶石脑油的市场价为8700元/吨，加氢裂化重石脑油的市场价为8100元/吨，新鲜水的市场价为4.1元/吨。
原料海盐费用的计算如下：
m初顶石脑油=180200t/a
所以，W1=180200×8700=1567740000元
新鲜水费用的计算如下：
m水=4.1×45000=184500元
加氢裂化重石脑油费用的计算如下：
m加氢裂化重石脑油=150000×8100=1215000000元
本车间定员28人，每人每月平均工资为3000元，则每年工人的工资总费用为100.8
万元。
本设计的经济核算见表1-7。
表1-7经济核算表
序号
指标名称
计算单位
设计指标
成本/万元
1
生产规模
t/a
30wt脱水
—
2
车间定员
人
28
100.8
3
初顶石脑油
t/a
180200
156774
4
原料水
t/a
4.5wt
18.45
5
加氢裂化石脑油
t/a
150000
121500
6
设备数量及投资
台
10
400
7
车间建筑面积
m2
260
100
第2章工艺设计与计算
2.1工艺原理
预加氢精制的目的主要是除去重整原料油中的含硫、氮、氧化合物和其它重整催化剂的毒物。
如砷、铅、铜、汞、钠等。
以保护重整催化剂。
预加氢过程可以把原料中的硫、氮、氧、烯烃和金属杂质，分别转化为易于除去的H2S、NH3、H2O、和饱和烃，
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