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工艺设计说明书样板
北方民族大学
学士学位论文
论文题目:
年产1万吨液化石油气装瓶站工艺设计
院（部）名称:
化学与化学工程学院
学生姓名:
张宝银
专业:
化学工程与工艺学号:
20091340
指导教师姓名:
靳治良
论文提交时间:
2013年5月1日
论文答辩时间:
2013年5月10日
学位授予时间:
北方民族大学教务处制
摘要
液化石油气在家用、化工生产、汽车工业等领域有着广泛的应用。
炼化厂释放的废气中，含有一定量的C3、C4组分（丙烷、丁烷、丁烯、异丁烯等），过去传统的处理办法是通过火炬燃烧排空，既造成资源浪费，又带来环境污染，为了实现能源的可持续发展，近年来新建厂和老厂都通过新建或技术改造，将C3、C4回收利用，制得液化气外销，取得一定经济及社会效益。
本设计基于炼化厂排放的C3、C4废气回收利用为目的，以此为原料生产液化石油气。
采用压缩冷凝的方法，将炼化厂释放废气中的C3、C4组分予以液化，建设年产1万吨液化石油气生产装置及灌装台站。
涉及原料废气预处理、压缩、冷凝、液化气输送、储存、灌装等诸多单元过程。
设计深度为初步设计。
该工艺流程较短，设备投资较少，操作运行稳定可靠，产品质量易于控制，无新增污染物排放，具有较好的经济效益、环境效益、社会效益。
设计内容包括：
工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、分子筛吸附器的设计计算以及生产装置中其他设备的选型计算、安全环保设施等。
图纸包括：
带控制点工艺流程图、装置平面布置图。
关键词：
液化石油气，压缩机，换热器，分子筛，装瓶站
ABSTRACT
Refinerygasrelease,C3、C4groupcontainsacertainamountofpoints（propane,butane,isobutenebutene,etc.）,thepasttraditionalapproachisthroughthetorchburningemptying,andcausesthewasteofresources,butalsobroughtenvironmentalpollution.Inrecentyears,thenewplantandoldplantthroughnewortechnologicaltransformation,C3、C4recycling,preparedwithliquefiedgasexport,andachievedcertaineconomicandsocialbenefits.
Thisdesigninviewoftheaboveprocess,usethecompressionmethodofcondensation,therefinerytoreleaseC3、C4constituentsinexhaustgastobeliquefied,theconstructionofanannualoutputof10000tonsofliquefiedpetroleumgasproductiondeviceandfillingstations.Involvetherawmaterialgaspretreatment,compression,condensation,liquefiedgastransportation,storage,fillingandotherunits.
Theprocessisshorter,lessinvestmentinequipment,excellentconditionsandtheproductqualityiseasytocontrol,Thereisalmostnowasteemissions,Thisproductionhasawidesourceandrelativelylowpriceofrawmaterials,andalsohasagoodeconomicbenefits,environmentalbenefitsandsocialbenefits.
Keywords:
Liquefiedpetroleumgas,compressor,heatexchanger,molecularsieve,bottlingstation
前言
液化石油气，英文缩写LPG（Liquefiedpetroleumgas）。
LPG由甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等多种易燃易爆物质组成，常温常压下为气体，属于甲类危险品。
随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。
在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生产合成塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。
用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。
此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。
能源的安全以及环境保护是人类面临的共同挑战，也是除了贸易之外的各大经济体之间最受关注的两个话题。
我国的能源和环境方面也正面临着有史以来最为严峻和规模的挑战，为正在进行的城镇化、机动车化和工业化的过程以及为全国人口提供充足、可靠、廉价、清洁、便利的能源供应，在规模上比任何国家以往所经历的都要大得多。
高昂的国际油价，能源的短缺和快速增长的能源进口，生产和使用造成的严重污染，国际能源地缘政治，全球气候变暖，国内能源领域市场化改革的复杂性，这些因素都使得我国面临的挑战比任何所面临和以往经历过的国家挑战都更为严峻。
炼化厂释放废气中，含有一定量的C3、C4组分（丙烷、丁烷、丁烯、异丁烯等），过去传统的处理办法是通过火炬燃烧排空，既造成资源浪费，又带来环境污染。
近年来新建厂及老厂都通过新建或技术改造，将C3、C4回收利用，制得液化气外销，取得一定经济及社会效益。
第1章综述
1.1液化石油气的概念
液化石油气无色无味，是石油产品之一。
通常由甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等组成，常温常压下为气体，属于甲类危险品。
无色气体或黄棕色油状液体，有特殊臭味；密度：
液态密度为580kg/m3，气态密度为2.35kg/m3；闪点：
-74℃；引燃温度：
360℃～460℃；爆炸上限%（V/V）：
33；爆炸下限%（V/V）：
5；热值：
10650kJ/m3。
LPG充装系统设施危险性大，是油气生产销售的重点防火防爆场所。
LPG从液态转变为气态时，其体积膨胀约250～300倍。
1.2液化石油气的来源
1.2.1从油、气田开采中生产
在油田开采时，携带在原油中的；在气田开采时，携带在天然气中的气体烃类，经初步分离和处理后，再集中送到气体分离室脱水，最后分别获得丙烷和丁烷等。
再加压和降温的条件下将丙烷、丁烷分别液化，分装在不同的储罐内。
厂家可以直接出售丙烷、丁烷，也可以根据用户要求，把丙烷、丁烷按一定比例混合，调配成符合国家质量标准的液化石油气再出售给用户。
1.2.2从炼油厂中生产
在石油炼制过程中液化石油气是副产品。
通常原油在常减压蒸馏、催化裂化、热裂化、催化重整、加氢裂化及延迟焦化等工艺装置加工处理过程中都会产生烃类气休，这些气体经吸收稳定工序后，在一定压力下分离出贫气与富气。
贫气的主要组分为非烃类气体和甲烷，还有少量的乙烯和乙烷等，这类气体通常送到气柜集中处理后分送到加热炉中作燃料；富气的主要组分为丁烷、丁烯、丙烷、丙烯，还有少量非烃类化合物和戊烯，这类气体在一定压力下成为主要由丙烷、丙烯、丁烷、丁烯组成的液化石油气。
我国炼油厂的液化石油气主要从催化裂化装置中获得。
[1]
1.2.3从乙烯工厂中生产
在轻油或轻烃进行裂解生产乙烯的过程中，也会产生液化石油气组分，由于乙烯是工厂的生产目标，决定了这类工厂生产出的液化石油气质量较差，一般含碳四组分高。
如果炼油厂与乙烯工厂是同属一个单位，通常可把这两种来源不同的液化石油气进行适当的调配，以便获取符合国家标准的液化石油气。
1.3液化石油气的性质
由于液化石油气为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等烃类的混合物，不同厂生产的产品也略有不同，故列出单一气体在标准状态下的物理热力性质如表1-1所示。
表1-1单一气体在标准状态下的物理热力性质
名称
分子
式
密度kg/m3
相对分
子质量
颜
色
形态
爆炸极限空
气中体积%
熔点
沸点
热值Q
（千卡/标米3）
上
下
℃
高
低
丙烷
C3H8
500
44.09
无
气
9.5
2.1
-189.9
-42.2
24172
22256
丙烯
C3H6
517
42.05
无
气
11.7
2.0
-185.2
-47.7
22358
20925
丁烷
C4H10
579
58.12
无
气
8.5
1.5
-138.4
-0.5
31957
29513
异丁烷
C4H10
551
58.12
无
气
8.5
1.5
-145
-11.7
31957
29513
1-丁烯
C4H6
595
56.1
无
气
10
1.6
-185.4
6.3
30038
28092
2-丁烯（顺）
C4H8
623
56.1
无
气
10
1.6
-138.9
3.7
30038
28092
2-丁烯（反）
C4H8
604
56.1
无
气
10
1.6
-105.5
0.9
30038
28092
戊烷
C5H12
626
72.15
无
液
8.3
1.4
-129.7
36.3
40428
37410
异戊烷
C5H12
621
72.15
无
液
8.3
1.4
-160
28
40428
37410
1.4液化石油气的运输
1.4.1管道运输
液化石油气的运输量大，系统运行安全、可靠，运行费用低。
但这种运输方式一次投资较大（管道全线需一次建设完成），金属（管材）耗量大。
当运输量不大，但运输距离比较近时也可以采用管道运输方式。
1.4.2铁路运输
火车槽车是液化石油气利用铁路运输时的主要运输工具。
铁路运输方式适用于运输距离较远、运输量较大的情况。
火车槽车配置数量主要取决于供应规模、列车编组情况、气源厂到储配站的距离、槽车几何容积及检修情况等。
1.4.3公路运输
汽车槽车是液化石油气采用公路运输方式的主要运输工具。
采用汽车槽车运输方案时必须充分考虑汽车活动范围内的交通情况，如：
桥梁限载、道路路面及坡度、行车规定等。
还要经过交通管理部门的批准，选择合理的运输线路。
如道桥的限高。
目前，我国使用的液化石油气汽车槽车主要有三类：
半拖式固定槽车、固定槽车和活动挡车。
汽车槽车配置数量应根据运输距离的长远、运输量的多少和槽车检修情况等因素确定。
1.4.4水路运输
在水路交通运输比较方便的地方，槽船运送液装有液化石油气储罐的是可选择的方案之一。
目前使用的主要有常温压力式、槽船和低温常压式槽船两类。
水路运输分为河运和海运两类。
1.5液化石油气供应基地
1.5.1液化石油气储配站的任务及功能
根据需要，液化石油气储配站一般可以完成接收、储存、灌装及残液回收等任务。
同时，还应具有储罐间的倒罐、储罐的升压、排污、投产置换、残液处理及钢瓶检验、维修等功能。
1.5.1.1接受
接收是指将运输来的液化石油气送入（或卸入）储罐的工艺过程。
1.5.1.2储存
储存是储配站的主要功能之一。
储罐的个数一般不应少于2个。
1.5.1.3灌装
灌装是指将液化石油气按规定的重量灌装到钢瓶、汽车槽车或铁路槽车中的工艺过程。
一般城镇液化石油气储配站主要灌装钢瓶和汽车槽车。
1.5.2液化石油气的装卸
（1）利用地形高程差所产生的静压差卸车；
（2）利用泵装卸；
（3）利用压缩机加压装卸。
1.5.3液化石油气的储存
液化石油气的储存是液化石油气供应系统的一个重要环节。
储存天数主要取决于气源情况和气源厂到供应基地的运输方式等因素，如气源厂的个数、距离远近、运输时间长短、设备检修周期等。
储存容积要由供气规模、储存天数决定。
储存方式与储存量的大小一般要根据气源供应、用户数量和用气情况等多方面的因素综合考虑确定。
1.5.3.1按储存的液化石油气形态分类
（1）常温压力液态储存（全压力式储存）；
（2）低温常压液态储存（全冷冻式储存）；
（3）固态储存。
1.5.3.2按空间相对位置分类
（1）地层岩穴储存；
（2）地下金属罐储存：
全压力式、全冷冻式；
（3）地上金属罐储存。
在城镇液化石油气供应系统中，目前使用最多的是将液化石油气以常温压力的液态形式储存在地上的固定金属储罐中。
近年来，一些企业也引进了低温常压液态储存的装置。
1.5.4液化石油气灌装工艺
将液化石油气按规定的重量灌装到钢瓶中的工艺过程称为灌装。
钢瓶的灌装工艺一般包括空瓶搬运、实瓶搬运、空瓶分拣处理、灌装及实瓶分拣处理等环节。
（1）按灌装原理可分为：
a重量灌装；
b容积灌装。
（2）按机械化自动化程度可分为：
a手工灌装；
b半机械化、半自动化灌装；
c机械化、自动化灌装。
1.5.5残液回收
残液是指液化石油气中C5以上成分，它们在使用过程中，一般不能气化。
残液倒空回收还可以采用抽真空法和引射器法等。
1.5.6液化石油气供应基地的选址与平面布置
液化石油气供应基地在节约用地、保证安全间距的前提下，必须分区布置，以便于安全和生产管理。
液化石油气供应基地一般包括生产区、罐区、生活辅助区。
1.5.7工艺流程
储配站的工艺流程因液化石油气的接收、净化、储存、灌装及残液回收、分配方式的不同而有所差异。
1.6液化石油气的用户供应
1.6.1液化石油气的气化方式
根据液化石油气的气化原理及特点，液化石油气的气化过程可分为自然气化和强制气化两类。
1.6.1.1自然气化
自然气化是指液态液化石油气吸收自身的显热和通过容器壁吸收周围介质的热量而进行气化的过程。
自然气化过程的特点：
（1）气化过程中有组分的变化；
（2）具有一定的气化能力适应性；
（3）液化问题。
1.6.1.2强制气化
强制气化是指人为地加热从容器中引出的液态液化石油气使其气化的方法。
气化是在专门的气化装置（气化器）中进行的。
加热液化石油气的热媒通常使用热水或蒸汽，也可采用电加热或火焰加热方式。
（1）强制气化过程的特点：
a气化过程中没有组分的变化；
b气化能力大；
c有再液化问题。
（2）强制气化的主要方式：
a自压气化；
b加压气化；
c减压气化。
1.6.2液化石油气钢瓶供应
液化石油气瓶装供应站是城镇中专门用于向居民及商业用户供应液化石油气钢瓶的站点。
液化石油气瓶装供应站一般由瓶库、营业室及修理间等构成。
1.6.3液化石油气的管道供应
液化石油气的管道供应适用于居民住宅区、商业用户、小型工业企业用户。
一般由气化站或混气站供气。
与人工燃气相比，具有投资少、运行成本低、建设周期短、供气规模弹性大的优点；与液化石油气自然气化和强制气化管道供应相比，由于混合气的露点比液化石油气低，即使在寒冷地区也可以保证常年供气。
同时，这种系统还适宜作为城镇天然气到来之前的过渡气源，在天然气到来之后，混气站仍可作为调蜂或备用气源留用。
液化石油气混气站由液化石油气储罐、蒸发器、混合器、计量仪表与管道等组成。
1.7液化石油气的工业前景
与2009年初相比，虽然国际油价已经从低位逐渐回升，全球经济已经开始复苏，但是经济衰退造成的影响并没有完全散去，许多国家的经济发展仍然不景气。
2009年，全球能源需求总体下降，液化石油气（LPG）供需均小幅下降。
中国国内市场则有所不同，低价格刺激了民用气需求的回升，LPG供需均小幅增长，进口量在上年低水平的基础上大幅跃升，出口量刨出历史新高。
在广东油气商会于2010年3月22-24日于青岛举行的“第十五届中国液化石油气国际会议”上，专家对国内外LPG市场的发展进行了分析和预测。
会议认为，LPG虽然正在受到替代能源的冲击，但其凭借自身优势，仍然具有良好的发展前景。
中国国内LPG市场面临天然气等替代能源的冲击，但是，LPG的应用领域有望扩展，并且随着天然气价格的不断上调，LPG有望逐渐增强市场竞争力。
[2]
2009年，虽然我国的LPG产消量都有一定的增长，但产量增幅明显落后于原油加工量的增幅；同时进出口量大幅攀升。
中国石油化工股份有限公司信息部高级工程师田春荣分析了2009年我国国内的LPG市场状况[2]的特点：
进出口量大幅增长和产销量小幅增长（产量增幅明显落后于加工量的增幅）。
我国LPG消费量自改革开放以来，年均每年以7.8％的速度快速增长，全球第二大LPG消费国已经非我国莫属。
中国燃气LPG总部总裁庞英学、东莞市九丰能源有限公司总经理谢炳照等企业家对我国LPG行业发展思路做了探讨，并提出以下建议。
[2]
（1）建立有效长期的政府管理机制；
（2）加强企业间的合作，强化企业内部管理；
（3）开拓广大的农村市场；
（4）发挥液化石油气的竞争优势；
综观LPG市场，全球经济的逐步复苏，有利于带动国际市场LPG价格的坚挺；尽管国内LPG供应充裕，LPG受到天然气等替代能源的冲击，但是，LPG的应用领域有望扩展，并且随着我国天然气价格的不断上调，LPG将逐渐增强市场竞争力。
专家们还相信，我国LPG市场监管体系将逐步建立健全，国家燃气立法、技术标准的修订将有利于加强市场监管，改善经营环境，加快LPG市场的整合，促进LPG行业向规范化、规模化和集约化发展。
[2]
1.8液化石油气的脱水
目前已经工业化的炼厂气脱水方法有：
膜分离法、固体吸收法、直接冷冻法、溶剂吸收法等。
吸附法脱水是指采用固体吸附剂脱水的方法，当吸附质只是水蒸气时，此吸附剂又称固体干燥剂。
用于气体脱水的吸附过程一般为物理吸附，故可改变温度或压力的方法改变平衡方向，达到吸附剂再生的目的。
用于液化石油气脱水的干燥剂必须是多孔性的，具有较大的吸附表面积，对气体中的不同组分具有选择性吸附作用，有较高的吸附传质速率，能简便的经济再生，且在使用过程中可保持较高的湿容量，具有良好的化学稳定性、热稳定性、机械强度和其他物理性能以及价格便宜等。
常用的液化石油气干燥剂有活性氧化铝，硅胶及分子筛等，一些常用的干燥剂得物理性质见下表1-2所示。
表1-2常用干燥剂的物理性质
物理性质
单位
硅胶
Davidson03
活性氧化铝
Aloca（F-200）
硅石球
（H3R硅胶）
Kali-chemie
分子筛
Zeochem
孔径
10-1nm
l10-19
15
20-25
3,4,5,8,10
比热容
kJ/（kg.K）
720
1.005
1.407
0.963
吸附热
kJ/kg
2980
2890
2790
4190
堆积密度
kg/m3
0.921
705-770
640-785
690-750
再生温度
℃
150-260
175-200
150-250
220-290
最低露点
℃
-96~-50
-96~-50
-96~-50
-185~-73
设计吸附容量
%
l4-20
11-15-
12-15
8-16
采用不同的吸附剂脱水工艺基本相同。
目前采用最多的是固体床吸附塔工艺，为保证装置连续操作，至少需要两个吸附塔。
在两塔流程中，一塔进行脱水造作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。
在三塔或多塔流程中，受进料条件等因素影响切换程序可以有多种选择，例如三塔流程可采用一塔吸附、一塔再生、另一塔冷却或二塔吸附、一塔再生及冷却得切换程序。
例如土库曼斯坦一大型天然气处理厂采用固体吸附法脱水工艺，吸附剂选用UOP上海公司生产的4A型分子筛，该分子筛对水的吸附具有很好的选择性，通过4塔切换操作实现分子筛对炼厂气中水分的吸附和再生，从而达到脱出原料炼厂气中水分的目的。
该装置具有操作简单、自动化程度高、脱水深度高等特点。
[3]
1.8.1原料气脱水吸附
来自脱硫装置的原料天然气压力为5.73MPa（G），流量为395.7×104m3/d，经脱水装置冷却至30℃后与经冷却分离并增压后的富再生气混合，进入原料气聚结器除去夹带的水滴。
出聚结器的原料气分为两股，自上而下分别进入两个并联的分子筛脱水塔进行脱水吸附。
脱水后的净化气进入产品气粉尘过滤器过滤出残留的分子筛粉尘后，作为本脱水单元产品气送至脱烃装置。
[3]
1.8.2脱水塔冷却再生
从脱水后的干气管线上引出一股温度为32℃，压力为5.63MPa（G），流量为23.74×104m3/d的炼厂气作为冷却气，自上而下通过刚完成再生过程的分子筛脱水塔以冷却该塔。
出脱水塔的冷却气经换热器与富再生气换热后进入再生气加热炉加热至300℃后作为贫再生气，自下而上的通过刚吸附过程的分子筛脱水塔，使吸附的水脱附并进入再生气中，从而完成该塔的再生过程。
[3]
1.8.3再生气冷却外送
出塔后的富再生气经换热器回收热量后进入再生气空冷器进行冷却，使再生气中的大部分水蒸气冷凝为液体。
冷却后的富再生气中的大部分水蒸气冷凝为液体。
冷却后的富再生气进入再生气分离器分理处游离水，经再生器压缩机增压后返回进脱水塔的湿净化气管线。
分离出的污水进入污水总管（见图1-1）。
分子筛脱水采用四塔流程，分子筛脱水塔在一个操作周期内吸附12h，再生6h，冷却6h，运行期间保持两塔吸附、一塔冷却、一塔再生，再生气加热炉连续操作，（见表1-3）。
该工艺有别于国内其他工艺的特征在于：
脱水装置采用一股气流，先用作冷吹起，后作为再生气，因而无需建压再生。
其优点是既简化了工艺流程，又减少了再生气用量，回收了热能，从而降低了装置整体能耗。
[3]
表1-3脱水装置吸附塔工作状态切换表[3]
周期/h
A
B
C
D
0-6
吸附
吸附
冷却
加热
6-12
加热
吸附
吸附
冷却
12-18
冷却
加热
吸附
吸附
18-24
吸附
冷却
加热
吸附
图1-1脱水装置工艺流程图[3]
第2章设计依据
《液化石油气标准》[GB11174-1997]
《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007-2007
《石油化工企业设计防火规范》GB50160
《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》SH3063
《钢制球形储罐型式与基本参数》GB17261-1998
《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
《化工企业静电接地设计规程》HG/H20675-90
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92
《低倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50151-92
《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196-93
《固定消防炮灭火系统设计规范》GB50338-200
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