原油常减压蒸馏课程设计书.docx
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原油常减压蒸馏课程设计书
*********
课程设计说明书
题目590油常减压蒸馏装置工艺设计
学院：
化工学院专业：
化工专业班级：
****
学生：
****指导教师****
完成时间：
20**年*月*日至2***年*月*日
第一章总论
1.1概述……………………………………………………………………………………………………3
1.1.1设计方案……………………………………………………………………………………………3
1.1.2生产规模……………………………………………………………………………………………3
1.1.3工艺技术路线………………………………………………………………………………………4
1.1.4工艺技术特点………………………………………………………………………………………4
1.2文献综述………………………………………………………………………………………………4
1.2.1常减压蒸馏技术现状………………………………………………………………………………4
1.3.设计任务依据…………………………………………………………………………………………5
1.4主要原材料……………………………………………………………………………………………5
1.5其他……………………………………………………………………………………………………5
1.5.1交通运输……………………………………………………………………………………………5
1.5.2节能措施……………………………………………………………………………………………6
第二章工艺流程设计
2.1原料油性质及产品性质………………………………………………………………………………7
2.1.1原料油性质…………………………………………………………………………………………7
2.1.2产品性质……………………………………………………………………………………………7
2.2.工艺流程……………………………………………………………………………………………8
2.2.1工艺流程……………………………………………………………………………………………8
2.3塔器结构………………………………………………………………………………………………9
2.4环保措施………………………………………………………………………………………………9
2.4.1污染源分析…………………………………………………………………………………………9
2.4.2废气处理……………………………………………………………………………………………10
2.4.3废水处理……………………………………………………………………………………………10
2.4.4噪声防护……………………………………………………………………………………………11
第三章工艺计算
3.1原料及产品的有关参数的计算………………………………………………………………………13
3.2工艺流程的确定根据与流程的叙述…………………………………………………………………15
3.2.1切割方案及性质……………………………………………………………………………………15
3.2.2物料平衡…………………………………………………………………………………………15
3.2.3汽提蒸汽用量………………………………………………………………………………………17
3.2.4操作压力…………………………………………………………………………………………17
3.2.5汽化段温度………………………………………………………………………………………18
3.3蒸馏塔各点温度核算…………………………………………………………………………………20
3.3.1塔底温度……………………………………………………………………………………………20
3.3.2塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配…………………………………………………………20
3.3.3侧线及塔顶温度的校核……………………………………………………………………………21
3.4全塔汽、液负荷衡算…………………………………………………………………………………23
第四章常压蒸馏塔尺寸计算
4.1塔径的计算……………………………………………………………………………………………34
4.1.1塔径的初算…………………………………………………………………………………………34
4.1.2计算出Wmax后再计算适宜的气速Wa……………………………………………………………34
4.1.3计算气相空间截面积………………………………………………………………………………35
4.1.4降液管内流体流速Vd………………………………………………………………………………35
4.1.5计算降液管面积……………………………………………………………………………………35
4.1.6塔横截面积Ft的计算………………………………………………………………………………35
4.1.7采用的塔径D及空塔气速W…………………………………………………………………………35
4.2塔高的计算……………………………………………………………………………………………36
第五章水力学衡算
5.1塔板布置，浮阀、溢流堰及降液管的计算…………………………………………………………37
5.2塔的水力学计算………………………………………………………………………………………38
5.2.1塔板总压力降………………………………………………………………………………………38
5.2.2雾沫夹带……………………………………………………………………………………………38
5.2.3泄漏…………………………………………………………………………………………………39
5.2.4淹塔…………………………………………………………………………………………………40
5.2.5降液管超负荷………………………………………………………………………………………40
5.2.6适宜操作区和操作线………………………………………………………………………………40
5.2.7适宜操作区示意图…………………………………………………………………………………42
第六章车间平面布置
6.1车间平面布置方案……………………………………………………………………………………43
6.2车间平面布置图………………………………………………………………………………………43
6.2.1CAD绘图（见附图）………………………………………………………………………………43
6.2.2工艺条件……………………………………………………………………………………………43
6.3常压蒸馏塔装配图（见附图）………………………………………………………………………44
6.4工艺流程图（见附图）………………………………………………………………………………44
6.5主要塔器图（见附图）………………………………………………………………………………44
第七章结束语……………………………………………………………………………………45
第八章参考文献…………………………………………………………………………………45
第一章总论
1.1概述
石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。
石油中的烃类和非烃类化合物，相对分子质量从几十到几千，相应的沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样。
不同油区所产的原由在性质上差别较大，不同组成的原油表现出的物理性质不同，而不同的化学组成及物理性质对原油的使用价值、经济效益都有影响。
石油不能直接作汽车、飞机、轮船等交通运输工具发动机的燃料，必须经过各种加工过程，才能获得符合质量要求的各种石油产品。
人们根据对所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性，以及经济效益等诸方面的分析、制订合理的加工方案。
原油常减压蒸馏是常用基本的加工方案。
石油炼制工业生产汽油、煤油、柴油等燃料和化学工业原料，是国民经济最重要的支柱产业之一，关系国家的经济命脉和能源安全，在国民经济、国防和社会发展中具有极其重要的地位和作用。
石油炼制加工方案，主要根据其特性、市场需要、经济效益、投资力度等因素决定。
石油炼制加工方案大体可以分为三种类型：
（1）燃料型主要产品是用燃料的石油产品。
除了生产部分重油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。
（2）燃料－润滑油型除了生产燃料的石油产品外，部分或大部分减压馏分油和减压渣油还用于生产各种润滑油产品。
（3）燃料－化工型除了生产燃料产品外，还生产化工原料和化工产品。
原油经过常压蒸馏可分馏出汽油、煤油、柴油馏分。
因原油性质不同，这些馏分有的可直接作为产品，有的需要进行精制或加工。
将常压塔底油进行减压蒸馏，等到的馏分视其原油性质或加工方案不同，可以作裂化（热裂化、催化裂化、加氢裂化等）原料或润滑油原料油原料，也可以作为乙烯裂解原料。
减压塔底油可作为燃料油、沥青、焦化或其它渣油加工（溶剂脱沥青、渣油催化裂化、渣油加氢裂化等）的原料。
1.1.1设计方案
设计一套年处理量为360万吨大港原油加工装置，由于原料中轻组分不多，所以原油蒸馏装置采用二段汽化，设计常压塔，减压塔。
设计中采用水蒸气汽提方式,并确定汽提水蒸汽用量;由于浮阀塔操作弹性大，本设计采用浮阀塔。
原油蒸馏在炼油厂是原油首先要通过的加工装置。
一般包括预处理系统（原油电脱盐）、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统（加工轻质原油且达到经济规模时一般设置轻烃回收系统）等。
常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。
如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。
常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油“切割”成不同馏分的工艺过程。
1.1.2生产规模
规模原油处理量360万吨/年。
按年开工8000小时计，即处理量为450000kg/h。
1.1.3工艺技术路
大港原油属于低硫环烷─中间基原油。
煤油具有相当好的挥发性能，比较高的闪点，适宜的粘度等特性，是一种优良的有机溶剂，有着广泛的应用前景，但是，直馏煤油和一般的加氢煤油芳烃含量都较量，氮的非烃化合物也很多，致使在使用过程中，不仅使人感到有不舒服的臭味，还对人体有害。
在应用上，煤油馏分除用作喷气燃料、特种溶剂油、灯用煤油以外，还有很大一部分作为铝轧油基础油使用。
由于铝轧制在冷却、润滑和改善铝制品表面光洁度等方面都极其重要的作用，因此，随着铝加工业的迅猛发展，铝轧制油的用量越来越大。
铝轧制油除应用具有馏分范围窄、饱和烃含量高、闪点高的特点外，还要求具有较低的硫含量和芳烃含量。
煤油加氢工艺是生产高档铝轧制油最有效的工艺手段，该工艺主要是对其进行深度脱硫、脱氮和脱芳烃。
采用加氢法生产无味煤油、铝轧制油，有着其它方法无法比拟的优点。
首先是产品质量好，收率高，其中产品芳烃含量小于0.1%；其次是不产生酸渣、碱渣等污染物，属于环境友好工艺。
特种油品精馏与一般的炼油装置不同，馏分窄分馏精度要求高，产品的种类繁多，生产操作完全由市场决定，操作灵活要求非常高，根据产品方案要求，分馏部分采用双分馏塔多侧线抽出，其中第二分馏塔为减压操作，满足不同产品分割及质量要求。
1.1.4工艺技术特点
由于装置规模较小，在保证安全平衡生产的前提下，尽量简化工艺流程和自动控制系统，以节省工程投资。
反应部分采用冷高压分离流程。
分馏部分设置两台分馏塔，其中第二分馏塔为减压操作，两台分馏塔产品侧线抽出及塔底均设重沸器，塔内装填高效规整填料，确保分馏精度。
设置热载体回执系统，热载体作为塔底重沸器热源。
1.2.文献综述
1.2.1常减压蒸馏技术现状
①国外蒸馏装置技术现状及发展趋势
炼油传厂的大型化是提高其劳动生产率和经济效益，降低能耗和物耗的一项重要措施。
按2004年一月底的统计，全世界共有717座炼油厂，总加工能力4103Mt/a。
其中加工能力在10Mt/a以上的炼油厂126座，分散在34个国家和地区，有16座加工能力在20Mt/a以上。
现在单套蒸馏装置一般都在5Mt/a以上，不少装置已达到10Mt/a。
现在最大的单套蒸馏装置处理量为15Mt/a。
整体蒸馏装置将原油分为：
常压渣油、含蜡馏分油、中间馏分油和石脑油组分。
常压部分出常压渣油、中间馏分和石脑油以下的馏分。
中间馏分在加氢脱硫分馏塔中分馏煤油、轻、重柴油，常压渣油进入高真空减压蒸馏，分馏出的蜡油作为催化裂化装置和加氢裂化装置的原料。
整体蒸馏装置可以节省投资30％左右。
电脱盐方面：
以Petrolite和Howe-Beaket二公司的专利技术较为先进。
Howe-Beaket技术主要为低速脱盐，Petrolite已在低速脱盐的基础上开发了高速电脱盐。
塔内件方面：
以Koch-Glitcsh、Sulzer和Norton为代表，拥有较先进的专利技术，公司开发出了SuperFRACI.SuperFRACV高效塔盘和Gempak填料，Sulzer在原有Mellapak填料的基础上开发了Mllapakplus和Optiflow高效填料。
产品质量方面，国外蒸馏装置典型的产品分馏精度一般为：
石脑油和煤油的脱空度ASTMD86（5%-95%）13℃；煤油和轻柴油的脱空度ASTMD86（5%-95%）-20℃；轻蜡油与重蜡油的脱空度ASTMD1160（5%-95%）5℃，润滑油基础油也基本满足窄馏分、浅颜色。
②国内蒸馏装置技术现状
我国蒸馏装置规模较小，大部分装置处理能力为2.5Mt/a，仅有几套装置的加工能力超国4.5Mt/a。
我国蒸馏装置的总体技术水平与国外水平相比，在处理能力、产品质量和拨出率方面存在较大的差距。
最近几年，随着我国炼油工业的发展，为缩短与世界先进炼油厂的差距，我国新建蒸馏装置正向大型化方向发展，陆续建成了镇海、高桥8Mt/a及西太平洋10Mt/a等大型化的蒸馏装置等，其中高桥为润滑油型大型蒸馏装置，拟建的大型蒸馏装置也基本为燃料型。
我国蒸馏装置侧线产品分离精度差别较大，如中石化有些炼油厂常顶和常一线能够脱空，但尚有40%的装置常顶与常一线恩氏蒸馏馏程重叠超过10℃，最多重叠达86℃。
多数装置常二线与常三线恩氏蒸馏馏程重叠15℃以上，实沸点重叠则超出25℃。
润滑油馏分切割也同国外先进水平存在一定差距，主要表现在轻质润滑油馏分的发挥及中质润滑油馏分的残碳、颜色和安定性等方面存在差距较大。
1.3.设计任务依据
设计任务有指导教师指定课题
1.4.主要原材料
主要原材料是大港原油，其属低硫环烷─中间基原油。
1.5.其他
1.5.1交通运输
本装置设在广东**石化工业区，相关设施及公用工程非常完善，原料、产品及废渣方便快捷地输送。
**石化工业区内交通便利，汕茂铁路与京广、京九铁路相连，河茂铁路与柳湛铁路相连，正在建设的洛湛铁路通过**，使**与华南、华北腹地相接起来。
**有发达的公路网，325国道与高水一级公路连通。
广湛高速已全线通车，**到湛江机场1小时车程，**至广州3小时车程，**至重庆高速公路已建成通车。
**港是国家一类对外开放口岸，距香港202海里，距澳门184海里，现有水东、博贺和北山岭3个港区，已建成500吨级以上码头11个，其中万吨以上4个，年吞吐能力1759万吨。
其中，博贺新港区已建成25万吨级单点系泊码头、85万立方原油储罐可以用十分低廉的成本建成30万吨级码头泊位4个，20-25万吨级码头泊位4个，10万吨级码头泊位10个，5万吨级及以下码头泊位71个，总计89个深水泊位，形成的港口吞吐能力可达3亿吨。
1.5.2节能措施
炼油厂加工所消耗的能量占原油加工量的4%-8%，而常减压蒸馏装置又是耗能量大的生产装置。
2001年中石化常减压蒸馏装置平均能耗为0.496GJ/t（不包括不开减压装置），最低0.438GJ/t，最高0.686GJ/t，与国外常减压蒸馏装置相比，我国常减压蒸馏装置的能耗显然偏高，具有较大的节能潜力。
常减压蒸馏装置能耗主要是工艺过程必须消耗的燃料、水蒸汽、电力、水等所产生的能量消耗。
其中燃料能耗比例最大，达60%-85%；其次是电和蒸汽，均占总能耗的10%-15%；水的能耗的占总能耗的4%左右。
因此，应从降低燃料消耗着手，节约能源。
常减压蒸馏装置主要从五个方面着手：
改进工艺流程、提高设备效率、优化操作、采用先进的自动控制流程、加强维修管理。
降低燃料消耗，就是在保证产品收率和质量的条件下，减少加热炉有效热负荷和提高加热炉效率。
加热炉负荷通常包括加热常压塔和减压塔进料及蒸汽所需热负荷。
减少加热炉有效负荷的主要措施有：
提高常压炉进料温度、降低加热炉出口温度、减少加热炉进料量（包括蒸汽）；提高加热炉热效率的主要措施有：
回收烟气余热，降低排烟温度、提高燃烧器燃烧效率、优化及自动控制加热炉各操作参数（如烟气含氧量、炉膛负压，排烟温度等）、应用新型隔热材料，减少加热炉热损失。
同时，节能措施的采用，不仅在技术上可行，而且必须经济合理。
节能与投资的关系实质上是操作费用与投资的关系在节能领域的体现。
第二章工艺流程设计
2.1原料油性质及产品性质
2.1.1原料油性质
大港原油属低硫环烷─中间基原油,一般性质如下表所示。
表2-1大港原油一般性质
名称
单位
数值
名称
单位
数值
密度
D204
0.8896
含盐
mgNaCl/L
74
特性因数
11.8
水分
%
1.4
运动粘度（50℃）
Mm2/s
20.64
初馏点
℃
82
凝点
℃
20
200℃馏出
%
10
含蜡量
%
14.1
300℃馏出
%
25
沥青质硅胶胶质
%
12.56
Ni含量
PPm
18.5
残炭
%
3.5
V含量
PPm
〈1
含硫
%
0.14
Cu含
PPm
0.76
含氮
%
—
灰分
%
0.018
注:
计算时用d420=0.8717,K=12`
表2-2原油实沸点蒸馏数据
序
馏出温度
馏出,%
序
馏出温度
馏出,%
序
馏出温度
馏出,%
号
℃
重
体
号
℃
重
体
号
℃
重
体
1
113
2.37
3.28
7
283
20.86
22.89
13
385
39.80
42.35
2
148
5.58
6.54
8
300
24.00
26.13
14
399
43.01
45.62
3
180
8.53
9.84
9
318
27.11
29.35
15
419
46.14
48.79
4
210
11.54
13.12
10
335
30.31
32.66
16
460
59.13
61.65
5
235
14.59
16.38
11
353
33.49
35.92
17
500
71.32
73.48
6
256
17.68
19.61
12
364
36.68
39.17
表2-3原油平衡蒸发数据
累计馏出,％（体）
3
10
20
30
40
50
60
70
平衡蒸发温度,℃
200
237
280
316
348
381
409
436
2.1.2产品性质
表2-4大港原油常压分馏产品性质
产品名称
沸点范围℃
产率%（质）
密度
d204
恩氏蒸馏数据℃
0%
10%
30%
50%
70%
90%
干点
重整原料
～130
4.2
0.7342
58
87
93
99
106
118
130
航空煤油
130~230
9.4
0.7909
142
162
180
192
205
228
243
轻柴油
230~320
13.5
0.8406
225
238
255
262
270
288
312
重柴油
320~350
5.7
0.8450
307
324
329
331
340
359
385
重油
〉350
67.2
0.9200
2.2.工艺流程
2.2.1工艺流程
工艺流程简介：
本设计采用二段汽化的常减压蒸馏装置技术（双塔流程）。
设有常压塔、减压塔和附属的汽提塔。
原油在进入常压塔前经过电脱盐系统的脱盐、脱水后，换热到240℃,再经常压炉加热到370℃进入常压塔，经过分馏，塔顶分馏出重整原料，侧线自上而下分别出航空煤油、轻柴油、重柴油，塔底分馏出重油。
重油经减压炉加热至400℃左右,进入减压塔,塔顶抽真空,经分馏,减一线出重柴油,减二、三线出蜡油,减四线出润滑油,塔底出减压渣油。
工艺流程图2-1如下：
图2-1常减压蒸馏装置工艺原则流程图
2.3塔器结构
根据设计要求和实际情况，采用板式塔。
各种板式塔有关结构性能比较如下表：
表2-5各种塔板比较
塔板
优点
缺点
泡罩塔板
不容易发生漏液现象，有较好的操作弹性，
对脏物不敏感
结构复杂造价高，塔板压降大，雾末夹带现象严重．塔板效率均匀
筛板
结构简单，造价低，气体，压降小
操作弹性地，筛孔小，易堵塞
浮阀塔板
生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小，结构简单，造价低
不宜处理易结焦，或黏度大
喷射型塔板
开孔率较大，可采用较高的空塔气速，生产能力大，塔板效率高
操作弹性大．气相夹带
由上表比较可知，应选择浮阀塔板作为本次设计所需的塔板。
2.4环保措施
2.4.1污染源分析
常压加热炉烟气减压加热炉烟气
图2-2常减压蒸馏装置的工艺流程及污染源分布
1－电脱盐罐；2一初馏塔；3常压炉；4常压塔；5汽提塔；6-稳定塔；7分馏塔；
8－减压加热炉；9－减压塔
由图2-2可知，常减压蒸馏装置污染源有电脱盐排水、初顶排水、机泵冷却水、常顶排水、减顶排水、常压加热炉烟气、减压加热炉烟气，所以环保工作应围绕这些污染源采取相应措施。
2.4.2废气处理
①加热炉烟气
烟气中的so2与燃料中硫含量有关，使用燃料气及低硫燃制能有效降低so2。
的排放量。
NO2的排放与燃料中的N2含量及燃烧火嘴结构有关。
②停工排放废气
装置在停工时，需对塔、容器、管线进行蒸汽吹扫，大部分存油随蒸汽冷凝水排出，还有部分未被冷凝的油气随塔顶蒸汽放空进入大气；检修时，需将塔、容器等设备的人孔打开，将残存的油气排入大气；要制定停工方案并严格执行，严格控制污染。
③无组织排放废气
一般情况下含硫废水中硫化氢及氨的气味较大，输送这种含硫废水必须密闭，如有泄漏则毒害严重。
含硫化氢废气经常泄漏的部位是在“三顶”回流罐脱水部位。
减少措施是控制好塔顶注氨。
输送轻质油品管线、碱渣管线及阀门的泄漏会造成大气污染，本装置设计常压塔顶减压阀为紧急放空所用，放空气体进入紧急放空罐。
管线阀门的泄漏率应小于2％c。
另外，蒸馏装置通常设“三顶”瓦斯回收系统，将初顶、常减顶不凝气引入加热炉作为燃料烧掉或回收，这样对节能、安全、环保均
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