460万吨常减压蒸馏课程设计.docx
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460万吨常减压蒸馏课程设计
课程设计说明书
设计名称：
化工专业课程设计
题目：
460万吨/年原油常减压蒸馏装置
常压分馏塔工艺设计
学生：
学号：
班别：
专业：
指导教师：
日期：
2012
年
9
月
22
日
设计任务书
1.设计题目:
原油常减压蒸馏装置工艺设计
2.学生完成全部设计之期限:
2012年9月22日
3.设计之原始数据:
（另给）
4.计算及说明部分内容:
（设计应包括的项目）
一、总论
1．概述；2．文献综述；3．设计任务依据；4．主要原材料；5．其他
二、工艺流程设计
1.原料油性质及产品性质；2.工艺流程；3.塔器结构；4．环保措施
三、常压蒸馏塔工艺计算
1.工艺参数计算；2.操作条件的确定；3.蒸馏塔各点温度核算；
4.蒸馏塔汽液负荷计算
四、常压蒸馏塔尺寸计算
1.塔径计算；2.塔高计算
五、常压蒸馏塔水力学计算*
六、车间布置设计*
1.车间平面布置方案；2.车间平面布置图；3.常压蒸馏塔装配图
七、参考资料
5.绘图部分内容:
（明确说明必绘之图）
（1）原油常减压蒸馏装置工艺流程图
（2）主要塔器图
（3）常压蒸馏塔汽液负荷分布图
（4）常压蒸馏塔装配图
6.发出日期:
2012年9月1日
设计指导教师:
完成任务日期:
2012年9月日
学生签名:
原油常减压蒸馏装置工艺设计基础数据
1、原油的一般性质
大庆原油，
=0.8587；特性因数K=12.3
2、原油实沸点蒸馏数据
表1大庆原油实沸点蒸馏及窄馏分性质数据
馏
分
号
沸点范围/℃
占原油（质）/%
密度
（20℃）
/g·cm-3
运动粘度/mm2·s-1
凝点/℃
闪点（开）/℃
折射率
每馏分
累计
20℃
50℃
100℃
1
初~112
2.98
2.98
0.7108
—
—
—
—
—
1.3995
—
2
112~156
3.15
6.13
0.7461
0.89
0.64
—
—
—
1.4172
—
3
156~195
3.22
9.35
0.7699
1.27
0.89
—
-65
—
1.4350
—
4
195~225
3.25
12.60
0.7958
2.03
1.26
—
-41
78
1.4445
—
5
225~257
3.40
16.00
0.8092
2.81
1.63
—
-24
—
1.4502
—
6
257~289
3.40
19.46
0.8161
4.14
2.26
—
-9
125
1.4560
—
7
289~313
3.44
22.90
0.8173
5.93
3.01
—
4
—
1.4565
—
8
313~335
3.37
26.27
0.8264
8.33
3.84
1.73
13
157
1.4612
—
9
335~355
3.45
29.72
0.8348
—
4.99
2.07
22
—
—
1.4450
10
355~374
3.43
33.15
0.8363
—
6.24
2.61
29
184
—
1.4455
11
374~394
3.35
36.50
0.8396
—
7.70
2.86
34
—
—
1.4472
12
394~415
3.55
40.05
0.8479
—
9.51
3.33
38
206
—
1.4515
13
415~435
3.39
43.44
0.8536
—
13.3
4.22
43
—
—
1.4560
14
435~456
3.88
47.32
0.8686
—
21.9
5.86
45
238
—
1.4641
15
456~475
4.05
51.37
0.8732
—
—
7.05
48
—
—
1.4675
16
475~500
4.52
55.89
0.8786
—
—
8.92
52
282
—
1.4697
17
500~525
4.15
60.04
0.8832
—
—
11.5
55
—
—
1.4730
渣油
>525
39.96
100.0
0.9375
—
—
—
41
—
—
—
3、产品方案及产品性质
表2产品产率及其性质
产品
沸点范围
产率
相对密度
恩氏蒸馏数据,℃
名称
℃
%（重）
初
10%
30%
50%
70%
90%
终
重整原料
初~130
4.26
0.7109
52
75
84
96
112
136
150
航空煤油
130~230
9.4
0.7782
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
342
359
385
重油
>350
67.2
0.9200
4.设计处理量:
250+学号×10万吨/年,开工：
8000小时/年。
5.汽提水蒸汽采用过热水蒸汽:
420℃,0.3MPa（表）
6.可采用二段汽化流程，设3个中段循环回流;过汽化油为2~4％（重）。
7.按时完成设计，交电子版和纸质版以及手稿。
第一章：
总论
1．1概述
1.1.1设计基础
原油在常压条件下呈液态的复杂的烃类混合物。
原油是一种主要由碳氢化沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样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。
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。
对许多原油来说，它的各项性质指标间往往存在着利弊交错、优劣共存的现象，这样就需要对原油进行分析评价。
人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。
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，也不能直接作润滑油、溶剂油、工艺用油等产品使用，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。
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。
原油炼制加工方案，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。
大庆原油:
设计一套年处理量为460万吨大庆原油加工装置，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。
石油炼制工业的发展是伴随着石油及石油产品的开发利用发展起来的，石油的发现、开采和直接利用由来已久，加工利用并、逐步形成石油炼制工业。
始于19世纪30年代，到20世纪40~50年代形成的现代炼油工业，是最大的加工工业之一。
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460年。
575000kg/h。
按年开工8000小时计，即处理量为575000kg/h
1.1.3工艺技术路线
大庆原油属于石蜡基原油，含硫量少，
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课程设计任书
（一）设计题目
设计处理大庆原油,年处理量460万吨的常减压蒸馏装置中的常压分馏塔。
（二）设计内容
1.根据原始数据,决定装置物料平衡。
2.常压塔的计算
①常压塔的物料平衡和物料性质。
②计算常压塔进料温度,根据经验数据,定出塔底温度。
③作常压塔全塔热平衡,求出塔顶回流及中段回流。
④计算各侧线的温度。
⑤根据塔的各段回流量,确定最大汽液负荷的位置。
⑥塔径与塔高的计算。
⑦根据塔的水力学计算,确定最适宜的操作范围。
3.用1#图纸绘制常压蒸馏塔结构图一张。
4.完成设计说明书一份。
（三）设计要求:
按照《课程设计指导书》上的要求。
（四）原始数据
大庆原油属低硫石蜡基原油,一般性质如下表所示。
表13大庆原油一般性质
性质
大庆
密度（20℃）g/cm
0.8578
运动粘度（50℃）/㎜²
19.5
疑点/℃
32
含蜡量（吸附法）/%
25.1
沥青质/%
0.1
硅胶胶质/%
8.9
酸值/㎎KOH/g
--
残炭/%
3.0
元素分析/%C
H
S
N
86.3
13.5
0.15
---
微量元素/µg/gV
Ni
<0.1
2
<300馏出/%
25.6
注：
数据源自《石油炼制工艺学》程丽华主编，p137
表14大庆原油常压分馏产品性质
产品
沸点范围
产率
相对密度
恩氏蒸馏数据,℃
名称
℃
%（重）
初
10%
30%
50%
70%
90%
终
重整原料
初~130
4.26
0.7109
52
75
84
96
112
136
150
航空煤油
130~230
9.4
0.7782
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
342
359
385
重油
>350
67.2
0.9200
图的来源:
图1:
原油的实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线,林世雄主编,石油炼制工程,上册,P293.
图2:
汽提蒸汽用量（四层汽提塔板）,来源同图1,P292.
图3:
常压塔的计算草图,来源同图1,P297.
图4:
重柴油抽出板以下塔段的热平衡,来源同图1,P300.
图5:
汽油的露点线相图,来源同图1,P303.
图6:
常压塔全塔汽丶液相负荷分布图,来源同图1,P303.
图7:
适宜操作区示意图,石油化学工业部石油化工规划设计院编,《塔的工艺计算》,P141
第二章．工艺简述
2.1原料油性质及产品性质
2.1.1原油的一般性质
大庆原油，
=0.8587；特性因数K=12.3
2.1.2原油实沸点蒸馏数据
表1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
2.1.3原油平衡蒸发数据
表2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
2.1.4产品性质
表3产品产率及其性质
产品
沸点范围
产率
相对密度
恩氏蒸馏数据,℃
名称
℃
%（重）
初
10%
30%
50%
70%
90%
终
重整原料
初~130
4.26
0.7109
52
75
84
96
112
136
150
航空煤油
130~230
9.4
0.7782
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
342
359
385
重油
>350
67.2
0.9200
2.2大庆原油加工方案
大庆原油的相对密度约为0.850.86，特性因数K=12.5~12.6.硫含量0.09%~0.11%，属于低硫石蜡基原油。
其特点是含蜡量高，凝点高，沥青质﹑重金属和硫含量低。
大庆原油的直馏汽油或重整原料馏分含量较少。
初馏~200℃馏分收率仅9.8%~0.11%，汽油馏分烷烃和环烷烃含量高，芳烃含量低，辛烷值低只有37，不可直接使用，可作为汽油调和组分或通过催化重整提高辛烷值。
大庆原油喷气燃料馏分的密度较小、结晶点高。
130~250℃馏分密度为0.7788g/cm³，结晶点-47℃。
所以只能生成2号喷气燃料。
180~300℃馏分芳香烃含量较低，无烟火焰高度大，含硫较少，经适当精制可得到高质量的灯用煤油。
直馏柴油的十六烷值高，柴油指数高达70以上，燃烧性能良好，但其收率受凝点的限制。
180~300℃馏分可作为-20号柴油，180~330℃馏分可作-10号柴油，180~350℃馏分可作为0好柴油，收率分别为13.2%、17.5%和20.8%。
煤、柴油馏分含烷烃多，是制取乙烯的良好原料。
350~500℃减压馏分的润滑油潜含量约为占原油的15%。
饱和烃加氢芳烃的粘度指数大于100.加入中芳烃后，粘度指数仍然在100左右。
所以，大庆原油350~500℃馏分是生产润滑油的良好原料。
减压渣油（>500）约占原油的40%，密度0.9209g/cm³，硫含量低，沥青质和贵金属含量低、饱和分含量高，可掺入减压馏分油作为催化裂化原料，可经丙烷脱沥青油精制生产残渣润滑油。
减压渣油含沥青质和胶质较少而蜡含量较高，难以生产高质量的沥青产品。
润滑油馏分溶剂脱蜡所得蜡膏，脱油后熔点符合42~47℃的商品要求，产率约为原油的2%。
根据评价结果，大庆原油宜采用燃料---润滑油型加工方案，其加工方案如图
大庆原油的燃料—润滑油加工方案
2.3工艺流程设计
由产品的性质可以了解到，此装置主要是生产燃料油，而且汽油馏分的含量也不是很高，所以在此用二段汽化式：
常压－减压。
图1-1生产流程图
2.4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。
2.5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
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