广东石油化工学院09届课程设计万吨原油常减压蒸馏装置工艺设计.docx
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广东石油化工学院09届课程设计万吨原油常减压蒸馏装置工艺设计
广东石油化工学院
《课程设计》
题目:
700万吨原油常减压蒸馏装置工艺设计
学院:
化工与环境工程学院
专业:
化学工程与工艺
班级:
学号:
学生姓名:
任课教师:
黄克明
完成时间:
2013年1月
广东石油化工学院
化学工程与工艺专业
设计任务书
2012年9月1日批准
系主任谢颖
发给学生
1.设计题目:
700万吨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:
2013年1月9日
3.设计之原始数据:
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:
2013年1月2日
学生签名:
石油化工生产技术课程设计
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
339
348
360
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
石油从外观看来是一种暗色的,从褐色以至黑色的流动和半流动的粘稠液体。
石油的相对密度大约在0.8至0.98间,一般都小于1.0。
石油组成相当复杂,有分子量很小的气态烃,也有分子量大1500至2000的烃类。
石油主要由C、H、S、N、O等元素组成,其中C占83~87%,H占11~14%。
石油中还含有多种微量元素,其中金属量元素有钒、镍、铁、铜、钙等,非金属元素有氯、硅、磷、砷等。
石油主要由烃类和非烃类组成,其中烃有:
烷烃、环烷烃、芳烃,非烃类有:
含硫、含氮、含氧化合物以及胶质、沥青质。
非烃类的危害:
影响产品的质量;腐蚀设备;污染环境;污染催化剂。
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。
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。
大庆原油属低硫石蜡基原油。
主要特点是含蜡量高、凝点高、沥青质含量低、重金属含量低、硫含量低。
直馏汽油馏分含量较少,辛烷值低:
;直馏柴油的十六烷值高。
350~500℃馏分是生产润滑油的良好原料。
减压渣油沥青质和胶质少而蜡含量较高,难以生产高质量沥青产品,可生产残渣润滑油。
胜利原油属于含硫中间基原油。
主要特点是密度较大、含硫较多、胶质沥青质含量较多。
直馏汽油馏分含量较少,辛烷值高。
直馏柴油的柴油指数较高、凝点不高。
减压馏分油生产润滑油不够理想。
减压渣油不宜生产润滑油,可生产沥青产品。
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设计方案
设计一套年处理量为700万吨大港原油加工装置,由于大庆原油中轻组分不多,所以原油蒸馏装置采用二段汽化,设计常压塔和减压塔。
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。
1.1.3生产规模
规模原油处理量:
700万吨/年。
按年开工8000小时计,即处理量为875000kg/h。
1.1.4工艺技术路线
大庆原油属低硫石蜡基原油。
主要特点是含蜡量高、凝点高、沥青质含量低、重金属含量低、硫含量低。
直馏汽油馏分含量较少,辛烷值低,直馏柴油的十六烷值高。
1.1.5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
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
设计任务以课程设计任务书为依据。
1.4主要原材料
主要原材料是大庆原油,属低硫石蜡基原油。
原料油直接由海运到港口,再由输送管道直接输送到厂区储罐内,产品则可通过公路,铁路和水路销往各地市场。
项目的水、电、风等公用工程均由石化工业园区管道输送。
三废排放也均可在石化工业园区的三废处理中心处理。
第二章工艺流程设计
2.1原料油性质及产品性质
2.1.1原油一般性质
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
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
—
—
—
2.1.3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
4.2
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
339
348
360
重油
>350
67.2
0.9200
2.2工艺流程
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。
工艺流程图如下所示:
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%。
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、环保均有利。
2.4.3废水处理
1)电脱盐排水
制电脱盐过程所排的废水,来自原油进装置时自身携带水和溶解原油中无机盐所注入的水。
此外,加入破乳剂使原油在电场的作用下将其中的油和含盐废水分离。
由于这部分水与油品直接接触,溶人的污染物较多,特别是电脱盐罐油水分离效率不高时,这部分排水中石油类和COD均较高。
排水量与注水量有关,一般注入量为原油的5%~8%。
筛选好的破乳剂、确定合适用量、提高电脱盐效率都对提高油水分离效果有利;用含硫污水汽提后的净化水回注电脱盐可减少新鲜水用量,同时减少净化水排放的挥发酚含量;增加油水镧离时间,严格控制油水界面(必要时设二次收油设施)可减少油含量。
2)塔顶油水分离器排水
常减压蒸馏装置其初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶产物经冷后均分别进入各自的油水分离器,进行油水分离并排水。
这部水是由原油加工过程中的加热炉注水,常压塔和减压塔底注汽产品汽提塔所用蒸汽冷凝水,大气抽空器冷凝水,塔顶注水,缓蚀剂所含水分等组成。
由于这部分水与油品直接接触,所以AN染物质较多,排水中硫化物、氨、COD均较高。
排水中带隋况与油水分离器中油水分离时间、界面控制是否稳定有关。
正常生产情况下,严格控制塔顶油水分离器油水界面是防止排重带油的关键。
3)机泵冷却水机泵冷却水由两部分构成,一部分是冷却泵体用水,全部使用循环冷却后进循环水回水管网循环使用。
另一部分是泵端面密封冷却水,随用随排入含油废水系统。
一般热油泵需冷却水较多,如端面十漏油较多.则冷却水带油严重。
如将泵端面密封改为波纹管式端密封,可以减少漏油污染。
4)装置其他排水a.油品采样该装置有汽油、煤油、柴油等油品采样口用于采j品进行质量检测。
一般在油品采样前,都要放掉部分油品,以便二次采样滞留在管线中的油置换掉。
这部分油品会污染排水。
可采用动分析仪或密闭采样法,也可以将置换下的油品放入污油罐中回以减少污染。
b.设备如拆卸油泵、换热器等,需将设备内的存油放掉进入系统。
如果能在拆卸设备处,设专线将油抽至污油回收系统(或罐),可以减少污染。
c.停工扫线装置停工需将设备、管线中的存油用蒸汽吹扫于此阶段排放污染物最为严重。
应制定停工方案并严格执行,尽量油送至污油罐区,严禁乱排乱放。
d.地面冲洗原油泵、热油泵、控制阀等部位所在地面最易遭
受污染。
一般不允许用水冲洗的地面,通常用浸有少量煤油的棉纱插去油污。
e,装置废水排放计量各种废水排出装置进入全厂含油废水系统之前,要设置计量井,并制定排水定额。
对控制排放废水的污染较为有效。
2.4.4噪声防护
在生产装置,噪声的主要来源是:
①流体振动所产生的噪声。
如流体被节流后发出的噪声(尤其是调节阀节流造成的)、火焰燃烧所造成的气体振动等。
②机械噪声。
指各种运转设备所产生的噪声。
③电磁噪声。
指由电机、脱盐变压器等因磁场作用引起振动所产生的噪声。
加热炉噪声的防治一般有下列几种方法,可根据不同情况选用。
(1)采用低噪声喷嘴。
(2)喷嘴及风门等进风口处采用消声罩。
(3)结合预热空气系统,采用强制进风消声罩。
(4)炉底设隔声围墙。
电机噪声的防治一般有:
(1)安装消声罩。
一般应选用低噪声电机,若噪声不符合要求时,可加设隔声罩(安装全部隔声罩或局部隔声罩。
)
(2)改善冷却风扇结构、角度。
(3)大电机可拆除风扇,用主风机设置旁路引风冷却电机。
空冷器噪声的防治一般可选用以下几种方法:
(1)设隔声墙,以减少对受声方向的辐射。
(2)加吸声屏,可设立式和横式吸声屏。
(3)加隔声罩。
(4)用新型低噪声风机。
第三章原料及产品的有关参数的计算
3.1工艺参数计算
计算时,所用到的恩氏蒸馏温度未作裂化校正,