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℃

初~112

2.98

0.7108

—

1.3995

—

112~156

3.15

6.13

0.7461

0.89

0.64

—

1.4172

—

156~195

3.22

9.35

0.7699

1.27

0.89

—

-65

—

1.4350

—

195~225

3.25

12.60

0.7958

2.03

1.26

—

-41

1.4445

—

225~257

3.40

16.00

0.8092

2.81

1.63

—

-24

—

1.4502

—

257~289

3.40

19.46

0.8161

4.14

2.26

—

-9

125

1.4560

—

289~313

3.44

22.90

0.8173

5.93

3.01

—

1.4565

—

313~335

3.37

26.27

0.8264

8.33

3.84

1.73

157

1.4612

—

335~355

3.45

29.72

0.8348

—

4.99

2.07

—

1.4450

355~374

3.43

33.15

0.8363

—

6.24

2.61

184

—

1.4455

374~394

3.35

36.50

0.8396

—

7.70

2.86

—

1.4472

394~415

3.55

40.05

0.8479

—

9.51

3.33

206

—

1.4515

415~435

3.39

43.44

0.8536

—

13.3

4.22

—

1.4560

435~456

3.88

47.32

0.8686

—

21.9

5.86

238

—

1.4641

456~475

4.05

51.37

0.8732

—

7.05

—

1.4675

475~500

4.52

55.89

0.8786

—

8.92

282

—

1.4697

500~525

4.15

60.04

0.8832

—

11.5

—

1.4730

渣油

>525

39.96

100.0

0.9375

—

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

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℃

初~112

2.98

0.7108

—

1.3995

—

112~156

3.15

6.13

0.7461

0.89

0.64

—

1.4172

—

156~195

3.22

9.35

0.7699

1.27

0.89

—

-65

—

1.4350

—

195~225

3.25

12.60

0.7958

2.03

1.26

—

-41

1.4445

—

225~257

3.40

16.00

0.8092

2.81

1.63

—

-24

—

1.4502

—

257~289

3.40

19.46

0.8161

4.14

2.26

—

-9

125

1.4560

—

289~313

3.44

22.90

0.8173

5.93

3.01

—

1.4565

—

313~335

3.37

26.27

0.8264

8.33

3.84

1.73

157

1.4612

—

335~355

3.45

29.72

0.8348

—

4.99

2.07

—

1.4450

355~374

3.43

33.15

0.8363

—

6.24

2.61

184

—

1.4455

374~394

3.35

36.50

0.8396

—

7.70

2.86

—

1.4472

394~415

3.55

40.05

0.8479

—

9.51

3.33

206

—

1.4515

415~435

3.39

43.44

0.8536

—

13.3

4.22

—

1.4560

435~456

3.88

47.32

0.8686

—

21.9

5.86

238

—

1.4641

456~475

4.05

51.37

0.8732

—

7.05

—

1.4675

475~500

4.52

55.89

0.8786

—

8.92

282

—

1.4697

500~525

4.15

60.04

0.8832

—

11.5

—

1.4730

渣油

>525

39.96

100.0

0.9375

—

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

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，

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