原油常压蒸馏塔设计.docx

1、原油常压蒸馏塔设计银川能源学院石油炼制工程课程设计设计题目： 5.8Mt/a原油常压蒸馏塔设计 学 院： 石油化工学院 学生姓名： 马钰、岳炜烨 学 号： *、* 专业班级： 化学工程与工艺（本）1202 * * 2015年12月银川能源学院课程设计评审意见表指导教师评语：第一名小组成员成绩： 第二名小组成员成绩：指导教师： 年 月 日答辩小组评语：第一名小组成员成绩： 第二名小组成员成绩：评阅人：年 月 日课程设计总成绩第一名小组成员成绩：第二名成员小组成绩：答辩小组成员签字：年 月 日课 程 设 计 任 务 书设计题目5.8Mt/a原油常压蒸馏塔设计学生姓名马钰岳炜烨所在学院石油化工学院专

2、业、年级、班化学工程与工艺1202（本）班设计要求1、根据设计要求选择并绘制原油常减压蒸馏装置工艺流程图2、根据设计参数（原油及产品性质、产品收率等）进行全塔的工艺计算并绘制常压塔的计算草图及全塔的气液相负荷图3、根据设计参数进行常压塔的尺寸并绘制常压塔设备图4、根据设计参数塔板的水力计算并绘制全塔的塔板负荷性能图（选作）学生应完成的工作1、根据设计要求选择并绘制原油常减压蒸馏装置工艺流程图2、根据原料油性质及产品方案确定产品收率，作出物料平衡（列出油品性质）3、确定汽提方式及汽提蒸汽用量，选择塔板类型确定塔板数，画出精馏塔草图4、确定塔各部位压力和加热炉出口压力，确定进料过汽化度及汽化段温度

3、和塔底温度，假设塔顶及各侧线抽出温度，作全塔热量平衡，确定回流热并分配回流热5、校核各侧线抽出温度、塔顶温度，绘制出全塔的气液相负荷分布图6、计算塔径和塔高绘制常压塔设备图7、作塔板水力学核算，绘制出全塔的塔板负荷性能图（选作）参考文献徐春明，杨朝合.石油炼制工程M.北京:石油工业出版社,2009,4上海化工学院炼油教研组.石油炼制设计数据图表集(上下册)M.上海:上海化工学院,1978工作计划第1-2天：查阅文献，收集资料，选择并绘制常减压蒸馏装置工艺流程图进行原油及油品性质计算和产品收率及物料平衡第3-4天：进行全塔的热量衡算并绘制出精馏塔的计算草图第5-6天：进行塔的温度校核并绘制出全塔

4、的气液相负荷分布图第7-8天：进行塔的尺寸并绘制全塔的设备图及塔板水力计算并绘制塔板负荷性能图（选作）第9天：整理设计资料，制作PPT，准备答辩第10天：答辩任务下达日期：2015 年11月24 日 任务完成日期：2015 年12月 3 日指导教师（签名）：学生（签名）： 5.8Mt/a原油常压蒸馏塔设计摘 要：本次设计主要是针对年处理量5.8Mt大庆原油的常压蒸馏塔设计。原油常压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用，在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。其中重要的分离设备常压塔的设计，是能否获得高收率、高质量油的关键。近年来常减压蒸馏技术和管理

5、经验不断创新，装置节能消耗显著，产品质量提高。但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距。关键词：原油；常压蒸馏；塔；物料衡算1.设计背景1.1 选题背景石油是一种极其复杂的混合物，而蒸馏是分离液体混合物的典型操作。通过对原油的提炼，可以得到多种多样的燃料油、润滑油和其他产品，基本途径是：将原油分割为不同沸程的馏分，然后按照原油的要求，除去这些馏分中的非理想组分。蒸馏正是一种合适的手段，它能够将液体混合物按其所含组分的沸点或蒸汽压的不同二分离为轻重不同的各种馏分。正因为如此，几乎在所有的炼油厂中，第一加工装置就是蒸馏装置。因此，原油的蒸馏装置在炼化企业中占有重要的地位，又被称为炼化企业的“龙头”。

6、1.1.1 设计目的及意义为了更好地提高原油的生产能力，本着投资少，能耗低，效益高的思想对大庆原油进行常压蒸馏设计。设计的基本方案是：初馏塔拔出石脑油，常压塔采取三侧线，常压塔塔顶生产汽油，三个侧线分别生产煤油，轻柴油，重柴油。设计了一个初馏塔一个常压塔一段汽化蒸馏装置，一个初馏塔，一个常压塔以及若干台换热器（完善的换热流程应达到要求：充分利用各种余热；换热器的换热强度较大；原油流动压力降较小。）冷凝冷却器、机泵等组成，在常压塔外侧为侧线产品设汽提塔。流程简单，投资和操作费用较少。原油在这样的蒸馏装置下，可以得到350-360以前的几个馏分，可以用作石脑油、汽油、煤油、轻柴油、重柴油产品，也可

7、分别作为重整化工（如轻油裂解）等装置的原料。蒸余的塔底重油可作钢铁或其它工业的燃料。在某些特定的情况下也可以作催化裂化或加氢裂化装置的原料。1.1.2 设计的工艺国内外发展现状据BP公司2011年6月9日在伦敦发布了BP世界能源统计2011。2010年全球能源消费强劲增长，呈现了自2773年以来最大的增长量， 2010年，全球石油产量为8209.5 万桶/日（约39.1亿吨），同比增长了2.2%，即181.7万桶/日， 欧佩克国家石油产量增长了96万桶/日（2.5%），至3432.4万桶/日，非欧佩克国家的石油产量增长了1.9%，即86万桶/日。由于海上石油产量增加，中国实现了27.1万桶/日

8、的石油产量增长，也成为非欧佩克国家中增产石油最多的国家；其次是美国和俄罗斯，分别增加了24.2万桶/日和23.6万桶/日。俄罗斯保持了最大石油生产国的地位，美国本土陆上和墨西哥湾海上石油产量都有所增加。BP年度统计报告称2009年全球探明石油储量为1.33万亿(兆)桶，去年全球石油日消費量減减少120万桶，为1982年以来最大降幅，2009年全球石油日产量减少200万桶，亦为1982年以来最大降幅4。按照目前的生产速度，全球拥有的石油储量足够开采40年。我国蒸馏装置规模较小大部分装置处理能力为2.5Mt/a,仅有几套加工能力超过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

9、产品质量和拔出率方面存在较大差距。新建较大炼油厂镇海、高桥8Mt/a及大连西太平洋10Mt/a等大型化的蒸馏装置,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,如中石化有些炼厂的常顶和常一线能够脱空,但尚有40%的装置的常顶与常一线恩氏蒸馏馏程重叠超过10,最多重叠度达到86,多数装置常二线与常三线 恩氏蒸馏馏程重叠在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挥发度及重质润滑油馏分的残炭和安定性等方面存在差距较大。由于原油进入炼油厂后必须首先进入常减压装置进行一次加工,因此

10、炼油厂的加工能力一般用原油常压蒸馏装置的加工能力来表示,因此世界原油加工的能力基本上就是世界常压蒸馏装置的加工能力。1.2 设计技术参数1、处理量：5.8Mt/a 2、开工时间：8000h/a，按开工330d/a计3、原油性质表1-1 大庆原油性质性质大庆原油密度(20),g/cm30.858750运动粘度，10-6m2/s19.5凝点，32含蜡量（吸附法）25.1沥青质， %0.1硅胶胶质，%8.9酸值, (KOH)mg/g-残炭，%3.0元素分析，%C86.3H13.5S0.15N-微量金属V0.1Ni2300馏出,%25.6表1-2 原油实沸点蒸馏数据序号沸点范围占原油/v%每馏分收率总

11、收率1IBP1304.24.22IBP1301.15.3313024010.215.542403108.524.053103506.230.263503703.834.0737045012.746.7845053013.360.0953040101 4、产品性质表1-3产品恩氏蒸馏数据产品D420恩氏蒸馏IBP10%30%50%70%90%EBP常頂(汽油)0.7401286101119130139139162常一线（煤油）0.7806124142155170188210236常二线（轻柴油）0.8001170205215223233246267常三线（重柴油）0.83852232702842

12、933033213435、汽提蒸汽性质汽提蒸汽温度为420，压力为0.3MPa6、常压塔塔板选型塔板型式选用F型重阀浮阀塔板，塔板压降为0.0005MPa7、操作塔压力参数取塔顶产品罐压力为0.15MPa，塔顶采用两段冷凝冷却流程，取塔顶冷凝器压力降为0.01MPa及管式后冷器压力降为0.017MPa，转油线压降为0.035MPa2.设计方案2.1 设计要求大庆原油是我国的主要油区原油之一，我们本次课程设计是根据580万吨年处理能力进行关于常压塔的设计计算。2.2 设计计划2.2.1 常减压蒸馏装置工艺流程1、原油加热大约原油4060自原油罐区,通过原油泵升压，进入装置分两路送入换热系统，加热

13、到120130后，进入电脱盐一级罐，加入破乳剂和注水，除原油中的油包水和各种盐类，再依次经过二、三级电脱盐罐，然后通过加热至240260进入闪蒸塔。2、常压部分常压油气进入常顶干湿空冷器冷却至60后, 进入冷却器冷疑冷却至40, 进入常顶汽油分流罐，进行油、气及油、水分离，油品由常顶回流泵抽出, 一部分作为石脑油碱洗后送出装置, 一部分作为冷回流分两路打回常压培及闪蒸塔；不凝油气由顶分出至瓦斯罐分液后作为加热炉燃料，排出的酸性水由泵抽出一路打入常压塔顶作注水回用, 一路多余污水送入污水汽提系统。常压塔设有三个侧线。常一线由常压塔第40层塔板流入汽提塔上段进行汽提,汽提后由一线泵抽出,经换热器、

14、冷却器换热冷却至约40送出装置。常二线由常压塔第22层塔板流入汽提塔中部进行汽提，汽提后经常二线泵抽出，经换热器冷却器换热冷却至约60送入常二线精制罐，通过碱洗和水洗后送出装置。常三线由压塔第14层塔板流入汽提塔下部进行汽提，汽提后由常三线泵抽出经换热器冷却器换热冷却至约60左右送出装置。常底渣油由常底泵抽出经换热器换热至约150，一路送催化装置，一路经冷却至90送至罐区。2.2.2 原油的实沸点切割及产品性质计算表1-4原油实沸点蒸馏数据产品D420恩氏蒸馏IBP10%30%50%70%90%EBP常頂(汽油)0.735286101119130139149162常一线（煤油）0.775712

15、4142155170188210236常二线（轻柴油）0.7952170205215223233246267常三线（重柴油）0.8336223270284293303321343常顶出产品-汽油。常一线出产品煤油。常二线出产品轻质柴油。常三线产品重质柴油。常压塔底产品重油。2.2.3 常压塔的工艺计算根据相关装置的实际操作参数，设定初馏塔进料温度为354，塔顶温度为107，由于用水蒸气汽提，所以塔底近似温度为347。压力的选择主要以塔内的最小压力应使馏出产品能克服冷换设备及管线、管件的压力降，顺利的流到回流罐或抽出泵入口为原则。塔顶压力为回流罐压力加上塔顶冷换系统压降，由于塔顶未凝气用途不同，

16、回流罐压力要求也不同。本设计未凝气作本装置加热炉燃料，回流罐压力取0.15MPa，此时塔顶压力为1.77MPa。本装置设计初顶产品为130的重整原料，由其实沸点100点温度查实沸点蒸馏曲线得收率5.1（体积），实际取4.9%(质量)，对全塔作物料平衡计算得到塔顶和塔底产品质量流率。以全塔为隔离体系作热平衡计算得到全塔回流热，本设计中，初馏塔不开侧线，采用塔顶冷回流，因此根据回流热可以得到塔顶回流量。2.2.4 常压塔的尺寸设计根据同类装置以及相关经验数值，选定塔板数，进料段以上（不包括进料板）取29层塔板，进料段以下（包括进料板）取5层塔板。3.工艺计算3.1 原油的实沸点切割及产品性质计算3

17、.1.1体积平均沸点由公式：tv（t10t30+t50+t70+t90)/5 得汽油馏分：tv101+119+130+139+139/5=127.6煤油馏分：tv142+155+170+188+210/5=173.0轻柴馏分：tv205+215+223+233+246/5=188.4重柴馏分：tv270+284+293+303+321/5=294.23.1.2恩氏蒸馏曲线斜率S由公式：斜率S（T90-T10)/(90-10) /% 得汽油馏分：斜率S(139-101)/(90-10)=0.60/%煤油馏分：斜率S(210-142)/(90-10)=0.85/%轻柴馏分：斜率S(246-205)

18、/(90-10)=0.51/%重柴馏分：斜率S(321-270)/(90-10)=0.64/%3.1.3立方平均沸点tcu由公式：tcutv-cu lncu-0.82368-0.0213970tv0.45+2.45679S0.45求得 cuexp（-0.82368-0.0213970tv0.45+2.45679S0.45）汽油馏分：cuexp（-0.82368-0.0213970124.20.45+2.456790.60.45）1.39 tcu124.2142-1.39126.20煤油馏分：cuexp（-0.82368-0.02139701730.45+2.456790.850.45）1.7

19、tcu173-1.7=171.30轻柴馏分：cuexp（-0.82368-0.0213970188.40.45+2.456790.510.45）0.97 tcu188.4-0.97=223.00重柴馏分：cuexp（-0.82368-0.0213970294.20.45+2.456790.630.45）1.02 tcu294.2-1.02=293.203.1.4中平均沸点tMe由公式：tMetv-Me lnMe-1.53181-0.0128tv0.6667+3.64678S0.3333 Meexp（-1.53181-0.0128tv0.6667+3.64678S0.3333）汽油馏分：Meex

20、p（-1.53181-0.0128127.60.6667+3.646780.60.3333）=3.39 tMe127.6-3.3858=124.20煤油馏分：Me exp（-1.53181-0.0128173.00.6667+3.646780.850.3333）=4.59 tMe173-4.5961=168.40轻柴馏分：Meexp（-1.53181-0.0128188.40.6667+3.646780.510.3333） =2.49 tMe188.42.4940=221.90重柴馏分：Meexp（-1.53181-0.0128294.20.6667+3.646780.630.3333）=2.

21、83 tMe294.2-2.8307=291.30 3.1.5特性因数K由公式 K(1.216T1/3)/d15.615.6，式中T现一般使用中平均沸点，且T为油品平均沸点的绝对温度（K)已知： d15.615.6d420+d汽油馏分：已知d4200.7352 , d =0.0049 d15.615.60.74 K=1.216(124.2142+273.15)1/3/0.7401=12.00煤油馏分：已知d4200.0.7757 , d15.615.6 0.78 K=1.216(168.4039+273.15)1/3/0.7806=11.80轻柴馏分：已知d4200.7952, d15.615

22、.6 0.80 K=1.216*(221.9064+273.15)1/3/0.8001=12.0 0 重柴馏分：已知d4200.8336 , d15.615.6 0.84 K=1.216(291.3693+273.15)1/3/0.8385=11.903.1.6油品的API由API.141.5/d15.615.6-131.5可得汽油馏分：API.=141.5/0.74010-131.5=59.6煤油馏分：API.=141.5/0.7806-131.5=49.7轻柴油馏分：API.=141.5/0.8001-131.5=45.3重柴油馏分：API.=141.5/0.8385-131.5=37.2

23、3.1.7平衡汽化温度汽油馏分:表3-1汽油恩氏蒸馏数据馏出（体积分数）/01030507090100温度/86101119130139149162恩氏蒸馏1070点斜率（139-101）/(70-10)=0.6/%由图查得：平衡汽化50点恩氏蒸馏50点-9.5故 平衡汽化50点130-9.5=120.5根据恩氏蒸发曲线温度差查图的平衡蒸发曲线温差表3-2平衡汽化曲线各段温差曲线线段恩氏蒸馏温差/平衡汽化温差/010155103018103050115507092709010390100232由平衡蒸馏50点及各线段温差推算平衡汽化曲线各点温度30120.5-5115.510115.5-10=

24、105.50105.5-5=100.570100.5+2=122.590122.5+3=125.5100125.5+2=127.5煤油馏分：表3-3煤油恩氏蒸馏数据馏出（体积）/01030507090100温度/124142155170188210236同前面的步骤：恩氏蒸馏1070点斜率（188-142）/(70-10)=0.7/%同前,查得平衡汽化50点恩氏蒸馏50点4.5故 平衡汽化50点4.5+170=174.5表3-4平衡汽化曲线各段温差 曲线线段恩氏蒸馏温差/平衡汽化温差/0101871030137305015125070189.570902210.590100269.5由50点及

25、各线段温差推算平衡汽化曲线各点温度30174.5-7=167.510167.5-7=160.50160.5-12=148.570174.5+9.5=30990309+10.5=194.5100194.5+9.5=204轻柴油馏分:表3-5轻柴油恩氏蒸馏数据馏出（体积）/01030507090100温度/170205215223233246267同前面的步骤：恩氏蒸馏1070点斜率（233-215）/(70-10)=0.4/%查得 平衡汽化50点恩氏蒸馏50点0.35故 平衡汽化50点223+0.35=223.35表3-6平衡汽化曲线各段温差曲线线段恩氏蒸馏温差/平衡汽化温差/0103511.5

26、103010530508550701057090134.590100218由50点及各线段温差推算平衡汽化曲线各点温度为：30223.35-11.5=211.8510211.85-5=206.850206.85-5=201.8570223.35+5=228.3590228.35+4.5=232.85100232.85+8=240.85重柴馏分：表3-7重柴恩氏蒸馏数据馏出（体积分数）/01030507090100温度/223270284293303321343同前面的步骤：恩氏蒸馏1070点斜率（303-270）/(70-10)=0.5/%查得 平衡汽化50点恩氏蒸馏50点10故 平衡汽化50

27、点293+10=303表3-8平衡汽化曲线各段温差曲线线段恩氏蒸馏温差/平衡汽化温差/0104722103014630509550701057090188.590100228由50点及各线段温差推算平衡汽化曲线各点温度为：30303-22=28110281-6=2750275-5=27070303+5=30890308+8.5=311.5100311.5+8=319.53.1.8临界温度石油馏分真临界温度可用下列经验公式计算tc85.66+0.9259D-0.395910-3D2Dd15.615.6（1.8tv+132.0)式中tv为石油馏分的体积平均沸点，汽油馏分：已算得tv124.2142，d15.615.60.74 D0.7401（1.8124.2142+132.0）267.60 所以tc85.66+0.9259267.6-0.395910-3267.62 333.4煤油馏分：已算得tv173，d15.615.60.78 D0.7806（1.8173+132.0）346.1 所以tc85.66+0.92593