西安石油大学本科毕业设计（论文） 3.5Mt/a***原油常压蒸馏装置工艺设计 摘要：根据***原油评价结果，确定其加工方案为燃料型，装置采用初馏塔、常压 塔、减压塔的三段气化流程，常压蒸馏装置的生产方案为#航空煤油。本设计主要 对初馏塔、常压塔及加热炉进行了工艺设计计算，确定了各主要设备的操作条件及其 工艺结构尺寸。常压塔采用38层F1型双溢流浮阀塔盘，塔径为6m,塔高为29.1m, 塔顶设塔顶回流，塔侧采用两个中段循环回流。加热炉采用立式圆筒炉，辐射室高 16m,节圆直径7.745m;对流室长6.106m,宽2.552m,高7.52m;烟囱高12.1m。 计算结果表明，本装置能够在设计的负荷范围内正常操作和运行，说明本设计是合理 可行的。此外，绘制了该装置的工艺原则流程图。 关键词：常压蒸馏；初馏塔；常压塔：加热炉
西安石油大学本科毕业设计(论文) The Design for 3.5 Mt/a Atmospheric Distillation Unit of The republic of Kazakhstan Crude oil Abstract: Accroding to the report of The republic of Kazakhstan crude oil, it was determined that the processing scheme and cutting scheme of the oil was the type of fuel Device adopts three sections gasification process which include Primary tower atmospheric tower, vacuum tower, production program of Atmospheric distillation was the 3# aviation kerosene. The whole design included the technology calculation of the primary tower, the atmospheric tower and the atmospheric furnace, and determine the operating conditions of the major equipment and process structure size. The atmospheric tower used 38-storey and the type of two-tower overflow Fl float heavy valve. The diameter of tower was 6m and its height was 30m. Top of tower set reflux, and two middle recirculation. The furnace adopted vertical cylindrical type heater. The radial chamber was 16m high and the pitch diameter was 7.745m. The convection chamber of the furnace was 6. 106m long, 2.552m wide and 7 52m high. The high of chimney was 12. 1m. The results showed that the device is capable of normal operation and operational in the load range of the design.It explained the design was reasonable and feasible. In addition, the design drawed a process principles flowchart of the device Key words: Atmospheric distillation; Primary tower; Atmospheric tower; Furnace;
西安石油大学本科毕业设计(论文) 目录 1绪论. 1.1设计依据 1.2设计原则 1.3装置特点 11111 1.4工艺流程简述. 1.5国内外研究现状… 1.6课题意义 2原油加工方案及切割方案 21原油评价简述 24556 22***原油的加工方案 23***原油的切割方案 3油品性质的计算 3.1油品性质参数的计算 3.2油品性质参数计算结果汇总 4初馏塔的工艺设计计算 4.1物料衡算 4.2各产品性质参数 .17 4.3初馏塔操作条件的确定 4.4初馏塔全塔回流热 4.5初馏塔气液相负荷. 4.6初馏塔尺寸计算 5常压塔的工艺设计计算… 22 5.1物料衡算 52气提蒸汽用量……… 5.1塔板形式和塔板数…. .2 54绘制草图. 55操作压力 56汽化段温度. 5.7塔底温度 5.8塔顶及各侧线温度与回流热分配 5.9各侧线及塔顶温度的校核 5.10全塔气液相负荷. 35 5.11塔板气液相负荷汇总
西安石油大学本科毕业设计(论文) 5.12塔板的结构计算… 5.13基础数据 514塔板水力学计算 5.15负荷性能图. 5.15常压塔计算结果汇总 6管式加热炉的工艺设计…….… 6.1原始数据 6.2加热炉总热负荷.… 63燃烧过程的计算 64全炉热平衡 6.5辐射段的计算 6.6对流室的计算 6.7炉管内的压力降 68烟囱的设计计算… 69加热炉工艺计算结果汇总. 7小结 参考文献 致谢
西安石油大学本科毕业设计(论文) 1绪论 11设计依据 本次3.5Mta**原油常压蒸馏装置工艺设计的依据是: (1)西安石油大学化学化工学院化工系下发的毕业设计任务书; (2)**原油评价报告 (3)中华人民共和国行业标准“管式加热炉技术规定”(ZBE9700290); (4)中华人民共和国石油天然气行业标准“石油工程制图标准”(SYJ391) (5)中国石油化工总公司标准“炼油装置工艺设计技术规定”(SYJ-1076)。 1.2设计能力 (1)处理量:3.5Mta: (2)年开工时间:8000h 1.3装置特点 (1)本设计设有初馏塔、常压塔、常压加热炉,常压塔采用高效浮阀塔盘。主 要产品为汽油、3#航煤馏分、-20#柴油、O#柴油馏分,同时还有常压渣油 (2)常一线采用再沸器汽提技术,以防止航煤带水,常二线、常三线和塔底均 采用水蒸汽汽提 工艺流程简述 原油(40℃左右)由罐区经原油泵进入装置。在泵入口处注入一定量的新鲜水和 破乳剂,混合后换热至120℃左右进入一、二级电脱盐罐,脱盐脱水后经换热至200°℃ 进入初馏塔,进行初馏。初顶油气经一级冷凝,一路打回流返回塔顶,另一路作重整 料出装置。初底油换热至260℃,进常压炉对流室下段,加热至284℃入辐射室,加 热至360℃经转油线进入常压塔第35层塔板(t=350℃,P0.174MPa)进行分馏 常压塔顶油气(t=108℃,P=0.157MPa)经二级冷却器冷却,一路作冷回流(55℃ 返回塔顶,另一路作汽油出装置。 常压塔有三个侧线抽出 常一线由第10层(t=171℃,P=0.162MPa)抽出,经再沸器汽提,汽提油气返回 到第9层。油品经汽提、换热后精制,作为3#航空煤油岀装置。 常二线由第20层(t240℃,P=0.167MPa)抽出,进入常二线汽提塔,汽提油气 返回到第19层。油品经汽提、换热后精制,作为-20#柴油岀装置 常三线由第30层(t=310℃,P=0.172MPa)抽出,进入常三线汽提塔,汽提油气
西安石油大学本科毕业设计(论文) 返回到第29层。油品经汽提、换热后精制,作为0#柴油出装置。 为使常压塔的负荷更均匀,此塔设两个中段回流。第一中段回流由常压塔第14 层(t=1986℃,P=0.64MPa)抽出,经换热后返回第12层(t=184.7℃,P=0.163MPa) 第二中段回流由第24层(t261.3℃,P=0.169MPa)抽出,经换热后返回常压塔第22 层(t=247.4℃,P=0.168MPa)。 塔底重油(t-342℃,P=0.176MPa)经换热一部分进入减压塔进行分馏,另一部 分掺入蜡油作为催化裂化原料,生产汽油和柴油。 冷原油(120℃)在加热炉上段换热至200℃;水蒸气(180℃,1.0MPa)在对流 室中段换热至(420℃,0.3MPa)进入汽提塔;对流室下段加热初底油 15国内外研究现状 1.51国外蒸馏装置技术现状及发展趋势 1.5.1.1国外蒸馏装置的技术现状 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1月底的统计,全世界共有717座炼油厂,总加工能力4103Mta。其 中加工能力在10Mta以上的炼厂126座,分散在34个国家和地区,其中美国30座 西欧33座、前苏联18座、亚洲地区32座。加工能力在20Mta以上的炼厂共有16 座。目前,世界上最大的炼厂是帕拉瓜纳炼油中心,加工能力为47Mta 随着炼厂规模的扩大,单套蒸馏装置的加工规模也日益大型化。在炼油技术发达 的国家,单套蒸馏装置的规模一般都在5Mta以上,不少装置已达到10Mt/a以上 目前,世界上最大的常减压装置为印度贾拉加炼油厂,其单套加工能力为15mt/a美 国 Exxonmobil公司贝汤炼油厂的一套蒸馏装置为13Mta,常压塔直径9.75m,2003 年对其进行改造,能力扩大为15Mta 5.1.2国外蒸馏装置的发展趋势 近几年来,国外蒸馏装置工艺和设备又有了新的进展。法国的ELF和 Technip公 司共同开发了一种渐次分馏技术,主要将汽、煤、柴油等各种产品逐渐分离,从而减 低工艺总用能,可以减低能耗30%左右。 壳牌石油公司提出的整体蒸馏装置( Shell Bull Crude distillationυπit,将蒸馏装 置、加氢脱硫装置、高真空减压蒸馏装置和减粘装置作为一个整体加以优化。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离岀为 煤油、轻、重柴油,常压渣油进入高真空减压蒸馏,分馏岀的蜡油作为催化裂化裝置 和加氢裂化装置的原料。整体蒸馏装置可以节省投资的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出了高速电 2
西安石油大学本科毕业设计(论文) 脱盐。 塔内件方面以 Koch-Glitysh、 SuperFRACV高效塔盘和 Gempak填料。 Sulzer在 原有 Mellapak填料的基础上开发了 Mellapakplus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:石脑油与煤油的脱空 度 ASTM D86(5%~95%)13℃;煤油和轻柴油的脱空度 ASTMD86(5%95%)8℃; 轻柴油和重柴油的脱空度 ASTM D86(5%~95%)-20℃;轻蜡油与重蜡油的脱空度 ASTM D1160(5%~95%)5℃,润滑油基础油也基本满足窄馏分、浅颜色。 152国内蒸馏装置技术现状及发展趋势 1.5.1.2国内蒸馏装置的技术现状 我国蒸馏装置规模较小,大部分装置处理能力为250×10·ta,仅有几套装置的加 工能力超过450×10ta。我国蒸馏装置的总体技术水平与国外的水平相比,在处理能 力、产品质量和拔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, 为缩短也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800104ta及西太平洋1000×104ta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镏程重叠超过10℃,最多重叠打86℃ 多数装置常二线以常三线恩氏蒸馏镏程重叠在15℃以上,实沸点重叠则超过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、颜色和安定性等方面存在差距较大。 b.国内蒸馏装置的发展趋势 国内在加工装置节能方面投入大量资金研究,如在常、减压炉新型节能燃烧器的 应用研究:针对炼油厂常、諴压加热炉燃烧状况差、排烟温度上升。通过与中科院北 京科能中心联合攻关,对加热炉燃烧系统进行改造,选用外混式双旋流气动雾化喷嘴, 实施后效果良好,每年可创经济效益1万元。在常减压蒸馏装置中的应用:将某些 特定换热台位使用板式换热器代替常规管壳式换热器,既能降低设备投资,又能增加 热能回收,实现节能减排。间在组合式水热媒空预器提高常压加热炉热效率应用: 通过对常压蒸馏装里加热炉余热回收系统改造前后结果比较,宁夏炼化公司选择合适 的水热媒空预器提髙加热炉热效率,减少维护费用减少燃料用量,促进环境保护。 未来我国炼油工业将努力转变发展方式,通过调整结构、合理布局、优化配置资 源、促进科技创新、推进炼化一体化和基地化建设,在继续增大规模实力的同时,持续 提升盈利能力和国际竟争力,使我国真正实现由炼油大国向炼油强国的转变。今后要 加强行业的宏观调控,注意把握投资和投产节奏,确保我国炼油工业有序健康发展 3
西安石油大学本科毕业设计(论文) 1.5课题的意义 石油是沸程极宽的复杂烃类混合物。要从石油中提炼岀多种多样的燃料油、溶剂 油、润滑油和其他石油化工产品,必须将石油分割为不同沸程的馏分,然后按照油品 的使用要求,脱除这些馏分中的非理想组分,或者是经由化学转化形成所需要的组成 进而获得合格的石油产品。因此,炼油厂必须解决石油的分割和各种石油馏分在加工 过程中的分离问题。 蒸馏技术是复杂石油体系特征化最适宜的手段,也是石油加工最经济、最容易实 现的分离方法,炼油过程第一套加工裝置就是常减压蒸馏 按照所制定的原油加工方案,常减压蒸馏装置将原油分割成一次加工产品和二次 加工原料。一次加工产品包括:直馏汽油、煤油、轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油 馏分等,这些馏分油经过适当的精制和调配便成为合格的石油产品。二次加工原料包 括:重整原料、、催化裂化原料、加氢裂化原料、乙烯裂解料等,这些馏分油既可经 过二次加工提高轻质油的收率和产品质量,也可以作为石油化工装置的生产原料。因 此常减压蒸馏决定着整个石油加工过程的物料平衡,被誉为石油加工的“龙头”。[l 目前,由于我国炼油厂进行了大规模的装置结构调整(主要是增加了重油 催化裂化、催化重整、重油深加工及各类加氢装置),原油蒸馏装置消耗能量 由原来约占炼油厂总用能量的25%~30%降至15%左右,但由于原油蒸馏装置规 模及总量较大,因而降低原油蒸馏装置的能耗对炼油厂节能仍具有重要意义 **原油大多属于中间基或者环烷基原油,它们具有含硫量高、沥青质含量高 凝点低的特点,在加工中,设备腐蚀严重,因此在选择加工方案时需要特别注意倒 化工原料需求增长与油品生产的矛盾日益突出,因此对原油的加工和利用已成为当今 我国乃至世界炼油加工行业不可回避的课题。正是基于此,对**原油常压装置的设计 和计算也就具有极其深远的意义 另外,对原油常压蒸馏装置的工艺设计有利于我对石油化工行业有更深入的了 解,学习到更多的专业知识,甚至能掌握更多的学习方法,不但对以后走入这个行业 有极大的帮助,而且培养了各方面的能力
西安石油大学本科毕业设计(论文) 2原油加工方案及切割方案 2.1原油评价简述 **原油外观呈褐绿色,常温下流动性良好,有刺鼻气味,**原油为中质原油, 其20℃的密度为8538kg/m3:其酸度低,只有0090 mgKoH/g;其凝固点低为-13℃ 其硫含量较高为0.65%,;残炭、灰分、水分含量都不高;胶质(1.17%)、沥青质(0.70%) 较低,蜡含量一般(4.06%)。氮含量不高,金属中除钒含量稍高(7.74μgg)外,其 他金属元素含量不高。 根据“原油评价方法”中的原油关键馏分分类法分析,**原油基属分类为含硫中 间基原油。原油的一般性质见表2-1。 表2-1**原油的一般性质 分析项目 实验值 含盐, mgNacl/L 水分,% 0.15 密度20℃,kg/m3 8538 酸值, mgKoH/g 凝点,℃ 残炭 灰分,% 0.0224 硫含量,% 胶质,% 1.17 沥青质,% 蜡含量,% 4.06 Fe含量,g/g 3.93 N含量,μgg 1.71 Cu含量gg 0.25 Pb含量,gg 0.1l V含量,gg 7.74 按关键馏分对该原油特性进行分类,结果见表2-2
西安石油大学本科毕业设计(论文) 表2-2原油的关键馏分分析 分析项目 第一关键馏分 第二关键馏分 温度范围,℃ 250-275 395-425 密度(20℃),gcm3 839.5 901.1 特性因数K 11.70 11.83 比重指数AP 36.2 24.9 原油硫含量,% 原油基属 中质含硫中间基 作为中间基原油,**原油各窄馏分的特性因数均小于12,而相关指数较大,说 明各窄馏分的裂解性能都不好;此外,各燃料油段窄馏分的凝固点较低,到320~340℃ 馏分的凝固点仍小于0℃(为-2℃),说明其可生产低凝点的柴油和低结晶点的喷气燃 料。轻质油段酸度不高,但在200℃时有明显上升。窄馏分中的总硫和总氮含量,随 着馏分沸点的升高而规律性增大,480-500℃馏分的含量达到9400mgkg的最大值 280℃前的各馏分氮含量均325℃)占原油4555,密度为93173kgm3,常压渣油的残炭值适 中(593%),但重金属NiⅤ含量(57.87μgg)高,其属性介于二、三类渣油之间 可适量掺入蜡油中作为催化裂化原料 减压渣油(>500℃)占原油的17.56%,残炭值高(13.62%),重金属Ni+Ⅴ含量 (12302μgg)较大,其属性偏向三类渣油,沥青质不高(0.74%),说明该馏分不是 生产沥青的好原料,可作为焦化原料 22*原油的加工方案 根据原油评价报告,**原油的特点是轻质油收率高,其硫含量较高,蜡含量 般,凝点低和酸值低,按原油的硫含量及两个关键馏分的比重来分类,原油属含硫中 间基原油。 6