150万吨俄罗斯原油常压蒸馏塔设计-本科毕业论文

helloshigy

摘要
本次设计主要是针对年处理量150万吨俄罗斯混合原油的常压设计。
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。
为了更好地提高原油的生产能力，本着投资少，能耗低，效益高的思想对俄罗斯混合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，此装置由一台管式加热炉、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。本次设计共用34块浮阀塔板，塔距0.8m，塔径3.4m，塔高28.23m.换热流程一共通过12次换热达到工艺要求，换热效率是73.1%。
关键词：原油；常压蒸馏；物料衡算；热量衡算；塔；换热
Abstract
This design mainly regards to which Russia commingled crude oil are distilled by a process capacity of 1.5×104t/a in normal pressures.
As a part of crude oil processing technic ,the normal pressures distilion of crude oil is very important in the whole processing schemes of crude oil and refineries and its operation status directly affects the continuing machine process.There are a kind of important separate equipment---- normal pressures columns ,which is the key to attain high efficient , high quality oil. In recent years,firstly the distillion technique of normal pressures and manage experience were innovated constantly ;secondly equipments’ effect of saving energy is remarkable ;thirdly product quality was improved.But compare to international advanced techniques,there are a long distance.
In order to improve the product ability of crude oil ,In the principle of shoestring , low—energy consumption , high-efficiency ,designing the normal pressures distillion of Russia commingled crude oil.Design’s basic scheme : Prefractionator extracts naphtha. atmospheric column has three lateral line .Its tower top extracts gasoline and three lateral line respectively extrct kerosene, light diesel fuel, heavy diesel fuel.Design a distillion device with a prefractionator，a atmospheric column with a piece of gasification.This device is consist of a tubular-furnace,a prefractionator,a atmospheric column ,several heat exchangers, cooling
condenser and pumps.This procedure is simple; Investment and operation fee is short .According to this design device ,we can attain 350—360℃ previous some fraction.They can be used to be naphtha ,gasoline, kerosene,light diesel fuel, heavy diesel fuel products and they can be used tobe reforming chemical engineering’s raw material.Other tower bottle’ heavy oil can be as raw material of steel industries or other industries. At all under certain condition, they can be as raw material of catalytic cracking and hydrogen cracking .This design adopts 34 block floating valve trays. Tower distance is 0.8m. Tower diameter is 3.4m.Tower level is 28.23m.Heat exchangers process reach to the technics requirement by 12 time heat exchangers processes.The heat exchangers efficiency is 73.1%.
Key words: Oil; Atmospheric distillation; Material balance;
Heat balance; Tower; Heat exchange
目录
前 言 ................................................ 1
第一章 产品方案及工艺流程 .............................. 5
1.1产品方案 ......................................... 5
1.2 工艺流程 ......................................... 5
第二章 工艺计算及说明 .................................. 7
2.1设计数据 ......................................... 7
2.1.1 已知数据 ...................................... 7
2.1.2 原油的实沸点及窄馏分数据 ....................... 7
2.2 原油实沸点蒸馏曲线的绘制 .......................... 9
2.3 常压塔工艺计算................................... 10
2.3.1 各产品的恩氏蒸馏数据和实沸点数据的换算 ......... 10
2.3.2 产品的有关数据计算 ........................... 13
2.3.3 物料衡算 ..................................... 14
2.3.4 确定塔板数和汽提蒸汽用量 ...................... 16
2.3.5 操作压力 ..................................... 18
2.3.6 汽化段温度 ................................... 19
2.3.7 塔底温度 ..................................... 21
2.3.8 塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配 ............ 21
2.3.9 侧线及塔顶温度的校核 ......................... 22
2.4 全塔气、液相负荷分布 ............................. 23
第三章 塔的设计及水力学计算 ........................... 32
3.1塔板的操作条件 ................................... 32
3.2塔板间距初选 ..................................... 33
3.3塔径初算 ........................................ 33
3.4浮阀数及开孔率的计算 ............................. 34
3.5溢流堰及降液管的决定 ............................. 34
3.6水力学计算....................................... 35
3.7塔板上的适宜操作区和负荷上下限 .................... 36
第四章 塔的内部工艺结构 ............................... 39
4.1板式塔的内部工艺结构 ............................. 39
4.2 塔高H .......................................... 41
第五章 换热流程设计 ................................... 42
5.1换热流程计算 ..................................... 42
5.1.1初馏塔之前的换热流程 .......................... 43
5.1.2常压塔前换热流程 .............................. 47
5.2热量利用率计算 ................................... 48
结 论 ................................................ 49
致谢 ................................................. 50
附录 ................................................. 61

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helloshigy

前言
背景
我国炼油工业经过50多年的发展，到21世纪初期，已经形成281Mt/a的原油加工能力，生产的汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品基本满足的国民经济的发展和人民生活的需要。但是，进入21世纪，特别是我国成为世界贸易组织的正式成员后，按照市场准入、关税减让的相关壁垒协议，国内成品油市场将逐渐融入国际市场，不可避免的要参与世界贸易大环境下的竞争，基本依靠自有技术发展起来的我国炼油工业面临着严峻挑战。
石油是重要的能源之一，我国的工业生产和经济运行都离不开石油，但是又不能直接作为产品使用，必须经过加工炼制过程，连制成多种在质量上符合使用要求的石油产品，才能投入使用。
国民经济和国防部门众多的各种应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求。随着我国社会经济情况的变化、科学技术水平以及工业生产水平的大幅度提高，对石油产品质量指标的要求不断严格，所要求的石油产品的品种和数量也不断增加。目前，我国原油的年加工量约为2亿吨。而国内所能提供原油量仅为1.3亿吨，为了满足原油的需求量，则需要每年从国外二十多个国家和地区进口约6940万吨原油。为了更好的提高石油资源的利用率，增加企业的经济效益，对从国外进口的原油炼制构成进行开发研究也是十分必要的。
目前，我国将石油产品分为染料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、溶剂和化工原料六大类。
常减压蒸馏的概述
原油精馏装置是炼油企业的“龙头”，是炼油工业的第一道工序，为二次加工装置提供原料，是原油加工的基础，其能量的综合利用程度和拔出率高低体现在石化企业的效益上，因此，开展常压精馏装置的研究很有意义。
原油常减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，装置能耗仍然偏高，分馏精度和减压拔出深度偏低，对含硫原油的适应性差等。进一步提高常减压装置的操作水平和运行水平，显著日益重要，对提高炼油企业的经济效益也具有重要意义。
常减压蒸馏过程经过一百多年的发展，已成为一个比较完整成熟的工艺[27-28]。
沈阳化工学院学士学位论文 前 言
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目前，国内外大致都是采用由初馏塔、常压塔、压塔，常压炉、减刃压炉组成的三塔两炉工艺流程，但是仍存在一些问题。
近年来，我国常减压蒸馏装置，呈现了规模大型化，原油加工品种多样化生产操作智能化等趋势，技术水平有了较大的提高。作为炼油企业的“龙头”，常减压蒸馏装置技术水平高低，不但关系到原油的有效利用，而且对全厂的质量，产品收率，经济效益都有很大影响，这就要求我们积极应用先进适用技术，继续推动常减压蒸馏技术进步，促进整体炼油水平的不断提高。
与国际先进水平相比，我国常减压蒸馏装置仍然存在较大的差距，主要是装置规模小，运行负荷低，运行周期短，关键工艺技术落后，能耗依然偏高等。
原油中的汽油馏分含量低，渣油含量高是我国原油馏分组成的一个特点。此次设计的大庆原油属于低硫石蜡基原油，凝固点高，蜡含量高，胶质含量适中，沥青质含量低，金属含量中Ni含量较高。
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：原油—换热系统—电脱盐系统—加热炉系统—常压系统—仪表控制系统，经常压蒸馏得到汽油、煤油、柴油等燃料出装置及常压重油去催化裂化车间。
装制设备的考虑因素
塔设备是化工，石油化工、炼油厂等厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关材料报道，塔设备的投资费占整个工艺设备投资费的较大比例，它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。
作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液；两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列的各项要求1.生产能力大。在较大的气（汽）夜流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或者液泛等破坏正常操作的现象。2.操作稳定、弹性大。塔设备的气（汽）夜负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。3.流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将有助于节省生产中的动力消耗，用来降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还可以使系统无法维持必要的真空度。4.结构简单、材料用量小、制造和安装容易，这可以减少基建过程中的投资费用。5.耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
石油的用途
石油作为一种能流密度高，便于存储、运输、使用的清洁能源已广泛应用于国民经济的方方面面。石油炼制工业是国民经济最重要的支柱产业之一，是提供能源，尤其是交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业。据统计，全世界总能源需求的
沈阳化工学院学士学位论文 前 言
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40％依赖于石油产品，汽车，飞机，轮船等交通运输器械使用的燃料几乎全部是石油产品，有机化工原料主要也是来源于石油炼制工业，世界石油总产量的10%用于生产有机化工原料。
石油是十分复杂的烃类非烃类化合物的混合物。石油产品种类繁多，市场上各种牌号的石油产品达1000种以上，大体上可分为以下几类：
⑴ 燃料：如各种牌号的汽油、航空煤油、柴油、重质燃料油等；
⑵ 润滑油：如各种牌号的内燃机油、机械油等；
⑶ 有机化工原料：如生产乙烯的裂解原料、各种芳烃和烯烃等；
⑷ 工艺用油：如变压器油、电缆油、液压油等；
⑸ 沥青：如各种牌号的铺路沥青、建筑沥青、防腐沥青、特殊用途沥青等；
⑹ 蜡：如各种食用、药用化妆品用，包装用的石蜡和地蜡；
⑺ 石油焦炭：如电极用焦、冶炼用焦、燃料焦等。
从上述石油产品品种之多和用途之广也可以看到石油炼制工业在国民经济和国防中的重要地位。
石油作为一种能流密度高，便于储存、运输、使用的清洁能源已广泛应用于国民经济的方方面面。按2001年中国各行业石油消费构成看，交通运输业占30%以上，是消费石油最多的行业。
在交通运输业中，汽车是最大的石油消费用户。在石油产品中，汽油的85%～90%和柴油的30%被汽车所消耗。面对中国目前汽车的飞速发展，保有量的迅猛增长，不能不未雨绸缪，以防石油短缺制约汽车工业的正常发展。从世界范围看，汽车的出现把石油工业推向了快速发展的轨道，加快了石油产品的消费和需求。
燃料包括汽油、柴油及喷气燃料（航空煤油）等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。我国的石油产品中燃料约占80%，而其中约60%为各种发动机燃料，所产柴油和汽油的比例约为1.3:1；润滑剂包括润滑油和润滑脂，主要用于降底机件之间的磨擦和防止磨损，以减少能耗和延长机械寿命。其产量不多，仅占石油产品总量的2%左右，但品种达数百种之多；石油沥青用于道路、建筑及防水等方面；其产量约占石油产品总量3%；石油蜡属于石油中固态烃类，是轻工、化工和食品等工业部门的原料，其产量约占石油产品总量的1%；石油焦可用以制作炼铝及炼钢用电极等，其产量约为石油产品总量的2%；约有10%的石油产品，是用作石油化工原料和溶剂，其中包括制取乙烯的原料（轻油），以及石油芳烃和各种溶剂油。
2002年，中国原油生产量位居世界第5位，由2001年的1.649×108t，增加到2002年的1.689×108t，进口石油1.004×108t（原油6.94×107t，石油产品3.1×107t），其中东进口3.89×107t，比2001年增加4.7×106t，进口国家和地区接近20个。
俄罗斯原油性质和其他原油之间的区别
俄罗斯原油的外观呈黑褐色，在室温下（约22℃）流动性良好，有强烈的刺激
沈阳化工学院学士学位论文 前 言
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性气味。经测定，俄罗斯原油中不含水；原油较轻，20℃密度在0.7868~0.8533g/cm3之间；粘度较低，50℃粘度在1.27~12.47mm3/s之间。原油的含硫量较高，为0.55m%，为含硫原油。较高的硫含量将会对直馏产品、二次加工原料以及环保产生影响；因此应在加工过程中给予注意。原油的含金属量较高，其中镍和钒的含量分别为12.9ppm和12.0ppm，盐含量较高，在11.71mgKOH/g以上，加工前应进行脱盐处理。残碳、灰分含量不高，闪点（闭口）低于22℃；另外，原油的酸值也较低，为0.26mgKOH/g。另从馏程数据分析，原油的初馏点较低，低于38℃，加工时应注意防止轻质馏分的损失。俄罗斯原油属于含硫-中间基原油。