常压蒸馏装置工艺设计论文.doc

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1、2.5Mt/a长庆原油常压蒸馏装置工艺设计摘 要：根据长庆原油评价结果，确定其加工方案为燃料-润滑油型，装置采用闪蒸塔、常压塔。本设计主要对闪蒸塔、常压塔及加热炉进行了工艺设计计算，其中，闪蒸塔塔径为2.0m；常压塔采用34层F1型双溢流浮阀塔盘，塔径为4.6m，塔高为28.2m，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6.41m；对流室长4.5m，宽2.17m，高6.258m；烟囱高12.8m,直径2.14m。计算结果表明，本装置能够在设计的参数范围内正常操作和运行，说明本设计是合理可行的。此外，应用绘图软件AutoCAD绘制了该装置的工艺原理

2、流程图。关键词：长庆原油；常压蒸馏；加热炉；工艺计算 86The Design of 2.5Mt/a Atmospheric DistiLLation Unit of Changqing Crude OiLAbstract：According to the result of Changqing crude oil evaluation, it was determined that the processing plan was the type of fuel-lubrication.The unit included the two-step aerification flow with

3、 flash tower, atmospheric tower. This text mainly designed flash tower, atmospheric tower and furnace. The flash tower its diameter was 2.0m high.The atmospheric tower was seted 34 layers double-flow trays with the type of F-1 valve and was 28.2m high.Its diameter was 4.6m and seted reflux at the to

4、p of the tower and two intermediate circulating reflux. The furnace adopted vertical cylindrical type heater,and the radial chamber was 16m high and the pitch diameter was 6.41m. The convection chamber of the furnace was 4.5m long, 2.17m wide and 6.258m high.The chimney was 12.8m high and its diamet

5、er was 2.14m. The result indicated that the unit could normally been operated and run with the range designed, which confirmed the unit was feasible. In addition, the technological principle flow chart of the unit was drawn by use of the AutoCAD software.Key words：Changqing crude oil; Atmospheric di

6、stillation; Furnace; Technology calculation目 录1绪论11.1 课题的意义11.2 国内外研究现状11.3 工艺设计概述22原油加工方案和切割方案42.1 原油评价简述42.2 长庆原油加工方案72.3 长庆原油切割方案103 常压塔工艺计算 113.1 油品性质参数的计算113.2 油品性质参数计算结果汇总143.2 闪蒸塔的工艺设计计算153.3 常压塔的工艺设计计算184 塔板水力学计算474.1 基础数据474.2 塔板的结构计算474.3 塔板的水力学计算514.4 负荷性能图535 管式加热炉的工艺设计585.1 原始数据585.2 加热

7、炉总热负荷585.3 燃烧过程计算595.4 全炉热平衡615.5 辐射段的计算625.6 对流室的计算675.7 炉管内的压力降735.8 烟囱的设计计算76设计体会与心得81参考文献82致谢83附录84XXX大学本科毕业设计(论文)1 绪论1.1 课题的意义 随着国民经济的快速发展，世界上对能源的需求量迅速上升，我国原油2009年一次加工能力达到4.77亿吨/年，居世界第二位1。十年前中国进口石油占整体石油需求比例才6%，现在已经提高到三分之一，到2020年预期将有60%的石油都必须来自进口。汽车工业将是汽柴油消费最主要的生意推动力。今后20年，国内原油产量虽然将继续呈上升趋势，但增幅有限

8、预计2020年产量将达到1.8亿吨左右。炼油工业的主要目的是从原油中提炼出各种燃料、润滑油、化工原料和其他石油产品（例如：石油焦、沥青等）2。一般来说，原油经常减压装置加工后，可得到直馏汽油、喷气燃料、灯用煤油、轻、重柴油和燃料油等产品，某些富含胶质和沥青质的原油经减压深拔后还可以直接生产出道路沥青。在上述产品中，除汽油由于辛烷值低，目前以不再直接作为产品，还有部分产品可直接或经过适当精制后作为产品出厂（如喷气燃料、直馏柴油等）。常减压装置的另一个主要作用是为下游二次加工装置或化工装置提供质量较高的原料。因此，常减压装置的操作，直接影响着下游二次加工装置和全厂的生产状况3。1.2 国内外研究

9、现状2010年是我国炼油工业“十一五”建设的收官之年，天津石化、洛阳石化、吉林石化、广西石化等一批改扩建及新建炼油工程相继建成投产，国内炼油能力将突破500Mt/a。上述这些重点项目的建成投产，为炼油工业优化产品布局、提升规模实力、提高国际竞争力发挥重要作用。新的石化产业形势将引导我国炼油工业向经济快速增长与环境保护同步的方向发展4。在国外，炼厂大型化成为一种世界性的趋势，其原因是大型化具有明显的优越性。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。根据美国能源部的资料报导，建设1座1000万吨/年炼厂和2座500万吨/年炼厂相比，其投资可节约20左右，生产人员可减

10、少16人/100万吨/年，提高劳动生产率21。1座1000万吨/年炼厂和4座250万吨/年炼厂相比较，加工费用可减少US0.15/m3。另据前苏联研究报告，1座1200万吨/年炼厂与2座600万吨/年炼厂相比，其生产成本可降低1215。据美国“OGJ”杂志2001年1月1日统计，世界上现共有742座炼厂，原油蒸馏总能力达40.62亿吨/年，规模最大的炼厂是委内瑞拉帕拉瓜纳炼制中心的炼厂，其原油加工总能力为4700万吨/年。在这742座炼厂中，加工总能力超过2000万吨/年的有15座。1.3 工艺设计概述1.3.1 设计依据本次2.5Mt/长庆原油常压蒸馏装置工艺设计的依据是：（1）西安石油大学

11、化学化工学院化工教研室下发的毕业设计任务书。（2）长庆原油评价报告。（3）中华人民共和国行业标准“管式加热炉技术规定”（ZB E97 00290）。（4）中国石油化工总公司标准“炼油装置工艺设计技术规定”（SYJ1076）。（5）中国天然气行业标准“石油工程制图标准”（SIJ319）。1.3.2 设计加工能力（1）处理量：2.5Mt/a。 （2）年开工时间：8000h。1.3.3 装置特点（1）本装置设有闪蒸塔，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#柴油馏分，0#柴油，同时还有常压渣油。（2）常压渣油可直接作为减压蒸馏的原料。（3）采用空冷器减少循环

12、水消耗。（4）常一线采用再沸器汽提技术，以防止航煤带水。1.3.4 工艺流程简述（1）原油换热和脱盐原油（54左右）由原油罐区经原油泵抽入装置，分两路进入一级、二级电脱盐罐脱盐，再换热后进入闪蒸塔进行初加工。（2）闪蒸塔系统换热后的230的脱硫原油进入闪蒸塔进行闪蒸。闪底油进入常压塔第31层板，闪顶油进入常压塔第15层塔板。（3）常压蒸馏闪底油经常压炉加热至360进入常压塔第31层塔盘上进行分馏。塔顶油气经空冷器和后冷器冷凝至60，并为分两路：一路返回塔顶作回流；一路作汽油出装置。常一线由常压塔第9层塔盘抽出，进入再沸器汽提后，汽提油气返回到第8层上。常一线油品汽提后经抽出换热精制后作为3#航

13、煤出装置。常二线由常压塔第17层塔盘抽出，进入常二线汽提塔，汽提油气返回常压塔第16层上，常二线油品汽提后经抽出换热精制后作为-20#柴油出装置。常三线由常压塔第27层抽出，进入常三线汽提塔，汽提油气返回常压塔第 26层上，常三线油品汽提后经抽出换热精制后作为0#柴油出装置。常压渣油经换热后进入减压塔进行分馏。常压塔第一中段回流从常压塔第13层抽出，换热后打回常压塔第11层上，常压塔第二中段回流从常压塔第21层抽出，换热后打回常压塔第19层塔盘上。（4）加热炉为了综合利用烟气余热，对流室下段加热闪底油，中段加热水蒸汽，上段加热闪底油。2 原油加工方案和切割方案2.1 原油评价简述 长庆原油较轻

14、20密度为0.8458g/cm3,含硫低，为0.11w%；酸值较低，为0.05mgKOH/g；金属镍、钒含量较低，分别为2.4g/g、0.9g/g。该原油蜡含量稍高，为10.9w%，凝点12。该原油开口闪点低于30，应在存储和运输过程中注意安全问题。按原油的硫含量及两个关键组分分类，该原油属低硫中间原油。但两个关键馏分均为中间基和石蜡基的临界值，因此尽管该原油为中间基原油，仍表现出类似石蜡基的某些特性，如柴油段正构烃的含量较高，蜡油段蜡含量较高等。原油实沸点蒸馏数据及其中比性质曲线如下：表2-1原油实沸点蒸馏及其窄馏分性质沸点范围收率w%收率%密度（20）g/cm3黏点特性因素每馏分总收率每

15、馏分总收率151.11.11.561.5715652.193.292.894.460.64212.865801.14.391.345.790.696112.2801002.56.892.938.720.722711.91001202.719.63.1111.820.737811.91201301.6711.271.8913.710.74811.91301401.5112.781.6915.40.755411.91401653.2416.023.5818.980.765311.91651801.9717.992.1421.130.777211.91802002.3720.362.5423.670

16、7878-5011.92002304.5624.924.7928.460.805-4211.82302401.3126.231.3629.830.812-3211.92402501.6427.871.6931.520.8197-2811.92502601.7629.631.833.320.8256-2411.82602803.4833.113.5436.870.831-1411.92803003.8436.953.8940.760.8342-2123003203.6140.563.6744.430.83131012.23203505.2545.815.2649.70.84352012.235

17、03652.7648.572.752.390.865826123654208.1656.737.9260.310.87153412.14204507.0663.796.7667.070.8833812.24504705.369.095.0272.10.89174212.24705007.2576.346.878.890.90234612.25005201.9778.311.8480.730.90615012.35205402.1980.492.0382.770.908712.454019.5110017.241000.9573图2-1 原油的实沸点蒸馏曲线图2-2 原油的中比性质：密度曲线图2

18、3 原油的中比性质：黏点曲线原油的实沸点蒸馏及窄馏分性质表明，200馏分的收率为20.36 w%； 350馏分的收率为45.81w%，365常压渣油可作重整催化裂化原料。420，540减压渣油可以部分掺入蜡油中作为催化裂化原料。2.2 长庆原油加工方案 根据原油评价报告，长庆原油的特点是含硫低，为 0.11w%，含蜡高(10.9%)，凝点12和酸值较低,按原油的硫含量及两个关键馏分的比重来分类，原油属低硫中间基原油。重整原料中芳烃潜含量为43.83w%，是良好的重整原料。经过重整后，生产汽油和芳烃。直馏煤油一般可以符合规格要求,但要注意闪点卡边。柴油馏分的柴油指数为63.3567.28，凝点

19、低于-20，一般经过精制可做为-20#柴油。喷气燃料密度小，冰点低，芳香烃含量1011.5w%，除酸度外其他指标符合，根据市场需求，生产3#航煤。但须经过精制可达到3#喷气燃料的规格要求，其收率较高。塔底常压渣油直接作为减压装置的原料。石油馏分中润滑油潜含量较大，市场润滑油需求量大，根据原油直馏产品特性采用燃料-润滑油型加工方案。采用三段汽化蒸馏（预汽化常压蒸馏减压蒸馏）原油脱盐、脱水是炼油加工装置安全稳定、长周期生产的重要保证。原油在蒸馏前必须进行严格的脱盐、脱水，脱盐后原油换热到230240进入闪蒸塔，塔顶出轻汽油或重整原料，塔底油经常压加热炉加热到360370进入常压塔。常压塔顶出轻汽油

20、或重整原料，预处理（脱S、N、AS、Cl）后经催化重整，芳烃抽提后生成富氢气体、汽油组分、芳香烃。常一线出3号航煤，常二线出-20号柴油，常三线出0#柴油，塔底出常压渣油可以直接作为重油催化裂化原料。用泵抽出常压渣油送减压部分。塔底油经减压炉加热到405410送入减压塔。减一线馏分全部用于催化裂化，减二、三、四线一部分用于催化裂化，经过催化裂化后生成催化裂化气、催化汽油、催化柴油；另一部分经溶剂脱蜡、溶剂精制、补充精制生成润滑油及抽出油，溶剂脱蜡产生的脱蜡油中蜡下油用于催化裂化，其余经蜡精制生成地蜡或石蜡。减压渣油一部分经脱沥青后再溶剂脱蜡、溶剂精制、补充精制生产润滑油，剩下为沥青。渣油另一部

21、分经焦化后一部分掺入蜡油作为催化裂化原料，其余为焦化气、焦化汽油、焦化柴油及石油焦。图2-4 长庆原油加工方案2.3 长庆原油切割方案长庆原油切割方案：根据原油实沸点数据确定原油常压切割方案汇总于表2-1。产 品实沸点切割点实沸点沸程，收率，20g/cm3体积分数质量分数汽 油IBP14515.412.780.70191403# 航 煤13525616.1215.090.7918250-20#柴油2443079.249.080.83113000# 柴 油29337011.0410.850.8312360常压渣油35048.252.20.9160表2-1 原油常压切割方案和产品性质实沸点蒸馏数据

22、01030507090100677886951051451351761881962042152562442652712752802853072933183253303363433703504124323 常压塔工艺计算3.1 油品性质参数的计算油品性质参数的计算以汽油为例进行。3.1.1 蒸馏数据的相互转化由图3-2-25将表2-1中的实沸点蒸馏温度转化成恩氏蒸馏温度。汽油馏分的常压实沸点蒸馏数据如下：馏出百分数，V%01030507090100馏出温度，67788695105145由图3-2-2查得恩氏蒸馏50%点与实沸点50点的差值为-0.3即恩氏蒸馏50%点=86-0.3=85.7查得恩

23、氏蒸馏曲线各段温差：曲线线段实沸点蒸馏温差，恩氏蒸馏温差，0%10%41.027.010%30%11.05.030%50%7.04.050%70%9.05.570%90%10.07.090%100%40.038.0由恩氏蒸馏50%点（85.7）推算得其他恩氏蒸馏点温度。30%点=85.7-4.0=81.7 10%点=81.7-5.0=76.70%点=76.7-27.0=49.7 70%点=85.7+5.5=91.2 90%点=91.2+7.0=98.2 100%点=98.2+38.0=136.2其他产品计算结果汇总于表3-1。表3-1 产品恩氏蒸馏数据产 品恩氏蒸馏温度0%10%30%50%7

24、0%90%100%汽 油49.776.781.785.791.298.2136.23# 航 煤153180186190.5195.5230.5240.5-20#柴油249.2259.3262.3264.4267.4270.8290.80# 柴 油293306308.8311.8315.8322.1347.1由图4-2-25将表3-1中的恩氏蒸馏温度转化成平衡汽化温度，步骤如下：汽油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下：馏出百分数,V%01030507090100馏出温度，49.776.781.785.791.298.2136.2 恩氏蒸馏10%70%点斜率=（91.2-76.7）/（70-10）=0.2

25、42查文献5查得它与平衡汽化50%点之差值为2.2。平衡汽化50%点=85.7+2.2=87.9曲线线段恩氏蒸馏温差，平衡汽化蒸馏温差，0%10%27.011.910%30%5.02.730%50%4.01.950%70%5.52.570%90%7.02.990%100%38.016.0由平衡汽化50%点（101.2）推算得其他平衡汽化点温度。30%点=87.9-1.9=86.0 10%点=86.0-2.7=83.30%点=83.3-11.9=71.4 70%点=87.9+2.5 =90.490%点=90.4+2.9=93.3 100%点=93.3+16=109.3其他产品计算结果汇总于表3-

26、2。表3-2 产品平衡汽化数据产 品平衡汽化温度0%10%30%50%70%90%100%汽 油71.483.38687.990.493.3109.33# 航 煤185.0195.1198199201204219.5-20#柴油274.9278.8280.3280.8281.8283.3298.80# 柴 油327.6332.6334.3335.8337.4339.6348.53.1.2 平均温度的计算（1）体积平均温度tvtv=(t10%+t30%+t50%+t70%+t90%)/5=(76.7+81.7+85.7+91.2+98.2)/5=86.7（2）恩氏蒸馏曲线1090斜率S =()

27、/()=0.2688/% （3）重量平均沸点 =0.6=86.7+0.6=87.3（4）实分子平均沸点 =2.7（5）中平均沸点 = 其他产品计算结果汇总于表3-4。3.1.3 求、比重指数由=0.7019，及=0.7070， 其他产品计算结果汇总于表3-6。 3.1.4 求分子量M、特性因素K 由,查图3-65得：M=96 其他产品计算结果汇总于表3-3。K=12.2 其他产品计算结果汇总于表3-4。3.1.5 求临界性质（1）求真临界温度tc 、假临界温度由，tw=87.3查图1-276得：=261由， =84.0 查图1-276得：（2）求真临界压力，假临界压力 由，tMe=84.9 查

28、图1-28 6得：=31atm再由及查图1-296得其他产品计算结果汇总于表3-5。3.1.6 求焦点性质（1）求焦点温度t0、由tv=86.7、S= 0.2688/查图4-286得：= 24.5 = tc+24.5=261+24.5=285.5（2）求焦点压力由tv=86.7，= 0. 2688/查图4-296得： = 33.2+9.5=42.7atm其他产品计算结果汇总于表3-6。3.2 油品性质参数计算结果汇总表3-3 油品性质参数（1）项 目分子量恩氏蒸馏温度0%10%30%50%70%90%100%原 油127.8236333430524.5汽 油9649.776.781.785.7

29、91.298.23# 航 煤153153180186190.5195.5230.5-20#柴油212249.2259.3262.3264.4267.4270.80# 柴 油267293306308311.8315.8322.1 表3-4 油品性质参数（2）项 目体积平均沸点,恩氏蒸馏10%-90%斜率中平均沸点,重量平均沸点,实分子平均沸点,特性因数,K原 油331.34.96272.5347231.411.9汽 油86.70.2784.987.384.012.13# 航 煤191.10.29189.5191.6188.611.75-20#柴油264.80.14263.9265.0264.31

30、1.800# 柴 油312.90.20311.9313.1311.312.12表3-5 油品性质参数（3）项 目平衡汽化蒸馏温度临界温度,临 压力,atm0%10%30%50%70%90%100%原 油168248319387.2451.251553汽 油71.483.38687.990.493.326133.13# 航 煤182.119419719920120437724.6-20#柴油274.9278.8280.3280.8281.8283.344819.00# 柴 油327.6332.6334.3335.8337.4339.648115.0表3-6 油品性质参数（4）项 目比重焦点温度,

31、焦点压力,atm实沸点蒸馏温度比重指数0%100%原 油0.845835.056264汽 油0.701968.6285.542.6HK1453# 航 煤0.791846.239229.3135256-20#柴油0.83113845321.52443070# 柴 油0.831238488.517.52933703.2 闪蒸塔的工艺设计计算3.2.1 闪蒸塔的操作条件计算根据经验选取闪蒸塔顶操作压力为0.18MPa，假设进料温度为230，根据原油焦点压力、焦点温度和平衡汽化蒸馏温度绘制原油P-T-e相图（附图1）。读出汽化温度为230，两个大气压下原油的气化率为18%，查图3-6-35得汽相产物比

32、重指数,比重（），液相产物比重指数，比重（）。3.2.2 闪顶、闪底油性质的计算（1）恩氏馏程8MPa、230时，根据原油汽化率为18，原油的恩氏蒸馏曲线1070点的斜率S=5.03/%，图3-6-15、图3-6-25，求出闪顶、闪底油在常压下的恩氏蒸馏温度，结果如下：表3-7 恩氏蒸馏温度汇总表体积分数原油恩氏蒸馏温度闪顶油恩氏蒸馏温度和原油恩氏温差闪顶油恩氏蒸馏温度闪底油恩氏蒸馏温度和原油恩氏温差闪底油恩氏蒸馏温度10127.88641.875202.83023615977602965033321711648381704302681623446490524.5321203.526550.5

33、2）求体积平均温度tv、实分子平均温度tm、质量平均温度tw、中平均温度tMe：表3-8 平均温度汇总表油 品tv，tm，tw，tMe，闪顶油120.0694.4125.86104.66闪底油378.86306.86391.36335.86（3）平衡汽化温度表3-9 平衡汽化温度汇总表产 品平衡汽化温度汇总10%30%50%70%90%闪顶油闪底油253326389449.5508.5（4）求分子量M、特性因素K闪顶油：M=104，K=12.08 闪底油：M=285，K=11.90（5）求真临界温度tc 、假临界温度闪顶油：tc=300， =271闪底油：tc=554，=490（6）求假临界

34、压力闪顶油：=29.3atm闪底油：=15.5atm（7）求真临界压力闪顶油： Pc=60atm闪底油： Pc=15.5atm（8）求焦点温度、焦点压力闪顶油：=392.5，=96atm闪底油：=592.5，=42.6atm3.2.3 热平衡计算如图3-1设原油在闪蒸塔没有能量损失闪蒸塔进料t0=230F0=312500kg/h闪顶油t2=226F2=48093.8kg/h闪底油t1=228F1=264406.2kg/h图3-1 闪蒸塔的计算草图首先把体积分数化成质量分数=0. 180.7230/0.8458=0.1539闪顶油流量F2=0.1539=48093.8kg/h闪底油流量F1=（）

35、264406.2kg/h取闪底油出闪蒸塔的温度比原油进料低2，即t1=230-2=228查焓图1-406，求出原油、闪底油的焓值： 在t0=230时，原油的焓值=134.0kcal/kg,kcal/kg在t1=228时，闪底油的焓值=132kcal/kg（1-1%）代入数据得： =204.6kcaL/kg由闪顶油的=0.7230，查焓图1-406得闪顶油的温度t2=226因t0、t1、t2三者温差不大，满足工艺要求。3.2.4 闪蒸塔的塔径计算闪顶油的分子量M=105，闪顶温度T=226+273.15=499.15K汽相密度 kg/m3汽相体积流率为 Vsm3/h取空塔汽速u=1.0m/s

36、m 圆整到D=2.0m校核空塔气速 =m/s3.2.5 闪蒸塔的计算结果汇总 将闪蒸塔计算结果汇总于表3-10表3-10 闪蒸塔计算结果汇总油 品温度， 压力，MPa流量，kg/h闪顶油2260.1848093.8闪底油2280.18264406.2进 料2300.183125003.3 常压塔的工艺设计计算3.3.1 物料平衡表3-11 物料平衡(按每年开工8000小时计)油 品产 率，%处理量或产量体积分数质量分数kt/akt/dkg/hkmol/h入 方闪顶油1815.39384.751154.2548093.8闪底油8284.612115.256345.75264406.2合 计100

37、10025007500312500出 方汽 油15.412.78319.5958.539937.5416.03# 航 煤16.1215.09377.2113247156.25308.2-20#柴油9.249.08227.068128375133.80# 柴 油11.0410.85296.288933906.25127常压渣油48.252.213053915163125合 计100100250075003125003.3.2 汽提蒸汽用量侧线产品和塔底重油都用过热水蒸汽汽提，使用是温度420，压力0.3MPa的过热水蒸汽。油 品质量分数(对油)%汽提蒸汽用量kg/hkmol/h二线-20#柴油3

38、85147.3三线0#柴油2.8949.452.7常压渣油23262181.2合 计5062.4281.23.3.3 塔板形式和塔板数汽 油-3# 航 煤段9层(考虑一线生产航煤)3# 航煤- -20#柴油段5层-20#柴油-0#柴油段7层0#柴油-汽化段3层塔底汽提段4层考虑采用两个中段回流，每个用三层换热塔板，共6层，全塔塔板数总计为34层。3.3.4 绘制草图将塔体塔板进料及产品进出口，中段循环回流位置，气体返塔位置，塔底汽提点等绘制成草图。（如图3-3）汽油 39937.5kg/h水蒸气5062.4塔顶热回流取热32.88106kJ/h3#航煤47156.25kg/h-20#柴油汽提蒸汽851kg/h（420）0#柴油汽提蒸汽949.4kg/h(420)0#柴油33906.25kg/h塔底汽提蒸汽3262kJ/h(420)常压渣油163125kg/h闪底进料264406.2kg/h过汽化油5288.1kg/h第二中