15油田原油常压蒸馏装置工艺设计.docx
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15油田原油常压蒸馏装置工艺设计
1.5油田原油常压蒸馏装置工艺设计
1.5油田原油常压蒸馏装置工艺设计
摘要
设计一套年处理量为1.5Mt/a大港原油加工装置，由于原料中轻组分不多，所以原油蒸馏装置采用二段汽化，设计常压塔，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。
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。
关键词：
原油常压蒸馏，大港原油加工装置，原油“切割”
前言…………………………………………………………………………………………1
第一章常减压蒸馏
1.1常减压蒸馏技术现状……………………………………………………………2
1.2节能措施…………………………………………………………………………3
第二章工艺流程设计
2.1原料油性质及产品性质…………………………………………………………4
2.1.1原料油性质…………………………………………………………………4
2.1.2产品性质……………………………………………………………………5
2.2工艺流程…………………………………………………………………………5
2.3塔器结构…………………………………………………………………………6
2.4环保措施…………………………………………………………………………6
2.4.1污染源分析…………………………………………………………………6
2.4.2废气处理……………………………………………………………………7
2.4.3废水处理……………………………………………………………………7
2.4.4噪声防护……………………………………………………………………8
第三章工艺计算
3.1原料及产品的有关参数的计算………………………………………………10
3.2工艺流程的确定根据与流程的叙述…………………………………………11
3.2.1切割方案及性质…………………………………………………………11
3.2.2汽提蒸汽用量……………………………………………………………12
3.2.3操作压力…………………………………………………………………14
3.2.4汽化段温度………………………………………………………………14
3.3蒸馏塔各点温度核算…………………………………………………………16
3.3.1塔底温度…………………………………………………………………16
3.3.2塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配………………………………16
3.3.3侧线及塔顶温度的校核…………………………………………………17
第四章常压蒸馏塔尺寸计算
4.1塔径的计算……………………………………………………………………20
4.1.1塔径的初算………………………………………………………………20
4.1.2计算出Wmax后再计算适宜的气速Wa…………………………………20
4.1.3计算气相空间截面积……………………………………………………21
4.1.4降液管内流体流速Vd…………………………………………………21
4.1.5计算降液管面积…………………………………………………………21
4.1.6塔横截面积Ft的计算…………………………………………………21
4.1.7采用的塔径D及空塔气速W……………………………………………22
4.2塔高的计算……………………………………………………………………22
第五章水力学衡算
5.1塔板布置，浮阀、溢流堰及降液管的计算……………………………………23
5.2塔的水力学计算………………………………………………………………24
5.2.1塔板总压力降……………………………………………………………25
5.2.2雾沫夹带…………………………………………………………………25
5.2.3泄漏………………………………………………………………………26
5.2.4淹塔………………………………………………………………………27
5.2.5降液管超负荷……………………………………………………………27
5.2.6适宜操作区和操作线……………………………………………………27
结论………………………………………………………………………………………29
参考文献……………………………………………………………………………………30
致谢………………………………………………………………………………………31
前言
石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。
石油中的烃类和非烃类化合物，相对分子质量从几十到几千，相应的沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样。
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。
石油不能直接作汽车、飞机、轮船等交通运输工具发动机的燃料，必须经过各种加工过程，才能获得符合质量要求的各种石油产品。
人们根据对所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性，以及经济效益等诸方面的分析、制订合理的加工方案。
原油常减压蒸馏是常用基本的加工方案。
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
石油炼制加工方案，主要根据其特性、市场需要、经济效益、投资力度等因素决定。
石油炼制加工方案大体可以分为三种类型：
（1）燃料型主要产品是用燃料的石油产品。
除了生产部分重油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。
（2）燃料－润滑油型除了生产燃料的石油产品外，部分或大部分减压馏分油和减压渣油还用于生产各种润滑油产品。
（3）燃料－化工型除了生产燃料产品外，还生产化工原料和化工产品。
原油经过常压蒸馏可分馏出汽油、煤油、柴油馏分。
因原油性质不同，这些馏分有的可直接作为产品，有的需要进行精制或加工。
将常压塔底油进行减压蒸馏，等到的馏分视其原油性质或加工方案不同，可以作裂化（热裂化、催化裂化、加氢裂化等）原料或润滑油原料油原料，也可以作为乙烯裂解原料。
减压塔底油可作为燃料油、沥青、焦化或其它渣油加工（溶剂脱沥青、渣油催化裂化、渣油加氢裂化等）的原料。
第一章常减压蒸馏技
§1.1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
炼油传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。
§1.2节能措施
炼油厂加工所消耗的能量占原油加工量的4%-8%，而常减压蒸馏装置又是耗能量大的生产装置。
2001年中石化常减压蒸馏装置平均能耗为0.496GJ/t（不包括不开减压装置），最低0.438GJ/t，最高0.686GJ/t，与国外常减压蒸馏装置相比，我国常减压蒸馏装置的能耗显然偏高，具有较大的节能潜力。
常减压蒸馏装置能耗主要是工艺过程必须消耗的燃料、水蒸汽、电力、水等所产生的能量消耗。
其中燃料能耗比例最大，达60%-85%；其次是电和蒸汽，均占总能耗的10%-15%；水的能耗的占总能耗的4%左右。
因此，应从降低燃料消耗着手，节约能源。
常减压蒸馏装置主要从五个方面着手：
改进工艺流程、提高设备效率、优化操作、采用先进的自动控制流程、加强维修管理。
降低燃料消耗，就是在保证产品收率和质量的条件下，减少加热炉有效热负荷和提高加热炉效率。
加热炉负荷通常包括加热常压塔和减压塔进料及蒸汽所需热负荷。
减少加热炉有效负荷的主要措施有：
提高常压炉进料温度、降低加热炉出口温度、减少加热炉进料量（包括蒸汽）；提高加热炉热效率的主要措施有：
回收烟气余热，降低排烟温度、提高燃烧器燃烧效率、优化及自动控制加热炉各操作参数（如烟气含氧量、炉膛负压，排烟温度等）、应用新型隔热材料，减少加热炉热损失。
同时，节能措施的采用，不仅在技术上可行，而且必须经济合理。
节能与投资的关系实质上是操作费用与投资的关系在节能领域的体现。
第二章工艺流程设计
§2.1原料油性质及产品性质
2.1.1原料油性质
大港原油属低硫环烷─中间基原油,一般性质如下表所示。
名称
单位
数值
名称
单位
数值
密度
D204
0.8896
含盐
mgNaCl/L
74
特性因数
11.8
水分
%
1.4
运动粘度（50℃）
Mm2/s
20.64
初馏点
℃
82
凝点
℃
20
200℃馏出
%
10
含蜡量
%
14.1
300℃馏出
%
25
沥青质硅胶胶质
%
12.56
Ni含量
PPm
18.5
残炭
%
3.5
V含量
PPm
〈1
含硫
%
0.14
Cu含
PPm
0.76
含氮
%
—
灰分
%
0.018
K=12`表2-1大港原油一般性质
序
馏出温度
馏出,%
序
馏出温度
馏出,%
序
馏出温度
馏出,%
号
℃
重
体
号
℃
重
体
号
℃
重
体
1
113
2.37
3.28
7
283
20.86
22.89
13
385
39.80
42.35
2
148
5.58
6.54
8
300
24.00
26.13
14
399
43.01
45.62
3
180
8.53
9.84
9
318
27.11
29.35
15
419
46.14
48.79
4
210
11.54
13.12
10
335
30.31
32.66
16
460
59.13
61.65
5
235
14.59
16.38
11
353
33.49
35.92
17
500
71.32
73.48
6
256
17.68
19.61
12
364
36.68
39.17
表2-2原油实沸点蒸馏数据
累计馏出,％（体）
3
10
20
30
40
50
60
70
平衡蒸发温度,℃
200
237
280
316
348
381
409
436
表2-3原油平衡蒸发数据
2.1.2产品性质
产品名称
沸点范围℃
产率%（质）
密度
d204
恩氏蒸馏数据℃
0%
10%
30%
50%
70%
90%
干点
重整原料
～130
4.2
0.7342
58
87
93
99
106
118
130
航空煤油
130~230
9.4
0.7909
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
340
359
385
重油
〉350
67.2
0.9200
表2-4大港原油常压分馏产品性质
§2.2.工艺流程
工艺流程简介：
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2-1如下：
图2-1常减压蒸馏装置工艺原则流程图
§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：
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
表2-5各种塔板比较
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％c。
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K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K，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i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：
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『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。
第三章工艺计算
§3.1原料及产品的有关参数的计算
实沸点蒸馏体积分数%
温度（℃）
0
10
30
50
70
90
100
汽油
40
88
91
95
112
127
140
煤油
105
140
171
191
208
237
252
轻柴油
196
221
254
269
284
309
339
重柴油
301
336
349
353
373
403
448
表3-1产品实沸点蒸馏数据表
产品
体积平均沸点ºC
中平均沸点ºC
立方平均沸点ºC
比重指数0API
特性因数/K
平衡汽化温度/ºC
临界参数
焦点参数
0％
10％
30%
50%
70%
90%
100%
温度ºC
压力MPa
温度ºC
压力MPa
汽油
100.6
99.6
100
61
11.9
76
88
29
96
99
104
109
208.6
3.31
328
5.86
煤油
193.4
189
191.7
47.5
10.9
162
170
181
187
193
204
211
381.4
2.82
411
3.80
柴油
262.6
268.3
261.6
37
10.7
254
260
268
272
276
284
291
461.6
2.13
467
2.62
重柴
337
335
336
36
11
355
360
363
364
369
376
385
513
1.37
516
1.57
表3-2产品性质表
以汽油为例列出详细的计算、换算过程其他产品仅将计算、换算结果列于上表
（1）体积平均沸点
（2）恩氏蒸馏90%~10%斜率
90%~10%斜率
（3）立方平均沸点
由图查得校正值为
（4）中平均沸点
由图查得校正值为
（5）比重指数
由汽油密度查表得：
（6）特性因数
由图查得：
（7）相对分子质量：
根据经验汽油取
（8）平衡汽化温度
由图求得平衡汽化100%温度为
因恩氏蒸馏10%~70%斜率=
由图查得：
平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=-7°C
平衡汽化50%点的温度/
99-7=92°C
平衡汽化温度/
718
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