原油常压蒸馏塔设计Word格式文档下载.docx
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应
完
成
的
工作
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
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）：
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”。
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/cm3
0.8587
50℃运动粘度，10-6m2/s
19.5
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，%
C
86.3
H
13.5
S
0.15
N
微量金属
V
<
Ni
2
300℃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
总收率
1
IBP~130
4.2
1.1
5.3
3
130~240
10.2
15.5
4
240~310
8.5
24.0
5
310~350
6.2
30.2
6
350~370
3.8
34.0
7
370~450
12.7
46.7
8
450~530
13.3
60.0
9
530~
40
101
4、产品性质
表1-3产品恩氏蒸馏数据
产品
D420
恩氏蒸馏
IBP
10%
30%
50%
70%
90%
EBP
常頂（汽油）
0.74012
86
119
130
139
162
常一线（煤油）
0.7806
124
142
155
170
188
210
236
常二线（轻柴油）
0.8001
205
215
223
233
246
267
常三线（重柴油）
0.8385
270
284
293
303
321
343
5、汽提蒸汽性质
汽提蒸汽温度为420℃，压力为0.3MPa
6、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0.0005MPa
7、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0.035MPa
2.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40~60℃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，加热到120℃~130℃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240℃~260℃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、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
0.7352
149
0.7757
0.7952
0.8336
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，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
3.1.1体积平均沸点
由公式：
tv＝（t10＋t30+t50+t70+t90）/5℃得
汽油馏分：
tv＝101+119+130+139+139/5=127.6℃
煤油馏分：
tv＝142+155+170+188+210/5=173.0℃
轻柴馏分：
tv＝205+215+223+233+246/5=188.4℃
重柴馏分：
tv＝270+284+293+303+321/5=294.2℃
3.1.2恩氏蒸馏曲线斜率S
斜率S＝（T90-T10）/（90-10）℃/%得
斜率S＝（139-101）/（90-10）=0.60℃/%
斜率S＝（210-142）/（90-10）=0.85℃/%
斜率S＝（246-205）/（90-10）=0.51℃/%
斜率S＝（321-270）/（90-10）=0.64℃/%
3.1.3立方平均沸点tcu
tcu＝tv-△cu
∵ln△cu＝-0.82368-0.0213970tv0.45+2.45679S0.45求得
∴△cu＝exp（-0.82368-0.0213970tv0.45+2.45679S0.45）
△cu＝exp（-0.82368-0.0213970×
124.20.45+2.45679×
0.60.45）＝1.39
tcu＝124.2142-1.39＝126.20℃
1730.45+2.45679×
0.850.45）＝1.7
tcu＝173-1.7=171.30℃
188.40.45+2.45679×
0.510.45）＝0.97
tcu＝188.4-0.97=223.00℃
294.20.45+2.45679×
0.630.45）
＝1.02
tcu＝294.2-1.02=293.20℃
3.1.4中平均沸点tMe
tMe＝tv-△Me
∵ln△Me＝-1.53181-0.0128tv0.6667+3.64678S0.3333
∴△Me＝exp（-1.53181-0.0128tv0.6667+3.64678S0.3333）
△Me＝exp（-1.53181-0.0128×
127.60.6667+3.64678×
0.60.3333）=3.39
tMe＝127.6-3.3858=124.20℃
△Me＝exp（-1.53181-0.0128×
173.00.6667+3.64678×
0.850.3333）=4.59
tMe＝173-4.5961=168.40℃
188.40.6667+3.64678×
0.510.3333）=2.49
tMe＝188.4—2.4940=221.90℃
294.20.6667+3.64678×
0.630.3333）=2.83
tMe＝294.2-2.8307=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：
d15.615.6＝d420+△d
已知d420＝0.7352,△d=0.0049d15.615.6＝0.74
K=1.216×
（124.2142+273.15）1/3/0.7401=12.00
已知d420＝0.0.7757,d15.615.6＝0.78
（168.4039+273.15）1/3/0.7806=11.80
已知d420＝0.7952,d15.615.6＝0.80
K=1.216*（221.9064+273.15）1/3/0.8001=12.00
重柴馏分：
已知d420＝0.8336,d15.615.6＝0.84
（291.3693+273.15）1/3/0.8385=11.90
3.1.6油品的API°
由API°
.＝141.5/d15.615.6-131.5可得
API°
.=141.5/0.74010-131.5=59.6
.=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：
=141.5/0.8385-131.5=37.2
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）/％
10
30
50
70
90
100
温度/℃
恩氏蒸馏10％～70％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/℃
0～10％
15
10％～30％
18
30％～50％
11
50％～70％
70％～90％
90％～100％
23
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
30％＝120.5-5＝115.5℃
10％＝115.5-10=105.5℃
0％＝105.5-5=100.5℃
70％＝100.5+2=122.5℃
90％＝122.5+3=125.5℃
100％＝125.5+2=127.5℃
表3-3煤油恩氏蒸馏数据
馏出（体积）/％
同前面的步骤：
恩氏蒸馏10％～70％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
13
12
9.5
22
10.5
26
由50％点及各线段温差推算平衡汽化曲线各点温度
30％＝174.5-7=167.5℃
10％＝167.5-7=160.5℃
0％＝160.5-12=148.5℃
70％＝174.5+9.5=309℃
90％＝309+10.5=194.5℃
100％＝194.5+9.5=204℃
轻柴油馏分:
表3-5轻柴油恩氏蒸馏数据
恩氏蒸馏10％～70％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
35
11.5
4.5
21
由50％点及各线段温差推算平衡汽化曲线各点温度为：
30％＝223.35-11.5=211.85℃
10％＝211.85-5=206.85℃
0％＝206.85-5=201.85℃
70％＝223.35+5=228.35℃
90％＝228.35+4.5=232.85℃
100％＝232.85+8=240.85℃
表3-7重柴恩氏蒸馏数据
恩氏蒸馏10％～70％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％点＝293+10=303℃
表3-8平衡汽化曲线各段温差
47
14
30％＝303-22=281℃
10％＝281-6=275℃
0％＝275-5=270℃
70％＝303+5=308℃
90％＝308+8.5=311.5℃
100％＝311.5+8=319.5℃
3.1.8临界温度
石油馏分真临界温度可用下列经验公式计算
tc＝85.66+0.9259D-0.3959×
10-3D2
D＝d15.615.6（1.8tv+132.0）式中tv为石油馏分的体积平均沸点，
已算得tv＝124.2142℃，d15.615.6＝0.74
D＝0.7401×
（1.8×
124.2142+132.0）＝267.60
所以tc＝85.66+0.9259×
267.6-0.3959×
10-3×
267.62
＝333.4℃
已算得tv＝173℃，d15.615.6＝0.78
D＝0.7806（1.8×
173+132.0）＝346.1
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