150萬噸俄羅斯原油常壓蒸餾塔設計-本科畢業論文

helloshigy

摘要
本次設計主要是針對年處理量150萬噸俄羅斯混合原油的常壓設計。
原油常壓蒸餾作為原油的一次加工工藝，在原油加工總流程中占有重要作用，在煉廠具有舉足輕重的地位，其運行的好壞直接影響到后續的加工過程。其中重要的分離設備—常壓塔的設計，是能否獲得高收率、高質量油的關鍵。近年來常減壓蒸餾技術和管理經驗不斷創新，裝置節能消耗顯著，產品質量提高。但與國外先進水平相比，仍存在較大的差距。
為了更好地提高原油的生產能力，本著投資少，能耗低，效益高的思想對俄羅斯混合原油進行常壓蒸餾設計。設計的基本方案是：初餾塔拔出石腦油，常壓塔采取三側線，常壓塔塔頂生產汽油，三個側線分別生產煤油，輕柴油，重柴油。設計了一個初餾塔一個常壓塔一段汽化蒸餾裝置，此裝置由一臺管式加熱爐、一個初餾塔，一個常壓塔以及若干臺換熱器（完善的換熱流程應達到要求：充分利用各種余熱；換熱器的換熱強度較大；原油流動壓力降較小。）冷凝冷卻器、機泵等組成，在常壓塔外側為側線產品設汽提塔。流程簡單，投資和操作費用較少。原油在這樣的蒸餾裝置下，可以得到350-360℃以前的幾個餾分，可以用作石腦油、汽油、煤油、輕柴油、重柴油產品，也可分別作為重整化工（如輕油裂解）等裝置的原料。蒸余的塔底重油可作鋼鐵或其它工業的燃料。在某些特定的情況下也可以作催化裂化或加氫裂化裝置的原料。本次設計共用34塊浮閥塔板，塔距0.8m，塔徑3.4m，塔高28.23m.換熱流程一共通過12次換熱達到工藝要求，換熱效率是73.1%。
關鍵詞：原油；常壓蒸餾；物料衡算；熱量衡算；塔；換熱
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
目錄
前 言 ................................................ 1
第一章 產品方案及工藝流程 .............................. 5
1.1產品方案 ......................................... 5
1.2 工藝流程 ......................................... 5
第二章 工藝計算及說明 .................................. 7
2.1設計數據 ......................................... 7
2.1.1 已知數據 ...................................... 7
2.1.2 原油的實沸點及窄餾分數據 ....................... 7
2.2 原油實沸點蒸餾曲線的繪制 .......................... 9
2.3 常壓塔工藝計算................................... 10
2.3.1 各產品的恩氏蒸餾數據和實沸點數據的換算 ......... 10
2.3.2 產品的有關數據計算 ........................... 13
2.3.3 物料衡算 ..................................... 14
2.3.4 確定塔板數和汽提蒸汽用量 ...................... 16
2.3.5 操作壓力 ..................................... 18
2.3.6 汽化段溫度 ................................... 19
2.3.7 塔底溫度 ..................................... 21
2.3.8 塔頂及側線溫度的假設與回流熱的分配 ............ 21
2.3.9 側線及塔頂溫度的校核 ......................... 22
2.4 全塔氣、液相負荷分布 ............................. 23
第三章 塔的設計及水力學計算 ........................... 32
3.1塔板的操作條件 ................................... 32
3.2塔板間距初選 ..................................... 33
3.3塔徑初算 ........................................ 33
3.4浮閥數及開孔率的計算 ............................. 34
3.5溢流堰及降液管的決定 ............................. 34
3.6水力學計算....................................... 35
3.7塔板上的適宜操作區和負荷上下限 .................... 36
第四章 塔的內部工藝結構 ............................... 39
4.1板式塔的內部工藝結構 ............................. 39
4.2 塔高H .......................................... 41
第五章 換熱流程設計 ................................... 42
5.1換熱流程計算 ..................................... 42
5.1.1初餾塔之前的換熱流程 .......................... 43
5.1.2常壓塔前換熱流程 .............................. 47
5.2熱量利用率計算 ................................... 48
結 論 ................................................ 49
致謝 ................................................. 50
附錄 ................................................. 61

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helloshigy

前言
背景
我國煉油工業經過50多年的發展，到21世紀初期，已經形成281Mt/a的原油加工能力，生產的汽油、煤油、柴油、潤滑油等石油產品基本滿足的國民經濟的發展和人民生活的需要。但是，進入21世紀，特別是我國成為世界貿易組織的正式成員后，按照市場準入、關稅減讓的相關壁壘協議，國內成品油市場將逐漸融入國際市場，不可避免的要參與世界貿易大環境下的競爭，基本依靠自有技術發展起來的我國煉油工業面臨著嚴峻挑戰。
石油是重要的能源之一，我國的工業生產和經濟運行都離不開石油，但是又不能直接作為產品使用，必須經過加工煉制過程，連制成多種在質量上符合使用要求的石油產品，才能投入使用。
國民經濟和國防部門眾多的各種應用場合對石油產品提出了許多不同的使用要求。隨著我國社會經濟情況的變化、科學技術水平以及工業生產水平的大幅度提高，對石油產品質量指標的要求不斷嚴格，所要求的石油產品的品種和數量也不斷增加。目前，我國原油的年加工量約為2億噸。而國內所能提供原油量僅為1.3億噸，為了滿足原油的需求量，則需要每年從國外二十多個國家和地區進口約6940萬噸原油。為了更好的提高石油資源的利用率，增加企業的經濟效益，對從國外進口的原油煉制構成進行開發研究也是十分必要的。
目前，我國將石油產品分為染料、潤滑劑、石油瀝青、石油蠟、石油焦、溶劑和化工原料六大類。
常減壓蒸餾的概述
原油精餾裝置是煉油企業的“龍頭”，是煉油工業的第一道工序，為二次加工裝置提供原料，是原油加工的基礎，其能量的綜合利用程度和拔出率高低體現在石化企業的效益上，因此，開展常壓精餾裝置的研究很有意義。
原油常減壓蒸餾作為原油的一次加工工藝，在原油加工總流程中占有重要作用在煉廠具有舉足輕重的地位，其運行的好壞直接影響到后續的加工過程。其中重要的分離設備—常壓塔的設計，是能否獲得高收率、高質量油的關鍵。近年來常減壓蒸餾技術和管理經驗不斷創新，裝置節能消耗顯著，產品質量提高。但與國外先進水平相比，仍存在較大的差距，裝置能耗仍然偏高，分餾精度和減壓拔出深度偏低，對含硫原油的適應性差等。進一步提高常減壓裝置的操作水平和運行水平，顯著日益重要，對提高煉油企業的經濟效益也具有重要意義。
常減壓蒸餾過程經過一百多年的發展，已成為一個比較完整成熟的工藝[27-28]。
沈陽化工學院學士學位論文 前 言
2
目前，國內外大致都是采用由初餾塔、常壓塔、壓塔，常壓爐、減刃壓爐組成的三塔兩爐工藝流程，但是仍存在一些問題。
近年來，我國常減壓蒸餾裝置，呈現了規模大型化，原油加工品種多樣化生產操作智能化等趨勢，技術水平有了較大的提高。作為煉油企業的“龍頭”，常減壓蒸餾裝置技術水平高低，不但關系到原油的有效利用，而且對全廠的質量，產品收率，經濟效益都有很大影響，這就要求我們積極應用先進適用技術，繼續推動常減壓蒸餾技術進步，促進整體煉油水平的不斷提高。
與國際先進水平相比，我國常減壓蒸餾裝置仍然存在較大的差距，主要是裝置規模小，運行負荷低，運行周期短，關鍵工藝技術落后，能耗依然偏高等。
原油中的汽油餾分含量低，渣油含量高是我國原油餾分組成的一個特點。此次設計的大慶原油屬于低硫石蠟基原油，凝固點高，蠟含量高，膠質含量適中，瀝青質含量低，金屬含量中Ni含量較高。
為了更好地提高原油的生產能力，本著投資少，能耗低，效益高的思想對大慶原油進行常壓蒸餾設計。設計的基本方案：原油—換熱系統—電脫鹽系統—加熱爐系統—常壓系統—儀表控制系統，經常壓蒸餾得到汽油、煤油、柴油等燃料出裝置及常壓重油去催化裂化車間。
裝制設備的考慮因素
塔設備是化工，石油化工、煉油廠等廠中，塔設備的性能對于整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等各個方面，都有重大的影響。據有關材料報道，塔設備的投資費占整個工藝設備投資費的較大比例，它所耗用的鋼材重量在各類工藝設備中也屬較多。因此，塔設備的設計和研究，受到化工、煉油等行業的極大重視。
作為主要用于傳質過程的塔設備，首先必須使氣（汽）液；兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質效率。此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列的各項要求1.生產能力大。在較大的氣（汽）夜流速下，仍不致發生大量的霧沫夾帶、攔液或者液泛等破壞正常操作的現象。2.操作穩定、彈性大。塔設備的氣（汽）夜負荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作。并且塔設備應保證能長期連續操作。3.流體流動的阻力小，即流體通過塔設備的壓力降小。這將有助于節省生產中的動力消耗，用來降低經常操作費用。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還可以使系統無法維持必要的真空度。4.結構簡單、材料用量小、制造和安裝容易，這可以減少基建過程中的投資費用。5.耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節和檢修。
石油的用途
石油作為一種能流密度高，便于存儲、運輸、使用的清潔能源已廣泛應用于國民經濟的方方面面。石油煉制工業是國民經濟最重要的支柱產業之一，是提供能源，尤其是交通運輸燃料和有機化工原料的最重要的工業。據統計，全世界總能源需求的
沈陽化工學院學士學位論文 前 言
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40％依賴于石油產品，汽車，飛機，輪船等交通運輸器械使用的燃料幾乎全部是石油產品，有機化工原料主要也是來源于石油煉制工業，世界石油總產量的10%用于生產有機化工原料。
石油是十分復雜的烴類非烴類化合物的混合物。石油產品種類繁多，市場上各種牌號的石油產品達1000種以上，大體上可分為以下幾類：
⑴ 燃料：如各種牌號的汽油、航空煤油、柴油、重質燃料油等；
⑵ 潤滑油：如各種牌號的內燃機油、機械油等；
⑶ 有機化工原料：如生產乙烯的裂解原料、各種芳烴和烯烴等；
⑷ 工藝用油：如變壓器油、電纜油、液壓油等；
⑸ 瀝青：如各種牌號的鋪路瀝青、建筑瀝青、防腐瀝青、特殊用途瀝青等；
⑹ 蠟：如各種食用、藥用化妝品用，包裝用的石蠟和地蠟；
⑺ 石油焦炭：如電極用焦、冶煉用焦、燃料焦等。
從上述石油產品品種之多和用途之廣也可以看到石油煉制工業在國民經濟和國防中的重要地位。
石油作為一種能流密度高，便于儲存、運輸、使用的清潔能源已廣泛應用于國民經濟的方方面面。按2001年中國各行業石油消費構成看，交通運輸業占30%以上，是消費石油最多的行業。
在交通運輸業中，汽車是最大的石油消費用戶。在石油產品中，汽油的85%～90%和柴油的30%被汽車所消耗。面對中國目前汽車的飛速發展，保有量的迅猛增長，不能不未雨綢繆，以防石油短缺制約汽車工業的正常發展。從世界范圍看，汽車的出現把石油工業推向了快速發展的軌道，加快了石油產品的消費和需求。
燃料包括汽油、柴油及噴氣燃料（航空煤油）等發動機燃料以及燈用煤油、燃料油等。我國的石油產品中燃料約占80%，而其中約60%為各種發動機燃料，所產柴油和汽油的比例約為1.3:1；潤滑劑包括潤滑油和潤滑脂，主要用于降底機件之間的磨擦和防止磨損，以減少能耗和延長機械壽命。其產量不多，僅占石油產品總量的2%左右，但品種達數百種之多；石油瀝青用于道路、建筑及防水等方面；其產量約占石油產品總量3%；石油蠟屬于石油中固態烴類，是輕工、化工和食品等工業部門的原料，其產量約占石油產品總量的1%；石油焦可用以制作煉鋁及煉鋼用電極等，其產量約為石油產品總量的2%；約有10%的石油產品，是用作石油化工原料和溶劑，其中包括制取乙烯的原料（輕油），以及石油芳烴和各種溶劑油。
2002年，中國原油生產量位居世界第5位，由2001年的1.649×108t，增加到2002年的1.689×108t，進口石油1.004×108t（原油6.94×107t，石油產品3.1×107t），其中東進口3.89×107t，比2001年增加4.7×106t，進口國家和地區接近20個。
俄羅斯原油性質和其他原油之間的區別
俄羅斯原油的外觀呈黑褐色，在室溫下（約22℃）流動性良好，有強烈的刺激
沈陽化工學院學士學位論文 前 言
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性氣味。經測定，俄羅斯原油中不含水；原油較輕，20℃密度在0.7868~0.8533g/cm3之間；粘度較低，50℃粘度在1.27~12.47mm3/s之間。原油的含硫量較高，為0.55m%，為含硫原油。較高的硫含量將會對直餾產品、二次加工原料以及環保產生影響；因此應在加工過程中給予注意。原油的含金屬量較高，其中鎳和釩的含量分別為12.9ppm和12.0ppm，鹽含量較高，在11.71mgKOH/g以上，加工前應進行脫鹽處理。殘碳、灰分含量不高，閃點（閉口）低于22℃；另外，原油的酸值也較低，為0.26mgKOH/g。另從餾程數據分析，原油的初餾點較低，低于38℃，加工時應注意防止輕質餾分的損失。俄羅斯原油屬于含硫-中間基原油。