580万吨原油常减压蒸馏装置工艺设计.docx

《580万吨原油常减压蒸馏装置工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《580万吨原油常减压蒸馏装置工艺设计.docx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、580万吨原油常减压蒸馏装置工艺设计 580万/年原油常减压蒸馏装置工艺设计(年处理量250+33*10=580万吨/年)一总论1.1概述石油加工是国民经济的主要产业以及国民经济的支柱产业之一，在国民经济中有着重要的地位。石油产品应用在国民经济中的各行各业，涉及到民用以及军用。石油已是一个国家懒以生存产品，是一个国家能否兴旺发达的有力支柱。目前，国际原油供不应求，价格高居不下，原油供应紧张，并由原油所引发起不少主要产油地区的不稳定。我国是一个人口大国，石油的需求在近年来尤其紧张，并随着经济的发展，市场需求越来越大，石油产品利润很高。本设计是以大港原油为加工原油，采用常减压蒸馏装置蒸馏加工（58

2、0万吨/年）原油，而分离出以汽油，煤油，轻柴油，重柴油以及重油为主要产品的各种油产品。本方法简单实用，处理量大，技术成熟，是目前国内外处理原油最主要的方法。1.2文献综述本设计是以课程设计、化工设计为基础，以课程中指导老师给出的数据为依据，参考化工原理、化工设计、石油练制工艺学、石油化工工艺计算图表工程制图等资料。采用原油常减压蒸馏装置工艺设计以生产重整原油，煤油，轻柴油，重柴油，重油等产品。所采用的方法是目前国内外最实用，最普遍，最成熟的原油加工方法。适用国内大中小企业等使用。1.3设计任务依据所设计任务是以指导老师给出的原油数据为依据。所设计的设备参数是以一些权威书籍为参考。1.4主要原材

3、料本设计主要的原材料主要有大港原油、水、电1.5其它本设计应设计应用在一些交通运输方便，市场需求大的附近。同时，生产过程中应与环境相给合，注重“三废”的处理，坚持国家可持续发展的战略，坚持和谐发展的道路，与时俱进。同时应注意到，废品只是一种放在待定时间与空间中的原材料，在另一些场所，它们又是一种原材料，因而，在生产过程中，应把“三废”综合利用。2、1 工艺参数计算2、1、1 原料及产品的有关参数的计算以下的转换计算均以重整原料为例，其它产品仅写出计算结果。（1）根据提供的原油实沸点蒸馏数据，常压下的平衡蒸发数据作出实沸点曲线和常压下的原油平衡蒸发曲线，见图2-1 （2）体积平均沸点，tv重整原

4、料： （3）恩氏蒸馏90%-10% 斜率重整原料：（4）立方平均沸点 tc由工艺计算图表图21查得体积平均沸点校正值为：-1.8重整原料tc=100.6-1.8=98.8（5）中平均沸点, t(中):由图表集图2-1-1查得体积平均沸点校正值为-2.2, 故:汽油, t(中)=t(体)- 2.2=98.8-2.2=98.4（6）特性因数 K:由图表集图2-1-2查得: 汽油 K=11.58。（7）分子量 M:由图表集图2-1-2查得: 汽油 M=96.（8）平衡蒸发温度由图表集图2-2-3及图2-2-4计算出汽油平衡蒸发100温度为109。（9）临界温度, tkp:由图表集图2-3-7和图2-

5、3-8查得: 汽油 tkp=275。（10）临界压力, Pkp:由图表集图2-3-9查得: 汽油Pkp=3.26MPa。（11）焦点温度, tF由图表集图2-2-19查得, 汽焦点温度为307。（12）焦点压力, PF由图表集图2-2-18查得, 汽焦点压力为4.52MPa。表2 油品的有关性质参数计算汇总油品名称密 度d204比重指数oAPI特性因 数K分子量M平衡蒸发温度临界参数焦点参数0 %100%温度MPa温度MPa汽油0.734259.211.5896 1092753.263074.52煤油0.790947.211.9158164 3712.31408.14.51轻柴0.840642

6、.312.12219247 4421.94461.42.39重柴0.845041.812.62305340.8 4971.38506.81.58重油0.920221.212.1290 原油0.73423212 2、1、2产品收率及物料平衡物料平衡可参考同一原油丶同一产品方案的生产数据确定。确定后列出物料平衡表。如不能取得实标生产数据, 可根据实沸点数据来确定。如表1所示, 相邻两个产品是互相重叠的, 即实沸点蒸馏(tH-tL)是负值。通常相邻两个产品的实沸点就在这一重叠值的一半处, 因此可取tH和tL之间的中点温度作为这两个馏分的切割温度, 按切割温度, 可以从原油的实沸点曲线得出各产品的收率

7、。决定年开工天数后, 即可作出常压塔的物料平衡表, 如表3所示。表3中没有考虑到损失, 在实标生产中通常取(气体+损失)约占原油的0.5。注: tH为相邻两馏分重馏分实沸点的0点温度;tL为相邻两馏分轻馏分实沸点的100点温度。表3 物料平衡表(按每年开工330天计)油 品产 率，%处 理 量 或 产 量体积质量104t/Yt/Dkg/hkmol/h原 油1001002807576350000产品汽油5.04.211.7626614700153煤油10.49.426.3250532900208.2轻柴油1413.537.852447250215.8重柴油5.95.715.96730199506

8、5.4重油64.767.2188.1655512352022、1、3.汽提蒸汽用量侧线产品及塔底重油都用过热水蒸汽汽提, 使用的是温度420, 压力0.3MPa的过热水蒸汽。汽提水蒸汽用量与需要汽提出来的轻组分含量有关。在设计中可参考经验数据选择汽提蒸汽用量。表4汽提水蒸气用量油品质量分数Kg/hKmol/h一线煤油398.75.5二线轻柴油31417.578.75三线重柴油2.8558.631塔底重油24704261.3合计 7667425.92、2 操作条件的确定2、2、1 决定塔板数、塔顶压力和塔板压力降（1）根据塔的工艺计算表1-3决定 塔板数如下： 汽油煤油段 9层(考虑一线生产航煤

9、) 煤油轻柴油段 6层 轻柴油重柴油段 6层 重柴油汽化段 3层 塔底汽提段 4层 全塔用两个中段回流, 每个用3层换热塔板, 共6层, 全塔塔板总数为34层。（2）分馏塔计算草图（3） 操作压力取塔顶产品罐压力为: 0.131MPa。塔顶采用两级冷凝冷却流程图。取塔顶空冷器压力降为0.01MPa, 使用一个管壳式后冷器, 壳程压力降取0.0171MPa, 故塔顶压力=0.13+0.01+0.017=0.1571MPa (绝)。取每层浮阀塔板压力降为0.00051MPa (4mmHg), 则推算常压塔各关键部位的压力如下: (单位为MPa)塔顶压力 0.157一线抽出板(第9层)上压力 0.1

10、61二线抽出板(第18层)上压力 0.166三线抽出板(第27层)上压力 0.170汽化段压力(第30层下) 0.172取转油线压力降为0.0351MPa, 则加热炉出口压力=0.172+0.035=0.2071MPa（4）汽化段温度汽化段中进料的汽化率与过汽化率取过汽化率为进料的2(质)(经验值为24)或2.06(体), 则过汽化油量为7000kg/h, 要求进料在汽化段的汽化率为:eF=(5.0+10.4+14+5.9+2.06)=37.29(体)汽化段油气分压汽化段中各物料的流量如下:汽油 153kmol/h煤油 20832kmol/h轻柴油 215.8kmol/h重柴油 65.4kmo

11、l/h过汽化油 23.3kmol/h油气量合计 665.5kmol/h其中过汽化油的分子量取300, 水蒸汽261kmol/h(塔底汽提)。由此计算得过汽化段的油气分压为:0.172665.5/(665.5+261)=0.124MPa汽化段温度的初步求定汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.124MPa之下汽化37.29(体)的温度, 为此需要作出在0.124MPa下的原油平衡汽化曲线, 见图1中的曲线4。在不具备原油的临界参数与焦点参数而无法作出原油的P-T-e相图的情况下, 曲线4可用简化法求定: 由图1可得到原油在常压下的实沸点曲线与平衡汽化曲线的交点为310。将此交点温度换算成在0.12

12、4MPa压力下的温度为315。过该交点作垂直于横座标的直线A, 在A线上找到315之点, 过此点作平行于原油常压平衡汽化曲线2的线4, 即为原油在0.124MPa下的平衡汽化曲线。由曲线4可查得当eF为37.29(体)时的温度为350, 此即欲求的汽化段温度tF。此tF是由相平衡关系求得, 还需对它进行校核。tF的校核校核的目的是看tF要求下的加热炉出口温度是否合理。校核的方法是作绝热闪蒸过程的热平衡计算以求得炉出口温度。当汽化率eF=37.29(体), tF=350, 进料在汽化段中的焓hF计算如表8所示。表8 进料带入汽化段的 热量QF(P=0.172MPa, t=350)物料焓，Kj/k

13、g热量，kJ/h汽相液相汽油1146 114614700=16.85106煤油1134 114732900=37.31106轻柴油1126 113047250=53.18106重柴油1121 112219950=22.37106过汽化油1109 11097000=7.76106重油 877877235200=206.27106合计 QF=343.7106hF=343.7106/350000=982.12kJ/kg再求出原油在加热炉出口条件下的热焓ho, 按前述方法作出原油在炉出口压力0.207MPa压力之下平衡汽化曲线(即图1中的曲线3)。此处忽略了水分, 若原油中含有水分, 则应按炉出口处油

14、气分压下的平衡汽化曲线计算。因考虑生产航空煤油, 限定炉出口温度不超过360, 由曲线3可读出在360时的汽化率eo为31(体)。显然eo<eF,即在炉出口条件下, 过汽化油和部分重柴油处于液相。表9 进料在炉出口处携带的热量(P=0.207MPa, t=360)物料焓Kj/kg热量kJ/h液相汽相汽油1201 120114700=17.65106煤油1164 116432900=38.30106轻柴油1151 115147250=54.38106重柴油(g)1143 114319950=15.60106重柴油(l) 9719717000 =6.12106重油 904904235200=

15、212.62106合计 Qo=344.68106根此可算出进料在炉出口条件下的焓值ho。ho=344.68106/350000=984.786kJ/kg核算结果表明ho略高于hF, 所以在设计的汽化段温度350之下, 能保证所需的拔出率(37.29体)。炉出口温度也不致超过充许限度。（5）塔底温度取塔底温度比汽化段低7, 即: 350-7=343（6） 塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配假设塔顶及各侧线温度参考同类装置的经验数据, 假设塔顶及各侧线温度如下:塔顶温度 107煤油抽出板(第9层) 170轻柴油抽出板(第18层) 240重柴油抽出板(第27层) 315则列出全塔热平衡如表10所示。

16、表10 全塔热平衡物料流率，kg/h密 度d204操作条件焓，kJ/kg热量，kJ/hMPa汽相液相入方进料3500000.87170.172350982.12 343.74106汽提蒸汽7667 0.34203316 25.42106合计357667 369.16106出方汽油147000.73420.157107611 8.98106煤油329000.79090.161180 44414.61106轻柴油472500.84060.166256 64530.48106重柴油199500.8450.17315 82022.36106重油2352000.920.175343 858201.801

17、06水蒸汽7667 0.1571072700 20.70106合计357667 292.93106全塔回流热全塔回流热Q=(343.74-292.93)106 =76.24106 kJ/h回流方式及回流热分配塔顶采用二级冷凝冷却流程, 塔顶回流温度为60。采用两个中段循环回流, 一中在煤油侧线与轻柴油侧线之间(第1113层), 二中位于轻柴油侧线与重柴油侧线之间(第2022层)。回流热分配 热量, kJ/h塔顶 50 38.12106一中 20 10.48106二中 30 15.70106（7） 侧线及塔顶温度的校核校核应自下而上进行。重柴油抽出板(第27层)按图3中的隔离体系作第27层以下塔

18、段的热平衡如图4及表11所示。图4 重柴油抽出板以下塔段的热平衡表11 第27层以下塔段的热平衡物料流率，kg/h密 度d204操作条件焓，kJ/kg热量，kJ/hMPa汽相液相入方进料3500000.87170.172350982.12350000343.74106汽提蒸汽4704 0.34203316470415.60106内回流L0.846170308.5795L795L合计359.34106+795L出方汽油147000.73420.1731510801470015.88106煤油329000.79090.1731510553290034.71106轻柴油472500.84060.17

19、31510344725048.86106重柴油199500.8450.173158202295016.36106重油2352000.920.175343858235202201.80106水蒸汽4704 0.173153107470414.62106内回流 0.8460.173151026 1026L合计332.22106+1026L由热平衡得: 359.34106+795L=332.22106+1026L所以, 内回流 L=117413.58kg/h 或 117413.58/282=416.36kmol/h重柴油抽出板上方汽相总量为:153+282+215.8+261+416.36=1328

20、.16kmol/h重柴油蒸汽(即内回流)分压为:0.170416.36/1328.36=0.0533MPa由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算在0.05333MPa压力下平衡汽化0点温度为314, 与原假设315很接近, 可以认为原假设是正确的。轻柴油抽出板表12 第18层以下塔段的热平衡物料流率kg/h密 度d204操作条件焓，kJ/kg热量，kJ/hMPa汽相液相入方进料3500000.87170.172350982.12 343.74106汽提蒸汽5262.6 0.34203316 15.60106内回流L0.8235166232 576576L合计361.19106+576L出方汽油 12.9

21、5106煤油147000.73420.166240881 28.39106轻柴油329000.79090.166240863 28.30106重柴油472500.84060.166240 59916.28106重油199500.8450.17315 816203.92106水蒸汽5262.60.920.175343 86715.54106内回流 0.82350.166240 848848L中回流 22.87106合计328.26106+848L由热平衡得: 343.74106+576L=328.26106+848L所以, 内回流 L=121093.3kg/h 或 1210193.3/208=5

22、82.18kmol/h轻柴油抽出板上方汽相总量为:153+208+582.18+292.37=1235.55kmol/h轻柴油蒸汽(即内回流)分压为:0.170582.18/1235.55=0.0782MPa由轻柴油常压恩氏蒸馏数据换算在0.0782MPa压力下平衡汽化0点温度为239, 与原假设240很接近, 可以认为原假设是正确的。表13 第9层以下塔段的热平衡物料流率，kg/h密 度d204操作条件焓，kJ/kg热量，kJ/hMPa汽相液相入方进料3500000.87170.172350982.12 343.74106汽提蒸汽6680.1 0.342033 16 22.15106内回流L

23、0.7958161162 402402L合计365.89106+402L出方汽油 0.73420.161170723 10.63106煤油147000.79090.161170 42313.92106轻柴油329000.84060.166170 59928.30106重柴油472500.8450.17315 81616.28106重油199500.920.175343 867203.92106水蒸汽6680.1 0.1611702812 18.78106内回流 0.79580.161170 699699L中回流 38.12106合计329.95106+699L由热平衡得: 365.89106+

24、402L=329.95106+699L所以, 内回流 L=121026.8kg/h或 121026.8/145=834.67kmol/h煤油抽出板上方汽相总量为:153+371+834.67=1358.78kmol/h煤油蒸汽(即内回流)分压为:0.170834.67/1358.78=0.1MPa由煤油常压恩氏蒸馏数据换算在0.1MPa压力下平衡汽化0点温度为168, 与原假设170很接近, 可以认为原假设是正确的。塔顶温度塔顶冷回流温度to=60 ho=163.3kJ/kg塔顶温度 t1=107 h1=611kJ/kg故塔顶冷回流量 Lo为:Lo=Q/(ht1-hto)=38.12106/(

25、611-163.3)=85143kg/h塔顶油气量(汽油+内回流蒸汽)为(85143+14700)/96=1040kmol/h塔顶水蒸汽流量为1667/18=426kmol/h塔顶油气分压为0.1571040/(1040+426)=0.1114MPa塔顶温度应该是汽油在其油气分压下的露点温度, 由恩氏蒸馏数据换算得汽油常压露点温度为104.4。已知其焦点温度和压力依次为307和4.52MPa。在平衡汽化座标纸上作出汽油平衡汽化100点的p-t线, 如图5所示。得出在0.1114MPa压力下露点温度为110。考虑到不凝气的存在, 该温度乘以系数0.97, 则塔顶温度为:1100.97=106.8

26、与假设的107很接近, 故原假设温度正确。验证在塔顶温度下水蒸汽是否会冷凝。塔顶水蒸汽分压为0.157-0.1114=0.0456MPa, 在此压力下饱和水蒸汽温度为83, 故水汽不会冷凝。（8）全塔汽丶液负荷分布图选择塔内几个有代表性的部位(如塔顶丶第一层板下方丶各侧线抽出板上下方丶中段回流进出口处丶汽化段及塔底汽提段等), 求出该各处的汽丶液负荷, 就可以作出全塔汽丶液相负荷分布图。2层塔段以下的热平衡物料流率密度操作条件焓kJ/kg热量压力MPa温度 入方进料3500000.87170.172350982.12343.74106气提蒸汽7667 0.3420331625.42106内回流

27、L0.73420.157107268268L合计 369.17106+268L出方汽油147000.73420.1571156159.04106煤油329000.79090.16117042313.92106轻柴油472500.84060.16624059928.30106重柴油199500.8450.1731581616.28106重油2352000.920.175343867203.92106水蒸气7667 0.157115270620.75106内回流 0.73420.157115615615L中回流 38.12106合计 330.32106+615L由热平衡得: 369.17106+2

28、68L =330.32106+615L所以, 内回流 L=111938.5kg/h或 111938.5/98=1142.23kmol/h汽相总量为:153+1142.23+425.9=1721.2kmol/h汽相负荷：Vs=nRT Vs=(1721.28.314(115+273)/157=35364.4m3/h液相负荷：L/n=111938.5/651=171.9 m3/h10层塔段以下的热平衡物料流率密度操作条件焓kJ/kg热量压力MPa温度 入方进料3500000.8717172350982.12343.74106气提蒸汽6680 300420331622.15106内回流L0.79091

29、62170419419L合计 365.89106+419L出方汽油147000.734216217873910.86106煤油329000.790916217872423.82106轻柴油472500.840616624059928.30106重柴油199500.84517031581616.28106重油2352000.92175343867203.92106水蒸气6680 162178282818.89106汽油147000.7342162178739739L中回流 38.12106合计 340106+739L由热平衡得: 365.89106+419L =340106+739L所以, 内回

30、流 L=84262.1kg/h或 84262.1/155=543.6kmol/h汽相总量为:153+208+543.6+371=1275.9kmol/h汽相负荷：Vs=nRT Vs=(1275.98.314(178+273)/162=29532.5m3/h液相负荷：L/n=84262.1/665=126.7 m3/h13层塔段以下的热平衡物料流率密度操作条件焓kJ/kg热量压力MPa温度 入方进料3500000.8717172350982.12343.74106气提蒸汽6680 300420331622.15106内回流L0.8235163192473473L合计 365.89106+473L

31、出方汽油147000.734216320228711.57106煤油329000.790916320227025.33106轻柴油472500.840616624059928.30106重柴油199500.84517031581616.28106重油2352000.92175343867203.92106水蒸气6680 163202287319.19106内回流 0.8235163202266766L中回流 15.25106合计 319.84106+766L由热平衡得: 365.89106+473L =319.84106+766L所以, 内回流 L=157172.4kg/h或 157172.4

32、/172=913.8kmol/h汽相总量为:153+913.8+208.2+371.1=1646.6kmol/h汽相负荷：Vs=nRT Vs=(1646.68.314(200+273)/163=39684.5m3/h液相负荷：L/n=157172.4/651=241.4m3/h19层塔段以下的热平衡物料流率密度操作条件焓热量温度压力MPa 入方进料3500000.8717172350982.12343.74106气提蒸汽5262.5 300420331617.45106内回流L0.8406166240586586L合计 361.19106+586L出方汽油147000.734216624890

33、013.23106煤油329000.790916624888629.15106轻柴油472500.840616624886240.73106重柴油199500.84517031581616.28106重油2352000.92175343867203.92106水蒸气5262.5 166248296815.62106内回流 0.8406166248862862L中回流 22.87106合计 341.80106+862L由热平衡得: 361.19106+586L =341.80106+862L所以, 内回流 L=70274.1kg/h 或 70274.1/206=341.3kmol/h汽相总量为:

34、153+341.3+208+215.8+292.3=1210.5kmol/h汽相负荷：Vs=nRT Vs=(1210.58.314(248+273)/166=31552.4m3/h液相负荷：L/n=70274.1/675=104.1 m 3/h22层塔段以下的热平衡物料流率密度操作条件焓热量温度压力MPa 入方进料3500000.8717172350982.12343.74106气提蒸汽5262.5 3004203316017.45106内回流L0.8426168264657657L合计 361.19106+657L出方汽油147000.7342168272963014.16106煤油3290

35、00.7909168272942030.99106轻柴油472500.8406168272921043.52106重柴油199500.845170315816016.28106重油2352000.92175343867203.92106水蒸气5262.5 1682723019015.89106内回流 0.8426168272913913L合计 324.75106+913L由热平衡得: 361.19106+657L =324.75106+913L所以, 内回流 L=142352.4kg/h或 142352.4/134=608.3kmol/h汽相总量为:153+608.3+208.2+215.8+

36、292.4=1491.7kmol/h汽相负荷：Vs=nRT Vs=(1491.78.314(272+273)/168=40303.2m3/h液相负荷：L/n=142352.4/651=218.7 m3/h30层塔段以下的热平衡物料流率密度操作条件焓热量温度压力MPa 入方进料3500000.8717172350982.12343.74106气提蒸汽4703.9 300420331615.60106内回流L0.8584172328873873L合计 359.34106+873L出方汽油147000.7342172336113416.67106煤油329000.7909172336112236.9

37、1106轻柴油472500.8406172336109751.83106重柴油199500.845172336108921.73106重油2352000.92175343867203.92106水蒸气4703.9 172336315314.83106内回流 0.858417233610911091L合计 345.89106+1091L由热平衡得: 359.34106+873L =345.89106+1091L所以, 内回流 L=61687.8kg/h 或 61687.8/300=205.6kmol/h汽相总量为:153+205.6+208.2+65.4+215.8+261.3=1109.4kmol/h汽相负荷：Vs=nRT Vs=(1109.48.314(336+273)/172=32696.4m3/h液相负荷：L/n=6168.7/635=97.15 m3/h图6就是通过计算2、9、10、13、18、19、22、27、30、31、34各层及塔底汽提段的汽丶液负荷绘制而成。2、2、2.塔的直径的计算（1）塔径的初算