大庆原油常压塔工艺的设计.doc
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1、大庆原油常压塔工艺的设计摘 要本次设计主要是针对大庆原油常压塔的工艺设计。中国参加WTO 后,石化市场日趋受到国外的严重冲击已是当今不争的事实,石化工业如何适应未来这种新的生产局面和参与市场竞争已经成为极为严重的问题;降低加工本钱、提高经济效益、提高产品质量和开发高附加值的精细化工产品已成为当今中国石化工业所面临的紧要工作。塔设备又是石油化工行业的重要设备,所以塔设备的质量至关重要。如何扩能增效、节能降耗;如何改善塔的结构,提高塔效率,提高操作弹性。这些都是塔设计人员所面临的新的研究和开发热点。为了更好地提高原油的生产能力,本着投资少、能耗低、效益高的思想来对大庆原油进行常压塔工艺设计。通过查
2、阅相关文献,最终决定采用两段汽化流程。此流程主要由一个脱盐脱水装置、一个初馏塔、一台常压炉、一个常压塔及假设干台换热器、冷凝冷却器和机泵等组成。原油首先进入脱盐脱水装置进行预处理,经预处理的原油再经换热升温至一定温度后即进入预设的初馏塔,在初馏塔中分馏出原油中最轻的馏分,初馏塔只取出一个塔顶产物作为重整原料;由初馏塔塔底抽出的液相局部再经进一步换热和在加热炉中加热至规定的温度,再进入常压塔,常压塔采取两侧线,塔顶生产汽油,两个侧线分别生产煤油和柴油,塔底馏出常压重油,可作为钢铁或其它工业的燃料,在某些特定的情况下也可以作为催化裂化或加氢裂化装置的原料。本次设计主要着重对常压塔进行了设计,塔板采
3、用浮阀塔板。除此之外,此次设计还对常压塔进行了较为细致的分析。本设计对工业生产也有一定的参考价值。本设计采用1次中段回流,计算得到塔径为3.6米,塔板为25层,开孔率为23.61%,浮阀个数为2021个,热量利用率为63.55%。关键词: 原油; 初馏塔; 常压塔; 浮阀塔板; 重整原料目 录前 言1第一章、 绪论31.1 选题的依据31.2 本课题在国内外的研究现状3第二章、 常压塔的设计方案52.1 加工方案52.2 塔及塔板的类型52.3 回流方式52.4 换热器62.5 加热炉62.6 工艺参数确实定6第三章、 原油的预处理73.1 原油预处理的目的与作用73.2 根本原理73.3 原
4、油预处理的主要途径7第四章、 工艺参数的设计计算84.1 原料及产品有关参数的计算8 根底数据8 原油的有关数据计算10 各馏出产品的有关数据计算124.2 物料平衡174.3 汽提水蒸气的用量174.4 塔板数确实定174.5 精馏塔计算草图184.6 操作压力184.7 汽化段温度194.8 塔底温度204.9 塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配204.10 侧线温度及塔顶温度的校核21 柴油抽出板第18层温度21 煤油抽出板第9层温度23 塔顶温度244.11 全塔的气液负荷分布25 塔顶第一块板上方的气液负荷25 第一层板下方的气液负荷25 常一线抽出口下方第9层板下方的气液负荷26
5、中段循环回流入口板上方的气液相负荷27 中段循环回流抽出板下方的气液相负荷28 煤油抽出板上方的气液相负荷29 柴油抽出板上方的气液相负荷30 各段气液相负荷列表30第五章、 塔设备的设计计算325.1 塔径的初算325.2 浮阀数及开孔率的计算34 浮阀的选取34 浮阀数及开孔率的计算345.3 溢流堰及降液管的设计35 液体在塔板上的流动型式35 溢流堰的设计35 溢流堰高度及塔板上清液层高度的设计35 液体在降液管的停留时间及流速35 降液管底缘距塔板高度365.4 水力学计算36 塔板压力降36 雾沫夹带36 泄漏37 淹塔情况37 降液管的负荷375.5 塔板上的适宜操作区和负荷上、
6、下限37 雾沫夹带线37 液泛线38 液相负荷上限线38 漏液线38 液相负荷下限线395.6 塔的内部工艺结构40 塔顶40 进口41 抽出盘及出口41 人孔41 塔底41 塔裙42 封头425.7 塔高42第六章、 换热流程436.1 换热流程图436.2 换热流程的计算43 换热设备43 中段回流作为热源45 重油作为热源45 冷后重油作为热源46 柴油作为热源46 塔顶冷凝器的计算47 中段回流冷却476.3 热量的利用率48 各组分所提供的热量48 原油所获得的热量48 热量利用率48结 论49符号表T温差,F实沸点蒸馏参考50-平衡汽化参考线50,D温度校正值,g重力加速度,m3/
7、hM分子量,g/molQ热量,kJ/hL内回流,kg/hHi焓值,kJ/kgL液相负荷,kmol/hV气相负荷,kmol/h密度,g/m3外表张力,达因/厘米Ht板间距,mWa气体操作速度,m/sKs系统参数K平安参数Fa气相空间截面积,Vd计算降液管内液体流速,m/sFd降液管面积,Dc塔径,m(Wh)C阀孔临界速度,m/s开孔率N浮阀数,个L堰长,mWd堰宽,mhw堰高,mhow堰上液层高度,mhL塔板上的清夜高度,m液体在降液管的停留时间,mVd降液管流速,m/shb 降液管底缘距塔板高度,mPd干板压力降,米液柱PVL气体通过塔板上液层的压力降,米液柱蒸汽粘度,kgs/m2VL液相流量
8、,m3/sVV气相流量,m3/sF0阀孔动能因数V气速,m/sK常数,取0.107;D破沫网直径,m气体流量,m3/sHb塔底空间,mH塔高,mWc流量,kg/hA传热面积,i油品物性,cpK总传热系数以管外壁外表积为基准,kcal/hhi管内流体的膜传热系数以管外壁外表积为基准,kcal/hri管内流体的结构热阻以管外壁外表积为基准,h/kcalrp管子的热阻一般金属管子可以忽略不计,h/kcalh0管外流体的膜传热系数以管外壁外表积为基准,h/kcalr0管外流体的结垢热阻以管外壁外表积为基准,h/kcaldh阀孔直径,m前 言石油是重要的能源之一,我国的工业生产和经济运行都离不开石油,但
9、是又不能直接作为产品使用,必须经过加工炼制过程,炼制成多种在质量上符合使用要求的石油产品,才能投入使用。石油作为一种能流密度高,便于存储、运输、使用的清洁能源已广泛应用于国民经济的方方面面。石油炼制工业是国民经济最重要的支柱产业之一,是提供能源,尤其是交通运输燃料和有机化工原料最重要的工业。据统计,全世界总能源需求的40依赖于石油产品,汽车、飞机、轮船等交通运输器械使用的燃料几乎全部是石油产品,有机化工原料主要也是来源于石油炼制工业,世界石油总产量的10%都用于生产有机化工原料。中国参加WTO 后,石化市场日趋受到国外的严重冲击已是当今不争的事实,石化工业如何适应未来这种新的生产局面、参与市场
10、竞争已经成为极为严重的问题,降低加工本钱、提高经济效益、提高产品质量和开发高附加值的精细化工产品已成为当今中国石化工业面临的紧要工作。塔设备又是石油化工行业的重要设备,所以塔设备的质量至关重要。如何扩能增效、节能降耗。如何改善塔的结构,提高塔效率,提高操作弹性。这些都是塔设计人员所面临的新的研究和开发热点。我国炼油工业经过50多年的开展,到21世纪初期,已经形成281Mt/a的原油加工能力,生产的汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品根本满足国民经济的开展和人民生活的需要。但是,进入21世纪,特别是我国成为世界贸易组织的正式成员之后,按照市场准入、关税减让的相关壁垒协议,国内成品油市场将逐渐融入国
11、际市场,不可防止的要参与世界贸易大环境下的竞争,根本依靠自有技术开展起来的我国炼油工业面临着严峻的挑战。2002年,中国原油生产量位居世界第5位,由2001年的1.649108t,增加到2002年的1.689108t,进口石油1.004108t原油6.94107t,石油产品3.1107t,其中东进口3.89107t,比2001年增加4.7106t,进口国家和地区接近20个。国民经济和国防部门众多的各种应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求。随着我国社会经济情况的变化、科学技术水平以及工业生产水平的大幅度提高,对石油产品质量指标的要求不断严格,所要求的石油产品的品种和数量也不断增加。目前,我
12、国原油的年加工量约为2亿吨。而国内所能提供原油量仅为1.3亿吨,为了满足原油的需求量,那么需要每年从国外二十多个国家和地区进口约6940万吨原油。为了更好的提高石油资源的利用率,增加企业的经济效益,对从国外进口的原油构成进行开发研究也是十分必要的。原油精馏装置是炼油企业的“龙头,是炼油工业的第一道工序,为二次加工装置提供原料,是原油加工的根底,其能量的综合利用程度和拔出率上下表达在石化企业的效益上,因此,开展常压精馏装置的研究是很有意义的。常减压蒸馏过程经过一百多年的开展。已经成为了一个比拟完整的,较为成熟的工艺,目前国内外常减压蒸馏工艺流程大致都是由初馏塔、常压塔、减压塔,常压炉、减压炉组成
13、的三塔两炉工艺流程。现有原油的常减压蒸馏过程目前存在如下几个方面的问题:1. 能耗大 目前常减压蒸馏过程是一个耗能很高的过程,能量利用率很低,这主要是由两个原因造成的。(1)轻组分过热 由于常减压蒸馏是一个一次闪蒸过程,所以每一种油品都需要加热至同样的温度,为了保证拔出率,油品要加热到较高的温度。常压炉出口温度一般在365370,局部产品如汽油、煤油馏分沸点比拟低,无需加热到这样的温度。这不仅增加了工艺用能,而且,由于这些轻组份处于过热状态,导致塔内汽液分布不合理,塔顶温度过高,对产品质量也有一定的影响。(2)冷料屡次汽化 初馏塔仅塔顶馏出局部汽油产品,由于塔顶采用冷回流,使一局部已经气化的轻
14、质油品又变成液体,进入常压炉二次加热气化,因此增加了常压炉的负荷。2. 油品质量不好 油品存在重叠度大、馏分范围宽等问题,其原因是:(1)一次闪蒸汽化由于现有的常压蒸馏过程是从原有的釜式蒸馏过程演化而来,一次进料轻重组分都连续地从塔底参加,塔内浓度混合严重,即使有汽提塔也不可防止地存在组分分割不清晰的现象。(2)中段回流引起的返混 常减压蒸馏塔由于塔顶冷回流而导致塔上部过热,汽液相负荷过大,为解决这个问题,一般采用中段回流。中段回流虽然改善了汽液相负荷的分布,但也引起了浓度返混,使得传质效率下降,降低了塔板效率,最终结果是导致产品质量的下降。3. 轻质油拔出率不高 现有常减压蒸馏过程中轻质油收
15、率低于原油中应有的收率,这是因为采用目前这种过程,原油在三个塔中都是一次汽化进料,各塔都没有提馏段,塔底液相受相平衡限制,轻重组分不能完全别离,不可防止地会使减压馏分的馏程范围变宽,这样,不仅影响了减压馏分的质量,同时也降低了常压局部轻质油的收率。由于轻质油价值远高于重油组分,如果能将这局部轻质油在常压局部作为常压馏分拔出,将会带来可观的效益。总之,常减压蒸馏过程虽然是一个成熟的工艺,但从根本上还存在一些问题。 造成众多不合理的根本原因在于该过程中采用了一次闪蒸汽化、无再沸器、无提馏段的非完全塔结构,由于塔型及工艺流程的组织不当,造成了常减压蒸馏目前的不合理状况。因此,对现有常减压过程从工艺流
16、程到塔的结构提出改良是很有必要的。第一章、 绪论1.1 选题的依据随着我国石油化学工业的不断开展,炼油技术也在不断的进步,炼油企业管理水平也在不断的提高。与之相应,炼油行业十分迫切需要既掌握炼油理论知识,又拥有丰富生产经验和较高技术管理水平的技术人员与管理队伍。近些年来,在石化企业中,由于很多老职工和老技术人员相继退休,离开了工作岗位,取而代之的是一大批年轻职工和许多参加工作不久的技术和管理人员。他们走上炼油行业的关键技术和管理岗位后,迫切需要补充炼油技术知识。同时塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。塔设备是专业学习的重点设备,也是以后工作中常接触的设备,所以对塔设备相关知识的
17、掌握是十分重要的,故本次设计我选择了大庆原油常压塔的工艺设计。1.2 本课题在国内外的研究现状当前国内广泛应用的新型浮阀塔板技术大多数是基于国外传统的浮阀塔板技术,主要目标集中在浮阀本身的改良(只有HTV船型浮阀塔板是国内自主开发的技术,并获得国家创造奖),系统性缺乏,都属于简单机制过程的开展和完善。这些塔设备在现有生产阶段可能是适用的,但从综合性能上来讲,难以满足中国未来石化工业开展的需要。国外对新型板式塔开展的另一个方向是传统构型的深度复杂化。鉴于传统塔板的处理能力受限于汽液自然重力别离,塔板上的汽液传质分散越大,汽液“两相重力别离越困难,从而大幅度降低处理能力的理论,从强化汽液相别离,提
18、高传质效率和处理能力方面着手,相继也开展了许多新技术。国外新型板式塔的开展是将MD塔板的悬挂降液管技术移植到常规板式塔上,增加了塔板的鼓泡面积,提高了塔设备的处理能力,采用小固阀和浮阀结合技术,改善了塔板上的汽液分散,降低了塔板的造价,增加了塔板的机械强度,典型的代表包括原Glitsch 公司的Nye 塔板和Superfrac 塔板,Koch 公司的Maxfrac 塔板和Bifrac 塔板,Nutter 公司的MVG 塔板,UOP 公司强化处理能力的MD 塔板一ECMD 和强化传质效率的MD 塔板一EEMD 塔板,以及后来Nutter 公司和UOP 公司合作推出的MVGMD 塔板。所有的阀件都
19、是基于Clitsch A0 和Nutter 公司的VGrid 固阀降低尺寸改良而来的。所有的降液管技术都是基于MD 塔板的悬挂式降液管而开展起来的。这些塔板报导的性能指标一般可以提高处理能力及传质效率。通过以上对现有塔设备技术开展的评述得出,国内外现有板式塔设备技术的开展,一方面是在传统简单机制技术根底上的深化和完善,并在当前工业应用中表现出优良的操作性能,获得了可以满足现有生产要求的操作效果;另一方面是对传统简单机制的复杂化,在开发思路或试验室研究中都表现出极为优良的操作性能,但当前工业应用报导的实例极少,其中涉及了当前相关支撑技术的限制,生产条件的限制以及操作控制等方面的制约。但无论如何,
20、随着人类文明的进步和相关支撑科学的开展,炼油和石化工业新的需求将鼓励这些技术的开展和变更,在未来十年里,将会大幅度地应用到工业生产,并且随着对传质理论的深入理解,将会重新形成更为复杂化的塔设备构型,更加丰富的塔设备技术。第二章、 常压塔的设计方案2.1 加工方案大庆油田是20世纪6080年代中国最大的油区,位于松辽平原中央局部,滨洲铁路横贯油田中部。其中大庆油田为大型背斜构造油藏,自北而南有喇嘛甸、萨尔图、杏树岗等高点。油层为中生代陆相白垩纪砂岩,深度900米1200米,中等渗透率,原油为石蜡基原油,具有含蜡量高2030,凝固点高2530,粘度高地面粘度35m2/s,含硫低在0.1以下)的特点
21、,原油比重为0.830.86。因此,大庆原油的高沸馏分制备润滑油时质量好、收率高,生产润滑油时得到的石蜡的质量也很好,所以根据大庆原油的这些特性,本次设计采用燃料润滑油型加工方案。2.2 塔及塔板的类型由于在加工大庆原油时,假设原油加热到370直接进入常压塔,那么从常压塔顶得到的重整原料的含砷量高达150010-3g/g,这会使铂重整催化剂中毒,缩短预加氢精致催化剂的使用寿命,而且有可能保证不了精致后的含砷量降至110-3g/g以下。因此,本次设计采用一个初馏塔,并且只取初馏塔塔顶的产物作为重整原料。由于板式塔很容易实现侧线进料和出料,而填料塔对侧线进料和出料等复杂情况不太适合,所以结合制造、
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