辽河油常减压蒸馏工艺设计

辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸I1000万吨/年辽河油常减压工艺设计摘要主要完成了年处理能力为1000万吨的辽河原油常压塔的设计计算，其次为塔板的设计。常压塔的设计主要是依据所给的原油实沸点蒸馏数据及产品的恩氏蒸馏数据，计算产品的各物性数据，确定原油切割方案，计算产品收率。参考同类装置确定塔板数，进料及侧线抽出位置，假设各主要部分的操作温度及操作压力，对全塔进行热平衡计算，确定全塔回流热。本次设计塔顶采用二级冷凝冷却回流，塔中采用两个中段循环回流，塔顶取热：第一中段回流取热：第二中段回流取热本次设计主要采用经验图表和经验公式进行计算，计算结果表明，参数的核算结果均在误差允许范围内和经验值范围内。关键词：原油；常压塔；塔板；设计辽宁石油化工大学II1000MT/aLiaoHecrudoilatmosphericanddecompressiondistillationequipmenttechnologydesignAbstractAatmosphericdistillationcolumn,whichisabletotreatcrudoil500MTayear,isdesignedmainly,andatypeoftrayandaatmosphericheateraresecondary.ThedesignoftheatmosphericdistillationcolumnisbasedonthedatumoftruepointdistillationofthecrudeoilandofEnglerdistillationoftheproducts.Thecalculationofproducts′phsicalpropertyparametersandthecutcomceptualandproducts′yieldsarealsobasedonthedatum.Thetraynumber,thefeedtrayandthesidestreamwithdrawaltrayaredeterminedbyreferringtothesamekindunit.Themvaporloadofthecolumnis2286Kmol/h,andoutsidediameteis3.8m.Thetrayspacing0.8m.Sotheheightofthecolumnbodyis25.6m.Inthissection,themostimportantworkistocalculatethehydromechanicsperformanceandtheoperatingflexibilityoftrayis3.2.Thetrayshouldbeoperatedinaproperarea.Ahollowcylindricalpipefurnaceischosen.TheVIvacuumresiduumisusedasthefuel.Inthissection,theparametersoftheradiantsectionandconvectionsectioniscalculatedwiththeempiricalformulas.Thedesignismainlyadoptedempiricalfiguresandempiricalequations.Theresultsshowthattheresultsareintherangepermittedandintherangeofempiricalvalues.Keywords:crudeoil;atmosphericdistillationcolumn;tray;heater;design辽宁石油化工大学11000万吨/年辽河油常减压工艺设计1前言1.1文献综述1.1.1常减压装置在炼厂总加工流程中的作用原油是由各种碳氢化合物组成的极复杂的混合物。炼油工业的主要目的是从原油中提炼出各种燃料、润滑油、化工原料和其他石油产品（例如石油焦、沥青等）。常减压装置将原油用蒸馏的方法分割成为不同沸点范围的组分，以适应产品和下游工艺装置对原料的要求。常减压蒸馏是炼油厂加工原油的第一个工序，即原油的一次加工，在炼油厂加工总流程中的重要作用，常被称之为“龙头”装置。一般来说，原油经常减压装置加工后，可得到直馏汽油、喷气汽油、灯用煤油、轻、重柴油和燃料油等产品，某些富含胶质和沥青质的原油，经减压深拔后还可直接生产出道路沥青。在上述产品中，除汽油由于辛烷值较低，目前已不再直接作为产品，还有部分产品可直接或经过适当精制后作为产品出厂（如喷气燃料、直馏柴油等）。常减压装置的另一个主要作用是为下游二次加工装置或化工装置提供质量较高的原料。例如，重整原料、乙烯裂解原料、催化裂化、加氢裂化或润滑油加工装置的原料、焦化、氧化沥青、溶剂脱沥青或减粘裂化装置的原料等。近年来，随着重油催化裂化技术的发展，某些原油（例如大庆原油）的常压塔第重油也可直接作为重油催化裂化装置的原料。因此，常减压蒸馏装置的操作，直接影响着下游二次加工装置和全厂的生产状况。1.1.1.1蒸馏发展过程19世纪20年代主要石油产品为灯用煤油，石油主要采用釜式蒸馏法（石油辽宁石油化工大学2间歇送入蒸馏釜,在釜下加热）进行蒸馏。随着石油产品种类和需求量的逐渐增加，80年代起，出现了连续釜式蒸馏，石油加工能力大幅度提高。1912年，美国M.T.特朗布尔应用管式加热炉与蒸馏塔等加工石油，形成了现代化连续蒸馏装置的雏形，石油加工能力飞速提高。近30年来，沿着扩大石油加工能力和提高设备运行效率的方向不断发展，全球范围内逐渐形成了若干个大型现代化石油蒸馏装置群和加工基地。改革开发以来，我国在大型石油常减压蒸馏装置国产化的工艺与设备设计、研发以及生产管理等方面均取得了重大进步。主要表现在：（1）2001年在中国石化集团公司镇海炼化公司（以下简称镇海炼化）改造建成我国第一套加工能力为1000Mt/a的常减压蒸馏装置并一次开车成功，标志着我国常减压蒸馏装置迈入大型化行列；（2）开发和应用了两极闪蒸、强化蒸馏、减一线生产柴油、初馏塔加压等新工艺技术；（3）在消化吸收国外引进电脱盐技术和设备的同时，先后开发了鼠笼式高效电脱盐、垂直极板电脱盐等一系列新技术；（4）采取适宜的工艺流程对“三顶气”进行回收，对减少加工损失、提高炼油厂效益都起到了积极的促进作用；（5）随着企业节能降耗意识的提高和技术改造力度的加大，装置的能耗在逐年有所降低，有些已经达到国外同类装置的先进水平；（6）科研人员使用新技术、新材料使常减压蒸馏的总拨出率有所提高。1.1.1.2常减压蒸馏技术发展常减压装置是原油加工的第一道程序，也是石油加工过程加工规模最大的工艺装置。常减压装置加工能力的高低是一个炼油企业加工能力的标志，它的能耗占炼油综合能耗的15～20％。同时加工量越高，装置能耗越低，提高常减压装置辽宁石油化工大学3加工能力以及降低能耗对降低整个炼厂的综合能耗，提高经济效益的作用十分明显。以加工量为10.0Mt/a的原油蒸馏装置为例，能耗下降一个单位(即加工每吨原油的能耗降低1kg标准燃料油)，则每年可节省10kt标准燃料油。因此近年来常减压装置工艺发展总是围绕两个个主题：扩能、降耗。1.1.1.3扩能改造规模小的装置能耗高，其原因除了小设备、小机泵可能效率较低外，主要是散热损失大。粗略计算一个年处理量50万吨的常减压装置其单位散热面积一般为年处理量250万吨同类的2.4倍以上，因此规模小的装置其“固定能耗“占的比例比大装置大很多，这是小型炼油厂在技术经济上的致命弱点。大加工量也成为常减压蒸馏装置发展的趋势。进入20世纪90年代后，国内原油资源日趋紧张，各炼油厂都把提高进口原油掺炼量作为提高加工能力的主要手段。但是这也带来一系列问题，其中最突出的是进口原油轻组分较多，以大庆原油与米纳斯原油性质对比为例，大庆油轻油收率21%，米纳斯油轻油收率37%，外油掺炼比的提高，导致混合后原油轻组分增多，加重了常压塔上部负荷，致使常压塔操作及产品质量受到较大影响。因此国内炼油企业扩能改造的主要目的是在提高加工能力同时提高轻质外油的掺炼能力，而改造的关键也就集中在常压塔。目前常减压装置扩能改造一般有以下方法：（1）常压塔扩径从精馏角度来讲，精馏塔加工能力与塔截面积是正比关系，精馏塔塔径越大，处理能力越大，因此常压塔扩径是常减压装置扩能改造的最有效手段。但由于其一次性投资较大，一般适用于大幅度提高加工能力的装置。辽宁石油化工大学4（2）使用高效塔板或规整填料通过更换高效塔盘或规整填料提高常压塔分离精度，可以在不更换塔的情况下一定限度的提高装置加工能力和掺炼外油能力，由于一次投资较小，这成为目前国内装置扩能改造的主要手段。近年来国内开发的用于常减压蒸馏的新型高效塔板很多，如：箭形浮阀塔板、HTV船型浮阀塔板、微分浮阀塔板、SupperⅥ浮阀塔盘等等，这些新型塔板或规整填料与过去通常采用的F1浮阀塔板及导向浮阀塔板等相比较具有操作弹性更大、分离精度更高等特点，能够有效的提高常减压装置的加工能力。1995年8月江汉石油管理局石油化工厂在改造中，常压塔由自行设计的填料塔更换为天津大学化学工程研究所开发的高校规整填料塔，装置加工能力提高了67％，由0.15Mt/a提高到0.25Mt/a。2000年5月岳阳石化总厂在改造中，常压塔用箭形浮阀塔盘取代F1浮阀塔盘，在原有塔径（Φ3000mm）不变情况下，将加工能力提高了50％，由1.0Mt/a提高到1.5Mt/a。由此可见高效塔盘及规整填料在常减压装置扩能高造中发挥的巨大作用。1.1.2原油蒸馏装置目前面临的问题常减压装置是原油加工的第一道程序，也是石油加工过程加工规模最大的工艺装置。常减压装置加工能力的高低是一个炼油企业加工能力的标志，它的能耗占炼油综合能耗的15～20％。同时加工量越高，装置能耗越低，提高常减压装置加工能力以及降低能耗对降低整个炼厂的综合能耗，提高经济效益的作用十分明显。以加工量为10.0Mt/a的原油蒸馏装置为例，能耗下降一个单位(即加工每吨原油的能耗降低1kg标准燃料油)，则每年可节省10kt标准燃料油。同时设备的腐蚀辽宁石油化工大学5同样不能忽视。因此近年来常减压装置工艺发展总是围绕两个主题：防腐、降耗。1.1.2.1工艺防腐工艺防腐即“一脱四注”，主要包括石油电脱盐、脱后注碱、塔顶注氨、缓蚀剂、水，用来控制或减缓塔顶系统的腐蚀。（1）石油电脱盐电脱盐是石油在电场、破乳剂、温度、注水、混合等条件的综合作用下，破坏油水乳化液，实现油水分离的过程。（2）塔顶馏出线注氨塔顶馏出线注氨是为了中和塔顶馏出物中的Hd和H2S，调节塔顶馏出系统冷凝水的HP浓度的PH值。（3）塔顶馏出线注水塔顶馏出线注水是为了稀释初凝水中的HD浓度，控制和调节塔顶馏出系统的露点部位，使露点腐蚀部位由空冷器前，移至馏出线，防止对设备的腐蚀，同时冲洗NH4D沉积，防止产生垢下腐蚀。（4）注缓蚀剂缓蚀剂是一种表面活性剂，其分子内部有S、N和O等强极性基因及烃类结构基因，其极性基因一端附在金属表面上，另一端烃类基因与介质之间形成一道屏障，即缓蚀剂在金属表面形成一层保护膜，起到防腐蚀作用。1.2.1.1石油电脱盐技术进展1.2.1.1.1常规电脱盐技术（1）国外辽宁石油化工大学6欧美各国和俄罗斯的炼油厂要求脱后石油盐含量不大于3mg/L，该指标基本反映了目前国际上石油脱盐水平。国外石油电脱盐技术主要有双电场电脱盐技术、电动态脱盐、水平流动式电脱盐等。国外非电场脱盐脱水方法主要有：细菌脱盐脱水、生物脱金属、催化脱盐、加氢脱盐脱杂物。这些方法尚处摸索阶段。（2）国内表１国内炼油厂“一脱四注”工艺防腐控制指标石油电脱盐常压塔顶冷凝水平均腐蚀率脱后含盐脱后含水电耗PH值C1-Fe(Fe2+)H2S/mg.L-11%/kwh.t-1/mg.L-1/mg.L-1/mg.L-1/mm.a-1≤50.21.57.5～8.560≤3—≤0.2我国炼油厂“一脱四注”工艺防腐控制指标见表１。目前国内高效