500万吨年炼油减压蒸馏装置设计毕业设计论文(编辑修改稿)

500万吨年炼油减压蒸馏装置设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

的成立标志着精馏设备集团化研 究的开始。 1955 年， Monsanto 公司的 Boles 发表了著名的《泡罩塔板设计手册》，首先提出了科学的、规范化塔板设计技术，该方法到目前为止仍然广泛流行。 天津大学 2020 届本科毕业设计（论文） 4 AIChE 放大效应的研究 50 年代在美国 AIChE 组织了三所大学进行了著名的 AIChE 精馏和吸收板效率的五年研究计划，试图建立一套完整和通用的精馏塔效率预测理论和放大方法。 工程实际中被证明不能可靠用于工业放大，但其研究工作对板式塔基础研究作出了巨大贡献，其 AIChE 塔板效率理论和预测方法成为最经典的板效率估算方法。 60 年代，板式塔的另一个标志性的技术 进步就是 大孔筛板 的研究与应用。 大孔筛板的广泛应用也标志着塔设备操作控制技术、可靠精馏工艺模拟和塔设备设计技术的发展，尤其是计算机在线控制技术为生产控制带来了革命性地变化。 阶段Ⅲ (70～ 90 年代 ) 大型液体分布器的基础研究使得填料塔的放大研究成功，并在减压塔中应用获得极大的经济效益和社会效益。 阶段Ⅳ (80～ 21 世纪 ) 世界范围内炼油和石油化学工业向精细、大型化的方向发展，在计算机控制水平、工艺模拟和设计包、塔内件基础研究和工业应用经验积累越来越丰富等技术支撑下，现有塔设备的增效、增能、降耗，消除瓶颈、挖 潜改造，降低加工成本，提高经济效益成为热门的发展方向。 填料继续广泛应用于减压塔，并出现了某些常压塔和加压塔生产的增效、增能中获得一定的效果报导的实例。 新型、高效、大处理能力板式塔的不断开发和研究，并在工业应用中获得成功。 减压蒸馏塔 根据生产任务的不同， 减压塔可分为润滑油性和燃料型两 种。 在一般情况下，无论是哪种类型的减压塔，都要求有尽可能高的拔出率。 减压蒸馏的核心设备是减压精馏塔 和它的 抽真空系统。 对减压塔的基本要求是在尽量避免油料发生分解反应的条件下尽可能多地拔出减压馏分油。 做到这一点的关键在于 提高 汽化段的真空度 ，为了提高汽化段的真空度，除了需要有一套良好的塔顶抽真空系统外，一般还采取以下几种措施： ①降低从汽化段到塔顶的流动压降。 这一点主要依靠减少塔板数和降低气相通过每层塔板的压降。 ②降低塔顶油气流出管线的流动压降。 现代减压塔塔顶都不出产品，塔顶管线只供抽真空设备抽出不凝气之用，采用塔顶循环回流而不采用塔顶冷回流。 ③一般的减压塔塔底汽提蒸汽用量比常压塔大，其主要目的是降低汽化段中的油气分压。 当汽化段的真空度比较低时，要求塔底汽提蒸汽量较大。 近年来，少用或不用汽提蒸汽的干式减压蒸馏技术有较大的 发展。 ④减压塔汽化段温度并不是常压重油在减压蒸馏系统中所经受的最高温度，此最高温度的部位是在减压炉出口。 为了避免油品分解，对减压炉出口温度要加以限制，在生产润滑油是不得超过 395℃，在生产裂化原料是不超过 400～ 420℃，同时在高温炉管内采用较高的油气流速以减少停留时间。 ⑤缩短渣油在减压塔内的停留时间。 塔底减压渣油是最重的物料，如果在高温下停留时间过长，则其分解、缩合等反应会进行的比较显著。 其结果，一方面生成较多的不凝气使减压塔的真空度下降；另一方面会造成塔内结焦。 因此，减压塔底部的直径常常缩小以缩短渣 油在塔内的停留时间。 除了上述为满足“避免分解、提高拔出率”这一基本要求而引出的工艺特征外，减压塔还由于其中的油、气的物性特点而反映出另一些特征。 ①在减压下，油气、水蒸气、不凝气的比容大，比常压塔中油气的比容要高天津大学 2020 届本科毕业设计（论文） 5 出十余倍。 尽管减压蒸馏时允许采用比常压塔高的多（通常约两倍）的空塔线速，减压塔的直径还是很大。 为此，减压塔一般采用多个中段循环回流，常常是在每两个侧线之间都设中段循环回流。 这样做也有利于回收利用回流热。 ②减压塔处理的油料比较重、粘度比较高，而且还可能含有一些表面活性物质。 加之塔内的蒸气速度又相当 高，因此蒸气穿过塔板上的液层时形成泡沫的倾向比较严重。 为了减少携带泡沫，减压塔内的板间距比常压塔大。 加大板间距同时也是为了减少塔板数。 此外，在塔的进料段和塔顶都涉及了很大的气相破沫空间，并设有破沫网等设施。 由于上述各项工艺特征，从外形来看，减压塔比常压塔显得粗而短。 此外，减压塔的底座较高，塔底液面与塔底油抽出泵入口之间的高差在 10m 左右，这主要是为了给热油泵提供足够的灌注头。 常减压蒸馏装置是原油深加工的基础，蒸馏过程的方案和设计是否合理、生产操作是否 稳定优化、产品质量是否良好等，直接影响 各个后续加工过程的处理量 收率和全厂的生产均衡性、能耗及经济效益。 本课题为 500 万吨 /年的原油蒸馏工程的燃料型常减压塔的设计，主要任务是为催化裂化和加氢裂化提供原料。 对燃料型减压塔的基本要求是在控制馏出油中的胶质、沥青质和重金属含量的前提下尽可能提高馏出油的拔出率。 根据以上分析可以得到： ① 采取填料塔结构以降低从汽化段至塔顶的压降。 ②可以大大减少内回流量，在某些塔段，甚至可使内回流量减少到零。 这可以通过塔顶循环回流和中段循环回流做到。 ③为了降低馏出油的残碳值和重金属含量，在 汽化段上面设有洗涤段。 洗涤段中设有塔板和破沫网。 所用的回流油可以是最下一个侧线馏出油，也可以设循环回流。 为了保证最低侧线抽出板下有一定的回流量，通常应用 1%～ 2%的过汽化度。 对裂化原料要求严格时，过汽化度可高达 4%。 一般来说，过汽化度不要过高。 ④燃料型减压塔的气、液相负荷分布与常压塔或润滑油型减压塔有很大的不同。 在燃料型减压塔内，除了汽化段上面的几层板上有内回流以外，其余塔段里基本上没有内回流。 因此，它的气、液相负荷分布无须借助于热平衡和猜算而可以通过分析直接算出。 天津大学 2020 届本科毕业设计（论文） 6 第二章 原油蒸馏工艺流程 原油 蒸馏具体工艺流程 确定原油加工方案是炼厂设计和生产的首要任务。 炼厂根据所加工原油的性质、市场需求、加工技术的先进性和可靠性以及经济效益等方面的综合考虑，进行全面的分析、研究对比，才能制定出合理的加工方案。 原有蒸馏具体工艺流程如下： 原油预处理 应用电化学分离或加热沉降方法脱除原油所含水、盐和固体杂质的过程。 主要目的是防止盐类（钠、钙、镁的氯化物）离解产生氯化氢而腐蚀设备和盐垢在管式炉炉管内沉积。 采用电化学分离时 ,在原油中要加入几到几十 ppm 破乳剂（离子型破乳剂或非离子型聚醚类破乳剂 ）和软化水，然后通过高压电场 (电场强度 ～),使含盐的水滴聚集沉降，从而除去原油中的盐、水和其他杂质。 电化学脱盐常以两组设备串联使用（二级脱盐 ,图 1 原油二级电化学脱盐流程）以提高脱盐效果。 常压蒸馏 预处理后的原油经加热后送入常压蒸馏装置 (图 2 常压蒸馏（双塔）流程 )的初馏塔 ,蒸馏出大部分轻汽油。 初馏塔底原油经加热至 360～ 370176。 C ，进入常压蒸馏塔（塔板数 36～ 48），该塔的塔顶产物为汽油馏分（又称石脑油），与初馏塔顶的轻汽油一起可作为催化重整原料，或作为石油化工原料，或作为汽油 调合组分。 常压塔侧线出料进入汽提塔，用水蒸气或再沸器加热 ,蒸发出轻组分，以控制轻组分含量 (用产品闪点表示 )。 通常 ,侧一线为喷气燃料（即航空煤油）或煤油馏分，侧二线为轻柴油馏分，侧三线为重柴油或变压器油馏分（属润滑油天津大学 2020 届本科毕业设计（论文） 7 馏分），塔底产物即常压渣油 (即重油 )。 减压蒸馏 也称真空蒸馏。 原油中重馏分沸点约 370～ 535176。 C, 在常压下要蒸馏出这些馏分 ,需要加热到 420176。 C 以上 ,而在此温度下 ,重馏分会发生一定程度的裂化。 因此 ,通常在常压蒸馏后再进行减压蒸馏。 在约 2～ 8kPa 的绝对压力下，使在不发生明显裂化反应的温度下 蒸馏出重组分。 常压渣油经减压加热炉加热到约 380～400176。 C 送入减压蒸馏塔。 减压蒸馏可分为润滑油型（图 3 润滑油型减压蒸馏流程）和燃料油型两类。 前者各馏分的分离精确度要求较高，塔板数 24～ 26；后者要求不高，塔板数 15～ 17。 原油蒸馏 工艺 特点 由以上流程分析可知， 与一般的蒸馏一样，原油蒸馏也是利用原油中各组分相对挥发度的不同而实现各馏分的分离。 但原油是复杂烃类混合物，各种烃（以及烃与烃形成的共沸物）的沸点由低到高几乎是连续分布的，用简单蒸馏方法极难分离出纯化合物，一般是根据产品要求按沸点范围分割 成轻重不同的馏分，因此，原油蒸馏塔与分离纯化合物的精馏塔不同，其特点为： ① 有多个侧线出料口，原油蒸馏各馏分的分离精确度不要求像纯化合物蒸馏那样高，多个侧口 (一般有 3～ 4 个 )可以同时引出轻重不同的馏分。 ② 提浓段很短。 原油蒸馏塔底物料很重，不宜在塔底供热。 但通常在塔底通入过热水蒸气，使较轻馏分蒸发，一般提浓段只有 3～ 4 块塔板。 ③ 中段回流。 原油各馏分的平均沸点相差很大，造成原油蒸馏塔内蒸气负荷和液体负荷由下向上递增。 为使负荷均匀并回收高温下的热量，采用中段回流取热（即在塔中部抽出液体，经换热冷却回收热量后再送回塔内）。 通常采用 2～ 3 个中段回流。 天津大学 2020 届本科毕业设计（论文） 8 第三章 原油减压蒸馏塔的设计 基本要求如下： 装置处理能力：原油加工量 500万吨 /年 年开工时间： 8000小时 操作弹性： 50%～ 105% 原油品种及掺炼比例： 减压塔设计须满足下列二种工况： 工矿一：大庆原油：阿曼原油：沙特原油＝ 50： 25： 25（ wt%） 工矿二：大庆原油：俄罗斯原油＝ ： （ wt%） 产品方案：减一线作为柴油产品， ASTM D86 95%≦ 365摄氏度 减压塔尽可能多抽出催化原料及侧线抽出 主要操作条件： 减压塔顶设计压力： 20mmHg 在设计条件和操作弹性范围内保证所提供的产品的机械性能、水力学性能、产品质量和收率 减压塔设计方案 根据减压塔工艺条件所提供的原油性质及产品质量要求，我对常减压蒸馏系统进行了工艺模拟计算，对减压塔进行了流体力学核算，确定了塔径及填料、内件布置方案。 减压塔塔顶至进料段全部采用规整填料，根据工艺要求，填料共分为 5 段，设计主塔规格为Φ 4800/Φ 7800/Φ 4800mm，塔总高为 47576mm。 各段填料及内件设计说明如下： （ 1）顶循换热段（床层ⅰ ） 顶循换热段填料采用传质、传热效率高的天津大学专利产品双向金属折波式波纹填料 型，高度 米，设计塔径Φ 米。 顶循液体分布器采用综合性能优良的倒班连通槽式液体分布器。 减一线抽出集油箱采用新型槽盘式集油箱，在保证减一线及顶循液体抽出的同时，可将上升气体分布均匀，集油箱采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中由于热膨胀造成的变形或毁坏。 为了改善填料层顶部液体初始分布效果，在填料段顶部设置 2 层 100mm 高的填料盘，其下面则为 9 层 200mm 高填料盘。 （ 2）柴油分离段（床层ⅱ） 天津大学 2020 届本科毕业设计（论文） 9 按工艺要求 ，为了使减一线生产合格的柴油产品，在减一线和减二线之间设置柴油分离段，该段要求有较高的理论板数。 该段设计塔径。 米，填料采用双向金属折峰式波纹填料 ZUPAC3 型高度 米，以保证分离效果。 液体分布器采用综合性能优良的导板连通槽式液体分布器。 填料下方设新型槽盘式集油箱，将液体收集后，经降液结构导入下面一中液体分布器的一级槽中。 集油箱采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中由于热膨胀造成的变形或毁坏。 为了改善填料层顶部液体初始分布效果，在填料段顶部设置 2 层 100mm 高填料盘，其下面则为 12 层 200mm 高填料盘。 （ 3）一中换热段（床层ⅲ） 一中换热段填料采用双向金属折峰式波纹填料 ZUPACI15 型，高度 米，设计塔径Φ 7． 8 米。 其中填料段顶部为 2 层 100mm 高填料盘，其余为 8 层 200mm高填料盘，以改善初始分布效果。 一中换热段抽出集油箱采用新型槽盘式集油箱，在保证减二线及一中抽出的同时，将上升气体分布均匀。 集油箱采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中变形或毁坏。 （ 4）二中换热段（床层ⅳ） 该段设计塔径 米。 二中换热段填料采用双向金属折峰式波纹填 料ZUPACI15 型填料 米，其中填料段顶部为 2 层 100mm 高填料盘，其余为 10 层200mm 高填料盘，以改善初始分布效果。 液体分布器采用新型导板连通槽式液体分布器； 二中及减三线抽出集油箱采用新型槽盘式集油箱，可同时保证减三线及二中循环油的抽出和上升气体重新调整、分布。 集油精采用可吸收受热膨胀的结构，防止生产过程中变形或毁坏。 （ 5）洗涤段（床层ⅴ） 洗涤段设计塔径Φ 米。 填料上段采用双向。