408万吨年大港原油常减压蒸馏装置工艺设计

408万吨年大港原油常减压蒸馏装置工艺设计内容摘要：

加工过程，才能获得符合质量要求的各种石油产品。 人们根据对所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性， 以及经济效益等诸方面的分析、制订合理的加工方案。 原油常减压蒸馏是常用基本的加工方案。 石油炼制工业生产汽油、煤油、柴油等燃料和化学工业原料，是国民经济最重要的支柱产业之一，关系国家的经济命脉和能源安全，在国民经济、国防和社会发展中具有极其重要的地位和作用。 在石油、化工生产中，塔设备是非常重要的设备之一，塔设备的性能，对于整个化工和炼油装置的产品质量及其生产能力和消耗额等均有较大影响。 据相光关资料报道，塔设备的投资和金属用量，在整个工艺装置中均占较大比例，因此塔设备的设计和研究，始终受到很大的重视。 塔设备 广泛应用于蒸馏、吸收、介吸、萃取、气体的洗涤、 增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量，质量，成本以及环境保护，“三废”处理等都有较大的影响。 近些年来，国内外对它的研究也比较多，但主要是集中在常压塔的结构和性能方面，例如：如何提高塔的稳定性、如何利用理论曲线解决常压塔在性能方面存在的问题等。 在原油的一次加工过程中，常压蒸馏装置是每个正规炼厂都必须具备的，而其核心设备 —— 常压塔的性能状况将直接影响炼厂的经济效益，由于在原油加工的第一步中，它可以将原油分割成相应的直馏汽油，煤油，轻 柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分等。 同时，也为原油的二次加工提供各种原料 .在进一步提高轻质油的产率或改善产品的质量方面，都有着举足轻重的地位 .考虑到常压塔在实际应用方面的价值和意义，如何实现这样一种最经济、最容易的分离手段，是本次毕业设计选题的重要依据。 近年来，由于石油、化工企业不断向大型化的生产发展，因此塔设备的单台规模也随之增大。 例如：有的板式塔的直径可达 10m 以上，塔的总高度可达到80m，而填料塔更有直径为 15m ,塔高为 100m 的大塔已经投产。 应当指出，设备大型化后，必须保证它在全负荷下运转，否则 经济损失将是非常巨大的。 对于大型设备的设计、制造、操作和维修等，应提出更高、更严格的要求。 常压塔的研究也趋向于结构材料的探索，提高设备的使用周期，主要体现在所选择材料的防腐性和一些防腐材料的研究，同时也着眼于设备的安去性和环保性，以上这些都成为了当今常压塔研究的热门课题。 分类和理化性质 分类 （ 1）按组成分类：石蜡基原油、环烷基原油和中间基原油三类； （ 2）按硫含量分类：超低硫原油、低硫原油、含硫原油和高硫原油四类； （ 3）按比重分类：轻质原油、中质原油、重质原油以三类。 目前我国已开采 的原油以低硫石蜡基居多， 大港 等地原油均属此类。 其中，最有代表性的 大港 原油，硫含量低，蜡含量高，凝点高，能生产出优质煤油、柴油、溶剂油、润滑油和商品石蜡。 胜利原油胶质含量高 (29%)，比重较大 ( 左右 )，含蜡量高 (约 15~21%)，属含硫中间基。 汽油馏分感铅性好，且富有环烷烃和芳香烃，故是重整的良好原料。 物化性质 原油的性质包含物理性质和化学性质两个方面。 物理性质包括颜色、密度、粘度、凝固点、溶解性、杂质含量等；化学性质包括化学组成、氧化、燃烧等。 （ 1）颜色：原油的色泽按产地和成分不同，一般有褐 色、黄褐色、深棕色和黑色。 通常颜色越深则比重越大，同时含沸点成分就越少，反之亦然。 然而原油中纯粹烃类为无色物质，原油的颜色是由石油中含有的其它物质所形成的。 （ 2）密度：原油相对密度一般在 ~ 之间，少数大于 或小于 ，相对密度在 ~ 的称为重质原油，小于 的称为轻质原油。 （ 3）粘度：原油粘度是指原油在流动时所引起的内部摩擦阻力，原油粘度大小取决于温度、压力、溶解气量及其化学组成。 温度增高其粘度降低，压力增高其粘度增大，溶解气量增加其粘度降低，轻质油组分增加，粘度降低。 原油粘度变化较大，一般在 1~100mPas 之间，粘度大的原油俗称稠油，稠油由于流动性差而开发难度增大。 一般来说，粘度大的原油密度也较大。 （ 4）凝固点：原油冷却到由液体变为固体时的温度称为凝固点。 原油的凝固点大约在 50℃ ~35℃ 之间。 凝固点的高低与石油中的组分含量有关，轻质组分含量高，凝固点低，重质组分含量高， 尤其是石蜡含量高，凝固点就高。 （ 5）溶解性：原油很难溶于水中，但却能溶于普通的有机溶剂，如苯、氯仿、酒精、乙醚、四氯化碳等。 虽然原油几乎完全不能和水相溶解，但仍有少量水分会 “包溶 ”于原油中，一定条件下可自然析出。 （ 6）含蜡量：含蜡量是指在常温常压条件下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。 石蜡是一种白色或淡黄色固体，由高级烷烃组成，熔点为 37℃ ~76℃。 石蜡在地下以胶体状溶于石油中，当压力和温度降低时，可从石油中析出。 地层原油中的石蜡开始结晶析出的温度叫析蜡温度，含蜡量越高，析蜡温度越高。 析蜡温度高，油井容易 结蜡，对油井管理不利。 含硫量是指原油中所含硫 (硫化物或单质硫分 )的百分数。 原油中含硫量较小，一般小于 1%，但对原油性质的影响很大，对管线有腐蚀作用，对人体健康有害。 根据硫含量不同，可以分为低硫或含硫石油。 （ 7）含胶量：含胶量是指原油中所含胶质的百分数。 原油的含胶量一般在5%~20%之间。 胶质是指原油中分子量较大 (300~1000)的含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物，呈半固态分散状溶解于原油中。 胶质易溶于石油醚、润滑油、汽油、氯仿等有机溶剂中。 （ 8）含盐量：原油从油井采出，其中含有大量的盐分，最高可 达 1000ppm（百万分之一千），它们多为钠、钙、镁和氯化物的混合物。 通常原油含盐量在%~%之间。 （ 9）其他：原油中沥青质的含量较少，一般小于 1%。 沥青质是一种高分子量 (大于 1000 以上 )具有多环结构的黑色固体物质，不溶于酒精和石油醚，易溶于苯、氯仿、二硫化碳。 沥青质含量增高时，原油质量变坏。 加工方案类型 原油炼制加工方案，主要根据其特性、市场需要、经济效益、投资力度等因素决定。 石油炼制加工方案大体可以分为三种类型： 燃料型 主要产品是用燃料的石油产品。 除了生产部分重 油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。 燃料 润滑油型 除了生产燃料的石油产品外，部分或大部分减压馏分油和减压渣油还用于生产各种润滑油产品。 燃料 化工型 除了生产燃料产品外，还生产化工原料和化工产品。 原油经过常压蒸馏可分馏出汽油、煤油、柴油馏分。 因原油性质不同，这些馏分有的可直接作为产品，有的需要进行精制或加工。 将常压塔底油进行减压蒸馏，等到的馏分视其原油性质或加工方案不同，可以作裂化（热裂化、催化裂化、加氢裂化等）原料或润滑油原料油原料，也可以作为乙烯裂解原 料。 减压塔底油可作为燃料油、沥青、焦化或其它渣油加工（溶剂脱沥青、渣油催化裂化、渣油加氢裂化等）的原料。 塔类的选择 本设计是设计一套年处理量为 408 万吨 大港 原油加工装置，原油蒸馏装置采用 三 段汽化，设计 初馏塔， 常压塔、减压塔。 设计中采用水蒸气汽提方式 , 并确定汽提水蒸汽用量。 由于浮阀塔操作弹性大，本设计采用浮阀塔。 浮阀塔是一种 板式塔 ，用于气液传质过程中。 浮阀 的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。 浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小 (因气体水平吹出之故 )， 塔板效率 较高，生产能力较大。 塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的 物料状况，是 化工 、 炼油 行业中使用最广泛的塔型之一。 在分离稳定 同位素 时采用在克服 泡罩塔 缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。 浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式，浮阀主要有V 型和 T 型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大 20％～ 40％；气体两个极限负荷比为 5～ 6，操作弹性大；板效率比泡罩塔高 10%~15%；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与 筛板塔 之间；对 物料 的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的 重水 生产过程。 石油炼制工业的发展是伴随着石油及石油产品的开发利用发展起来的，石油的发现、开采和直接利用由来已久，加工利用并、逐步形成石油炼制工业。 始于19 世纪 30 年代，到 20 世纪 40~50 年代形成的现代炼油工业，是最大的加工工业之一。 原油蒸馏在炼油厂是原油首先要通过的加工装置。 一般包括预处理系统（原油电脱盐）、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统（加工轻质原油且达到经济规模时一般设置轻烃回收系统）等。 常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。 如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。 常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油 “切割 ”成不同馏分的工艺过程。 工艺技术路 线 大港 原油属于石蜡基原油，蜡含量高、凝点高、硫含量低 、庚烷沥青质含量较低，相对密度。 煤油具有相当好的挥发性能，比较高的闪点，适宜的粘度等特性，是一种优良的有机溶剂，有着广泛的应用前景，但是，直馏煤油和一般的加氢煤油芳烃含量都较量，氮的非烃化合物也很多，致使在使用过程中，不仅使人感到有不舒服的臭味，还对人体有害。 在应用上，煤油馏分除用作喷气燃料、特种溶剂油、灯用煤油以外，还有很大一部分作为铝轧油基础油使用。 由于铝轧制在冷却、润滑和改善铝制品表面光洁度等方面都极其重要的作用，因此，随着铝加工业的迅猛发展，铝轧制油的用量越来越大。 铝轧制油除应用具有馏 分范围窄、饱和烃含量高、闪点高的特点外，还要求具有较低的硫含量和芳烃含量。 煤油加氢工艺是生产高档铝轧制油最有效的工艺手段，该工艺主要是对其进行深度脱硫、脱氮和脱芳烃。 采用加氢法生产无味煤油、铝轧制油，有着其它方法无法比拟的优点。 首先是产品质量好，收率高，其中产品芳烃含量小于 %；其次是不产生酸渣、碱渣等污染物，属于环境友好工艺。 特种油品精馏与一般的炼油装置不同，馏分窄分馏精度要求高，产品的种类繁多，生产操作完全由市场决定，操作灵活要求非常高，根据产品方案要求，分馏部分采用双分馏塔多侧线抽出，其中第二分 馏塔为减压操作，满足不同产品分割及质量要求。 工艺技术特点 由于装置规模较小，在保证安全平衡生产的前提下，尽量简化工艺流程和自动控制系统，以节省工程投资。 反应部分采用冷高压分离流程。 分馏部分设置两台分馏塔，其中第二分馏塔为减压操作，两台分馏塔产品侧线抽出及塔底均设重沸器，塔内装填高效规整填料，确保分馏精度。 设置热载体回执系统，热载体作为塔底重沸器热源。 文献综述 常减压蒸馏技术现状 ①国外蒸馏装置技术现状及发展趋势 炼油传厂的大型化是提高其劳动生产率和经济效益，降低能耗和物耗的一项重要措施。 按 2020 年一月底的统计，全世界共有 717 座炼油厂，总加工能力4103Mt/a。 其中加工能力在 10Mt/a 以上的炼油厂 126 座，分散在 34 个国家和地区，有 16座加工能力在 20Mt/a 以上。 现在单套蒸馏装置一般都在 5Mt/a 以上，不少装置已达到 10Mt/a。 现在最大的单套蒸馏装置处理量为 15Mt/a。 整体蒸馏装置将原油分为：常压渣油、含蜡馏分油、中间馏分油和石脑油组分。 常压部分出常压渣油、中间馏分和石脑油以下的馏分。 中间馏分在加氢脱 硫分馏塔中分馏煤油、轻、重柴油，常压渣油进入高真空减压蒸馏，分馏出的蜡油作为催化裂化装置和加氢裂化装置的原料。 整体蒸馏装置可以节省投资 30％左右。 电脱盐方面：以 Petrolite 和 HoweBeaket 二公司的专利技术较为先进。 HoweBeaket 技术主要为低速脱盐， Petrolite 已在低速脱盐的基础上开发了高速电脱盐。 塔内件方面：以 KochGlitcsh、 Sulzer 和 Norton 为代表，拥有较先进的专利技术，公司开发出了 SuperFRAC Gempak填料， Sulzer在原有 Mellapak 填料的基础上开发了 Mllapakplus 和 Optiflow 高效填料。 产品质量方面，国外蒸馏装置典型的产品分馏精度一般为：石脑油和煤油的脱空度 ASTM D86(5%95%)13℃；煤油和轻柴油的脱空度 ASTM D86(5%95%)20℃；轻蜡油与重蜡油的脱空度 ASTM D1160(5%95%)5℃，润滑油基础油也基本满足窄馏分、浅颜色。 ②国内蒸馏装置技术现状 我国蒸馏装置规模较小，大部分装置处理能力为 ，仅有几套装置的加工能力超国。 我国蒸馏装置的总体技术水平与国外水平相比，在处理能力、产品质量和拨出率方面存在较大的差距。 最近几年，随着我国炼油工业的发展，为缩短与世界先进炼油厂的差距，我国新建蒸馏装置正向大型化方向发展，陆续建成了镇海、高桥 8Mt/a 及西太平洋 10Mt/a 等大型化的蒸馏装置等，其中高桥为润滑油型大型蒸馏装置，拟建的大型蒸馏装置也基本为燃料型。 我国蒸馏装置侧线产品分离精度差别较大，如中石化有些炼油厂常顶和常一线能够脱空，但 尚有 40%的装置常顶与常一线恩氏蒸馏馏程重叠超过 10℃，最多重叠达 86℃。 多数装置常二线与常三线恩氏蒸馏馏程重叠 15℃以上，实沸点重叠则超出 25℃。 润滑油馏分切割也同国外先进水平存在一定差距，主要表现在轻质润滑油馏分的发挥及中质润滑油馏分的残碳、颜色和安定性等方面存在差距较大。 综述。