精品辽河原油万吨常减压装置常压塔工艺计算.docx
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精品辽河原油万吨常减压装置常压塔工艺计算
前言
一、蒸馏过程的目的
石油是极其复杂的混合物。
要从原油提炼出多种多样的燃料、润滑油和其他产品,基本的途径是:
将原油分割为不同沸程的馏分,然后按照油品的使用要求,除去这些馏分中的非理想组分,或者是经由化学转化形成所需要的组成,进而获得合格的石油产品。
因此,炼油厂必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题.蒸馏正是一种合适的手段,而且也是一种最经济、最容易实现的分离手段。
它能够将液体混合物按其所含组分的沸点或者蒸汽压的不同而分离为轻重不同的各种馏分。
几乎在所有的炼油厂中,第一个加工装置就是蒸馏装置.借助于蒸馏过程,可以按所制定的产品方案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;也可以按照不同的生产方案分割出一些二次加工所用的原料,进一步提高轻质油的产率或改善产品的质量。
二、装置生产方案的确定
本设计所用原油为辽河油田欢喜岭地块原油。
辽河油田地质构造复杂,重质低凝环烷基原油储量较为丰富,这种重质低凝环烷基原油具有密度
大、粘度高的特点,往往含有大量的胶质、沥青质,所以又称沥青基原油,可以生产各种优质沥青.通常还含有大量的环状烃和较多的芳烃,含蜡低,甚至不含蜡,是生产某些特种润滑油的良好原料,用它生产的低凝环烷基润滑油可以作为电气绝缘油、冷冻机油、橡胶工艺用油、润滑脂的基础油等.
本设计为150万吨/年辽河原油加工方案,由于只对常压蒸馏部分进行工艺计算,故确定的方案如下:
从初馏点至195℃可作为汽油的调合组分。
195℃~300℃可作为轻柴油的调合组分。
300℃~339℃可作为电气绝缘油的基础原料。
339℃~399℃可作为橡胶工艺用油的基础原料。
三、流程的确定及特点
装置加工辽河低凝环烷基原油,生产润滑油基础原料和优质的道路沥青原料,流程的特点是燃料—润滑油型装置,工艺路线为原油进装置→换热→电脱盐→常压炉→常压塔→减压炉→减压塔。
装置未设初馏塔(闪蒸塔)是因为所加的原油属重质原油,轻组分较少的缘故。
常压塔设三条侧线,二个中循环回流。
常顶油作为汽油的调合组分(汽油产品升级后可作为化工裂解原料),常一线作为轻柴油的调合组分,常二线作为电气绝缘油的基础原料,常三线作为橡胶工艺用油的基础原料。
设计中预留了增设塔顶循环回流的换热塔板。
本设计只是对常减压蒸馏装置的常压塔进行设计,其余部分包括减压塔、加热炉、抽真空系统、换热网络、机泵、容器等不在本设计的范围内。
毕业设计任务书
一。
题目
辽河原油150万吨/年常减压装置常压塔工艺计算
二.基础数据
1.产品性质
馏分
d420
0%
10%
30%
50%
70%
90%
100%
常顶
0.7688
76
108
128
140
149
163
187
常一
0.8768
213
225
240
257
272
289
302
常二
0。
9059
286
301
310
316
321
327
334
常三
0.9377
332
348
362
374
398
422
439
常底
0。
9926
272
400
2。
原油实沸点馏程
d420=0。
9730
馏分℃
0—200
200—300
300—350
350-400
400—450
450—500
〉500
收率v%
1.42
8。
89
9。
10
5.32
13.58
15.74
46。
95
3.设计加工量
150万吨/年
三.内容要求
1.说明部分
(1)蒸馏过程的目的
(2)装置生产方案的确定
(3)流程的确定和特点
2。
计算部分
(1)常压塔参数的确定
(2)塔板的设计
(3)塔板水力学计算
3。
绘图部分
(1)常压塔设备图
(2)常减压装置工艺流程图
第一部分常压塔参数的确定
一、相关计算
1.体积平均沸点
由公式tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5得:
常顶tv=(108+128+140+149+163)/5=137。
6℃
常一tv=(225+240+257+272+289)/5=256℃
常二tv=(301+310+316+321+327)/5=315℃
常三tv=(348+362+374+398+422)/5=380。
8℃
2.恩氏蒸馏曲线斜率
由公式S=(t90—t10)/(90-10)得:
常顶S=(163-108)/(90—10)=0.6875℃/%
常一S=(289—225)/(90—10)=0.8000℃/%
常二S=(327—301)/(90-10)=0.3250℃/%
常三S=(422—348)/(90—10)=0。
9250℃/%
3.立方平均沸点
由公式tcu=tv—△3得:
ln△3=—0.82368-0.089970tv0。
45+2.45679s0。
45
常顶△3=1。
53
tcu=137。
6-1.53=136。
07℃
常一△3=1.36
tcu=256—1.36=254。
6℃
常二△3=0。
18
tcu=315-0。
18=314.82℃
常三△3=1.28
tcu=380.8—1。
28=379.51℃
4.中平均沸点
由公式tmc=tv-△4得:
ln△4=—1.53181-0.0128tv0。
6667+3。
64678s0.3333
常顶△4=3.84
tmc=137。
6-3。
84=133。
75℃
常一△4=1.36
Tmc=256-3.81=252.19℃
常二△4=3。
54
Tmc=315—3。
54=311.46℃
常三△4=3.86
tmc=380。
8-3。
86=376.9℃
5.特性因数K
查《石油化工工艺计算图表》P57图2-1-2
常顶K=11.6
常一K=11.2
常二K=11。
3
常三K=11.2
6.比重指数API
由公式API=141。
5/d15。
6—131。
5得:
常顶API=50.76
常一API=29。
13
常二API=24.01
常三API=18。
79
7.各馏分分子量
查《石油化工工艺计算图表》P57图2—1-2
常顶M=115
常一M=192
常二M=242
常三M=305
8.平衡汽化温度
(1)常顶:
1)换算50%点温度
恩式蒸馏10%-70%斜率=(149—108)/(70-10)=0.68℃/%
查《石油化工工艺计算图表》P77图2-2-4得:
平衡汽化50%—恩氏蒸馏50%点=-8℃
平衡汽化50%=140-8=132℃
2)查平衡汽化曲线各段温差
查《石油化工工艺计算图表》P76图2—2-3得
曲线线段恩氏蒸馏温差平衡汽化温差
50%~70%93
70%~90%143
90%~100%244
3)推算平衡汽化曲线各点温度
70%=132+3=135℃
90%=135+3=138℃
100%=138+4=142℃
(2)常一:
同上步骤查得平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=2℃
则平衡汽化50%=257+2=259℃
曲线线段恩氏蒸馏温差平衡汽化温差
0%~10%124
10%~30%158
30%~50%179
各点平衡汽化温度
30%点=259—9=250℃
10%点=250-8=242℃
0%点=242-4=238℃
(3)常二:
同上步骤查得平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=12℃
则平衡汽化50%=316+12=328℃
曲线线段恩氏蒸馏温差平衡汽化温差
0%~10%156
10%~30%94
30%~50%63
各点平衡汽化温度
30%点=328—3=325℃
10%点=325-4=321℃
0%点=321-6=315℃
(4)常三:
同上步骤查得平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=16℃
则平衡汽化50%=374+16=390℃
曲线线段恩氏蒸馏温差平衡汽化温差
0%~10%166
10%~30%148
30%~50%125
各点平衡汽化温度
30%点=390—5=385℃
10%点=385-8=377℃
0%点=377—6=371℃
9.临界温度
由计算式
tc=85。
66+0。
9259D—0.0003959D2
D=S×(1。
8tb+132)
式中tc—临界温度℃
tb—体积平均沸点℃
S—相对密度d15.6
常顶D=0.7736×(1。
8×137.6+132)=293。
7
tc=85。
66+0。
9259×293.7-0。
0003959×293。
72
=323.4℃
常一D=0.8879×(1。
8×256+132)=526.3
tc=85.66+0。
9259×526.3-0。
0003959×526.32
=463.3℃
常二D=0。
9059×(1。
8×315+132)=633
tc=85。
66+0.9259×633-0。
0003959×6332
=513。
5℃
常三D=0.9377×(1.8×380.8+132)=766
tc=85.66+0.9259×766-0。
0003959×7662
=563.5℃
10.临界压力
公式的计算式
Pc=6。
1483×1012×—2.3177×S2.4858/1。
013×105
式中Pc-临界压力atm
Tb-平均沸点K
S-相对密度d15.6
11。
焦点温度
由已知恩式蒸馏体积平均沸点和恩氏蒸馏10%-90%馏分的曲线斜率查《石油化工工艺计算图表》P89图2—2-19得到焦点温度-临界温度的值,于是:
常顶焦点温度=323。
4+47=370.4℃
常一焦点温度=463.3+24=487。
3℃
12.焦点压力
由已知恩式蒸馏体积平均沸点和恩氏蒸馏10%-90%馏分的曲线斜率查《石油化工工艺计算图表》P88图2-2—18得到焦点压力—临界压力的值,于是:
常顶焦点压力=28。
1+17=45。
1atm
常一焦点压力=21。
6+7=28。
6atm
13.实沸点切割范围
(1)常顶:
1)换算50%点的温度
查《石油化工工艺计算图表》P76图2—2-2则实沸点50%点温度=140+2=142℃
2)实沸点各段温差
查《石油化工工艺计算图表》P75图2-2—1
曲线线段恩氏蒸馏温差实沸点温差
50%~70%913
70%~90%1519
90%~100%2426
1)推算实沸点100%点温度
70%=142+13=155℃
90%=155+19=174℃
100%=174+26=190℃
(2)常一
1)换算50%点的温度
查《石油化工工艺计算图表》P76图2-2-2则实沸点50%点温度=257+10=267℃
2)实沸点各段温差
查《石油化工工艺计算图表》P75图2-2—1
曲线线段恩氏蒸馏温差实沸点温差
0%~10%1224
10%~30%1517
30%~50%1726
50%~70%1521
70%~90%1721
90%~100%1315
2)推算实沸点各点温度
0%=224—24=200℃
10%=241-17=224℃
30%=267-26=241℃
50%=267℃
70%=267+21=288℃
90%=288+21=309℃
100%=309+15=324℃
(3)常二
1)换算50%点的温度
查《石油化工工艺计算图表》P76图2—2—2则实沸点50%点温度=316+17=333℃
2)实沸点各段温差
查《石油化工工艺计算图表》P75图2—2—1
曲线线段恩氏蒸馏温差实沸点温差
0%~10%1528
10%~30%918
30%~50%610
50%~70%57
70%~90%68
90%~100%78
3)推算实沸点各点温度
0%=305—28=277℃
10%=323—18=305℃
30%=333-10=323℃
50%=333℃
70%=333+7=340℃
90%=340+8=348℃
100%=348+8=356℃
(4)常三
1)换算50%点的温度
查《石油化工工艺计算图表》P76图2—2-2
则实沸点50%点温度=374+26=400℃
2)实沸点各段温差
查《石油化工工艺计算图表》P75图2-2-1
曲线线段恩氏蒸馏温差实沸点温差
0%~10%1630
10%~30%1428
30%~50%1220
50%~70%2432
70%~90%2428
90%~100%1719
4)推算实沸点各点温度
0%=352-30=322℃
10%=380-28=352℃
30%=400—20=380℃
50%=400℃
70%=400+32=432℃
90%=432+28=460℃
100%=460+17=477℃
14。
原油常压平衡汽化曲线
(1)原油实沸点馏程
d420=0.9730
馏分℃
0-200
200—300
300—350
350-400
400-450
450—500
>500
收率v%
1。
42
8。
89
9。
10
5。
12
13。
78
15。
74
46.95
(2)推算每10%点的温度
实沸点v%
10
20
30
40
50
60
70
温度℃
293
355
419
455
487
521
547
(3)参考线各点参数
S10—70%=(547-293)/60=4.2℃/%
10%=293℃
20%=293+4。
2×(20—10)=335℃
30%=293+4.2×(30-10)=377℃
40%=293+4。
2×(40—10)=419℃
50%=293+4。
2×(50—10)=461℃
(4)查《石油化工工艺计算图表》P80图2-2—7查得参考线的斜率为2.8℃/%,由图2-2-7查得△F=22℃,所以
参考线平衡汽化50%点=461-22=439℃
由平衡汽化参考线的50%点和斜率可计算得其它点温度:
0%点=439—2.8×(50—0)=299℃
10%点=439-2.8×(50-10)=327℃
20%点=439-2.8×(50-20)=355℃
30%点=439-2.8×(50-30)=383℃
40%点=439-2.8×(50—40)=411℃
50%点=439-2。
8×(50-50)=439℃
(5)计算实沸点曲线与其参考线各点温差FI%
10%点=293—293=0℃
20%点=355-335=20℃
30%点=419-377=42℃
40%点=455—419=36℃
50%点=487-461=26℃
(6)由《石油化工工艺计算图表》P80图2-2-7查出平衡党汽化各点的温差△
T,10%点的比值为0.4,20%点的比值为0。
35,其余各点为0.33
10%点=0×0。
4=0℃
20%点=20×0。
35=7℃
30%点=42×0。
33=14℃
40%点=36×0.33=12℃
50%点=26×0.33=8℃
(7)平衡汽化曲线各点的温度为:
10%点=327+0=327℃
20%点=355+7=362℃
30%点=383+14=397℃
40%点=411+12=423℃
50%点=439+8=447℃
将以上数据汇总
原油常压切割方案及产品性质
产品
平衡汽化温度℃
实沸点
馏程℃
实沸点
切割点℃
0%
10%
30%
50%
70%
90%
100%
常顶
132
135
138
142
~190
195
常一
238
242
250
259
200~324
300
常二
315
321
325
328
277~356
339
常三
371
377
385
390
322~477
374
油品有关性质参数
油
品
密度
ρ20
g/cm3
比重
指数
API
特性
因数
K
相对
分子量
M
临界参数
焦点参数
温度
℃
压力atm
温度
℃
压力atm
常顶
0.7688
50.76
11.6
115
323.4
28。
1
370.4
45.1
常一
0.8768
29.13
11。
2
192
463.3
21.6
487。
3
28。
6
常二
0。
9059
24.01
11.3
242
513.5
常三
0.9377
18.79
11.2
305
563。
5
常底
0.9926
二、产品收率和物料平衡
1。
由上述方案,根据实沸点蒸馏曲线可得到各馏分的体积收率
馏分
常顶
常一
常二
常三
常底
收率v%
0。
86
8.14
5。
00
8.50
77。
50
又已知原油的比重d420=0.9730,各馏分的重量收率为:
常顶w=(0。
7688/0.9730)×0。
86%=0。
68%
常一w=(0.8768/0.9730)×8.14%=7。
34%
常二w=(0。
9059/0。
9730)×5.00%=4.65%
常三w=(0.9377/0。
9730)×8.50%=8。
19%
底常w=(0。
9926/0。
9730)×77.50%=79。
06%
常压塔物料平衡(年加工按8000小时计)
项目
年加工量
104t
小时加工量
t/h
重量收率
w%
体积收率
v%
原油
150
187。
50
100
100
常顶
1.25
1.56
0.68
0。
86
常一
11。
01
13。
76
7。
34
8.14
常二
6。
975
8。
72
4.65
5.00
常三
12。
28
15。
35
8。
19
8.50
常底
118。
59
148。
24
79。
06
77.50
2。
塔板形式和塔板数
由于计算的方便,本设计采用33gF1浮阀。
参照《石油炼制工程》(第3版)及部分炼厂的常减压装置,选定的塔板数如下:
常顶~常一段12层(预留增设顶循环回流的换热塔板)
常一~常二段9层
常二~常三段9层
常三~进料段10层
塔底汽提段4层
考虑采用两个中段回流,每个回流用3层换热塔板,共6层,全塔塔板总数为50层。
3.操作压力
取塔顶回流罐的压力为1.20atm(a),塔顶采用一段冷凝冷却流程,4组换热器并联后使用2组并联的管壳式冷却器,冷凝冷却设施的压力降去0.1atm,塔顶的操作压力为1.30atm(a),取每层浮阀塔板的压力降为0.005atm,则推算各关键部位的压力如下:
塔顶1。
30
常一线抽出板(第12层)1.36
常一中返还板(第13层)1。
37
常一中抽出板(第15层)1.38
常二线抽出板(第24层)1。
42
常二中返还板(第25层)1.43
常二中抽出板(第27层)1。
44
常三线抽出板(第36层)1.48
进料段压力1.53
取转油线压力降为0。
4atm,则加热炉出口压力为:
1。
53+0。
4=1.93atm
4.汽提蒸汽用量
侧线产品及塔底重油都用过热水蒸汽汽提,使用的过热水蒸汽汽提温度为420℃,压力为3。
0atm,取汽提蒸汽用量如下:
油品
质量分数%
㎏/h
kmol/h
常一
3
400
22
常二
3
260
14
常三
3
460
25
常底
3.5
5200
289
合计
6320
351
5。
常压塔计算草图
6。
汽化段温度的确定
(1)取过汽化度为进料量的2%(重量)或2。
03%(体积),即汽化量为3750㎏/h。
要求进料在汽化段的汽化率为eF为:
eF=(0。
86+8.14+5。
00+8.50+2。
03)%=24.53%
(2)汽化段的油汽分压
汽化段各物料量(过汽化分子量取320):
油品
t/h
㎏/h
kmol/h
常顶
1。
56
1560
13.6
常一
13。
76
13760
71.7
常二
8.72
8720
36。
0
常三
15.35
15350
50。
3
过汽化油
3.75
3750
11。
7
合计
43。
14
43140
183。
3
汽化段的油汽分压为:
1.53×183。
3/(183。
3+329)=0.547atm
(3)汽化段温度的初步求定
在图中常压实沸点曲线与平衡汽化曲线的交点为371℃,利用《石油炼制工程》图3-1将371℃换算成0。
547atm下的温度为348℃,从该交点做垂直于横坐标的直线A,在A线上找到348℃
点,过此点做平行于原油常压平衡汽化曲线
(2)的曲线(4),即为原油在0.547atm下的平衡汽化曲线。
在曲线(4)查得当eF=24.53%时的温度为356℃,此即为汽化段的温度tF。
(4)汽化段温度tF的校核
当eF=24.53%、tF=356℃时,进料在汽化段的焓计算如下:
进料带入汽化段的热量QF(P=1.53atmt=356℃)
物料
焓kcal/kg
热量
kcal/h
汽相
液相
常顶
280
280×1560=0。
44×106
常一
267
267×13760=3.67×106
常二
264
264×8720=2.30×106
常三
261
261×15350=4。
00×106
常底
206
206×148240=30.54×106
过汽化油
260
260×3750=0。
97×106
合计
QF=41。
92×106
所以hF=41。
92×106/187500=223kcal/kg
再按上述方法作出原油在加热炉出口压力1。
93atm下的平衡汽化曲线(3),设定加热炉出口温度为365℃,由曲线(3)读出在365℃时的汽化率为18。
7%(体积)。
显然,e0 进料在加热炉出口携带的热量(P=1.93atmt=365℃) 物料 焓kcal/kg 热量 kcal/h 汽相 液相 常顶 288 288×1560=0.45×106 常一 275 275×13760=3。 78×106 常二 272 272×8720=2.37×106 常三 汽相 269 269×8520=2.29×106 液相 225 225×6830=1。 54×106 常底 214 214×148240=31.72×106 合计 42。 15×106 所以h0=42。 15×106/187500=225kcal/kg 校验结果表明h0略高于hF,所以在设计的汽化温度356℃之下,能保证所需的拔出率,又能防止或减轻因油品裂解对侧线产品质量
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