常压塔工艺设计

常压塔工艺设计

目录

第一部分：

1、设计的目的和任务---------------------------------------------------------------------3

2、设计的原始数据及要求--------------------------------------------------------------12 第二部分：-------------------------------------------------------------------------------- 14

1、油品的性质参数计算----------------------------------------------------------------14

2、产品收率和物料平衡-----------------------------------------------------------------18

3、汽提蒸汽用量--------------------------------------------------------------------------20

4、塔板型式和塔板数--------------------------------------------------------------------21

5、常压塔计算草图-----------------------------------------------------------------------21

6、塔的各点压力确定--------------------------------------------------------------------21

7、汽化段温度-----------------------------------------------------------------------------21

8、塔底温度--------------------------------------------------------------------------------25

9、塔顶及侧线温度的假设--------------------------------------------------------------25

10、侧线及塔顶温度的校核-------------------------------------------------------------27 11全塔汽、液负荷分布图----------------------------------------------------------------32 第三部分-------------------------------------------------------------------------------------48

1、总结分析--------------------------------------------------------------------------------48

2、参考资料--------------------------------------------------------------------------------48

3、附图--------------------------------------------------------------------------------------

常压蒸馏装置工艺设计

本文论述了常压蒸馏在石油行业中的地位、作用及发展史。它是炼油厂炼油能力最大的装置，它的能耗、收率和分割精度对全厂，特别是深加工装置和石油化工装置具有显著的影响。石油是极其复杂的混合物，要从原油中获得各种各样的燃料、润滑油和其他产品，蒸馏正是一种合适、经济的手段，也是容易实现的方法。并且原油中含有硫、砷、盐等副食性的化合物，对装置有很大的副腐蚀，使装置的使用寿命有很大的减短，针对这种情况，本设计对防腐蚀、幽怨的拔出率、分馏精度和节能降耗等方面的技术改造进行了说明。本设计原料油为年处理量150万吨的胜利原油，加工方案为燃料型加工方案，为了满足时常经济的需要，产品为汽油、煤油、轻柴油、重柴油，常压渣油送至减压部分继续进行减压蒸馏。本设计采取经验的方法，对常压塔的操作参数，常压塔的工艺尺寸，常压塔的汽、液相负荷，产品的收率，产品的切割温度，以及塔板的水力学进行了计算。此外，本设计对常压加热炉的总的热法院和、烟囱、辐射段及对流段的工艺尺寸进行了计算，并对它们进行了校核，基本上符合要求，。本设计可以为炼厂同类型的装置的设计与操作提供参考。

关键词：常压塔常压炉蒸馏石油

前言

原油的蒸馏是原油加工的第一道工序。原油经过蒸馏分离成各种油品和加工装置的原料。原油经过蒸馏装置设计和操作的好坏，对炼油厂的产品质量、收率以及对原油的有效利用都有很大影响。

众所周知，石油是极其复杂的混合物，要从原油中提炼出各种各样的燃料、润滑油和其它产品，蒸馏正是一种合适的手段。而且常常也是一种最经济、最容易实现的分离手段。而且常减压蒸馏能够将液体混合物按其所含组分的沸点及蒸汽压的不同而分离为轻重不同的各种馏分。

正因为如此，几乎所有的炼厂中，石油的第一个加工装置就是蒸馏装置，借助于蒸馏过程，可以按所制订的产品方案将原油分割成相应的直馏汽油、煤油、轻柴油和重柴油馏分及各种润滑油馏分等。这些半成品经过适当的精制和调配便成为合格的产品。

随着炼油工业的发展变化，蒸馏装置逐年改进，现代工业正常减压蒸馏装置在现在炼厂中的作用也越来越重要。

常减压蒸馏在炼厂中是原油深度加工的基础装置，它要求为二次加工和三次加工创造条

件，因此研究原油蒸馏的工艺特征对原油蒸馏设计起到很大的指导作用。

原油的精馏是属于复杂精馏，它的特点如下：

（1）石油产品是一种范围较宽的馏分，因此它的分馏精确度远较一般的蒸馏系统要求低。（2）原油的本身是一种含有上千种组分的复杂的烃类混合物，因此其计算不能用二元和多元的精馏的计算方法而只能采用经验的方法。

（3）原油分馏塔的提馏段中气相回流的产生和热量的供应方式有二元和多元精馏塔也有所不同。原油精馏塔塔底温度较高，由于热源的限制和高温裂解的影响，故不采用重沸器传热，而用加热炉传热。

（4）由于原油分馏塔热量一般较固定，没有调节的余地。因此，塔的总回流热由全塔热平衡决定，而不是根据产品分离的精确度计算要求确定。

（5）根据产品的要求，分馏操作系统分汲进行。

（6）减压操作的目的是从原油中拔出尽可能多的馏分油，但是常压塔一般只能拔出沸点在360℃左右的馏分，若要进一步提高拔出率，则必须要有更高的汽化温度，就会导致油品的裂解。

当然，近几十年来，随着石油炼油工业的进展，原油的精馏技术也取得了较大的技术发展。

1、原油中的杂质对蒸馏装置中的设备及管线腐蚀影响着装置开工周期的长短。抑制腐蚀的方法：对低温的塔顶及塔顶油气馏出线上的冷凝冷却系统采取化学腐蚀措施；施行“一脱四注”一脱盐、脱水，注碱、注中和剂，注缓蚀剂和注水。对温度大于250℃的塔体及塔底出口系统的设备和管线等高温部位，选用合适的耐蚀材料。

2、提高拔出率与分馏精确度

原油通过蒸馏得到的各馏分油的总和与原油的处理量之比称为总拔出率。

在不影响质量的情况下，提高拔出率显然有利，常压塔的拔出率提高。为深加工创造了条件，但提高拔出率常受到产品质量的制约。甚至会降低塔的分馏精确度，使产品质量下降。

由于常压下减压蒸馏生产的产品不同，又在不同的压力下操作，因此对拔出率和分馏精确度有不同的侧重。常压蒸馏生产轻质馏分，馏分组成要求严格，常以提高分馏精确度为主。减压系统当生产裂化材料时，对馏分组成要求不严，对馏出油只要求其残炭和重金属含量要少，因此，在此前提下尽可能提高拔出率。提高拔出率主要从以下几个方面着手：

（1）完善和提高平式减压蒸馏技术，这是提高拔出率的主要途径

（2）优化操作方案，搞好平稳，操作。

（3）开展强化蒸馏实验等。

3节约能量降低能耗

针对目前现状，要我们在提高总拔出率降低能耗等方面采用一系列措施，以解决常减压装置面临的问题。

（1）从我国实际出发，节能应于节材、降耗、优质、增产、增收溶为一体，如优化换热网络，优化中段回流取热比例，降低过汽化率，增加循环回流换热等。

节约的途径：

（1）继续工艺流程革新研究，探索常压装置的多塔流程。如预闪流程和初馏塔开侧线流程，双减压塔流程等。以达到减少工艺节能的目的。

（2）全面系统地建立起适合我国原油及其产品特性的关联和数据库。

（3）提高推广以分馏塔及加热炉为主体的先进过程控制。

（4）利用计算机，我国常减压装置的工艺过程的参数进行节能优化分析。

（5）技术改造中，应用窄点设计法，并逐步向过程能量组合方法发展。

2、节能的一些措施

（1）狭点技术：该技术对于给定的热源组合和热组给出了换热的极限，使设计者知道换热潜力的大小，由英国一名教授70年代提出。

（2）减压蒸馏大气冷凝器用水改用常用塔馏分替代。如前苏联彼尔姆石油炼油与有机合成联合生产企业的减压蒸馏节能措施是大气冷凝器不使用水，而以冷却的常压塔馏分（柴油、塔顶循环回流等）替代取。另外，蒸汽喷射系统和减压塔在蒸馏过程中没有完全蒸发出来的粘稠减压馏分将常压塔的部分柴油压到重油中，使柴油馏分起到汽化剂的作用，将部分冷却渣油送回塔底。采用上述方法后，降低能耗，改善减压馏分油的质量，如颜色、粘度、馏分组成等。

填料和塔内件的应用，及减压塔系统机械抽真空来代替蒸汽抽真空对于节能大大有利。

总之，我国的常减压蒸馏还面临着众多的问题，有待于我们逐步探讨、研究、解决。今后我国的目的是搞好“一脱四注”进一步优化换热流程，提高换热终温，提高和稳定加热炉效果，抓紧减压，转油线的改造。有计划地更换新型塔盘和新型填料；提高真空度，增加总拔出率，加强设备防腐工作，大力推广流程模拟和计算机过程控制。

设计说明书

常减压装置是炼厂原油加工的头一个工艺装置，它是采用蒸馏的方法将原油分割成不同的

馏分及渣油，作为炼厂产品或下一工序的原料选出该装置。由于原油系由种类繁多的单体烃所组成的复杂混合物，并含有少量的硫、氮、氧、重金属的化合物和盐类，其组成因产地不同而变化，因而增加了原油蒸馏的复杂性。另外，由于炼厂对目的产品的要求不同，所采用加工方案和装置联合方式也不同，因此，在进行常减压蒸馏装置设计时，应根据具体条件从工艺流程工艺设备操作参数、目的产品、等因素加以综合分析，比较确定经济合理的设计。

一、原油评价及加工方案的确定：

确定一种原油的加工流程是炼油厂设计和生产的首要任务。根据所加工原油的特性，对产品的需求、加工技术的先进性、生产的灵活性和经济效益等方面的大量资料，进行全面综合分析，研究对比，方能得到合理的加工流程方案。必须对原油进行评价。

原油的性质及评价

由胜利油的一般性质，其特点是含蜡量高凝点高硫含量低，由原油的硫含量及两个关键馏分兵相对密度来分，胜利原油属于低硫蜡基原油，由相关的经验数据，可知，胜利油的各类馏分的油的性质大致如下：

1、直馏汽油率烷值较低，初馏点~200℃馏分率烷值为37但汽油的感铅性好，每公斤汽油加1.3克回乙基铅后，辛烷值增加22个单位，由37增加到59

2、航煤的刻度较小，结晶点较高，只能符合2号喷气燃料指标。直馏180-300℃馏分因其烃含量较低，无焰高度大，含硫较少，经过适量精制，可得到高质量灯用煤油。

3、柴油馏分的柴油指数一般高于70，180-300℃馏分可作-20号轻柴油，180-330℃馏分可作-10号轻柴油，具有良好的燃烧性能，煤油柴油由宽馏分含烷烃多，是制取乙烯的良好裂解材料。

4、润滑油脱蜡结果表明，脱蜡油收率为55.8-66.1%，粘度指数比较高，320-500℃馏分油，由于含烷烃量高（cp＞73），稠环芳烃含量低，硫氮重金属含量低，是很好的裂化原料。

5、胜利汽油350-550℃馏分油，由于粘度指数较高，这段馏分是良好的生产润滑油的原料。

6、胜利油中胶质、沥表质含量低。

（二）生产方案的确定：

一、原油加工方案的确定，是从原油评价数据为依据，综合考虑，对产品的需要，技术的先进性，生产的灵活性，及经济合理性等因素的结果。

由于胜利原油馏分较差，为了提高汽油煤油柴油及液化气等轻质产品的收率，必须采用深度加工的方法，胜利原油就是良好的裂化原料故将大部分重油作为催化裂化的原料，而放弃润滑油

的生产。按照产品规格要求，产品切割方案确定如下：

1、初馏点~130℃作重整原料或汽油

由于胜利油的直馏汽油辛烷值很低，与二次加工汽油调合后，辛烷值可达70-80。且含铅量较高，为了提高汽油的质量，应该大力发展宽馏重整生产高质量的汽油。同时可得到价格较高的芳烃。

2、 130~230℃作航空煤油

此段馏分的结晶点为-570，可作2号航煤，另外，由于-57与1号喷炮的结晶-60℃只差30℃可通过加氢降凝处理得到1号航煤，以满足我国目前发展的航空事业的需要。

3、230~300℃作轻柴油

由于人民生活水平的日益提高，对灯用某油需要量大大减少，因此本装置不生产灯用煤油而是0号柴油

4、300~350℃作重柴油，由于重柴油价格较低，需求量不大，也可以作为调合组分。

5、350-535℃作催化裂化原料

6、＞ 535℃用作焦化原料和燃料油

由于胜利油的减渣中胶质，沥青质含量低，不能直接生产沥青产品，而将其作为焦化原料，生产一些汽油、柴油和石油焦等。一部分减压用作本设计装置的加热炉的燃料，以满足燃烧需

二、常减塔的工艺流程

原油蒸馏工艺流程主要考虑以下几个问题：

1流程方案的确定

2汽化段数的确定

3换热方案的选择

1流程方案的确定：

确定大致的流程如上面所示

2汽化段数的确定：

常压蒸馏有单塔和双塔两种流程，国内一般采用双塔流程。国外为单塔流程，采用单塔还是双塔流程？应具体条件对有关因素进行综合分析决定。现将各因素概括如下：

（1）原油的砷含量：

原油中砷含量的多少和原油被加热温度的变化，对原油中砷含量有直接的影响。

砷含量过高影响铂重整装置加氢催化剂的使用寿命，因而一般将重整原料砷含量控制在200 PPB以下，这也是采用双塔流程的原因，国内加工胜利原油的炼厂，一般用双塔流程，并且采用初馏塔顶砷含量小的馏分做铂重整装置的原料。

（2）原油轻质馏分的含量

轻质馏分含量较少的原油，经过一系列换热器使其温度逐渐声高，一部分轻质油品随着原油温度的上升更而逐渐汽化，因而增加了原油通过其管路系统的阻力。结果是增大了原油泵所需扬程和该管路系统设备的压力登记，从而增加了电能的消耗和设备器材的金属重量。因此处理轻质油含量较多的原油时，采用从初馏塔分出部分轻质油后，再与高温度热源换热的流程，可以显著地减少换热系统的阻力。但胜利原油中汽油馏分较少（10%左右）采用初馏塔

可不考虑此因素。

（3）原油脱水效果

当炼厂使用电脱盐脱水系统，油田脱水很差或原油乳化现象严重，而电脱盐脱水效果不佳时，会因热过程中的汽化，造成系统大的压降特别是在水蒸发时，盐分析出附在管壁时，传热系数下降，压降进一步增大，严重时堵塞管路。而设置初馏塔，水分在初馏段汽化时，则可减轻

上述盐结垢和盐堵现象。

（4）原油的含硫量和含盐量

加工含硫原油时，温度超过160-180℃时，含硫化合物分解放出H2S而原油中的盐份则水析出HCL，造成蒸馏塔顶部，汽相馏出管线与冷凝冷却系统等低温部位的腐蚀，设置初馏塔系统，从而减轻了常压塔顶的副食，经济上合理。

除外，采用初馏塔，对平稳操作，确保产品质量收率，都能起到很好的作用。

综上所述，考虑到胜利原油的特点，选用初馏塔是比较合理的，更能适应各种条件的变化。

设置减压塔的原因

原油中350℃馏分以上的高沸点馏分是馏分润滑油和催化裂化、加氢裂化等装置的原料。原油经常压蒸馏流程蒸出小于350℃馏分后，常压渣油如果稍高于常压条件下蒸出高沸点组分，其平衡汽化温度就需大大超出油料热裂化的允许温度，蒸馏过程就无法实现了。为了降低汽化温度，确保到沸点组分的蒸出和产品质量，需要降低汽化段的压力使油在低于大气压下操作，并使油品汽化温度在最高允许温度下。这种操作过程就是减压蒸馏过程。

3、换热方案的选择

换热问题直接影响到装置的投资，钢材耗量和换热费用。如何选择最佳条件是设计装置的重要问题。正确地选择换热流程是降低生产成本的关键。特别是世界燃料价格显著上涨、石油资源不足的情况下，从降低能耗的观点看，采用换热系统的优化设计具有重要的意义。

设计一个完善的换热流程，所要涉及的因素很多，一般来说，先进的换热流程应:达到：换热量多，原油预热温度较高且合理；传热系数高；换热器的热强度较大；压力降较小；操作、检修方便。最终体现综合效果是最大限度地节约投资和操作费用。衡量一个换热流程标志如下：（1）合理利用本装置余热，尤其是低温热源。

（2）在经济合理条件下，热流换热后进冷却器的温度宜尽可能低。

（3）冷热流合理搭配，换热次序合理安排，使整个换热系统的平均温差最大。

（4）选择合理的冷热流的流体力学状态，使整个换热系统处于动力消耗可能小的原则下，而总传热系数最大。

换热流程中应考虑的因素：

（1）温位与热容量：热流温位越高，热容量就愈大、愈值得换热利用；反之，热六的热容量较小，在换热过程中温降很快，使平均传热温度差较低，除了温度外，热容量也是一贯人重要

的标志。

（2）粘度：粘度越大，传热愈差。

（3）原油的预热温度：进初馏塔的预热温度根据原油的含砷量，初馏塔拔出量及操作条件等因素的决定，而进常压炉的原油预热温度应尽可能高，

（4）热源的利用：特别是低温热源的利用。

（5）热时管程和壳程的选取：一般来说，对于一些有特殊要求的截止，如腐蚀性的，有毒性的和容易结垢以走管程为宜，温度和压力很高的截止也宜于走管程。在没有特殊要求的情况下，主要着眼于提高传热系数和最充分利用允许压力降值。

综合炼厂实际经验，考虑到上述几个方面，制定流程大致如下：

40-50 ℃的原油脱盐脱水后分两路换热：

一路：依次与减一1，渣油5，渣油4，渣油3，减二1，常二中换热至220℃二路：依次与减二3，常三，减三2，常二，减二2，渣油2换热至220℃，与一路汇合，同时由炉1炉2烟气预热的冷进料汇入，一起流入初馏塔的第17曾塔板上进行分馏。初馏塔顶油气经初顶空冷、初顶温冷，冷却冷凝20-40℃进入初顶分离罐，进行油水分离。顶油一部分打入塔顶作回流，一部分出装置。

初底油分两路依次与减三1换热后，汇合再与渣油1换热至温度为280℃，进入常压炉。

常顶塔顶汽油组分冷凝冷却，一部分打入塔顶作回流，另一部分继续冷却出装置。

常一线由常压塔第9层抽出，进入气提塔上段，由于常一线生产航油，故不用水蒸气汽提与常三线换热，提出的轻馏分返回第8层板下，常一线用泵抽出，进入空气预热器预热空气，然后冷却出装置。

常二线由第18曾板下抽出，进入汽提塔下段，经水蒸气汽提后轻馏分返回第26层下，常三线进入隆起预热器预热空气，然后换热出装置。

常一中循环回流由第13层板抽出，发生蒸汽冷却，打回第11层板上。

常二中循环回流由第22层板抽出，换热冷却后，打回第20层板上。

三、常压塔的设计

本次设计的任务就是常压塔的设计，内容有汽相液相复负荷的计算，塔径、塔高及塔板水力学性能的计算等。塔内汽、液相负荷是通过热平衡逐板计算，塔径有塔内的最大汽、液负荷决定，通过塔板水力学实验证设计是否合理？操作是否适宜？在该计算过程中，各参数的确定

采用了很多经验数据，现分别说明如下：

1、压力：常压塔顶压力是塔顶回流罐或产品罐的压力家上塔顶冷换系统的阻力。由于在一定的产品收率条件下，增加塔的操作压力择许响应地提高常压炉油品的出口温度，不但增加了炉子的热负荷，切受油品极限加热温度的制约，此常压塔的操作压力采用较低值是比较经济合理的，经谨严知，产品罐的压力为1.30 ，冷凝冷却系统的压力降为0.27 ，于是塔顶压力可定为

1.57 。

2、温度：常压塔顶温度可选用塔顶回流或塔顶循环回流控制，是在塔顶油气分压下产品的露点温度。即产品平衡蒸发100%的温度。又塔顶馏分物包括塔顶产品，塔顶回流蒸汽，不凝气和水蒸汽。由于塔顶不凝气量很少可忽略不计。将计算所得的塔顶温度采取系数为0.97作为采用塔顶温度。

侧线油品抽出温度可由回流或抽出量来控制，是在该抽出层油气分压下未经汽提的油品的泡点温度。考虑到同样条件下汽提前后的侧线产品的温度都差不多，通常按汽提后侧线产品在该处油气分压下的泡点温度来计算。

汽化段温度即是进料的绝热闪蒸温度，可由汽化段和炉出口操作压力、产品总收率、汽提蒸汽用量来定。

塔底温度一般采用经验数据，此温度比汽化段温度低5-10℃上面各温度具体数见后面计算。3、侧线汽提及塔底汽提

对于侧线汽提，由于油品分馏塔要求分离精度较低，侧线抽出的产品必然喊有比该侧线还轻的低沸点物质。而使用汽提就是除去这些轻馏分从而提高产品的闪点、初馏点及10%点温度。

塔底汽提则可以塔底重油中轻馏分含量，从而提高馏油的收率，总的来说，汽撞的目的，就是降低油气分压，以便轻馏分更多地留出来。

本次设计，使用292bar ,400℃的过热水蒸汽。

4、过汽化率

常压塔进料的汽化率至少应等于塔项产品和各侧线产品之和，否则不能保证要求的拔出率或轻质油收率为了使常塔精馏段最低一个侧线以下的几层塔板上有一定的液相回流以保证最低侧线产品的质量，原油进塔后的汽化率，应比塔上部各种产品收率高一些，要有一定的过汽化率。

过汽化率越大，相应进料温度也要提高。全塔取出的回流热也将增加，也就相应增加加热