280万吨原油常压蒸馏塔工艺设计

题目： 280万吨/年原油常压蒸馏塔工艺设计
院别：继续教育学院
专业：化学工程与工艺
班级： 10级化工
设计人： xxx
指导教师： xxx
280万吨/年原油常压蒸馏塔工艺设计
摘要
本次设计主要是针对年处理量280万吨混合原油的常压设计。

原油常压蒸馏作为原油的一次加工工艺，在原油加工总流程中占有重要作用，在炼厂具有举足轻重的地位，其运行的好坏直接影响到后续的加工过程。

其中重要的分离设备—常压塔的设计，是能否获得高收率、高质量油的关键。

近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新，装置节能消耗显著，产品质量提高。

但与国外先进水平相比，仍存在较大的差距。

为了更好地提高原油的生产能力，本着投资少，能耗低，效益高的思想对混合原油进行常压蒸馏设计。

设计的基本方案是：初馏塔拔出石脑油，常压塔采取三侧线，常压塔塔顶生产汽油，三个侧线分别生产煤油，轻柴油，重柴油。

设计了一个初馏塔一个常压塔一段汽化蒸馏装置，此装置由一台管式加热炉、一个初馏塔，一个常压塔以及若干台换热器（完善的换热流程应达到要求：充分利用各种余热；换热器的换热强度较大；原油流动压力降较小。

）冷凝冷却器、机泵等组成，在常压塔外侧为侧线产品设汽提塔。

流程简单，投资和操作费用较少。

原油在这样的蒸馏装置下，可以得到 350-360℃以前的几个馏分，可以用作石脑油、汽油、煤油、轻柴油、重柴油产品，也可分别作为重整化工（如轻油裂解）等装置的原料。

蒸余的塔底重油可作钢铁或其它工业的燃料。

在某些特定的情况下也可以作催化裂化或加氢裂化装置的原料。

本次设计共用34块浮阀塔板，塔距0.8m，塔径3.4m，塔高28.23m.换热流程一共通过12次换热达到工艺要求，换热效率是73.1%。

关键词：原油；常压蒸馏；物料衡算；热量衡算
2800000 Tons of Crude Oil Distillation Tower Design
Abstract
The design is mainly directed against the annual handling capacity of 2800000 tons mixed crude oil atmospheric design.
Crude oil atmospheric distillation as a crude oil processing technology, in the crude oil processing process plays an important role in refinery; play a decisive role, its operation has a direct influence on the subsequent processing process. One of the most important separation equipment - Design of atmospheric tower, is the availability of high yield, high quality oil key. In recent years the atmospheric-vacuum distillation technology and experience of management innovation, device energy consumption significantly, improve the quality of products. But compared with foreign advanced level，it still put in bigger difference.
In order to improve oil production capacity, in less investment, low energy consumption, high efficiency thought on Russian mixed crude atmospheric distillation design. The basic scheme of the design is: prefractionator atmospheric tower out of naphtha, take three sidings, atmospheric pressure tower to produce gasoline, three lateral line were producing kerosene, light diesel oil, heavy diesel oil. Design of a prefractionator of an atmospheric tower a vaporization distillation device, this device consists of a tube type heating furnace, a first distillation tower, an atmospheric tower and a number of heat exchangers (perfect heat transfer process should meet the requirement: make full use of all kinds of waste heat; heat exchanger strength; crude oil flow pressure drop is smaller.) Condenser pump, etc., in atmospheric tower is located outside of the side product stripper. Simple process, less investment and operation cost. Crude oil in this distillation device, can be 350-360 C several previous fraction, can be used as naphtha, gasoline, kerosene, light diesel oil, heavy diesel oil product, also can be respectively used as reforming chemical ( such as naphtha cracking ) device such as raw material. Steamed more than the tower bottom oil it can be used as a steel or other industrial fuel. In certain cases can also be used as catalytic cracking or hydro cracking raw material. This design uses 34 pieces of floating valve tray, 0.8m from the tower, the tower diameter 3.4m, tower 28.23m. The heat transfer process through a 12 heat exchanger that meet the technological requirements, heat exchange efficiency is 73.1%.
Keywords: Crude oil; Distillation; Material balance; Heat balance;
目录
1 文献综述 (1)
1.1 炼油化工技术的国内外现状 (1)
1.2常减压蒸馏 (6)
1.3 产品方案及工艺流程 (15)
1.4设计说明书 (16)
1.4.1 设计任务 (17)
1.4.2 常压塔的工作原理及工艺路线 (17)
2 工艺计算及说明 (20)
2.1设计数据 (20)
2.2 原油实沸点蒸馏曲线的绘制 (22)
2.3 常压塔工艺计算 (23)
2.4 全塔气、液相负荷分布 (39)
3 塔的设计及水力学计算 (53)
3.1塔板的操作条件 (53)
3.2塔板间距初选 (54)
3.3塔径初算 (54)
3.4浮阀数及开孔率的计算 (55)
3.5溢流堰及降液管的决定 (56)
3.6水力学计算 (57)
3.7塔板上的适宜操作区和负荷上下限 (59)
4 塔的内部工艺结构 (61)
5 换热流程设计 (64)
6 结论 (72)
参考文献 (74)
1 文献综述
1.1 炼油化工技术的国内外现状
1.1.1炼油化工技术的国内现状
我国的炼油化工技术，在建国后的前十年，在加工工艺、油品添加剂等方面有了初步发展。

随着大庆油日的开发，炼化工艺技术得到迅速发展。

炼油技术以“五朵金花”为标志，在流化催化裂化工艺技术、催化重整工艺技术、延迟焦化工艺、
尿素脱蜡工艺以及炼油催化剂新产品开发等方面都获得了突破性发展。

改革开放以来，炼油技术的发展主要以技术改造为主，围绕降低能耗、提高质量、搞好环保、合理利用资源发展综合配套技术，在催化重整、减粘裂化、加氢裂化、加氢精制等方面形成了自己的特色和优势。

石油化工技术伴随着炼油工业而迅速发展，在“一穷二白”的基础上，引进了先进的化工、化纤、化肥技术及装置，发展了精细化工技术。

80年代后，通过自主开发，完善和改进现有技术，石油添加剂的品种、产量逐步提高，添加剂单剂品种已发展到10大类、9个系列、113个品种，使我国成为世界石油化工大国。

由于原油中烃类和非烃类物质的组成因产地不同而异，因而不同产地的原油不论其外观和内在组成都存在一定差别，因为原油组成是决定其馏分性质的最基础的因素，所以概括了我国原油的特点：
（1）汽油的组成：我国原油中汽油的组成不仅正构烷烃含量高，而且环烷烃含量也在40%左右，国外相当一部分原油中汽油含环烷烃仅在20%-22%。

（2）煤柴油馏分的组成：我国原油的柴油馏分（除大港柴油）含烷烃很高，其中正构烷烃的含量占23%-41%，但芳烃及环烷烃含量较少。

（3）减压馏出油组成：我国原油（孤岛原油除外）350-500馏分具有含蜡多、比重小、含硫低、芳烃少、饱和烃多等特点。

（4）渣油的组成：其组成的含量与蒸馏深度有关，蒸馏深度越深，渣油中饱和烃越少，胶质和沥青质相对增加。

但我国的渣油（孤岛油除外）的沥青质都极少，沥青质与胶质之比几乎为零。

从碳含量、氢含量及C/H比看，主要渣油的含氢量比国外一般重质渣油高，C/H及沥青质低，可能有利于原油的深度加工。

（5）非碳氢元素的含量：我国大部分原油的硫含量较低，但氮含量偏高，大部分在0.2%以上。

我国原油中钒含量较低，但镍含量较高，镍/钒比值较国外原油高很多，因此，镍的影响比钒大。

此外，大庆原油中砷含量较高。

1、陆相石油地质研究
经过长期研究、探索与实践，我国己建立和发展了一套完整的符合中国地质特点的陆相石油地质理论，包括含油气区和盆地分类理论、复式油气聚集理论、低熟油理论、煤与煤系地层成烃理论等，形成了与世界海相生烃理论并列的理论体系。

50年来，运用这一理论，已先后发现了大庆湖盆三角洲巨型油田，以及胜蛇、任丘等近30个亿吨级以上的大型油日，东部渤海湾地区找到大批低熟油储量，西部侏
罗系地层取得一系列新的发现。

2、大型非均质砂岩油田开采技术
40年来，以大庆油田为代表，我国对陆相沉积大型非均质砂岩油田进行了开发研究与实践，形成了五代开采工艺技术，即：以早期注水开发为基础的"六分四清"自喷分层开采技术；以层系调整为基础的机械采油分层开采技术；以井网调整为基础的综合调整挖潜和低渗、薄层开采技术；以结构调整为基础的"稳油控水"开采工艺技术；以聚台物驱为主的三次采油技术。

这五代技术为大庆油田在5000万吨以上持续高产稳产提供了重要的技术保障。

3、渤海湾复式油气区滚动勘探、开发技术
渤海湾地区的胜利、辽河、中原、华北。

大港等油田，经过30多年艰苦研究、探索与实践，在多断陷、多断块、多含油气层的多种油气藏类型的复式含油气盆地，总结出一套滚动勘探、滚动开发的方法，即首先采用数字地震查明构造带形志及断块分布，预探井见油后，采用油藏描述技术进行油藏早期评价，并实施滚动开发，把勘探与开发紧密结合在一起，逐步扩大含油气面积和储量。

通过采用这套技术和方法，在渤海湾地区不断增加新的储量，不断形成新的生产能力，使渤海湾地区原油产量稳定在6000万吨／年左右。

4、地震勘探技术
地球物理勘探作为油气勘探的主要手段，自60年代数字技术革命开始以来，经过30多年的发展，从数据采集、资料处理、资料解释到物探装备制造，已经形成了一整套成熟的数字化技术。

改革开放以来，我国引进了部分国外先进技术和设备，使我国的地震勘探技术上了一个新的台阶。

"八五"以来，攻克了全三维处理和叠前二维、叠前三维深度偏移处理技术，研制开发了具有我国独立版权和当代先进功能GR1SYS地震资料处理系统和GR1Station地震资料解释系统，使我国地震勘探技术进一步接近或达到世界先进水平。

5、钻井工艺技术
50年来，我国石油钻并工艺技术取得了长足的进步。

自"六五"以来，钻井技术主要依靠国产化装备，从喷射钻井，定向井和丛式井钻井到水平井钻井，基本上每隔5年就上一个新的台阶。

现在，动用700个钻井队，就能够完成过去1000个钻井队完成的进尺工作量。

丛式井、定向井钻井已经成为普遍应用的常规技术，完全掌握了长、中、短半径水平井钻井技术。

深井、超深井钻井技术实现配套，为塔里
木盆地、四川高陡构造钻探提供了技术手段。

钻井液、完井液及各种处理剂形成系列，保护油气层技术快速发展。

近几年我国又发展了多底井、分枝井、侧钻水平井等钻井技术，实现了水平井对区块的整体开发。

6、复杂油气藏开采技术
稠油、低渗油等难动用储量是我国油田开发生产的重要组成和主要资源之一，但开发难度大、效益差。

经过连续开发和技术攻夫，在难动用储量开发上取得重大突破。

以蒸汽吞吐为主的稠油热力开采技术，研究形成了一套完整的工艺技术系列，目前我国稠油已动用储量8亿吨，年产量达1200多万吨，成为世界上第四大稠油生产国。

低渗透油气藏开采，从地质研究、油气层保护到压裂改造和地面流程采用了一系列新的工艺技术，形成了自己的优势和特色，现在已经动用的低渗透储量达7亿吨，年产量达1300万吨。

7、油田地质工程建设技
我国油气田地面工程建设，在油气集输和注水工艺流程、油气水处理工艺与设备、特殊油气藏地面工程工艺技术、含硫气田开采集输抗硫防腐技术及计算机辅助设计等方面，都有了重大进步。

特别是以节能降耗为中心的油气密闭集输和常温输送技术，已经得到普遍应用，原油密闭集输率大幅度提高。

在号称"死亡之海"的塔克拉玛干大沙漠地区，采用现代先进的技术装备，开展了大规模的地震勘探、深井钻控和地面建设活动；特别是在塔克拉玛干建成的世界上流动沙漠中第一条等级公路和相应的防沙工程，不仅为开发塔里木盆地的油气资源，同时也为当地社会经济发展创造了有利条件。

8、油田生产管理自动化技术
油田生产管理自动化技术的发展，是随着我国西部新油气田的开发建设而迅速取得突破的。

“八五”以来，西部开发的新油田，全部采用生产管理自动化技术，从油气井计量、测试、监控到油气集输、处理，实现了无人值守，大大减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。

在东河塘、轮南彩南、都善、丘陵、温米等油田，采用生产管理自动化技术，创造了人均年产油1万吨、产值千万元以上的高水平和高效益。

9、海洋石油勘探开发技术的突破
中国海洋石油技术的发展，是在引进、消化吸收国外先进技术的基础上，不断进行集成和创新，形成了可进行自营勘探开发的十大配套技术，包括：含油气盆地
资源评价；海上地震采集、处理和解释；水平井和大斜度井钻井；海上油气田完井及延长测试；数控测井与资料分析；数值模拟和油藏评价；海上复杂油气田开采；海上油气田工程设计、建造和安装；海上油气管道铺设以及海洋石油环境条件与预报技术等，一批高技术及其产业化的突破和发展，有力地推动了海洋石油经济的发展，1998年海上石油产量达到1631万吨，天然气38亿立方米。

[15]
1.1.2 炼油化工技术的国外现状
原油必须经过各种物理及化学加工过程转变为石油产品后才能被有效利用，这些转化过程的组合就构成石油炼制过程. 经过150 年的发展，石油炼制工业已经成为世界石油经济不可分割的一部分，各种炼油技术相继被开发出来，并被成功地应用于工业生产，极大地增加了石油产品的数量和提高了石油产品的质量.
1991 至2008 年世界各种石油加工能力的变化. 在此期间，世界原油蒸馏能力增加了9.6%，表明世界各国对油品的需求量在不断增加. 在主要的二次加工过程中，加氢裂化和加氢精制的能力增加较快，分别增加了5.3%和4.6%，而FCC 和重整能力增加较慢.加氢能力的增加主要缘于世界各国对低硫和超低硫车用燃料需求的不断增加，这使炼油厂普遍采用各种加氢手段降低燃料中的硫含量，以生产清洁燃料为美国、欧盟和亚太地区主要二次加工能力的对比. 二次加工能力定义为转化能力(FCC 和加氢裂化)和燃料生产能力(催化重整和烷基化)占原油蒸馏能力的百分比. 二次加工能力通常被认为是衡量炼厂复杂度的一个指标.可知，从1991 年到2003 年，全球二次加工能力中转化能力(FCC 和加氢裂化)增加较快，从1991年的13.8 Mb/d 增大到2003 年底的18.9 Mb/d，约增加了37%；燃料生产能力(催化重整和烷基化)的增长速度稍慢，从1991 年的11.2 Mb/d 增大到2003 年底的13.4Mb/d，约增加了20%. 上述4 种二次加工能力的增长速度都远远超过同期原油蒸馏能力的增长速度，表明世界炼厂的规模复杂度在不断增加，世界各国炼油企业一直在努力提高轻质油品收率，增加运输燃料的产量和提高其质量.在过去的10 年中，美国炼厂的FCC和加氢裂化能力略有增长，而燃料生产(催化重整和烷基化)能有一定程度的下降. 在美国，这4 种主要二次加工过程的能力占原油蒸馏能力的比例达到了70%以上，这说明美国的炼油业已是比较成熟的工业. 事实上，美国不仅拥有世界上最大的炼油能力，而且炼厂规模一般较大，炼厂的复杂度也较高.在欧盟国家，近10 年来，FCC和加氢裂化能力增加较明显，催化重整和烷基化能力略有下降；而在亚太地区，FCC 和加氢裂化的能力有极大的提高，催化重整和烷基化
的能力在1995∼1998 年间增加较快，1998 年以后又慢慢减少. 在欧盟地区，4 种主要加工过程的总能力占原油蒸馏能力的38%左右，而亚太地区则更少，不到30%. 与美国相比，欧盟和亚太地区的二次加工能力明显不足。

随着汽车制造业及机械工业的飞速发展以及环保要求日益严格,我国润滑油工业面临着经济效益及环保法规的双重挑战,同时还将面临着与国外公司在高档润滑油市场的激烈竞争,因此润滑油的升级换代已势在必行,迫切需要生产出具有高粘度指数、抗氧化安定性好、低挥发性的高档润滑油基础油。

国外APIⅡ类、Ⅲ类润滑油基础油的生产工艺有加氢裂化(加氢改质)、异构脱蜡(催化脱蜡)、加氢补充精制等全加氢工艺,也有与润滑油老三套相结合的组合工艺。

我国润滑油生产主要以老三套(包括溶剂脱沥青、糠醛精制和酮苯脱蜡装置)生产工艺为主,润滑油加氢研究工作虽在20世纪60年代就已开始,但直到80 - 90年代才大规模开展起来。

原油蒸馏是石油炼厂中能耗最大的装置，近年来采用化工系统工程规划方法，使热量利用更为合理。

此外，利用计算机控制加热炉燃烧时的空气用量以及回收利用烟气余热，可使装置能耗显著降低。

[15]
1.2常减压蒸馏
19世纪20年代主要石油产品为灯用煤油，原油加工量较少，原油蒸馏用釜式蒸馏法（原油间歇送入蒸馏釜,在釜下加热）进行。

19世纪80年代,随着原油加工量逐渐增加，将4～10个蒸馏釜串联起来,原油连续送入，称为连续釜式蒸馏。

1912年，美国M.T.特朗布尔应用管式加热炉与蒸馏塔等加工原油，形成了现代化原油连续蒸馏装置的雏形，原油加工量越来越大。

近30年来，原油蒸馏沿着扩大处理能力和提高设备效率的方向不断发展，逐渐形成了现代化大型装置（见彩图）。

中国现有40余套原油蒸馏装置，年总加工能力超过100Mt。

[14]
1.2.1 原油蒸馏的特点
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（见精馏）。

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。

1.2.2常减压蒸馏的作用
石油是沸程极宽的复杂烃类混合物。

要从石油中提炼出多种多样的燃料油、溶剂油、润滑油和其它石油化工产品，必须将石油分隔为不同沸程的馏分，然后按照油品的使用要求，脱除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，炼油厂必须解决石油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。

蒸馏技术是复杂石油体系特征化最适宜的手段，也是石油加工最经济、最容易实现的分离方法，炼油过程第一套加工装置就是常减压蒸馏。

按照所制定的原油加工方案，常减压蒸馏装置将原油分割成一次加工产品和二次加工原料。

一次加工产品包括：直馏汽油、煤油、轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分等，这些馏分经过适当的精制和调配便成为合格的石油产品。

二次加工原料包括：重整原料、催化裂化原料加氢裂化原料乙烯裂解料等，这些馏分油既可以经过二次加工提高轻质油的收率和产品质量，也可以作为石油化工装置的生产原料。

因此常减压蒸馏决定着整个石油加工过程的物料平衡，被誉为石油加工的“龙头”。

1.2.3常减压蒸馏的现状与发展趋势
我国蒸馏装置规模较小大部分装置处理能力为2.5Mt/a,仅有几套加工能力超过4.5Mt/a.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拔出率方面存在较大差距.。

新建较大炼油厂镇海、高桥8Mt/a及西太平洋10Mt/a等大型化的蒸馏装置,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℃,最多重叠度达
到86℃,多数装置常二线与常三线恩氏蒸馏馏程重叠在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挥发度及重质润滑油馏分的残炭和安定性等方面存在差距较大。

由于原油进入炼油厂后必须首先进入常减压装置进行一次加工,因此炼油厂的加工能力一般用原油常压蒸馏装置的加工能力来表示,因此世界原油加工的能力基本上就是世界常压蒸馏装置的加工能力。

炼油厂的大型化是提高劳动生产率和经济效益，降低能耗和物耗的一项重要措施.2004年1月底,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以上的炼厂126座,分散在34个国家和地区,其中美国30座,西欧33座,前苏联18座,亚洲地区32座.加工能力在20Mt/a以上的炼厂共有16座,目前世界上最大的炼厂是帕拉瓜纳炼油中心,加工能力为47Mt/a.在炼油技术发达国家单套蒸馏装置的规模一般在5Mt/a以上,不少装置达到10Mt/a以上.目前世界最大的常减压装置为印度贾拉加炼油厂单套加工能力为15Mt/a。

1.2.4 蒸馏的基本原理及其工艺特点
蒸馏塔是整个常减压装置工艺过程的核心。

蒸馏是炼油工业中一种最基本、最常用的分离方法。

它是分离（传质）过程中最重要的单元操作之一。

不仅常减压装置有蒸馏过程，乎每种加工装置都要用到。

例如催化裂化装置的分馏塔，气体分馏装置的分馏塔，重整装置的预分馏塔等等。

它们的操作条件不同、介质不同、产品数目不同、分离目的不同，但其原理是一致的。

化工生产中经常要处理由若干组分所组成的混合物。

为了满足储存、运输、加工和使用的要求，时常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质或组分。

蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。

这种操作是将液体混合物加热使之部分气化，在蒸馏塔内利用混合物各组分的挥发度不同的特性以实现分离的目的，或者通俗地说是利用其中各组分沸点不同的特性来实现分离。

原油是不同沸点的复杂组分组成的混合物，我们所说的常减压蒸馏就是指在常压状态下和真空状态下，根据原油中各组分的沸点不同，将原油切割成不同馏出物的过程。

不同沸点范围的馏出物称之为“馏分”，在一定温度下蒸馏出来的馏分也是混合物，例如小于200℃的柴油馏分、200至350℃的柴油馏分等等。

在验室里将馏分油加热，将馏分油开始气化的温度称为“初馏点”，蒸出总体积的10%时的温。