【正文】 油的深度加工打好基礎(chǔ) [16]。 本設(shè)計(jì)的目的是核算或設(shè)計(jì)出一套對(duì)石油進(jìn)行初步分離的常壓裝置。該裝置是煉油廠和許多石油化工企業(yè)的龍頭裝置。它的意義在于，通過(guò)常壓蒸餾對(duì)原油的處理，可以按所指定的產(chǎn)品方案將原油分割得到汽油、煤油、輕柴 油、重柴油餾分以重油餾分等?？梢詼p少渣油量，提高原油總拔出率。不僅能獲得更多的輕質(zhì)油品，也可為二次加工、三次加工提供更多的原料油。 2 選題背景 研究目的和意義 當(dāng)今全球的能源危機(jī)原油價(jià)格飚升的局面嚴(yán)重的沖擊著世界范圍煉油的石化生產(chǎn) 。 我國(guó)的兩大超大型煉油和石化企業(yè)（中國(guó)石油和中國(guó)石化）不僅需要適應(yīng)這種全球的原油市場(chǎng)形式也必須要應(yīng)對(duì)嚴(yán)重的政策性虧本燃油的升級(jí)換代和越來(lái)越高的環(huán)保要求等巨大的壓力節(jié)能降能提高經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的重要手段 。 常壓蒸餾作為原油的一次加工裝置在原油加工總流程中占有重要 的作用近年來(lái)常減壓蒸餾技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)不斷創(chuàng)新裝置節(jié)能降耗顯著產(chǎn)品質(zhì)量提高 。 與國(guó)外先進(jìn)水平相比是仍存在較大的差距裝置耗能較大分餾和減壓拔出深度偏低對(duì)含硫原油的適應(yīng)性較差等 。 進(jìn)一步的提高常減壓裝置的操作水平和運(yùn)行水平顯得日益重要對(duì)提高煉油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也具有非常重要的意義 。 106t/a 常壓煉油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 67 頁(yè) 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及研究的主攻方向 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 2020年 4季度全球金融動(dòng)蕩可能加劇世界經(jīng)濟(jì)增速將進(jìn)一步放緩行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的外部環(huán)境可能繼續(xù)惡化但石油和化工行業(yè)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力明顯增強(qiáng) 。 在目前世界經(jīng)濟(jì)不太好 2020 年前三季度我國(guó)石油和 化工行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行基本保持平穩(wěn)態(tài)勢(shì) 。 全行業(yè)預(yù)計(jì)銷售收入 萬(wàn)億元同比的情況下國(guó)際原油價(jià)格已進(jìn)入慣性下跌的軌道很可能維持在每桶 90 美元或以下位置 。 2020 年 4 季度中國(guó)石油和化工行業(yè)生產(chǎn)仍將保持較為穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì) 。 全行業(yè)總產(chǎn)值增速可能減緩全年增幅在 28%左右；銷售收入增長(zhǎng)約 27%；進(jìn)出口貿(mào)易將繼續(xù)保持較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)增幅約為 35%；固定資產(chǎn)投資增幅在 27%左右；主要化工產(chǎn)品產(chǎn)量增幅在 520%之間 。 2020 年四季度考慮到國(guó)家可能繼續(xù)加大成品油價(jià)格接軌力度預(yù)計(jì)煉油行業(yè)利潤(rùn)全年增長(zhǎng) 6%左右 。 如果國(guó)際油價(jià)進(jìn)入下行軌 道煉油行業(yè) 10 月份或能走出困境實(shí)現(xiàn)扭虧為盈 。 當(dāng)前只要認(rèn)真落實(shí)中央的調(diào)控政策采取積極的應(yīng)對(duì)措施我們有理由對(duì)前景持審慎樂(lè)觀 。 統(tǒng)計(jì)顯示 2020 年年底至 2020 年年初國(guó)內(nèi)將有 5400 余萬(wàn)噸的新建原油加工能力投產(chǎn)如已投產(chǎn) 1000 萬(wàn)噸的中石化青島大煉化以及即將投產(chǎn)的 1200萬(wàn)噸的中海油惠州煉廠、中石油 1000 萬(wàn)噸中石油欽州石化等 。 保守估計(jì)至少將會(huì)形成每月 200 余萬(wàn)噸的汽柴油新增產(chǎn)量而在正常情況下 2020 年國(guó)內(nèi)汽柴油消費(fèi)能力不會(huì)形成每月 200 余萬(wàn)噸的新增量 。 因此汽柴油供不應(yīng)求的失衡狀態(tài)將結(jié)束并可能形成一段時(shí)期供大于求的局 面 。 國(guó)際方面 2020 年以來(lái)宣布、并將在未來(lái) 2 至 7年內(nèi)完工的 160 個(gè)煉油廠建設(shè)項(xiàng)目中如今只有 30 個(gè)將繼續(xù)推進(jìn) 。 全球逾五分之四煉油廠建設(shè)項(xiàng)目面臨下馬 。 目前我國(guó)已成為世界第三大煉油國(guó)我國(guó)石化工業(yè)將面臨不可多得的歷史發(fā)展機(jī)遇振興石油化工建設(shè)支柱產(chǎn)業(yè)的初步設(shè)想是 ： 第一步到 2020 年原油加工能力超過(guò) 2億 t/a乙烯生產(chǎn)能力達(dá)到 500萬(wàn) t/a左右基本形成支柱產(chǎn)業(yè)的框架；第二步到 2020年原油加工能力達(dá)到 3 億 t/a 以上乙烯生產(chǎn)能力達(dá)到 800～ 1000 萬(wàn) t/a 使我國(guó)石化工業(yè)有一個(gè)更大的發(fā)展在技術(shù)上達(dá)到世界水平 。 經(jīng)過(guò)近半個(gè)世 紀(jì)的建設(shè)和經(jīng)營(yíng)特別是進(jìn)入 80 年代以來(lái)由于發(fā)揮了油化纖的聯(lián)合優(yōu)勢(shì)我國(guó)石化工業(yè)得到了高速發(fā)展為國(guó)民經(jīng)濟(jì)作出了巨大的貢獻(xiàn) 。 選題背景 第 3 頁(yè) 共 67 頁(yè) (1)為市場(chǎng)提供了比較充足的石油和石化產(chǎn)品； (2)取得了一批重大科技成果； (3)石化科研和設(shè)計(jì)水平有很大提高 。 我國(guó)石化工業(yè)在生產(chǎn)和技術(shù)上雖然取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步但和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要相比和世界先進(jìn)水平相比還存在著較大的差距主要表現(xiàn)在 8 個(gè)方面 。 (1)產(chǎn)品增長(zhǎng)率跟不上需要； (2)質(zhì)量品種不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需要； (3)加工成本高； (4)生產(chǎn)裝置多數(shù)沒(méi)有達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模； (5)原料適應(yīng)能力差 ； (6)關(guān)鍵部件可靠性差； (7)裝置加工能力過(guò)剩開(kāi)工率較低； (8)企業(yè)特色不鮮明產(chǎn)品雷同 。 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速、健康發(fā)展對(duì)石化產(chǎn)品的需求日益增加 。 可以預(yù)計(jì)石化工業(yè)在本世紀(jì)末以至 2020 年都將保持較快的發(fā)展速度 。 國(guó)家已經(jīng)確定要把石化工業(yè)建成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè) 。 當(dāng)前我國(guó)石油化工既有很好的發(fā)展機(jī)遇也面臨著嚴(yán)峻形勢(shì)的挑戰(zhàn) 。 形勢(shì)嚴(yán)峻主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面 。 一是化工產(chǎn)品的價(jià)格無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)際市場(chǎng)都不象過(guò)去那樣堅(jiān)挺呈下滑趨勢(shì)對(duì)企業(yè)的銷售額和利潤(rùn)影響很大 。 二是國(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)加劇 。 國(guó)外一些大型石化公司在產(chǎn)品上、技術(shù)上都 紛紛進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)搶占地盤潤(rùn)滑油市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)尤為突出 。 世界各大石化企業(yè)在與我國(guó)進(jìn)行產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)還利用名牌、專利等方面的優(yōu)勢(shì)正在我國(guó)市場(chǎng)上進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激烈競(jìng)爭(zhēng) 。 過(guò)去 10 年來(lái)國(guó)外在我國(guó)申請(qǐng)的專利已達(dá) 7 萬(wàn)件覆蓋了很大的技術(shù)領(lǐng)域 。 世界石油化工科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展也對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的一些科技優(yōu)勢(shì)構(gòu)成新的威脅 。 發(fā)展趨勢(shì) 面對(duì)有限的能源資源人類應(yīng)該采用理性的做法 。 應(yīng)當(dāng)將石油加工看作是一個(gè)在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中需要消耗大量能源的加工行業(yè)要求我們不斷的追求最佳的生產(chǎn)工藝 106t/a 常壓煉油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 67 頁(yè) 參數(shù)、最合理的能源利用和最大的經(jīng)濟(jì)效益 。 我國(guó)煉油和石油化學(xué)加工技術(shù)的研 究不僅需要繼續(xù)加大石油和化工高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)新工藝路線投入而且要加強(qiáng)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置操作水平研究力度 。 從現(xiàn)有的裝置和裝備兩方面著手開(kāi)展擴(kuò)能增效、節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)生產(chǎn)的挖潛改造的研究工作 。 原油蒸餾是石油煉廠中能耗最大的裝置近年來(lái)采用化工系統(tǒng)工程規(guī)劃方法使熱量利用更為合理 。 此外利用計(jì)算機(jī)控制加熱爐燃燒時(shí)的空氣用量以及回收利用煙氣余熱可使裝置能耗顯著降 。 3 方案論證 方案選擇 一個(gè)煉油生產(chǎn)裝置有各種工藝設(shè)備（如加熱爐、塔、反應(yīng)器）及機(jī)泵等它們是為完成一定的生產(chǎn)任務(wù)按照一定的工藝技術(shù)要求和原料的加工流向 互相聯(lián)系在一起即構(gòu)成一定的工藝流程 。 一個(gè)工藝裝置的好壞不僅取決于各種設(shè)備性能而且與采用的工藝流程合理程度有很大關(guān)系 。 最簡(jiǎn)單的原有蒸餾方式是一段汽化常壓蒸餾工藝流程所謂一段汽化指的是緣由經(jīng)過(guò)一次的加熱 汽化 冷凝完成了將原油分隔為符合一定要求溜出物的加工過(guò)程 。 原油通過(guò)常減壓蒸餾一般可得到 350~370?C以前的幾個(gè)輕餾分可用作汽油、煤油（航空或燈用）柴油等產(chǎn)品也可分別作為重整、化工（如輕油裂解）等裝置的原料 。 蒸余的塔低重油可作鋼鐵或其他工業(yè)的燃料；在某些特定情況下也可做催化裂化或加氫裂化裝置的原料 。 我國(guó)的主要 原油輕質(zhì)餾分含量低若采用上述工藝流程則有相當(dāng)數(shù)量（ 25%~30%左右）的 350~500?C 中間餾分未能合理利用它們是很多的二次加工原料又能從中生產(chǎn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)所必需的各種潤(rùn)滑油、蠟、瀝青的原料 。 因此最常采用的是二段汽化（常壓蒸餾 減壓蒸餾）或三段汽化蒸餾（預(yù)汽化 常壓蒸餾 減壓蒸餾） 。 國(guó)內(nèi)大型煉油廠的原油蒸餾裝置多采用典型的三段汽化常減壓蒸餾流程 。 原油在蒸餾前必須進(jìn)行嚴(yán)格的脫鹽、脫水脫鹽后原油換熱到 230~240?C進(jìn)初鎦塔（又稱預(yù)汽化塔） 。 塔頂出輕油餾分或重整原料 。 塔低為拔頭原油經(jīng)常壓爐加熱到360~370?C 進(jìn)入常壓分餾塔塔頂出汽油 。 側(cè)線自上而下分別出煤油、柴油以及其它油料常壓部分大體可以到相當(dāng)于原油實(shí)沸點(diǎn)鎦出溫度約為 360?C的產(chǎn)品 。 它是裝置的主塔主要產(chǎn)品從這里得到因此其質(zhì)量和收率在生產(chǎn)控制上都應(yīng)給與足夠的重視 。除了用增減回流量及各側(cè)線鎦出量以控制塔的各處溫度外通常各側(cè)線處設(shè)有汽提方案論證 第 5 頁(yè) 共 67 頁(yè) 塔用吹入水蒸氣或采用 ―熱重沸 ‖（加熱油品使之汽化）的方法調(diào)節(jié)產(chǎn)品 的 質(zhì)量 。 常壓部分撥出率高低不僅關(guān)系到該塔產(chǎn)品質(zhì)量與收率而且也影響減壓部分的負(fù)荷以及整個(gè)裝置生產(chǎn)效率的提高 。 除塔頂冷回流外常壓塔通常還設(shè)置 2~3 個(gè)中段回流 。塔低用水 蒸氣汽提塔低重油（或稱常壓渣油）用泵抽出送減壓部分 。 常壓塔低油經(jīng)減壓爐加熱到 405~410?C送減壓塔 。 從原油的處理過(guò)程來(lái)看上述常減壓蒸餾裝置分為原油的初餾（預(yù)汽化）、常壓蒸餾和減壓蒸餾三部分油料在每一部分都經(jīng)歷一次加熱 汽化 冷凝過(guò)程故稱之為―三段汽化 ‖如從過(guò)程的原理來(lái)看實(shí)際上只是常壓蒸餾和減壓蒸餾兩部分二常壓蒸餾部分可采用單塔（僅用一個(gè)常壓塔）流程或者用雙塔（用初餾塔和常壓塔）流程 。 塔器設(shè)備在煉油、化工、制藥等過(guò)程工業(yè)中占有重要地位其性能的優(yōu)劣、技術(shù)水平的高低將直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、回收率經(jīng)濟(jì)效 益等各個(gè)方面 。 因此研究和使用新型的塔器設(shè)備對(duì)于強(qiáng)化氣、液兩相傳質(zhì)過(guò)程以及工業(yè)生產(chǎn)具有得要的意義 。 在煉油廠中二元精餾是罕見(jiàn)的經(jīng)常遇到的是多組分混合物的分餾即多元精餾 。石油精餾是復(fù)雜系精餾的主要代表石油精餾和簡(jiǎn)單的二元、多元精餾相比有其明顯的獨(dú)特之處 。 首先石油作為復(fù)雜混合物其組成迄今無(wú)法完全準(zhǔn)確測(cè)定 。 因此它不能應(yīng)用二元和多元精餾的計(jì)算方法 。 其次石油精餾的產(chǎn)品多為石油餾分而非高純度的單體烴類產(chǎn)品故其分餾精度的要求不如一般化工產(chǎn)品的精餾那么高 。 又因現(xiàn)在大型煉油廠的年處理量動(dòng)輒以數(shù)百萬(wàn)至千萬(wàn)噸計(jì)要求石油精餾塔相應(yīng)地 有巨大的生產(chǎn)能力因而其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更具有突出的意義 。 再者煉油廠的產(chǎn)品數(shù)量上絕大部分是做燃料的其價(jià)格遠(yuǎn)比通常的化工產(chǎn)品低廉這就規(guī)定煉油廠的生產(chǎn)工藝必須盡可能的降低生產(chǎn)成本 。 最后然而也是最重要的一點(diǎn)就是大型石油蒸餾裝置中的存油量常以百噸計(jì)顯而易見(jiàn)對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠性有著嚴(yán)格的要求 。 所有這一切為石油精餾規(guī)定了一系列的特點(diǎn) 。 石油精餾畢竟還是一個(gè)精餾過(guò)程精餾的基本原理和規(guī)律對(duì)它無(wú)列外的適用 。 因此應(yīng)該以汽 液平衡和精餾理論基本規(guī)律作指導(dǎo)來(lái)分析石油精餾過(guò)程 。 工藝原理 原油常壓精餾塔是常減壓蒸餾裝置的的重要組 成部分在討論常壓精餾塔之前先對(duì)減壓蒸餾裝置的工藝流程作一簡(jiǎn)要的介紹 。 所謂工藝流程就是一個(gè)生產(chǎn)裝置的 106t/a 常壓煉油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 67 頁(yè) 設(shè)備機(jī)泵、工藝管線和控制儀表按生產(chǎn)的內(nèi)在聯(lián)系而形成的有機(jī)組合 。 有時(shí)為了 簡(jiǎn)單明了起見(jiàn)在圖中只列主要設(shè)備、機(jī)泵和主要的生產(chǎn)工藝管線這就稱為原理流程圖 。 圖 1 是 典型的原油常減壓蒸餾的原理流程圖 它是以精餾塔和加熱爐為主體而組成的所謂管式蒸餾裝置 。 經(jīng)過(guò)脫鹽、脫水的原理由泵輸送經(jīng)一系列換熱器與溫度較高的蒸餾產(chǎn)品換熱再經(jīng)管式加熱爐 加熱至 370?C左右此時(shí)原油一部分已汽化油氣和未汽化的的油一起經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)油線進(jìn)入一個(gè)精餾塔 。 此塔在接 近大氣壓力之下操作故稱常壓（精餾）塔相應(yīng)的加熱爐就稱為常壓（加熱）爐 。 原油在常壓塔里進(jìn)行精餾從塔頂 溜出汽油餾分或重整原料油從塔側(cè)煤油和輕、重柴油等側(cè)線餾分 。 塔底產(chǎn)物稱為常壓重油一般是原油重沸點(diǎn)高于 350?C的重組分 。 圖 1 常壓煉油工藝簡(jiǎn)圖 前面討論了精餾過(guò)程現(xiàn)在來(lái)討論實(shí)現(xiàn)此過(guò)程的主要設(shè)備 ——精餾塔 。 石油精餾塔的根本特點(diǎn)是 ： 它處理的是一種復(fù)雜的混合物 ——石油生產(chǎn)的也是復(fù)雜的混合物——各種石油餾分 。 精餾塔的種類很多其主要有板式塔和填料塔這里主要介紹板式塔板式塔是一種應(yīng)用極為廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備它由一個(gè) 通常呈圓柱形的殼體及其中按一定間距水平設(shè)置的若干塊踏板所組成 。 而填料塔的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單一些其塔體為一圓筒筒內(nèi)方案論證 第 7 頁(yè) 共 67 頁(yè) 堆放一定高度的填料 。 操作時(shí)液體自塔上部進(jìn)入通過(guò)液體分布器均勻噴灑在塔界面上在填料表面呈膜狀流下 。 對(duì)于許多逆流氣液接觸過(guò)程填料塔和板式塔都可適用 。 設(shè)計(jì)者必須根據(jù)具體的情況進(jìn)行選 。 填料塔和板式塔有許多不同點(diǎn) ： （ 1）填料塔操作范圍較小特別是對(duì)于液體負(fù)荷的變化更為敏感 。 當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)填料表面不能很好地潤(rùn)濕傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí)則容易產(chǎn)生液泛 。 設(shè)計(jì)較好的板式塔則具有大得多的操作范圍 。 （ 2）填料 塔不宜于處理易聚合或固體懸浮物的無(wú)聊而某些板式塔（如大孔徑篩板、泡罩塔等）則可以有效地處理這種物系 。 另外板式塔的清洗亦比填料塔方便 。 （ 3）當(dāng)氣液接觸過(guò)程中需要冷卻以移除反應(yīng)熱或溶解熱時(shí)填料塔因涉及液體分布問(wèn)題而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻管 。 同理當(dāng)有側(cè)線出料時(shí)填料塔也不如板式塔方便 。 設(shè)計(jì)方案的確定 根據(jù)上述介紹以及石油精餾的特點(diǎn)我們應(yīng)選用板式塔作為石油精餾的常壓塔比較合理 4 原油有關(guān)性質(zhì)參數(shù)的計(jì)算 勝利油田原油 原始數(shù)據(jù) 見(jiàn)表 41[1]： 表 41 勝利油田原油的一般性質(zhì) 產(chǎn)品 實(shí)沸點(diǎn)沸程 ℃ 密度 20ρ 恩氏蒸餾餾出溫度 ℃ 汽油 ～ 0% 10% 30% 50% 70% 90% 100% 煤油 ～ 258 34 60 81 96 109 120 141 輕柴油 ～ 159 171 179 19