【正文】 研究目的和意義 當今全球的能源危機原油價格飚升的局面嚴重的沖擊著世界范圍煉油的石化生產(chǎn) 。 我國的兩大超大型煉油和石化企業(yè)（中國石油和中國石化 ）不僅需要適應這種全球的原油市場形式也必須要應對嚴重的政策性虧本燃油的升級換代和越來越高的環(huán)保要求等巨大的壓力節(jié)能降能提高經(jīng)濟效益已經(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常減壓蒸餾技術和管理經(jīng)驗不斷創(chuàng)新裝置節(jié)能降耗顯著產(chǎn)品質(zhì)量提高 。 與國外先進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含硫原油的適應性較差等 。 進一步的提高常減壓裝置的操作水平和運行水平顯得日益重要 106t/a 常壓煉油生產(chǎn)工藝設計 第 2 頁 共 67 頁 對提高煉油企業(yè)的經(jīng)濟效益也具有非常重要的意義 。 國內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā) 展趨勢及研究的主攻方向 國內(nèi)現(xiàn)狀 20xx年 4季度全球金融動蕩可能加劇世界經(jīng)濟增速將進一步放緩行業(yè)經(jīng)濟運行的外部環(huán)境可能繼續(xù)惡化但石油和化工行業(yè)應對風險的能力明顯增強 。 在目前世界經(jīng)濟不太好 20xx 年前三季度我國石油和化工行業(yè)經(jīng)濟運行基本保持平穩(wěn)態(tài)勢 。 全行業(yè)預計銷售收入 萬億元同比的情況下國際原油價格已進入慣性下跌的軌道很可能維持在每桶 90 美元或以下位置 。 20xx 年 4 季度中國石油和化工行業(yè)生產(chǎn)仍將保持較為穩(wěn)定的增長態(tài)勢 。 全行業(yè)總產(chǎn)值增速可能減緩全年增幅在 28%左右；銷售收入增長約 27%；進出口貿(mào)易將繼 續(xù)保持較快的增長態(tài)勢增幅約為 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 。 20xx 年四季度考慮到國家可能繼續(xù)加大成品油價格接軌力度預計煉油行業(yè)利潤全年增長 6%左右 。 如果國際油價進入下行軌道煉油行業(yè) 10 月份或能走出困境實現(xiàn)扭虧為盈 。 當前只要認真落實中央的調(diào)控政策采取積極的應對措施我們有理由對前景持審慎樂觀 。 統(tǒng)計顯示 20xx 年年底至 20xx 年年初國內(nèi)將有 5400 余萬噸的新建原油加工能力投產(chǎn)如已投產(chǎn) 1000 萬噸的中石化青島大煉化以及即將投產(chǎn)的 1200萬噸的中海油惠州煉廠、中石油 1000 萬噸中石油欽州石化等 。 保守估計至少將會形成每月 200 余萬噸的汽柴油新增產(chǎn)量而在正常情況下 20xx 年國內(nèi)汽柴油消費能力不會形成每月 200 余萬噸的新增量 。 因此汽柴油供不應求的失衡狀態(tài)將結束并可能形成一段時期供大于求的局面 。 國際方面 20xx 年以來宣布、并將在未來 2 至 7年內(nèi)完工的 160 個煉油廠建設項目中如今只有 30 個將繼續(xù)推進 。 全球逾五分之四煉油廠建設項目面臨下馬 。 目前我國已成為世界第三大煉油國我國石化工業(yè)將面臨不可多得的歷史發(fā)展機遇振興石油化工建設支柱產(chǎn)業(yè)的初步設想是 ： 第一步到 20xx 年原油加工能力超過 2億 t/a乙烯生產(chǎn)能力達到 500萬 t/a左右基本形成支柱產(chǎn)業(yè)的框架；第二步到 20xx年原油加工能力達到 3 億 t/a 以上乙烯生產(chǎn)能力達到 800～ 1000 萬 t/a 使我國石化工業(yè)有一個更大的發(fā)展在技術上達到世界水平 。 選題背景 第 3 頁 共 67 頁 經(jīng)過近半個世紀的建設和經(jīng)營特別是進入 80 年代以來由于發(fā)揮了油化纖的聯(lián)合優(yōu)勢我國石化工業(yè)得到了高速發(fā)展為國民經(jīng)濟作出了巨大的貢獻 。 (1)為市場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)石化科研和設計水平有很大提高 。 我國石化工業(yè)在生產(chǎn)和技術上雖然取得了長足的進步但和國民經(jīng)濟 的發(fā)展需要相比和世界先進水平相比還存在著較大的差距主要表現(xiàn)在 8 個方面 。 (1)產(chǎn)品增長率跟不上需要； (2)質(zhì)量品種不能適應國內(nèi)外市場需要； (3)加工成本高； (4)生產(chǎn)裝置多數(shù)沒有達到經(jīng)濟規(guī)模； (5)原料適應能力差； (6)關鍵部件可靠性差； (7)裝置加工能力過剩開工率較低； (8)企業(yè)特色不鮮明產(chǎn)品雷同 。 國民經(jīng)濟的持續(xù)、快速、健康發(fā)展對石化產(chǎn)品的需求日益增加 。 可以預計石化工業(yè)在本世紀末以至 20xx 年都將保持較快的發(fā)展速度 。 國家已經(jīng)確定要把石化工業(yè)建成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè) 。 當前我國石油化工既有很 好的發(fā)展機遇也面臨著嚴峻形勢的挑戰(zhàn) 。 形勢嚴峻主要表現(xiàn)在兩個方面 。 一是化工產(chǎn)品的價格無論是國內(nèi)還是國際市場都不象過去那樣堅挺呈下滑趨勢對企業(yè)的銷售額和利潤影響很大 。 二是國際間競爭加劇 。 國外一些大型石化公司在產(chǎn)品上、技術上都紛紛進入我國市場搶占地盤潤滑油市場的競爭尤為突出 。 世界各大石化企業(yè)在與我國進行產(chǎn)品競爭的同時還利用名牌、專利等方面的優(yōu)勢正在我國市場上進行知識產(chǎn)權的激烈競爭 。 過去 10 年來國外在我國申請的專利已達 7 萬件覆蓋了很大的技術領域 。 世界石油化工科學技術的迅猛發(fā)展也對我國現(xiàn)有的一些科技優(yōu)勢構成新的威脅 。 發(fā)展趨勢 106t/a 常壓煉油生產(chǎn)工藝設計 第 4 頁 共 67 頁 面對有限的能源資源人類應該采用理性的做法 。 應當將石油加工看作是一個在生產(chǎn)過程當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)工藝參數(shù)、最合理的能源利用和最大的經(jīng)濟效益 。 我國煉油和石油化學加工技術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展擴能增效、節(jié)能降耗、實現(xiàn)安穩(wěn)長滿優(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 。 此外利用計算機控制 加熱爐燃燒時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 一個煉油生產(chǎn)裝置有各種工藝設備（如加熱爐、塔、反應器）及機泵等它們是為完成一定的生產(chǎn)任務按照一定的工藝技術要求和原料的加工流向互相聯(lián)系在一起即構成一定的工藝流程 。 一個工藝裝置的好壞不僅取決于各種設備性能而且與采用的工藝流程合理程度有很大關系 。 最簡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程 。 原油通過常減壓蒸餾一般可得到 350~370?C 以前的幾個輕餾分可用作汽油、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)國民經(jīng)濟所必需的各種潤滑油、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（預汽化 常壓蒸餾 減壓蒸餾） 。 國內(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行嚴格的脫鹽、脫水脫鹽后原油換熱到 230~240?C 進初鎦塔（又稱預汽化塔） 。 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 進入常壓分餾塔塔頂出汽油 。 側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于原油實沸點鎦出溫度約為 360?C 的產(chǎn)品 。 它是裝置方案論證 第 5 頁 共 67 頁 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)控制上都應給與足夠的重視 。除了用增減回流量及各側線鎦出量以控制塔的各處溫度外通常各側線處設有汽提塔用吹 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系到該塔產(chǎn)品質(zhì)量與收率而且也影響減壓部分的負荷以及整個裝置生產(chǎn)效率的提高 。 除塔頂冷回流外常壓塔通常還設置 2~3 個中段回流 。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 。 從原油的處理過程來看上述常減壓蒸餾裝置分為原油的初餾（預汽化）、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 冷凝過程故稱之為―三段汽化 ‖如從過程的原理來看實際上只是常壓蒸 餾和減壓蒸餾兩部分二常壓蒸餾部分可采用單塔（僅用一個常壓塔）流程或者用雙塔（用初餾塔和常壓塔）流程 。 塔器設備在煉油、化工、制藥等過程工業(yè)中占有重要地位其性能的優(yōu)劣、技術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)濟效益等各個方面 。 因此研究和使用新型的塔器設備對于強化氣、液兩相傳質(zhì)過程以及工業(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 。石油精餾是復雜系精餾的主要代表石油精餾和簡單的二元、多元精餾相比有其明顯的獨特之處 。 首先石油作為復雜混合物其組成迄今無法完全準 確測定 。 因此它不能應用二元和多元精餾的計算方法 。 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輒以數(shù)百萬至千萬噸計要求石油精餾塔相應地有巨大的生產(chǎn)能力因而其技術經(jīng)濟指標更具有突出的意義 。 再者煉油廠的產(chǎn)品數(shù)量上絕大部分是做燃料的其價格遠比通常的化工產(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就是大型石油蒸餾裝置中的存油量常以百噸計顯而易見對于生產(chǎn)過程的安全可靠性有著嚴格的要求 。 所有這一切 為石油精餾規(guī)定了一系列的特點 。 石油精餾畢竟還是一個精餾過程精餾的基本原理和規(guī)律對它無列外的適用 。 因此應該以汽 液平衡和精餾理論基本規(guī)律作指導來分析石油精餾過程 。 工藝原理 106t/a 常壓煉油生產(chǎn)工藝設計 第 6 頁 共 67 頁 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減壓蒸餾裝置的工藝流程作一簡要的介紹 。 所謂工藝流程就是一個生產(chǎn)裝置的設備機泵、工藝管線和控制儀表按生產(chǎn)的內(nèi)在聯(lián)系而形成的有機組合 。 有時為了 簡單明了起見在圖中只列主要設備、機泵和主要的生產(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左右此時原油一部分已汽化油氣和未汽化的的油一起經(jīng)過轉(zhuǎn)油線進入一個精餾塔 。 此塔在接近大氣壓力之下操作故稱常壓（精餾）塔相應的加熱爐就稱為常壓（加熱）爐 。 原油在常壓塔里進行精餾從塔頂 溜出汽油餾分或重整原料油從塔側煤油和輕、重柴油等側線餾分 。 塔底產(chǎn)物稱為常壓重油一般是原油重沸點高于 350?C 的重組分 。 圖 1 常壓煉油工藝簡圖 前面討論了精餾過程現(xiàn)在來討論實現(xiàn)此過程的主 要設備 ——精餾塔 。 石油精餾塔的根本特點是 ： 它處理的是一種復雜的混合物 ——石油生產(chǎn)的也是復雜的混合物——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方案論證 第 7 頁 共 67 頁 種應用極為廣泛的氣液傳質(zhì)設備它由一個通常呈圓柱形的殼體及其中按一定間距水平設置的若干塊踏板所組成 。 而填料塔的結構相對簡單一些其塔體為一圓筒筒內(nèi)堆放一定高度的填料 。 操作時液體自塔上部進入通過液體分布器均勻噴灑在塔界面上在填料表面呈膜狀流下 。 對于許多逆流氣液接觸過程填料塔和板式塔都可適用 。 設計者必須根據(jù)具體的情況進行選 。 填料塔和 板式塔有許多不同點 ： （ 1）填料塔操作范圍較小特別是對于液體負荷的變化更為敏感 。 當液體負荷較小時填料表面不能很好地潤濕傳質(zhì)效果急劇下降；當液體負荷過大時則容易產(chǎn)生液泛 。 設計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）當氣液接觸過程中需要冷卻以移除反應熱或溶解熱時填料塔因涉及液體分布問題而使結構復雜化板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻管 。 同理當有側線出料時填料塔也不如板式 塔方便 。 設計方案的確定 根據(jù)上述介紹以及石油精餾的特點我們應選用板式塔作為石油精餾的常壓塔比較合理 4 原油有關性質(zhì)參數(shù)的計算 勝利油田原油 原始數(shù)據(jù) 見表 41[1]： 表 41 勝利油田原油的一般性質(zhì) 產(chǎn)品 實沸點沸程 ℃ 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 ～ 159 171 179 194 208 225 239 重柴油 ～ 239 258 267 274 283 296 306 重油 ～ 289 316 328 341 350 368 376 344 常壓蒸餾曲線和實沸點蒸餾曲線的互換 106t/a 常壓煉油生產(chǎn)工藝設計 第 8 頁 共 67 頁 這種互換可以利用《 石 油煉制工程》 中的 圖 Ⅱ 1