【文章內容簡介】 的成立標志著精餾設備集團化研 究的開始。 1955 年， Monsanto 公司的 Boles 發(fā)表了著名的《泡罩塔板設計手冊》，首先提出了科學的、規(guī)范化塔板設計技術，該方法到目前為止仍然廣泛流行。 天津大學 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 4 AIChE 放大效應的研究 50 年代在美國 AIChE 組織了三所大學進行了著名的 AIChE 精餾和吸收板效率的五年研究計劃，試圖建立一套完整和通用的精餾塔效率預測理論和放大方法。工程實際中被證明不能可靠用于工業(yè)放大，但其研究工作對板式塔基礎研究作出了巨大貢獻，其 AIChE 塔板效率理論和預測方法成為最經典的板效率估算方法。 60 年代，板式塔的另一個標志性的技術 進步就是 大孔篩板 的研究與應用。大孔篩板的廣泛應用也標志著塔設備操作控制技術、可靠精餾工藝模擬和塔設備設計技術的發(fā)展，尤其是計算機在線控制技術為生產控制帶來了革命性地變化。 階段Ⅲ (70～ 90 年代 ) 大型液體分布器的基礎研究使得填料塔的放大研究成功，并在減壓塔中應用獲得極大的經濟效益和社會效益。 階段Ⅳ (80～ 21 世紀 ) 世界范圍內煉油和石油化學工業(yè)向精細、大型化的方向發(fā)展，在計算機控制水平、工藝模擬和設計包、塔內件基礎研究和工業(yè)應用經驗積累越來越豐富等技術支撐下，現有塔設備的增效、增能、降耗，消除瓶頸、挖 潛改造，降低加工成本，提高經濟效益成為熱門的發(fā)展方向。填料繼續(xù)廣泛應用于減壓塔，并出現了某些常壓塔和加壓塔生產的增效、增能中獲得一定的效果報導的實例。新型、高效、大處理能力板式塔的不斷開發(fā)和研究，并在工業(yè)應用中獲得成功。 減壓蒸餾塔 根據生產任務的不同， 減壓塔可分為潤滑油性和燃料型兩 種。在一般情況下，無論是哪種類型的減壓塔，都要求有盡可能高的拔出率。減壓蒸餾的核心設備是減壓精餾塔 和它的 抽真空系統(tǒng) 。 對減壓塔的基本要求是在盡量避免油料發(fā)生分解反應的條件下盡可能多地拔出減壓餾分油 。做到這一點的關鍵在于 提高 汽化段的真空度 ，為了提高汽化段的真空度，除了需要有一套良好的塔頂抽真空系統(tǒng)外，一般還采取以下幾種措施： ①降低從汽化段到塔頂的流動壓降。這一點主要依靠減少塔板數和降低氣相通過每層塔板的壓降。 ②降低塔頂油氣流出管線的流動壓降?，F代減壓塔塔頂都不出產品，塔頂管線只供抽真空設備抽出不凝氣之用，采用塔頂循環(huán)回流而不采用塔頂冷回流。 ③一般的減壓塔塔底汽提蒸汽用量比常壓塔大，其主要目的是降低汽化段中的油氣分壓。當汽化段的真空度比較低時，要求塔底汽提蒸汽量較大。近年來，少用或不用汽提蒸汽的干式減壓蒸餾技術有較大的 發(fā)展。 ④減壓塔汽化段溫度并不是常壓重油在減壓蒸餾系統(tǒng)中所經受的最高溫度，此最高溫度的部位是在減壓爐出口。為了避免油品分解，對減壓爐出口溫度要加以限制，在生產潤滑油是不得超過 395℃，在生產裂化原料是不超過 400～ 420℃，同時在高溫爐管內采用較高的油氣流速以減少停留時間。 ⑤縮短渣油在減壓塔內的停留時間。塔底減壓渣油是最重的物料，如果在高溫下停留時間過長，則其分解、縮合等反應會進行的比較顯著。其結果，一方面生成較多的不凝氣使減壓塔的真空度下降；另一方面會造成塔內結焦。因此，減壓塔底部的直徑常?？s小以縮短渣 油在塔內的停留時間。 除了上述為滿足“避免分解、提高拔出率”這一基本要求而引出的工藝特征外，減壓塔還由于其中的油、氣的物性特點而反映出另一些特征。 ①在減壓下，油氣、水蒸氣、不凝氣的比容大，比常壓塔中油氣的比容要高天津大學 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 5 出十余倍。盡管減壓蒸餾時允許采用比常壓塔高的多（通常約兩倍）的空塔線速，減壓塔的直徑還是很大。為此，減壓塔一般采用多個中段循環(huán)回流，常常是在每兩個側線之間都設中段循環(huán)回流。這樣做也有利于回收利用回流熱。 ②減壓塔處理的油料比較重、粘度比較高，而且還可能含有一些表面活性物質。加之塔內的蒸氣速度又相當 高，因此蒸氣穿過塔板上的液層時形成泡沫的傾向比較嚴重。為了減少攜帶泡沫，減壓塔內的板間距比常壓塔大。加大板間距同時也是為了減少塔板數。此外，在塔的進料段和塔頂都涉及了很大的氣相破沫空間，并設有破沫網等設施。 由于上述各項工藝特征，從外形來看，減壓塔比常壓塔顯得粗而短。此外，減壓塔的底座較高，塔底液面與塔底油抽出泵入口之間的高差在 10m 左右，這主要是為了給熱油泵提供足夠的灌注頭。 常減壓蒸餾裝置是原油深加工的基礎，蒸餾過程的方案和設計是否合理、生產操作是否 穩(wěn)定優(yōu)化、產品質量是否良好等，直接影響 各個后續(xù)加工過程的處理量 收率和全廠的生產均衡性、能耗及經濟效益。 本課題為 500 萬噸 /年的原油蒸餾工程的燃料型常減壓塔的設計，主要任務是為催化裂化和加氫裂化提供原料。對燃料型減壓塔的基本要求是在控制餾出油中的膠質、瀝青質和重金屬含量的前提下盡可能提高餾出油的拔出率。根據以上分析可以得到： ① 采取填料塔結構以降低從汽化段至塔頂的壓降。 ②可以大大減少內回流量，在某些塔段，甚至可使內回流量減少到零。這可以通過塔頂循環(huán)回流和中段循環(huán)回流做到。 ③為了降低餾出油的殘?zhí)贾岛椭亟饘俸?，?汽化段上面設有洗滌段。洗滌段中設有塔板和破沫網。所用的回流油可以是最下一個側線餾出油，也可以設循環(huán)回流。為了保證最低側線抽出板下有一定的回流量，通常應用 1%～ 2%的過汽化度。對裂化原料要求嚴格時，過汽化度可高達 4%。一般來說，過汽化度不要過高。 ④燃料型減壓塔的氣、液相負荷分布與常壓塔或潤滑油型減壓塔有很大的不同。在燃料型減壓塔內，除了汽化段上面的幾層板上有內回流以外，其余塔段里基本上沒有內回流。因此，它的氣、液相負荷分布無須借助于熱平衡和猜算而可以通過分析直接算出。 天津大學 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 6 第二章 原油蒸餾工藝流程 原油 蒸餾具體工藝流程 確定原油加工方案是煉廠設計和生產的首要任務。煉廠根據所加工原油的性質、市場需求、加工技術的先進性和可靠性以及經濟效益等方面的綜合考慮，進行全面的分析、研究對比，才能制定出合理的加工方案。 原有蒸餾具體工藝流程如下： 原油預處理 應用電化學分離或加熱沉降方法脫除原油所含水、鹽和固體雜質的過程。主要目的是防止鹽類（鈉、鈣、鎂的氯化物）離解產生氯化氫而腐蝕設備和鹽垢在管式爐爐管內沉積。 采用電化學分離時 ,在原油中要加入幾到幾十 ppm 破乳劑（離子型破乳劑或非離子型聚醚類破乳劑 ）和軟化水，然后通過高壓電場 (電場強度 ～),使含鹽的水滴聚集沉降，從而除去原油中的鹽、水和其他雜質。電化學脫鹽常以兩組設備串聯(lián)使用（二級脫鹽 ,圖 1 原油二級電化學脫鹽流程）以提高脫鹽效果。 常壓蒸餾 預處理后的原油經加熱后送入常壓蒸餾裝置 (圖 2 常壓蒸餾（雙塔）流程 )的初餾塔 ,蒸餾出大部分輕汽油。初餾塔底原油經加熱至 360～ 370176。C ，進入常壓蒸餾塔（塔板數 36～ 48），該塔的塔頂產物為汽油餾分（又稱石腦油），與初餾塔頂的輕汽油一起可作為催化重整原料，或作為石油化工原料，或作為汽油 調合組分。常壓塔側線出料進入汽提塔，用水蒸氣或再沸器加熱 ,蒸發(fā)出輕組分，以控制輕組分含量 (用產品閃點表示 )。通常 ,側一線為噴氣燃料（即航空煤油）或煤油餾分，側二線為輕柴油餾分，側三線為重柴油或變壓器油餾分（屬潤滑油天津大學 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 7 餾分），塔底產物即常壓渣油 (即重油 )。 減壓蒸餾 也稱真空蒸餾。原油中重餾分沸點約 370～ 535176。C, 在常壓下要蒸餾出這些餾分 ,需要加熱到 420176。C 以上 ,而在此溫度下 ,重餾分會發(fā)生一定程度的裂化。因此 ,通常在常壓蒸餾后再進行減壓蒸餾。在約 2～ 8kPa 的絕對壓力下，使在不發(fā)生明顯裂化反應的溫度下 蒸餾出重組分。常壓渣油經減壓加熱爐加熱到約 380～400176。C 送入減壓蒸餾塔。減壓蒸餾可分為潤滑油型（圖 3 潤滑油型減壓蒸餾流程）和燃料油型兩類。前者各餾分的分離精確度要求較高，塔板數 24～ 26；后者要求不高，塔板數 15～ 17。 原油蒸餾 工藝 特點 由以上流程分析可知， 與一般的蒸餾一樣，原油蒸餾也是利用原油中各組分相對揮發(fā)度的不同而實現各餾分的分離。但原油是復雜烴類混合物，各種烴（以及烴與烴形成的共沸物）的沸點由低到高幾乎是連續(xù)分布的，用簡單蒸餾方法極難分離出純化合物，一般是根據產品要求按沸點范圍分割 成輕重不同的餾分，因此，原油蒸餾塔與分離純化合物的精餾塔不同，其特點為： ① 有多個側線出料口，原油蒸餾各餾分的分離精確度不要求像純化合物蒸餾那樣高，多個側口 (一般有 3～ 4 個 )可以同時引出輕重不同的餾分。 ② 提濃段很短。原油蒸餾塔底物料很重，不宜在塔底供熱。但通常在塔底通入過熱水蒸氣，使較輕餾分蒸發(fā)，一般提濃段只有 3～ 4 塊塔板。 ③ 中段回流。原油各餾分的平均沸點相差很大，造成原油蒸餾塔內蒸氣負荷和液體負荷由下向上遞增。為使負荷均勻并回收高溫下的熱量，采用中段回流取熱（即在塔中部抽出液體，經換熱冷卻回收熱量后再送回塔內）。通常采用 2～ 3 個中段回流。 。 天津大學 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 8 第三章 原油減壓蒸餾塔的設計 基本要求如下： 裝置處理能力：原油加工量 500萬噸 /年 年開工時間： 8000小時 操作彈性： 50%～ 105% 原油品種及摻煉比例： 減壓塔設計須滿足下列二種工況： 工礦一：大慶原油：阿曼原油：沙特原油＝ 50： 25： 25（ wt%） 工礦二：大慶原油：俄羅斯原油＝ ： （ wt%） 產品方案：減一線作為柴油產品， ASTM D86 95%≦ 365攝氏度 減壓塔盡可能多抽出催化原料及側線抽出 主要操作條件： 減壓塔頂設計壓力： 20mmHg 在設計條件和操作彈性范圍內保證所提供的產品的機械性能、水力學性能、產品質量和收率 減壓塔設計方案 根據減壓塔工藝條件所提供的原油性質及產品質量要求，我對常減壓蒸餾系統(tǒng)進行了工藝模擬計算，對減壓塔進行了流體力學核算，確定了塔徑及填料、內件布置方案。 減壓塔塔頂至進料段全部采用規(guī)整填料，根據工藝要求，填料共分為 5 段，設計主塔規(guī)格為Φ 4800/Φ 7800/Φ 4800mm，塔總高為 47576mm。 各段填料及內件設計說明如下： （ 1）頂循換熱段（床層ⅰ ） 頂循換熱段填料采用傳質、傳熱效率高的天津大學專利產品雙向金屬折波式波紋填料 型，高度 米，設計塔徑Φ 米。頂循液體分布器采用綜合性能優(yōu)良的倒班連通槽式液體分布器。減一線抽出集油箱采用新型槽盤式集油箱，在保證減一線及頂循液體抽出的同時，可將上升氣體分布均勻，集油箱采用可吸收受熱膨脹的結構，防止生產過程中由于熱膨脹造成的變形或毀壞。 為了改善填料層頂部液體初始分布效果，在填料段頂部設置 2 層 100mm 高的填料盤，其下面則為 9 層 200mm 高填料盤。 （ 2）柴油分離段（床層ⅱ） 天津大學 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 9 按工藝要求 ，為了使減一線生產合格的柴油產品，在減一線和減二線之間設置柴油分離段，該段要求有較高的理論板數。該段設計塔徑。 米，填料采用雙向金屬折峰式波紋填料 ZUPAC3 型高度 米，以保證分離效果。 液體分布器采用綜合性能優(yōu)良的導板連通槽式液體分布器。填料下方設新型槽盤式集油箱，將液體收集后，經降液結構導入下面一中液體分布器的一級槽中。集油箱采用可吸收受熱膨脹的結構，防止生產過程中由于熱膨脹造成的變形或毀壞。 為了改善填料層頂部液體初始分布效果，在填料段頂部設置 2 層 100mm 高填料盤，其下面則為 12 層 200mm 高填料盤。 （ 3）一中換熱段（床層ⅲ） 一中換熱段填料采用雙向金屬折峰式波紋填料 ZUPACI15 型，高度 米，設計塔徑Φ 7． 8 米。其中填料段頂部為 2 層 100mm 高填料盤，其余為 8 層 200mm高填料盤，以改善初始分布效果。 一中換熱段抽出集油箱采用新型槽盤式集油箱，在保證減二線及一中抽出的同時，將上升氣體分布均勻。集油箱采用可吸收受熱膨脹的結構，防止生產過程中變形或毀壞。 （ 4）二中換熱段（床層ⅳ） 該段設計塔徑 米。二中換熱段填料采用雙向金屬折峰式波紋填 料ZUPACI15 型填料 米，其中填料段頂部為 2 層 100mm 高填料盤，其余為 10 層200mm 高填料盤，以改善初始分布效果。液體分布器采用新型導板連通槽式液體分布器； 二中及減三線抽出集油箱采用新型槽盤式集油箱，可同時保證減三線及二中循環(huán)油的抽出和上升氣體重新調整、分布。集油精采用可吸收受熱膨脹的結構，防止生產過程中變形或毀壞。 （ 5）洗滌段（床層ⅴ） 洗滌段設計塔徑Φ 米。填料上段采用雙向