【文章內(nèi)容簡介】 熱量 ..................................... 82 原油所獲得的熱量 ....................................... 82 熱量利用率 ............................................. 82 本章小結(jié) ...................................................... 82 總結(jié) .............................................................. 83 設(shè)計展望 .......................................................... 86 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 參考文獻 .......................................................... 86 附錄 .............................................................. 88 致 謝 ............................................................ 93 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 前 言 石油的用途及意義石油是重要的能源之一，我國的 工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟運行都離不開石油，但是又不能直接作為產(chǎn)品使用，必須經(jīng)過加工煉制過程，煉制成多種在質(zhì)量上符合使用要求的石油產(chǎn)品，才能投入使用。 石油作為一種能流密度高，便于存儲、運輸、使用的清潔能源已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的方方面面。石油煉制工業(yè)是國民經(jīng)濟最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是提供能源，尤其是交通運輸燃料和有機化工原料最重要的工業(yè)。 據(jù)統(tǒng)計，全世界總能源需求的 40％ 依賴于石油產(chǎn)品，汽車、飛機、輪船等交通運輸器械使用的燃料幾乎全部是石油產(chǎn)品， 有機化工原料主要也是來源于石油煉制工業(yè)，世界石油總產(chǎn)量的 10%都用于 生產(chǎn)有機化工原料。 石油的概述 石油的組成與性質(zhì) 石油又稱原油，是從地下深處開采的棕黑色可燃粘稠液體。石油是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過漫長的演化形成的混合物，與煤一樣屬于化石燃料。石油的性質(zhì)因產(chǎn)地而異，密度為 — 克 /厘米，粘度范圍很寬，凝固點差別很大（ 30— 60176。C ），沸點范圍為常溫到 500176。C 以上，可容于多種有機溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。 組成石油的化學(xué)元素主要是碳（ 83% — 87%）、氫（ 11%— 14%），其余為硫（ %— %）、氮（ % — %）、氧（ %— %）及微量金屬元素（鎳、釩、鐵等）。由碳和氫化合形成的烴類構(gòu)成石油的主要組成部分，約占 95% — 99%，含硫、氧、氮的化合物對石油產(chǎn)品有害，在石油加工中應(yīng)盡量除去。 不同產(chǎn)地的石油中，各種烴類的結(jié)構(gòu)和所占比例相差很大，但主要屬于烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴三類。 通常以烷烴為主的石油稱為石蠟基石油；以環(huán)烷烴、芳香烴為主的稱環(huán)烴基石油；介于二者之間的稱中間基石油。我國主要原油的特點是含蠟較多，凝固點高，硫含量低， 鎳、氮含量中等，釩含量極少。除個別油田外，原油中汽油餾分較少， 渣油占 1/3。組成不同類的石油，加工方法有差別，產(chǎn)品的性能也不同，應(yīng)當(dāng)物盡其用。 石油的現(xiàn)狀及走勢 中國加入 WTO 后，石化市場日趨受到國外的嚴重沖擊已是當(dāng)今不爭的事實，石化工業(yè)如何適應(yīng)未來這種新的生產(chǎn)局面、參與市場競爭已經(jīng)成為極為嚴重的問題，降低西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 加工成本、提高經(jīng)濟效益、提高產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)高附加值的精細化工產(chǎn)品已成為當(dāng)今中國石化工業(yè)面臨的緊要工作。塔設(shè)備又是石油化工行業(yè)的重要設(shè)備，所以塔設(shè)備的質(zhì)量至關(guān)重要。如何擴能增效、節(jié)能降耗。如何改善塔的結(jié)構(gòu)，提高塔效率，提高操作彈性。這些都是塔設(shè)計人員所面臨的 新的研究和開發(fā)熱點。 我國煉油工業(yè)經(jīng)過 50 多年的發(fā)展，到 21 世紀初期，已經(jīng)形成 281Mt/a 的原油加工能力，生產(chǎn)的汽油、煤油、柴油、潤滑油等石油產(chǎn)品基本滿足國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的需要。但是，進入 21 世紀，特別是我國成為世界貿(mào)易組織的正式成員之后，按照市場準入、關(guān)稅減讓的相關(guān)壁壘協(xié)議，國內(nèi)成品油市場將逐漸融入國際市場，不可避免的要參與世界貿(mào)易大環(huán)境下的競爭， 基本依靠自有技術(shù)發(fā)展起來的我國煉油工業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。 2020 年，中國原油生產(chǎn)量位居世界第 5 位，由 2020 年的 10t ，增加到2020年的 10t ，進口石油 10t （原油 10t ，石油產(chǎn)品 107t ），其中東進口 107t ，比 2020 年增加 106t ，進口國家和地區(qū)接近 20 個。 常減壓蒸餾的概述 常減壓蒸餾 原油精餾裝置是煉油企業(yè)的 “ 龍頭 ” ，是煉油工業(yè)的第一道工序，為二次加工裝置提供原料，是原油加工的基礎(chǔ)，其能量的綜合利用程度和拔出率高低體現(xiàn)在石化企業(yè)的效益上，因此，開展常壓精餾裝置的研究是很有意義的。 原油常減壓蒸餾作為原油的一次加工工藝，在原油加工總流程中占有重要作用，近年來常減壓蒸餾技術(shù)和管理經(jīng)驗不斷創(chuàng)新，裝置節(jié)能消耗顯著，產(chǎn)品質(zhì)量提高。但與國外先進水平相比，仍存在較大的差距，裝置能耗仍然偏高，分餾精度和減壓拔出深度偏低，對含硫原油的適應(yīng)性差等。進一步提高常減壓裝置的操作水平和運行水平，顯著日益重要，對提高煉油企業(yè)的經(jīng)濟效益也具有重要意義。 常減壓蒸餾過程經(jīng)過一百多年的發(fā)展。已經(jīng)成為了一個比較完整的，較為成熟的工藝，目前國內(nèi)外常減壓蒸餾工藝流程大致都是由初餾塔、常壓塔、減壓塔，常壓爐、減壓爐組成的三塔兩爐工藝流程。 現(xiàn)有原油的常減壓蒸餾過程目前存在如下幾個方面的問題： （一）能耗大 目前常減壓蒸餾過程是一個耗能很高的過程，能量利用率很低，這主要是由兩個西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 原因造成的。 (1)輕組分過熱 由于常減壓蒸餾是一個一次閃蒸過程，所以每一種油品都需要加熱至同樣的溫度， 為了保證拔出率，油品要加熱到較高的溫度。常壓爐出口溫度一般在 365～370℃ ， 部分產(chǎn)品如汽油、煤油餾分沸點比較低，無需加熱到這樣的溫度。這不僅增加了工藝用能，而且，由于這些輕組份處于過熱狀態(tài)，導(dǎo)致塔內(nèi)氣液分布不合理，塔頂溫度過高，對產(chǎn)品質(zhì)量也有一定的影響。 (2)冷料多次汽化 初餾塔僅塔頂餾出部分汽油產(chǎn)品，由于塔頂 采用冷回流，使一部分已經(jīng)氣化的輕質(zhì)油品又變成液體，進入常壓爐二次加熱氣化，因此增加了常壓爐的負荷。 （二）油品質(zhì)量不好 油品存在重疊度大、餾分范圍寬等問題，其原因是： (1)一次閃蒸汽化 由于現(xiàn)有的常壓蒸餾過程是從原有的釜式蒸餾過程演化而來， 一次進料輕重組分都連續(xù)地從塔底加入，塔內(nèi)濃度混合嚴重，即使有汽提塔也不可避免地存在組分分割不清晰的現(xiàn)象。 (2)中段回流引起的返混 常減壓蒸餾塔由于塔頂冷回流而導(dǎo)致塔上部過熱，汽液相負荷過大，為解決這個問題，一般采用中段回流。中段回流雖然改善了汽液相負荷的分布，但也引 起了濃度返混，使得傳質(zhì)效率下降，降低了塔板效率，最終結(jié)果是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的下降。 （三）輕質(zhì)油拔出率不高 現(xiàn)有常減壓蒸餾過程中輕質(zhì)油收率低于原油中應(yīng)有的收率，這是因為采用目前這種過程，原油在三個塔中都是一次汽化進料，各塔都沒有提餾段，塔底液相受相平衡限制，輕重組分不能完全分離，不可避免地會使減壓餾分的餾程范圍變寬，這樣，不僅影響了減壓餾分的質(zhì)量，同時也降低了常壓部分輕質(zhì)油的收率。由于輕質(zhì)油價值遠高于重油組分，如果能將這部分輕質(zhì)油在常壓部分作為常壓餾分拔出，將會帶來可觀的效益。 總之，常減壓蒸餾過程雖然是一個成 熟的工藝，但從根本上還存在一些問題。造成眾多不合理的根本原因在于該過程中采用了一次閃蒸汽化、無再沸器、無提餾段的非完全塔結(jié)構(gòu)，由于塔型及工藝流程的組織不當(dāng)，造成了常減壓蒸餾目前的不合理狀況。因此，對現(xiàn)有常減壓過程從工藝流程到塔的結(jié)構(gòu)提出改進是很有必要的。 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 裝置設(shè)備的考慮因素 塔設(shè)備是化工，石油化工、煉油廠等廠中，塔設(shè)備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面，都有重大的影響。據(jù)有關(guān)材料報道，塔設(shè)備的投資費占整個工藝設(shè)備投資費的較大比例，它所耗用的鋼 材重量在各類工藝設(shè)備中也屬較多。因此，塔設(shè)備的設(shè)計和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。 作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液；兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列的各項要求 。在較大的氣（汽）夜流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或者液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。 、彈性大。塔設(shè)備的氣（汽）夜負荷 量有較大的波動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長期連續(xù)操作。 ，即流體通過塔 設(shè)備的壓力降小。這將有助于節(jié)省生產(chǎn)中的動力消耗，用來降低經(jīng)常操作費用。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還可以使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。 、材料用量小、制造和安裝容易，這可以減少基建過程中的投資費用。 ，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 煉油工藝流程圖 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 圖 燃料型煉油廠的生產(chǎn)工藝流程圖 圖 大慶原油的燃料 — 潤滑油生產(chǎn)工藝流程圖 工藝流程簡述 原油換熱及初餾部分 原油經(jīng)位于罐區(qū)的原油泵升壓進入裝置后經(jīng)流量調(diào)節(jié)分為兩路 ,其中一路再分為兩路，分別與原油－初頂油氣換熱器 E1001/1， 2 換熱后合并成一路，然后經(jīng)過原油－常頂循換熱器 E1003/原油 減一及減一中換熱器 E100原油 常一中（ II）換熱器 E100原油 減二線換熱器 E100原油 常底油（ III）換熱器 E1007，溫度升至 134℃ 后進入一級電脫鹽罐 D1001/1，從一級電脫鹽罐 D1001/1 出來的原油進入二級電脫鹽罐 D1001/3。另一路也分為兩路，分別與原油－常頂油氣換熱器 E1002/1， 2 換熱后合并成一路，再依次經(jīng)過原油 常頂循換熱器 E1003/原油常一線 換熱器 E100原油 常四線換熱器 E100原油 常一中（ IV）換熱器 E10原油 減渣（ IV）換熱器 E1011/1,2,溫度升至 134℃ 后進入一級電脫鹽罐 D1001/2，從一級電脫鹽罐 D1001/2 出來的原油進入二級電脫鹽罐 D1001/4。 從二級電脫鹽罐脫鹽 D1001/3 出來的脫后原油經(jīng)過 E1012/1, E1013/1, 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 E1014/1, E1015/1, E1016/1,2，分別與減粘油、常三線、常二中（ II） 、常 渣（ II） 、減二及減 二中（ I）換熱，溫度升至 239℃ 。從二級電脫鹽罐脫鹽 D1001/4出來的脫后原油依次經(jīng)過 E101 E1019/1, E102 E1022/1, E1023/1～ 3,分別與常二線、減三線、減二及減二中（ II）、減渣（ III）、常二中（ I）換熱，溫度升至 243℃ ，然后與從、 E1016/1,2 來的脫后原油合為一路進入初餾塔（ C1001）。 初餾塔頂油氣經(jīng)過 E1001/1,2 與原油換熱，再經(jīng)初頂油氣空冷器 Ec1001/1～8 冷凝冷卻到 40℃ 后進入初頂回流及產(chǎn)品罐（ D1002）進行氣液分離， D1002 頂不凝氣進入壓縮機入口緩沖罐（ D1011），然后引至瓦斯氣壓縮機，升壓后送出裝置。初頂石腦油進入初頂回流及產(chǎn)品泵（ P1003/1,2），升壓后一路作為初餾塔頂回流返回到 C1001 頂部，另一路作為石腦油產(chǎn)品出裝置。 初側(cè)油由初餾塔中部抽出進入初側(cè)油泵（ P1023/1,2），升壓后并入常一中的返 塔線進入常壓塔（ C1002）。 初餾塔底油經(jīng)初底泵 P1003/1,2 抽出升壓后分為兩路， 一路經(jīng)初底油 減三線及 三中（ II）換熱器 E1024/1～ 初底油 減粘 油及急冷油換熱器 E1025/1,初底 油 減渣（ I）換熱器 E1026/1～ 4 換熱至 313℃ 后與另一路混合；另一路經(jīng)過初底油 減渣（ II）換熱器 E1027/1,初底油 減三線及三中（ I）換熱器 E1028/1～初 底油 常渣（ I）換熱器 E1029/1,2 換熱后溫度升至 319℃ ，然后與從 E1026/1～ 4 來的初餾塔底油混合后進入常壓爐 F1001， 經(jīng)常壓爐加熱至 365℃ 后進入常壓塔進行分離。 常壓蒸餾部分 常壓塔頂設(shè)計溫度為 134℃ 、設(shè)計壓力為 （ g）。從常壓塔頂出來的常頂油氣經(jīng)原油 常頂油氣換熱器換熱至 99℃ 后，進入常頂回流及產(chǎn)品罐，從常頂回流及產(chǎn)品罐頂出來的油氣引至壓縮機入口緩沖罐（ D1011），然后與初頂不凝氣一起進入瓦斯氣壓縮機，升壓后送出裝置。常頂回流及產(chǎn)品罐中的液相進入常頂回流及產(chǎn)品泵 (P1004/1,2)，升壓后分為兩路，一路作為常壓塔頂回流返回到常壓塔頂部，另一路作為石腦油產(chǎn)品出裝置。 常一線油自常壓塔（ C100