毕业设计轻烃分离装置工艺设计

毕业设计轻烃分离装置工艺设计内容摘要：

................................... 95 参考文献 ................................................................................................................................ 96 致 谢 ........................................................................................................ 错误 !未定义书签。 1 第一章 总 述 前言 “烃 ”就是碳、氢两种元 素以不同的比例混合而成的一系列物质。 其中较轻的部分，就叫做轻烃 [6]。 天然气的主要成份是 C1，含少量的 C2，液化石油气的主要成份是 CC4，它们在常温常压下呈气态，叫气态轻烃。 C5C16的烃在常温常压下是液态，我们就叫它液态轻烃。 液态轻烃中最轻的部分是 C C6，饱和的 C5 、 C6是鼓泡制气的最好原料，再重一点的部分就是汽油、煤油和柴油等。 如果把石油按碳原子数排列起来分成段，第一段就是天然气，即碳一、碳二；第二段是液化石油气，即碳三、碳四，这两段在常温常压下呈气态，是气态轻烃；我们制气所用的原料主要是油气田开采过程中以碳五碳六为主的这段伴 生副产品，在常温常压下呈液态。 用其所制成的燃气在使用上和天然气、液化石油气是一样的。 轻烃永远与石油、天然气共存。 轻烃具有一系列优良的物理化学性质。 轻烃燃气与天然气一样，都是清洁燃料。 除了热值高、燃烧排放清洁外，与天然气和液化石油气相比，其运输、贮存、分销更为方便安全，不仅可作为居民饮食、洗浴、采暖等各种生活用燃气设施的气源，也是机关、学校、饭店等公用事业和玻璃、陶瓷、建材、食品等工业企业烹饪、采暖、制冷和生产加热设施的理想气源。 所以设计合理优化的轻烃分离装置，在化工生产中占有举足轻重的地位。 主 题 轻烃的分离原理 轻烃分离技术是现在最常用的技术之一，研究轻烃分离技术至关重要。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中具有广泛应用。 精馏按操作压力可分为以下三类 [6]。 常压精馏：精馏在常压下进行。 减压精馏 :用于常压下物系沸点较高，使用高温加热介质不经济或热敏性物质不能承受的情况。 减压可降低操作温度。 加压精馏 :对常温常压下为气体的物系 (如空气 )进行精馏分离，可采用加压精馏以 2 提高混合物的沸点。 精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。 在精 馏塔中，原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。 在精馏段，气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获得轻组分产品。 在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品。 气、液相回流是精馏操作的重要特点。 分离顺序的选择 用经验法确定分离顺序。 经验法又称启发法，它凭借在分离过程和工程领域长期积累的经验所归纳出来的经 验规则，对具体的问题进行定性的分析而确定分离顺序的方法。 使用该方法可免于对所用可能的分离顺序进行考察，在不作设计和设备费估计的情况下很快地选出较好的分离顺序 [10]。 (1)按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶分离出各种组分。 (2)最困难的分离应该放在塔序的最后。 (3)应使各个塔的馏出液的摩尔数与釜液的摩尔数尽量接近。 (4)分离很好回收率的组分的塔应放在塔序的最后。 (5)进料中含量很高的组分尽量提前分出 上述五条规则在实际应用中常常是相互矛盾的，根据某些规则导出一个塔序，而从另外 规则又导出不同的塔序。 在实际设计中有必要评比若干不同的塔序方案，以明确在该具体条件下哪个因素是主要的。 所以上述方法的真正作用是在于减少需要评比的不同方案的数目，因为有很多塔序，由经验法已可以确定是不可取的，大大缩小了评比的范围。 进一步评比的方法有调优合成法和算法合成技术。 产品性能用途 (一 )液化气产品 高压或低温液化的石油气，是由丙烷、正丁烷、异丁烷及少量的乙烷、不饱和烃等组成；具有污染少、发热量高、压力稳定、储存设备简单、供应方式灵活等特点。 产品用途：炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品； 主要用作石油化工原料，用于 烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机燃料 [1]。 3 (二 )异戊烷 中文名称 2， 2甲基丁烷。 分子式： C5H12；熔点 ℃ ，沸点： ℃ ，相对密度(水 =1) ，相对蒸气密度 (空气 =1) ，饱和蒸气压 (kPa) (℃ )， 燃烧热(kJ/mol) ，临界温度 (℃ ) ，临界压力 (MPa) ；纯品为无色透明的易挥发液体，具有令人愉快的芳香气味，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂；极易燃， 其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸，且对人体具有麻醉及轻度的刺激作用，皮肤长期接触可发生轻度皮炎。 生产方法：石油炼厂和石油化工厂的副产品。 在炼厂铂重整拔头油的碳五馏分中含有异戊烷 在催化裂化汽油的碳五馏分中也含有异戊烷 (胜利原油中约含 2%)工业级的异戊烷含杂质是沸点相近的烷烃、环烷不饱和烃及水分其不饱和烃用浓硫酸洗涤除去水分用无水氯化钙、五氧化二磷或金属钠等脱水剂脱除工业生产可用分子筛脱水最后再分馏精制分馏液用高温活化的硅胶吸附柱除去微量的直链烃即得精制异戊烷产品。 此外工戊烷在氯化铝 或氯化氢存在下经异构化也可生成异戊烷 [1]。 产品用途：可以作聚乙烯生产中催化剂的溶剂、可发性聚苯乙烯的发泡剂、聚氨酯泡沫体系的发泡剂、脱沥青溶剂等；其辛烷值高，可用于汽车、飞机燃料。 (三 )正戊烷 无色液体，具有微弱的薄荷香味；极易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物；遇明火、高热极易燃烧爆炸。 与氧化剂能发生强烈反应，甚至引起燃烧；液体比水轻，不溶于水，可随水漂流扩散到远处，遇明火即引起燃烧；属于低毒类，高浓度可引起眼与呼吸道粘膜轻度刺激症状和麻醉状态，甚至意识丧失，慢性作用为眼和呼吸道的轻度刺激。 生产方法：生产方法由石油裂解产物分离而得。 例如在炼厂拔头油的碳五馏分中主要含有正戊烷和异戊烷。 大庆原油的汽油馏分中正戊烷约占 8%胜利原油的碳五馏分中正戊烷约占 3%通过戊烷分离塔或分子筛分离可得正戊烷和异戊烷。 南京栖霞山采用五塔精馏生产流程制得发泡戊烷不仅发泡率大 (达到 50%60%)且稳定性好、沸点高、能耗小大大提高了发泡戊烷的附加值。 产品用途：在三氯化铝存在下，经异构化可制备异戊烷；也用作萃取溶剂，聚苯乙烯理想的发泡剂，液态空气机的润滑剂；用于低温温度计，制人造冰，麻醉剂，以及合成戊醇等。 4 (四 )正己 烷 低毒、有微弱的特殊气味的无色液体，熔点 ℃ ，沸点 ℃ ；具有一定的毒性，会通过呼吸道、皮肤等途径进入人体，长期接触可导致人体出现头痛、头晕、乏力、四肢麻木等慢性中毒症状，严重的可导致晕倒、神志丧失、甚至死亡。 极易挥发着火，极易燃易爆其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。 遇明火、高热极易燃烧爆炸。 与氧化剂接触发生强烈反应甚至引起燃烧。 在火场中受热的容器有爆炸危险其蒸气比空气重能在较低处扩散到相当远的地方遇明火会引着回燃。 产品用途：正己烷的主要作溶剂、如丙烯等烯烃聚合时的溶剂、食用植物油的提取剂、 橡胶和涂料的溶剂以及颜料液化气的使用涉及有色金属冶炼、窑炉培烧、汽车燃料、居民生活等领域。 有色金属冶炼中要求燃料热质稳定无燃炉产物 无污染 而液化石油气都具备了这些条件。 液化石油气被加热气化后可以方便地引入冶炼炉燃烧。 山东金升有色金属集团公司已将液化石油气成功地用于德国克虏伯熔炼炉的铜冶炼工艺代替了原煤气燃烧工艺减少了硫、磷等杂质的危害提高了铜材质量。 生产现状 正戊烷的生产现状：目前，国内戊烷生产技术主要来自于天津大学和北京化工研究院。 [1]主要生产原料为油田轻烃、原油预处理装置的拔头油、加 氢装置的轻石脑油、重整加氢后的混合烃、炼厂气分装置的 C5及乙烯装置裂解副产的 C5馏分，也可采用 C5醚化后的混合 C5分离精制处理得到，也可采用环戊二烯加氢制得。 从直馏汽油、天然气凝析油、加氢裂化尾油、重整汽油中经分馏获得的 C5馏分，以戊烷分离塔和异戊烷塔高效精馏分离而得到正戊烷和异戊烷产品居主导地位。 目前戊烷产品还没有国家统一标准，但生产企业有各自的企业标准，且与国外同类产品的标准相当。 发展前景 戊烷混合烃在我国的储量与液化石油气产量相当，作为一次能源替代液化气、柴油、电等二次能源，对优化我 国能源结构，提高能源利用效率，作为天然气投入产出不经济市场的有益补充，具有重要的战略意义和现实意义。 我国的油田和炼厂的轻石脑油资源丰富， “碳五轻石脑油综合利用技术 ”利用廉价的原料生产较高附加值的产品，使石油资源得到合理利用，可给企业带来良好的经济效益。 [1] 由于戊烷燃料成功地解决了汽化、管输、压力调配等技术问题，戊烷燃料可以罐装形式供用户使用，也可通过建立戊烷燃气供应站。 它具有建站灵活，占地少，可集群管网供气，储运安全便捷， 5 价格适宜等优势，具备了向市场推广的条件。 在天然气、液化气无法满足经济生活增长需求的 情况下，戊烷燃料将是一些地区未来较长一段时间内的理想燃料。 可以预见，其市场开发潜力较大。 6 第二章 工艺流程设计 工艺流程设计是工艺设计的核心，在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备布置等工作都与工艺流程有直接关系。 只有流程确定后，其他各项工作才能展开，工艺流程设计影响各个方面，而各个方面的变化又反过来影响工艺流程的设计，设计使工艺流程发生较大的变化。 工艺流程设计 工艺方案 表 11 原料组成表 （一） 由产品要求将原料分为四组： A 丙烷，异丁烷，正丁烷 B 异戊烷 C 正戊烷，异己烷 D 正己烷 根据以下原则，来选择最佳方案：。 顶分离出各组分。 (二 )生产方案的确定 序号 原料组分 组成， m% 1 丙烷 2 异丁烷 3 正丁烷 4 异戊烷 5 正戊烷 6 异己烷 7 正己烷 合计 7 图 21 方案流程图 优点：进料中含量多的组分提前分离，减少了后续塔的流率及再沸器的热负荷，节约能耗和设备费用，同时分离很高回收率的组分的塔放在了塔序的最后，这时非关键组分减少了，使得塔径减小，进而减少了设备费用。 缺点： A、 B 两组份相对挥发度较近，且放在第一个塔分离，增加了板间汽相流率，造成了塔直径增加，设备费用增加。 第二个塔馏出液与塔釜液的摩尔 数相差很大，塔顶的馏出物很多，需要的塔径相应增加，同样使得设备费用增加。 8 第三章 物料衡算 简捷计算主要步骤： 一．假设满足清晰分割，进行初步物料衡算 二．确定塔的操作压力及温度 三．确定 mR 、 mN 四．校核物料平衡 五．确定 R、 N 六．确定进料位置 七．板式塔还需计算全塔效率及实际板数 原始数据的获得 装置总进料量为 万吨 /年，每年按开工 7200 小时计算，则流量为 17083kg/h。 各组分原始数据表如下： 表 31 原料各组分性质及原料数据汇总。