原油常压蒸馏工艺设计

原油常压蒸馏工艺设计内容摘要：

重柴油 258 10729 40 重油 1240 51646 原油进入常压塔中的进料量为 126250kg/h。 原油进入常压塔部分的物 料组成为：汽油： %，煤油： %，轻柴油： %，重柴油： %，重油： % （各组分均为体积分数）。 由此可做出初馏塔的原油沸点蒸馏曲线（见图 2— 3）。 42A30501001502002503003504004505005506000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100馏出体积分数， %实沸点温度，℃ 图 常压塔实沸点蒸馏曲线 由此图，可求出原油平衡汽化数据，做出常压下平衡汽化蒸馏曲线 2。 确定塔板数和汽提蒸汽用量 1． 塔板数参考值 表 《石油炼制工程》表 常压塔塔板数国外文献推荐值 15 被分离的馏分 推荐板数 轻汽油 —— 重汽油 6～ 8 汽油 —— 煤油 6～ 8 煤油 —— 柴油 4～ 6 轻柴油 —— 重柴油 4～ 6 进料 —— 最低侧线 3～ 6 汽提段或侧线汽提 4 表 《石油炼制工程》中表 7— 8 国内某些 炼厂常压塔塔板数 被分离的馏分 D 厂 N 厂 S 厂 汽油 —— 煤油 8 10 9 煤油 —— 轻柴油 9 9 6 轻柴油 —— 重柴油 7 4 6 重柴油 —— 裂化原料 8 4 6 最低侧线 —— 进料 4 4 3 进料 —— 塔底 4 6 4 2．选取塔板型式和塔板数 塔板采用浮阀塔板，参考《石油炼制工程》 [2]表 和表 选定塔板数如下 ： 表 塔板数 被分离的馏分 板数 汽油 —— 煤油 9 煤油 —— 轻柴油 6 轻柴油 —— 重柴油 6 重柴油 —— 汽化段 3 塔底汽提段 4 考虑到采用两 个中段回流，每个用 3层换热塔板，共 6层。 全塔塔板数总数为34 层。 侧线产品及塔底重油都采用过热水蒸气汽提，使用的是温度为 420℃ 、压力位 的过热水蒸气，参考《石油炼制工程》 [2]图 和汽提水蒸气用量取汽提水蒸气如下表： 表 汽提水蒸气用量 油 品 质量分数（对产品）， % kg/h kmol/h 一线煤油 3 667 37 二线轻柴油 3 637 35 三线重柴油 300 17 塔底重油 4 2066 115 合 计 － 3670 204 精馏塔计算草图： 16 图 常压塔计算草图 操作压力 取塔顶产品罐压力为。 塔顶采用两级冷凝冷却流程。 取塔顶空冷凝器压 力降为 ，使用一个管壳式后冷器，壳层压力降取。 故塔顶压力： P 顶 ＝ ＋ ＋ ＝ （绝压） 取每层浮阀塔板压力降为 （ 4mmHg），则推算得常压塔各关键部位的压力如下（单位为 MPa） : 塔顶压力位 ； 一线抽出板（第 9 层）上压力 ； 126℃ 1 汽油 20459kg/h 蒸汽 3670kg/h 回流 塔顶冷回流取热106kJ/h 9 10 13 252℃ 19 21 23 310℃ 27 30 353℃ 31 34 346℃ 180℃ 塔底重油 51646kg/h 轻柴油 21209kg/h 重柴油10729kg/h 进料126250kg/h 过汽化油2526kg/h 第一中段回流（取 610 kJ/h） 第 二 中段 回 流（ 610 kJ/h Mpa Mpa Mpa 煤油22229kg/h 煤油汽提蒸汽667kg/h 轻柴油气提蒸汽637kg/h 重柴油汽提蒸汽300kg/h 塔 底 气 提 蒸 汽2066kg/h 17 二线抽出板（第 18 层）上压力 ； 三线抽出板（第 27 层）上压力 ； 汽化段压力（第 30 层下） ； 取转油线压力降为 ，则 加热炉出口压力＝ ＋ ＝ 汽化段温度 （ 1） 汽化段中进料的汽化率与过汽化度 取过汽化度为进料的 2%（质量分数）或 %（体积分数），即过汽化量 5051kg/h。 要求进 料在汽化段中的汽化率 eF，由于采用了初馏塔，所以常压塔中的各馏分的体积分数为： 汽油： % 煤油： % 轻柴油： % 重柴油： % eF（体积分数）＝ %＋ %＋ %＋ %＋ %＝ % （ 2）汽化段油气分压 汽化段中各物料的流量如下： 表 汽化段各物料的流量 汽油 煤油 轻柴油 重柴油 过汽化油 油气量合计 201Kmol/h 142Kmol/h 90Kmol/h 40kmol/h 21kmol/h 494kmol/h 其中过汽化油的相对分子量取 446，还有水蒸气 115Kmol/h（塔底汽提）。 由此可 计算得汽化段的油气分压为： 494/（ 115＋ 494）＝ （ MPa） （ 3）汽化段温度的初步确定 汽化段温度应该是在汽化段油气分压 下的汽化 %（体积分数）的 温度，为此需要作出 下原油的平衡汽化曲线。 在不具备原油的临界参数和焦点参数而无法作出原油的 p— T— e 相图的情况下， 曲线 4 可以用以下简化方法求 定：由图 可得到原油在常压下的实沸点曲线与平 衡汽化曲线的交点为 250℃。 利用《石油炼制工程》 [2]中烃类与石油窄馏分的蒸汽 压图，将此交点温度 250℃ 换算为 下的温度，为 265℃。 将此交点作垂直 于横坐标轴的直线 A，在 A上找得 265℃ 点，过此点作平行于原油常压平衡汽化曲线 2 的线 4，即为原油在 下的平衡汽化曲线。 由曲线 4 可以查得 eF为 %（体积分数）对应的温度为 353℃ ，此即为欲求 的汽化段进料温度 tF。 此 tF是由相平衡关系求得，还需对它校核。 （ 4） tF的校核 校核的主要目的是看由 tF要求的加热炉出口温度是否合理。 校核的方法是作绝 热闪蒸过程的热平衡计算以求得炉出口的温度。 18 当汽化率 eF（体积分数）＝ %， tF＝ 353℃ 时，进料在汽化段的焓 hF计算下 表。 表中各物料的焓值由《石油炼制工程》 [2]中介绍的方法和《石油化工工艺计算 图表》 [2]求得。 表 进料带入的汽化段热量 QF （ p＝ ， t＝ 353℃ ） 油料 焓 /kJ/kg 热量 /kJ/h 气相 液相 汽油 1159 — 115920459＝ 106 煤油 1142 — 114222229＝ 106 轻柴油 1138 — 113821209＝ 106 重柴油 1125 — 112510729＝ 106 过汽化油 1105 — 11052526＝ 106 重油 — 971 97151646＝ 106 合计 — — QF＝ 106 所以， hF＝ 10 6/126250＝ 1073（ kJ/kg） 再求出原油在加热炉出口条件下的焓 h0。 按前述方法作出原油在炉出口压力 下的平衡汽化曲线（图中的曲线 3）。 此处忽略了原油中所含的水分，若原油含水则要作炉出口处的油气分压下的平衡汽化曲线。 限定炉出口处温度不超过365℃ ，由曲线 3 可读出 365℃ 时的汽化率 e0为 65%（体积分数）。 显然 e0＜ eF，即在炉出口条件下，过汽化油和部分重柴油处于液相 （液相部分非常少）。 据此可算出进料在炉出口条件下的焓值 h0，见表。 表 进料在炉出口处携带的热量（ p＝ ， t＝ 365℃ ） 油料 焓 /kJ/kg 热量 /kJ/h 气相 液相 汽油 1192 — 119220459＝ 106 煤油 1172 — 117222229＝ 106 轻柴油 1167 — 116721209＝ 106 重柴油 1151 — 115110729＝ 106 重油 — 962 96251646＝ 106 合计 — — Q0＝ 106 所以， h0＝ 10 6/126250＝ 1079（ kJ/kg） 校核结果表明 h0略高于 hF，所以在设计的汽化段温度 353℃ 下，既能保证所需 的拔出率（体积分数为 %），炉 出口的温度也不至于超过允许的限度。 塔底温度 取塔底温度比汽化段温度低 7℃ ，即为 353－ 7＝ 346（ ℃ ） 塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配 （ 1）假设塔顶及各侧线温度 参考同类装置的经验数据，假设塔顶及各侧线温度如下： 19 塔顶温度 126℃ 煤油抽出板（第 9 层）温度 180℃ 轻柴油抽出板（第 18 层）温度 252℃ 重柴油抽出板（第 27 层）温度 310℃ （ 2）全塔热回流 按上述假设的温度条件做全塔热平衡（见表 ），由此求出全塔回流热。 表 全塔热回流 物料 流率/kg/h 密度（ ρ20） /g/cm3 操作条件 焓 /kJ/kg 热量 / kJ/h 压力 /MPa 温度 /℃ 气相 液相 入方 进料 126250 353 1087 — 106 汽提蒸汽 3670 — 420 3316 — 106 合计 16320 — — — — — 106 出 方 汽油 20459 166 607 — 106 煤油 22229 193 — 431 106 轻柴油 21209 246 — 631 106 重柴油 10729 310 — 799 106 重油 51646 346 — 904 106 水蒸汽 3670 — 150 2772 — 106 合计 129942 — — — — — 106 所以，全塔回流热 Q＝ 10 6－ 10 6＝ 10 6（ kJ/h） （ 3）回流方式及回流热的分配 塔顶采用二级冷凝冷却流程，塔顶回流温度定为 60℃。 采用两个中段回流，第 一个位于煤油侧线和轻柴油侧线之间（第 11～ 13 层），第二个位于轻柴油侧线和重柴 油侧线之间之间（第 20～ 22 层）。 回流热分配如下： 塔顶回流取热 50% Q0＝ 106kJ/h 第一中段回流取热 20% Qc1＝ 106kJ/h 第二中段回流取热 30% Qc2＝ 106kJ/h 侧线及塔顶温度的校核 校核由下而上进行。 （ 1）重柴油抽出板（第 27）温度 物料 流率 kg/h 密度（ ρ20）g/cm3 操作条件 焓， kJ/kg 热量 kJ/h 压力，MPa 温度， ℃ 气相 液相 入方 进料 126250 353 — — 106 汽提蒸汽 2066 — 420 3316 — 106 内回流 L 302 — 766 766L 合计 128316＋ L — — — — — 106＋ 766L 汽油 20459 310 1029 — 106 煤油 22229 310 1017 — 106 20 出 方 轻柴油 21209 310 1008 — 106 重柴油 10729 310 — 799 106 重油 51546 346 — 904 106 水蒸汽 2066 — 310 3093 — 106 内回流 L 310 1002 — 1002L 合计 129942＋ L — — — — — 106＋ 1002L 由热平衡得 10 6＋ 766L＝ 10 6＋ 1002L 所以，内回流 L＝ 70717（ kg/h）或 70717/240＝ 295kmol/h 重柴油抽出板上方的气相总量为： 201＋ 142＋ 90＋ 115＋ 295＝ 843（ kmol/h） 重柴油蒸汽（即内回流）分压为： 295/843＝ （ MPa） 由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算 下平衡汽化 0 点温度。 可以用《石油炼制工程》 [2]中图 7— 15 和图 7— 16 先换算得常压下平衡汽化数据，再用图 7— 26换算成 下的平衡汽化数。