1、毕业设计文献综述 化学工程与工艺 120 万吨 /年大庆原油常压塔设计 1.1 石油工业简介 石油又称原油，是由地底深处开采出来的棕黑色可燃粘稠液体 1。石油的主要组成部分是由碳和氢化合形成的烃类，约占 95% 99%。但含硫、 氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油加工生产中应尽可能除去。产地不同的石油，各种烃类的结构和所占比例相差很大，但主要属于烷烃、环烷烃、芳香烃三类 2。以烷烃为主的石油通常被称为石蜡基石油；以环烷烃、芳香烃为主的称环烃基石油；介于二者之间的称中间基石油。我国主要原油的特点是含蜡较多，凝固 点高，硫含量低，镍、氮含量中等，钒含量极少 3。除个别油田外，原油中汽油馏分较少，
2、渣油占 1/3。组成不同类的石油，加工方法有差别，产品的性能也不同 4。 石油炼制工业是国民经济的重要的产业之一，是提供能源，尤其是交通运输燃料和有机化工原料的最重要工业。据统计，石油产品提供全球总能源需求的 40，汽车，飞机，轮船等交通运输工具所使用的燃料几乎全是石油产品，有机化工原料主要也是来源于石油产品，全球石油总量的 10%用于生产有机化工原料 5。 石油作为一种能流密度高，便于储存、运输、使用的清洁能源已 广泛应用于国民经济的方方面面。按 2001 年中国各行业石油消费构成看，交通运输业占 30%以上，是消费石油最多的行业 6。 在交通运输业中，汽车是最大的石油消费用户 7。在石油产
3、品中，汽油的 85% 90%和柴油的 30%被汽车所消耗。面对中国目前汽车的飞速发展，保有量的迅猛增长，不能不未雨绸缪，以防石油短缺制约汽车工业的正常发展。从世界范围看，汽车的出现把石油工业推向了快速发展的轨道，加快了石油产品的消费和需求。 燃料包括汽油、柴油及喷气燃料（航空煤油）等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。我国的石油产品中 燃料约占 80%，而其中约 60%为各种发动机燃料，所产柴油和汽油的比例约为 1.3:1；润滑剂包括润滑油和润滑脂，主要用于降底机件之间的磨擦和防止磨损，以减少能耗和延长机械寿命 7。其产量不多，仅占石油产品总量的 2%左右，但品种达数百种之多；石油沥青用于道路、
4、建筑及防水等方面；其产量约占石油产品总量 3%8；石油蜡属于石油中固态烃类，是轻工、化工和食品等工业部门的原料，其产量约占石油产品总量的 1%；石油焦可用以制作炼铝及炼钢用电极等，其产量约为石油产品总量的 2%9；约有 10%的石油产品，是用作石油化工原 料和溶剂，其中包括制取乙烯的原料（轻油），以及石油芳烃和各种溶剂油 10。 1.2 石油蒸馏工艺 最基本的石油炼制过程，指用蒸馏的方法将原油分离成不同沸点范围油品 (称为馏分 )的过程 11。通常包括三个工序：原油预处理：即脱除原油中的水和盐。 常压蒸馏 ：在接近常压下蒸馏出汽油、煤油 (或喷气燃料 )、柴油等的直馏馏分，塔底残余为常压渣油
5、(即重油 ) 12。减压蒸馏：使常压渣油在 8kPa 左右的绝对压力下蒸馏出重质馏分油作为润滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底残余为减压渣油 13。如果原油轻质油含量较多或市 场需求燃料油多，原油蒸馏也可以只包括原油预处理和常压蒸馏两个工序，俗称原油拔头。原油蒸馏所得各馏分有的是一些石油产品的原料；有的是二次加工（见石油炼制过程）的原料 14。 1.3 原油常压精馏塔 原油的常压蒸馏就是原油在常压 (或稍高于常压 )下进行的蒸馏，所用的蒸馏设备叫做原油常压精馏塔，它具有以下工艺特点： （ 1）常压塔是一个复合塔原油通过常压蒸馏要切割成汽油、煤油、轻柴油、重柴油和重油等四、五种产品馏分。按照一般的
6、多元精馏办法，需要有 n-1 个精馏塔才能把原料分割成 n 个馏分。而原油常压精馏塔却是 在塔的侧部开若于侧线以得到如上所述的多个产品馏分，就像 n 个塔叠在一起一样，故称为复合塔 15。 （ 2）常压塔的原料和产品都是组成复杂的混合物原油经过常压蒸馏可得到沸点范围不同的馏分，如汽油 、煤油、柴油等轻质馏分油和常压重油，这些产品仍然是复杂的混合物 (其质量是靠一些质量标准来控制的。如 汽油馏程的干点不能高于 205 )。 35 150是石脑油（ naphtha）或重整原料， 130 250是煤油馏分， 250 300是柴油馏分， 300 350是重柴油馏分，可作催化裂化原料。 350是常 压重
7、油 16。 （ 3）汽提段和汽提塔对石油精馏塔，提馏段的底部常常不设再沸器，因为塔底温度较高，一般在 350左右，在这样的高温下，很难找到合适的再沸器热源，因此，通常向底部吹入少量过热水蒸汽，以降低塔内的油汽分压，使混入塔底重油中的轻组分汽化，这种方法称为汽提。汽提所用的水蒸汽通常是 400 450，约为 3MPA 的过热水蒸汽 17。 在复合塔内，汽油、煤油、柴油等产品之间只有精馏段而没有提馏段，这样侧线产品中会含有相当数量的轻馏分，这样不仅影响本侧线产品的质量，而且降低了较轻馏分的收率。所以通常在常压塔的旁边设置若干个侧线汽提塔，这些汽提塔重叠起来，但相互之间是隔开的，侧线产品从常压塔中部
8、抽出，送入汽提塔上部，从该塔下注入水蒸汽进行汽提，汽提出的低沸点组分同水蒸汽一道从汽提塔顶部引出返回主塔，侧线产品由汽提塔底部抽出送出装置 18。 （ 4）常压塔常设置中段循环回流在原油精馏塔中，除了采用塔顶回流时，通常还设置12 个中段循环回流， 即从精馏塔上部的精馏段引出部分液相热油，经与其它冷流换热或冷却后再返回塔中，返回口比抽出口通常高 2 3 层塔板 19。 中段循环回流的作用是，在保证 产品分离效果的前提下，取走精馏塔中多余的热量，这些热量因温位较高 ，因而是价值很高的可利用热源。采用中段循环回流的好处是，在相同的处理量下可缩小塔径，或者在相同的塔径下可提高塔的处理能力 20。 1
9、.4 本设计的基本步骤概述 1.5.1 计算所需基本数据 1 大庆原油性质，其中主要包括实沸点蒸馏数据、密度、特性因数、含水量、粘度和平衡汽化数据等。 2 原料油处理量。 3 确定年开工天数。 4 产 品方案及产品性质。 5 汽提水蒸气的温度和压力。 1.5.2 设计计算步骤 1 根据原料油性质及产品方案确定产品的收率，做出物料平衡 2 列出（有的必须通过计算求得）有关各油品的性质。 3 决定汽提方式，并确定蒸汽用量。 4 选择塔板的型式，并按照经验数据定出各塔段的塔板数。 5 画出精馏塔的草图，其中包括进料及抽 出侧线的位置，中段回流的位置等。 6 确定塔内各部位的压力和加热炉出口压力。 7
10、 决定进料过汽化度，计算汽化段温度。 8 确定塔底温度。 9 假设塔顶温度及各侧线抽出温度，作全塔热平衡，算出全塔回流热，选定回流方式及中段回流的数量和位置，并合理分配回流热。 10 校核各侧线抽出温度及塔顶温度，若与假设值不符，应重新假设并计算。 11 算出有代表性各块塔板的气液相负荷，并作出气液相负荷分布图。 12 计算塔径，塔高以及塔板水力学核算。 1.5 主要参考文献 1 陈新志等 .化工热力学 M.北京：化学工业出版社， 2005： 250-253. 2 刘云波，杨章远，许志宏，等 .原油蒸馏辅助操作软件的开发 和工业应用 CJ7.石油炼制与化工， 1997,28(12):47-50
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