1、 学号： 08014020157 毕 业 论 文减压塔抽真空系统工艺路线选择The reduced pressure tower vacuum system process route choice学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 班级 化工 08-1 班 学生 龙海辉 指导教师（职称） 吴伯明 完成时间 2012 年 2 月 28 日至 2012 年 6 月 1 日广东石油化工学院本科毕业设计（论文）诚信承诺保证书本人郑重承诺：减压塔抽真空系统工艺路线选择毕业设计（论文）的内容真实、可靠，是本人在 吴伯明 指导教师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设计（论文）中引用他人已经发表或未发表的
2、成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。学生签名：年 月 日摘要减压塔抽真空系统工艺路线比选是一项为了找到不同操作工况下保持减压塔顶高真空度而耗能相对较少的工艺路线的重要设计工作。目前国内干式减压蒸馏一般采用蒸汽喷射器与二级蒸汽抽真空组合三级抽真空系统，湿式减压蒸馏一般采用二级蒸汽抽真空系统，但真空度一般较低。本文提出两个方案工艺路线，此两种工艺路线既可以用于干式减压蒸馏，也可以用于湿式减压蒸馏，并且能达到高真空度，但此两种工艺路线在不同型式的减压蒸馏中耗能有所差别，减压塔抽真空系统的工艺路线的选择的主要目标就是满足经济效益的同时保护环境，
3、其主要指标体现为拔出率、投资、操作费用与能耗等方面。关键词: 减压塔 抽真空 系统组合 喷射器 机械真空泵 真空度Abstract:Process route of vacuum tower vacuum system than is a dry type vacuum distillation in order to find different operating conditions to maintain the high vacuum of the decompression tower while relatively less energy-consuming process l
4、ine design; general election three steam ejectors and vacuum combination of two steam vacuum systems, wet vacuum distillation generally use two steam vacuum system, but the degree of vacuum generally lower. This paper presents the process route of the two programs, these two process routes can be us
5、ed for dry-type vacuum distillation, can also be used wet vacuum distillation, and can achieve a high degree of vacuum, but this two process routes in different types of reduction energy in different pressure distillation, vacuum tower pumped vacuum system, the choice of process route, the main goal
6、 is to meet the economic benefits while protecting the environment and its key indicators for the extraction rate, investment, operating costs and energy consumption.Keywords: The reduced pressure tower, vacuum, system combination, projector, mechanical vacuum pump, Economic benefits, Environmental
7、Protection第一章 减压蒸馏概述随着我国国民经济快速发展，石油产品的需求量也迅速增长。然而伴随着原油价格的不断提高，以及原油重质化和劣质化日趋严重，炼油企业如何保持自身的盈利性就成为一个越来越严峻的问题。另外，随着燃油标准和污染物排放标准的日趋严格，对炼厂提出了更高的要求。为了提高盈利性和满足环保标准，炼厂节能减排已经成为首要之举。对常减压装置而言，蒸汽是除燃料油或燃料气之外最大的能耗，而减顶抽真空系统是减压蒸馏过程中蒸汽耗量最大的设备，降低这部分消耗，意义重大。1.1 减压蒸馏原油蒸馏是原油加工的第一道工序,一般包括常压蒸馏和减压( 真空)蒸馏两部分。原油在常压蒸馏的条件下只能得到约
8、占原油总量 20%30%的轻质油品( 汽油、煤油、柴油等) 。其余部分为常压重油。为了蒸出更多的馏分油作为二次加工原料而又不使重油中大分子烃类发生热裂解反应故采用减压蒸馏即真空蒸馏。由于物质的沸点随外界压强的减小而降低，因此在较低的压强下加热常压重油，高沸点馏分(即大分子烃类)将会在较低的温度下气化，从而有效地分出沸点低于 500的高沸点馏分油和渣油，避免其发生裂解。按操作条件，减压蒸馏分“湿式”和“干式”两种。所谓干式减压蒸馏，即不依靠注入水蒸汽来降低油气分压的减压蒸馏，干式减压蒸馏能耗低拔出率高应用日见广泛，而湿式减压蒸馏工艺则逐渐被前者所取代。就真空系统而言湿式蒸馏采用两级水蒸汽喷射泵，
9、塔顶残压为 35kPa，而干式减压蒸馏多采用三级蒸汽喷射泵，塔顶残压可降至 12kPa 1。1.1.1 湿式减压蒸馏传统的减压塔使用塔底水蒸汽汽提，并且在加热炉管中注入水蒸汽，其目的是在最高充许温度和气化段能达到的真空度的限制的条件下尽可能地提高减压塔的拔出率。通常，当减压塔顶残压约 8kPa 时，水蒸汽用量约 5kg/t 进料，而在塔顶残压约 13.3kPa时则达约 20kg/t 进料。减压塔中使用水蒸汽虽然起到提高拔出率的作用，但是也带来一些不利的结果，主要有一下几点：a）消耗蒸汽量大。b）塔内气相负荷增大。塔内水蒸汽在质量上虽然只占塔进料的1%-3%。但是对气相负荷（按体积流量计）却影响
10、很大，因为水蒸汽的相对分子质量比减压瓦斯油的平均相对分子质量小的多。以拔出率为35%（质量分数） （对进料） 、减压瓦斯油相对分子质量为350计算，则当水蒸汽量为进料量质量分数的1%时，在气相负荷中，水蒸汽的份额约占三分之一。c）增大塔顶冷凝器负荷。d）含油污水量增大 2。1.1.2 干式减压蒸馏如果能够提高减压塔顶的真空度，并且降低塔内的压力降，则很有可能在不使用气提蒸汽的条件下也可以获得提高减压拔出率的同样的效果，这种不依赖注水一降低油汽分压的减压蒸馏方式称为干式减压蒸馏，而传统使用水蒸汽的方式则称为湿式减压蒸馏。近年来干式减压蒸馏技术已有很大的发展，在蒸馏方面已有取代湿式减压蒸馏的趋势。
11、实现干式减压蒸馏的技术实施：a）使用三级抽真空以提高减压塔顶的真空度。减压塔所能达到的真空度受到水温的限制，当塔顶冷凝器内的水温为 20时，理论上的极限真空度约 2.4kPa，而实际生产中的使用二级抽真空式，减压塔顶的残压一般在 8.0kPa 以上，为了把塔顶残压降到 1.3kPa-2.7kPa,有必要采用正压泵，而干式减压蒸馏不使用气提蒸汽，给使用增压泵也创造了条件。通常是在减压塔顶使用增压泵，并在中间冷凝器之后再用两级抽真空，这样的抽真空系统有可能将减压塔顶的残压降到 0.7kPa 左右，但从优选条件的计算结果来看，塔顶残压在 1.2kPa-2.7kPa 时的经济效益最为佳。干式减压蒸馏完
12、全可以用机械真空泵来代替蒸汽喷射器。国外有不少大型炼油厂的减压蒸馏装置采用了液还式机械泵，与采用蒸汽喷射器相比，具有效率高、能耗低的有点，取得良好的经济效益。但是蒸汽喷射器具有无机械传动部件、操作可靠和一次投资少的特点，因此在设计时应作综合考虑和比较。目前，国内的机械真空泵如何进一步提高效率、提高操作的可靠性、稳定性等问题还有待研究。b）降低从气化段至塔顶的压降。不用或少用水蒸汽本身就是有利于减小塔内的压力降，但是仅靠此还是不够的，还需要选用高效、低压降的塔板。近年来，在干式减压塔内广泛采用新型填料部分地或全部地代替塔板。这些填料不仅有气-液接触效率高的优点，而且压降小。在一个减压塔里也可以根
13、据需要，在不同的塔段使用不同型号的填料，也可以在部分塔段使用低压降塔板一减少投资。c）降低减压炉出口至减压塔入口间的压力降。由于减压炉内不再注入水蒸汽，故在炉出口处应维持较高的真空度以保证常压重油在炉出口处有足够的气化率，否则，即使减压塔气化段的温度、压力条件具备达到要求的气化率的可能性，也会由于减压炉供应的热量不足而达不到要求的气化率。降低减压炉出口处压力的办法就是采低速转油线以减小从炉出口到减压他的压力降。d）设洗涤和喷淋段。除了在气化段上方设洗涤段以减少携带的杂质外，在采用填料时，在填料层的上方应设有适当设计的液体分配器。1.3 干式减压蒸馏和湿式减压蒸馏的比较1.3.1 干式减压蒸馏和
14、湿式减压蒸馏的比较我们可以得到以下几点：a）由于气化段真空度的提高，即使气化段的温度比湿式减压蒸馏低，但仍然可以得到更高的拔出率。b）在同样的气化段温度下，提高原油处理量时，虽然气化段的残压稍有升高，但仍可保持较高的拔出率。c）虽然干式减压蒸馏时采用了增压喷射器，但因减压塔顶馏出线内基本上不含水蒸汽，而且由于加热炉出口温度低、分解产物不凝气减少，因此，增压喷射器的负荷并不大，后面二级蒸气喷射器的负荷也有所降低，故抽真空系统消耗的水蒸汽反而有所减少。d）由于路出口温度降低，在同样的处理量时，减压炉的热负荷降低，从而节约了燃料。e）塔顶馏出物基本上不含水蒸汽，大大降低了塔顶冷凝器的负荷，可以减少冷
15、却水用量或减少风机（当用空冷时）的耗电量。f）采用干式减压蒸馏时，塔底温度比气化段温度只低 3左右。塔底渣油温位的提高有利于热量的回收利用 3。1.3.2 一般干式蒸馏要用增压器, 湿式蒸馏不用增压器干式减压蒸馏塔的塔顶压力一般要求小于 1.6kPa (12mmHg,绝)塔顶流出物由不凝气和减压塔顶油气组成，没有水蒸气。由于吸入压力小于 2.7kPa( 20mmHg ), 应采用三级喷射器, 而常规湿式减压蒸馏的现有装置上大多只有两级喷射器，达不到所要求的真空度。为此在塔顶冷凝器前加设增压器。所谓增压器，原理与蒸汽喷射器相同，其含义是它把塔顶流出物的压力提高到在常规冷媒 (如循环冷却水或空气)
16、 所能达到的冷却温度下，塔顶流出物和增压器的工作蒸汽能够被冷凝，达到液体的压力。通常增压器的压缩比约为 6-8。采用增压器后塔顶压力不再受塔顶冷凝器冷凝温度的限制，能达到干式蒸馏的要求。干式减压蒸馏的原理是通过增加蒸汽喷射器的级数并改造减压塔内件，使减压塔进料段的总压小于常规湿式减压蒸馏条件下的烃分压，从而取消炉管注汽和塔底的汽提蒸汽，实现干式操作。只有在减压塔压力降值较小，取消的炉管注汽和塔底汽提蒸汽量大于增设的增压器所需要的工作蒸汽量时，干式操作在经济上才是合理的。如果减压塔压力降值校大，即使采用增压器把塔顶压力降低了，但减压塔进料段的压力未降到小于常规湿式减压蒸馏条件下的烃分压，则仍需在
17、塔底注入汽提蒸汽维持湿式蒸馏操作。此时注入减压塔的汽提蒸汽全部从塔顶流出，成为增压器的吸入气体，大大增加了增压器的负荷，因此要相应地加大增压器的工作蒸汽量和增压器尺寸，在这种情况下，增压器的工作蒸汽量必然大于减压塔底汽提蒸汽量的减少值，使减压蒸馏系统总的蒸汽用量增加，但又不能提高减压拔出率和提高分馏效率，因此是不合理的。这就是湿式减压蒸馏不用增压器的原因。1.4 干式减压蒸馏和湿式减压蒸馏抽真空的级数的选定抽真空的级数根据减压塔所要求的真空度来确定，表 1.4-1 列出两者之间的关系。对于湿式减压，减压塔残压一般在 5.5kPa-8.0kPa，因而通常采用两级（喷射）抽真空系统。对于干式减压，
18、减压塔顶残压一般为 1.3kPa 左右，通常要采用三级抽真空系统4。表 1.4-1 减压塔顶残压与抽真空级数的关系塔顶残压，kPa 级数13.3 1122.7 23.30.5 3(有增压喷射器)0.80.04 4(有增压喷射器)0.130.007 5(有增压喷射器)原油通过蒸馏得到的各馏分油的总和与原油处理量之比叫做总拔出率。提高原油拔出率主要是提高减压塔的拔出率, 或提高原油切割深度，我国减压蒸馏只能拔出沸点在 500以前的馏分，而国外采用深度切割技术，使减压蒸馏的切割温度高达 620。 提高减压塔拔出率的关键是提高塔气化段的真空度。在相同的气化温度下，真空度愈高，油品的气化率愈高，塔的拔出
19、率也就愈高。减压深拔的目的是增加减压蜡油的拔出量，为催化裂化装置和加氢裂化装置提供优质的原料，减少低值的减压渣油的产量，对下游装置和全厂效益有着极为积极的意义 5。炼油工艺中的真空流程多种多样，所用真空泵却比较单一-主要是水蒸汽喷射泵( 双级或三级) 。蒸汽喷射泵的主要优点是：结构简单、造价低廉、维修方便、操作可靠、耐磨损、耐腐蚀(适当选材) 。蒸汽喷身泵的最大缺点是能量利用效率非常低，蒸汽喷射泵的另一缺点是：当采用混合式冷凝器时，可能造成水污染，加大了设备投资及环保费用。节能降耗，保护环境实现可持续发展是新世纪人类一切生产活动的永恒主题。作为能源生产单位的炼油企业自然首当其冲，据统计 80
20、年代末期炼油生过程所消耗的各种形式的能量折合成原油已占原油加工总量的 6.94%，其中仅原油常减压装置就占去了 20%。炼油生产过程的节能不仅仅是降低成本、增加产量和品种，而且关系到有限石油资源的合理利用和炼油企业整体运行质量的全面提高 6。提高真空度和主要从以下两方面改进。1.4.1 以液环泵取代蒸汽喷射泵末一级或末二级实现节能。蒸汽喷射泵末级的能量利用率只有1.23%如用液环式泵取代可将效率提高至30.3%( 见表 1.4.1-1) 。表 1.4.1-1 喷射泵和真空泵能量利用率对比蒸汽喷射抽空器项目一级 二级液环式真空泵吸入压力/kPa 5.73 22 22吸入温度/ 32 40 40吸
21、入气体量/kg.h 1-不凝气可凝油 水凝汽 655721565206520排出压力/kPa 24 104 104工作流量/kg .h 1-766 386 -工作温度/ 240 240 -工作压力/kPa 980 980 -电耗/kW - - 30理论功/kW 16.66 4.20 4.20实际能量消耗/kW 677.10 341.20 13.90能量利用率/ 2.46 1.23 30.30据国外某公司提供数据整理的全面比较以水环泵取代末级喷射泵利弊对照表(见表 1.4.1-2) 。最近辽河石油化工总厂在 100 万 t/ a 常减压蒸馏装置上以液环泵取代蒸汽喷射泵末级同样取得了良好的效果：
22、a)塔项真空度提高约 1.34kPa。 b) 每小时节能 2721M J 与应用前的抽空系统能耗 6620MJ/ h 相比节能 41%。 c) 采用液环泵后减压塔顶真空度提高，降低了油气分压，使原油中的轻组分更易汽化，增加了减压塔的拔出率，使减压塔的总收率由 29.84%提高到 31.20%，相当于每年每套装置增加 1.36 万吨轻质石油产品。目前我国炼油厂减压蒸馏装置数以百计, 如能推广此项工艺技术节能效果将十分可观。表 1.4.1-2 取代末级喷射泵的方案减压塔 *3618设备购置费 100% 150% 162.5% 187.5%蒸汽费（全年） 100% 61.7% 54.9% 47.9%
23、水费（全年）100%124% 128% 132% -电费/蒸汽费100%- 5.5% 7.0% 10.9%全年运行费 100% 71.6% 67.1% 64.5%前三年总费用 100% 79.9% 77.1% 77.5%设备费 100% +50% +62.5% +87.5%运行费 -28.4% -32.9% -35.5% -投资回收时间 5 个月 5.4 个月 7 个月 -方案一 方案二 方案三 方案四 个方案利弊设备投资最低，如蒸汽费用大幅减低此方案最佳第三级水环泵投资需 5 个月回收第二级喷射泵真空度略有提高水环泵容量增大，节约效果更明显，投资消有增加，第二级喷射泵真空度明显提高运行费用减低，年运行费设备投资的 146%，在方案一中年度运行费为设备投资的 4.42 倍
