1、本科毕业论文（20 届）5万吨/年环保型低沸点低芳烃高级溶剂油生产装置-加氢反应系统工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业设计2摘 要低沸点，低芳烃的环境友好型石油烃类溶剂油是今后发展的方向。采用加氢精制等技术处理后制得的溶剂油,其饱和度高,芳烃含量及硫、氮含量低的特点。设计以大庆直馏汽油为原料，采用抚研院 FH-98 型催化剂，通过加氢精制生成低沸点、低芳烃含量的高级溶剂油。确定生产的工艺流程，对反应器的工艺尺寸以及泵等进行了计算和选型，绘制了反应器的装配图和带控制点工艺流程图。关键词 溶剂油；加氢；设计本科生毕业设计3Abs
2、tract Lowboiling point, low aromatic petroleum hydrocarbons and environment-friendly solvent oil is the future direction of development. Techniques based on hydrogenation obtained after the environmentally friendly solvent oil, its viscosity is low, aromatic content and sulfur, and low nitrogen cont
3、ent.Designed to Daqing straight run gasoline as raw materials, ask the IAS FH-98 catalyst, generated through the hydrogenation of low boiling point, low aromatic content of the environment-friendly high solvent oil. Determine the production process, the process of reactor size and pumps were calcula
4、ted and the selection, assembly drawing of the reactor with a control point map and flow chart.Key words solvent oil; hydrogenation; designed本科生毕业设计4目 录中英文摘要 .11 绪论 .4引 言 .41.1生产环保型高级溶剂油的目的和意义 .41.2高级溶剂油的国内外研究进展 .41.2.1国外的研究进展 .41.2.2国内的研究进展 .51.3本课题设计目的与意义 .52 设计的原理及依据 .63 加氢反应设计计算 .73.1物料衡算过程 .73.
5、1.1原料进反应器流量 .73.1.2产品出装置流量 .73.2加氢反应器热量衡算过程 .83.2.1反应热的计算 .83.2.2反应器冷氢耗量 .83.3换热器的热量衡算 .93.4原料油加热炉热量蘅算 .93.5分馏塔热量衡算 .104 反应器及设备的设计计算 .124.1原料和产品的组成 .124.2反应工艺条件 .124.3固定床加氢反应器工艺尺寸的确定 .134.3.2反应器的直径和高度 .144.3.3原料油在反应器中气化率计算 .154.3.4反应器的压力降 .16本科生毕业设计54.4氢耗量的计算 .184.4.1化学耗氢量 .184.4.2设备漏损 .184.4.3溶解损失
6、.184.4.4弛放损失 .184.4.5加氢反应热 .184.5反应系统管径的计算与选项型 .194.5.1原料泵出口管径 .194.5.2氢油的管径 .204.5.3无盐水泵出口管径 .204.5.4氢气管的管径 .204.5.5冷氢入口管的管径 .204.6反应系统各换热器的选型 .214.7高压分离器入口冷却器的选型 .244.8原料油加热炉选型 .254.9泵的计算及选型 .264.9.1无盐水泵的选型 .264.9.2原料氢油泵的选型 .274.10压缩机的选型 .284.10.1新氢压缩机的选型 .284.10.2循环氢压缩机的选型 .284.11分离器的选型 .284.11.1
7、高压分离器选型 .284.11.2低压分离器选型 .284.12主要设备汇总 .295 环境影响评估 .306 工程概算 .30总结 .31致谢 .32参考文献 .33本科生毕业设计6附件 .34带点控制图 .34主要设备装配图 .341 绪论引 言溶剂油是五大石油类产品之一，与人民生活的各各方面都有密切的联系，其应用领域也在不断扩大，例如农药、杀虫剂、橡胶、化妆品、食品、印刷、皮革等诸方面。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，各种烃类溶剂产品的需求量有很大的增加 1。人们对工作环境和身体健康的日益重视,对各种溶剂产品的硫含量和芳烃含量的限制也越来越严格 2。随着国家可持续发展战略的实施，
8、对溶剂油产品的安全卫生提出了更多更高的要求。而新型环保型溶剂油因其硫含量和芳烃含量低、毒性低、无味等特点而具有广泛的应用范围和市场前景 3。随着社会的发展，对溶剂油的质量标准进一步的提高，低芳烃及低硫含量的环境友好的石油烃类溶剂油是今后发展的方向 4。采用加氢精制生产的溶剂油硫含量和芳烃含量低，符合环保要求，较好地解决了生产技术和市场需求相脱节的矛盾 5。1.1 生产环保型高级溶剂油的目的和意义 在 20世纪 80年代之前，石油系列溶剂油的种类较少，性质变化也不大。进入 20世纪80年代后，对环保要求日益提高，对溶剂油使用人员的健康和安全越来越重视。近年来石油系列溶剂油的品种和产量都有很大发展
9、，质量要求也越来越高,高饱和度、低毒性、安全卫生的新品种相续问世 6。而通过加氢精制技术生产的溶剂油硫含量和芳烃含量低, 无色无味，毒性低，对人体损害小，符合环保要求，较好的解决市场的供需矛盾。1.2 高级溶剂油的国内外研究进展 1.2.1 国外的研究进展 国外石油烃类溶剂油产品主要集中在几家国际著名的是石油公司，如壳牌石油公司和埃克森石油公司，其溶剂油生产多以直馏汽油为原料，经过加氢脱芳烃、脱硫精制后通过精密分馏而得。国外溶剂油产品种类齐全，可适用于各种用途 4。国外通常采用加氢异构化、加氢裂化和加氢精制生产溶剂油，得到的产品其芳烃含量和硫含量低，具有毒性低，无色无味等优点。1.2.2 国内
10、的研究进展目前，国内溶剂油产品相对较少，质量不高和技术含量相对较低。以油田稳定氢烃和直馏汽油为原料生产的溶剂油的硫含量和芳烃含量很难达到国家标准的要求，国内绝大多数是采用精馏加常规精制方法生产普通溶剂油 4。生产的溶剂油产品硫、氮含量相对较高,芳烃、不饱和烯烃含量多,产品气味大、毒性大、颜色深。尽管能满足溶解性和经济性的需要,但无本科生毕业设计7法满足未来高饱和度、低芳烃、低硫、低毒、无味的环保要求。高级溶剂油的精制过程主要包括脱芳烃、脱硫和脱色 3个过程,其中,脱芳烃是精制过程中的关键步骤。溶剂油脱芳烃技术主要有吸附分离法、萃取精馏法、磺化法和加氢法。吸附分离法是指使用极性吸附剂分离烷烃和芳
11、烃的方法。华东石油大学开发的 6#溶剂油、120#溶剂油 13X 分子筛吸附脱芳烃技术 ,可使 6#溶剂油中的芳烃含量降到 100 g/mL 以下, 120#溶剂油的芳烃含量降到 500 g/mL 以下 4。但是这种方法未能解决馏程为 120140馏分油和 140200的 200#溶剂油的脱芳烃问题。巴西石油公司开发的烃吸附脱芳烃专利技术,可将馏程为 40300的芳烃含量 0.1%1.10%的烃类物流经吸附分离后,芳烃含量降到 100 g/mL 以下,所用吸附剂的平衡芳烃吸附量高达 25%4。磺化法是一种常规溶剂油脱芳技术,.茂名石油化工公司发明的石油溶剂磺化氧化精制专利技术，可使溶剂油中的芳
12、烃含量降到 200 g/mL1000 g/mL,得到低芳烃溶剂油产品。磺化法的流程简单、投资较低, 但存在着溶剂油损失大、酸渣处理困难等缺点,使用厂家比较少 5。就目前而言萃取精馏法只限用于 6#溶剂油脱芳烃。此法是以 N -甲基吡咯烷酮为萃取剂,通过萃取精馏的方法来脱除 6#溶剂油中的苯,可使其苯含量降到 0.2%0.5% 6。1.3 本课题设计目的与意义根据市场需求,适时开发低沸点、低芳烃溶剂油可广泛应用于气雾剂、农药、精细金属加工、清洗、原皮毛脱脂、氯化石蜡等行业,可提高市场占有率,提高企业经济效益。通过加氢异构化、加氢裂化制取的高级溶剂油其芳烃含量低、硫和氮含量低、无色无味、毒性低，对
13、人体损伤极小, 可作为精细化工加工和金属加工等领域的优质溶剂 , 用途广泛 3。但是两种加氢技术对催化剂要求高，对反应的压力限制严格，生产工艺复杂，投资费用高，难以在国内推广使用。经加氢精制处理后制得的环保型溶剂油品饱和度高、芳烃含量及硫、氮含量低, 近水白色，毒性低，无味属环境友好产品。其投资成本低，生产工艺简单，易于推广。产品在超高纯度和高化学稳定性油品的各个领域潜在需求大，是未来发展方向 8。 本科生毕业设计82 设计的原理及依据本课题采用抚研院的 FH-98 型催化剂，采用冷高分流程，以大庆直馏汽油为原料，氢气制氢装置提供，经过高压加氢工艺生产绿色环保型低芳烃溶剂油。参照溶剂油典型的生
14、产工艺流程，见图 1 。 低 压 分 离 器反应器 分馏塔氢 气原 料 油 氢 气 、 瓦 斯产 品产 品产 品高 压 分离 器图 1：高级溶剂油典型生产工艺流程图设计年处理干气原料 5 万吨的工艺，整个流程看做恒摩尔流量，连续生产。生产过程以物料的质量流量为基准；一年按 8000 工作小时计算。原料油类型：大庆直馏汽油（1#油、2#油、3#油按 3:2:5 比例混合） 。物料中（杂质+气体+损失）损失约占原料的 0.03%。以大庆直馏汽油为原料，采用抚研院 FH-98 型催化剂，通过加氢精制生成低沸点、低芳烃含量的环保型高级溶剂油。确定生产的工艺流程，对反应器的工艺尺寸以及泵等进行了设计和选
15、型，反应采用一台反应器，反应器设冷氢注入点，控制反应温度，提高操作灵活性。反应器内设入口扩散器、顶部分配盘、出口收集器。本科生毕业设计93 加氢反应设计计算3.1 物料衡算过程3.1.1 原料进反应器流量原料油：6250 kg/h新鲜氢气：766 kg/h进装置问题：6250+7667016（kg/h ）3.1.2 产品出装置流量1#油：30.1%7016kg/h=2179.24（kg/h ）2#油：20.0%7016hg/h=1448.00（kg/h ）3#油：49.8%7016kg/h=3493.97（kg/h ）出装置总量：7008.99 kg/h损失量：70167008.99=7.01
16、（kg/h ）生产过程中加氢反应进出反应器的物料平衡见表 3.1。表 3.1 物料平衡表物料类别 油 料 流量/kg h-1原料油 6250氢气 766进装置物料进装置总量 70161产品 2179.242产品 1448.003产品 3493.97出装置物料出装置总量 7008.99损失物料 损失量 7.013.2 加氢反应器热量衡算过程3.2.1 反应热的计算 反应器中加氢反应所需热量见表 3.2。表 3.2 反应热量表物 质 过 程 原料中的含量 催化后的含量 耗氢/Nm3 反应热/kcal Nm-3反应热/kcalkg-1本科生毕业设计10芳烃（体积分数）/% 芳烃加氢 1.92 0 6
17、.91106 1320 9.12109环烷烃（体积分数）/%加氢裂化 69.29 0 8.80108 377.2 3.321011总量 8.87108 3.41011总的热量： )/1025.4801.3(7hkcalQ总3.2.2 反应器冷氢耗量由热量衡算计算冷氢量。查石油炼制工艺学中的石油馏分焓图和化工工艺设计手册得:260下：I 油 260=220kcal/kg hkmolF/7.2油40下： I 冷氢 =190kcal/kg 270下：I 油 270=225kcal/kg l/.油流量： hkmolF/7.2油 hkmolF/38氢）（ 氢氢冷 氢氢氢油油油总 270270270270
18、 IMIMQ（3)氢氢冷 氢氢氢油油油（ 1）式中： Q 总 总的能量, kcal/hF 油 油的摩尔流量, kmol/hF 氢 氢的摩尔流量, kmol/hF 冷氢 需要冷氢摩尔流量, kmol/hI 各温度下氢油的能量 , kcal/kg）（ 氢氢冷 氢氢氢油油油总 270270270270 IMFMQ)氢冷 氢氢氢 氢油油油（ FIF=(72.7 86 225+383 2 185+F 冷氢 2 963)（72.7 86 220+383 2 857+F 冷氢 2 190)4.25 107=70327+3322F 冷氢所以： hkmolF/8.12冷 氢3.3 换热器的热量衡算以原料油-反应油气换热器 (H-1)为例。
