500万吨年炼油减压蒸馏装置设计毕业设计论文.docx
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500万吨年炼油减压蒸馏装置设计毕业设计论文
毕业设计(论文)任务书
题目:
500万吨/年炼油减压蒸馏装置设计
学生姓名
学院名称化工学院
专业过程装备与控制工程
学号
指导教师
职称教授
一、原始依据
随着工业的兴旺发展,我国对于石油的需求缺口越来越大。
所以,石油的制备与储备也重要万分,炼油装置的高产高效也日益重要。
原油蒸馏是原油加工的第一道工序,它是先将原油进行加热,使其全部或部分气化,再将生成的气化物按照不同的温度,分段进行冷凝和冷却,得到不同要求的各种产品。
这种气化与冷却冷凝的方式可以重复进行多次。
原油通过蒸馏可分割成汽油、煤油、柴油等轻质馏分油,各种润滑油馏分、裂化原料(即减压馏分油或蜡油)等重质馏分油及减压渣油。
从常压塔底抽出的塔底油经减压炉加热至370—410℃左右后进入减压塔。
由于原油在常压下加热至400℃以上时会产生裂化,引起加热炉炉管结焦,并影响产品质量,因此加热温度不宜再高,采用在负压下进行蒸馏,可获得更多的馏出油,以提供更多的二次加工原料。
为了降低塔顶冷却器的阻力降,减少塔顶抽真空设备的负荷,减压塔馏出的产品基本上全部从侧线抽出,塔顶一般不出产品,直接与抽真空设备连接,一般塔顶压力为40mmHg以下。
抽真空设备的作用是将塔内产生的不凝气(主要是裂解气和漏入的空气)和吹入的水蒸汽连续地抽走以保证减压塔的真空度要求。
根据生产要求,减压塔常开3—5个侧线,可用来制造润滑油或作催化裂化的原料。
如对最下一个侧线产品的残炭值和重金属含量有较高要求,则需在塔进口与最下一个侧线抽出口之间设1—2个洗涤段。
塔底渣油可以送至焦化或氧化沥青装置或其它渣油深度加工装置。
为了充分回收热量,在装置流程中,将原油与减压塔各种经加工的馏分油在一系列换热器中进行换热。
减压精馏塔一般要求有尽可能高的拔出率,为此除了选用适当的真空泵使塔顶保持较高真空度外,应采用低阻力的塔内件。
本课题主要是根据工艺数据进行设计原油减压蒸馏内件的结构,使得全塔压降降低,提高拔出率。
通过对流程的分析和塔的设计,了解目前国内外该类设备的发展现状,思考对其有何改进,对蒸馏减压塔设备的研究可以提高学生的专业知识水平,对将来工作、科研打下良好的基础。
二、参考文献
[1]廖芝文.常减压装置减压深拔模拟与实践.石化技术与应用,2008,26
(2):
172-176
[2]刘海燕,于建宁,鲍晓军.世界石油炼制技术现状及未来发展趋势.过程工程学报,2007,7
(1):
176-185
[3]赵建明.简述炼油技术的现状及发展[J].中国科技财富,2008,10.
[4]王松汉主编,石油化工设计手册[M].北京,化学工业出版社,2001年
[5]罗资琴.论原油蒸馏技术的发展方向.兰州石化职业技术学院学报,2003,3
(1):
1-3
[6]汤湘华,丁少恒.2008年我国成品油市场半年回顾与展望.国际石油经济,2008,8:
55-60.
[7]于长青.加氢裂化装置能耗分析及降耗措施[J].广石化科技,2008,9(3):
17-21.
[8]陈士军,黄费喜.常减压蒸馏装置扩能改造新途径[J].石油炼制与化工,2004,35(7):
27-30.
[9]兰州石油机械研究所主编.现代塔器技术[M].北京,中国石化出版社,2005
三、设计(研究)内容和要求
设计目标:
根据已有的工艺模拟计算和塔内件水力学计算结果,完成500万吨/年减压塔内件的设计,掌握常规塔的设计方法,并熟练设计软件的应用。
设计内容:
减压塔设计规格为φ4800/φ7800。
总图和支承;DN4800管子、槽式液体分布器、压圈、塔盘、集油箱(不考虑热膨胀结构,全连通设计)、填料支撑(云梯梁支承);DN7800管子、槽式液体分布器、压圈、集油箱(考虑热膨胀结构,底部集油箱高度为250~300mm)、双切向和能量吸收器;双列叶片气体分布器
设计要求:
(1)各段填料、集油箱等支撑件需采用轻型结构,尽量减少占塔截面积比例,尽可能避免填料段产生气液接触“死区”。
(2)集油箱、液体分布器的设计要结构简单、易于制造安装,其高度能满足上限操作即可。
(3)液体分配器等在设计时应考虑塔内安装过程中能进行水平调节。
(4)汽提段塔盘怕吹翻需考虑加强,辅梁用槽钢梁采用冲阀结构。
指导教师(签字)
年月日
审题小组组长(签字)
年月日
天津大学本科生毕业设计(论文)开题报告
课题名称
500万吨/年炼油减压蒸馏装置设计
学院名称
化工学院
专业名称
过程装备与控制工程
学生姓名
指导教师
一、课题的来源及意义
随着国民经济的快速发展,世界上对能源的需求量迅速上升,我国原油一次加工能力达到3.28亿吨/年,居世界第二位。
我国的炼油技术主要借鉴国外,整体工艺流程多从国外引进,长期以来缺乏自主知识产权的技术,流程改进甚微,与发达国家有一定的差距,特别是我国炼油技术的能耗远远高于国外能耗水平,是制约我国原油加工技术发展的瓶颈。
为了减少对国外的依赖,需要独立自主地解决重大工程技术难题。
目前,由于原油价格体系与国际接轨,生产操作成本不断提高,石油化工行业面临着严峻的挑战。
因此,必须提高炼油厂的应变能力,降低生产成本,以保持企业的竞争力。
常减压蒸馏装置是原油深加工的基础,蒸馏过程的方案和设计是否合理、生产操作是否稳定优化、产品质量是否良好等,直接影响各个后续加工过程的处理量、收率和全厂的生产均衡性、能耗及经济效益。
500万吨/年炼油减压装置设计工作的参与和完成将会对我的专业素养有一个质的提升,比如对化工设备内件的设计标准的熟悉,化工设备设计思路的开拓,设备设计方面经验的养成以及CAD制图能力。
另外,从这次毕业设计中我也能学到设计工作的流程与分工,以及了解化工设备设计领域的情况。
这一切无疑对我日后的发展有着举足轻重的作用。
2、国内外发展状况
原油预处理工艺,
⏹某新粘稠原油预处理的方法:
先将稠油用煤油馏分稀释,然后将脱钙剂与稀释后的稠油混合、沉降,再将脱酸剂与脱钙后的稠油混合、萃取,最后将脱钙剂和脱酸剂中的溶剂回收后返回脱钙段和脱酸段循环使用。
该方法流程简单,能同时有效脱除粘稠原油中的钙、酸、盐等杂质。
⏹破乳剂价格的昂贵和极大短缺导致了必须寻找提高破乳剂再次使用效果的有效措施。
研究表明可以通过正确计算相位间分配的数据来提高破乳剂再次使用的效果,通常是指进入原油预处理工艺流程选择投药点时的非离子表面活性剂。
用这种方法已经解决了提高破乳剂再次使用的部分问题,它的关键在于乳化剂破坏后确定破乳剂输入的最佳位置,并且必须在破乳剂转换为水相指标的最大值和最小值相应的条件下确定。
⏹中国石化金陵公司研究院孙晓霞进行了关于乳化原油声--化学法脱水研究,认为可为炼油厂原油预处理提供一条新途径,有其重要的现实意义
减压塔设计
⏹使用链系统控制方法对常减压装置减压塔进行质量控制。
通过对复杂的减压塔系统模型动态分段,控制作用逐级传递到受控输出,使整个减压塔的质量控制体系更加具有适应性和稳定性,进而对提高产品的质量产生重大的意义。
整个系统在设计时由于预估和控制仅依赖局部信息,当局部发生故障时,不至于过多地降低全局性能,从而使整个减压塔质量控制自动化设备有了更高的可靠性。
⏹传统的湿式减压蒸馏技术,能耗较高,并产生大量含油污水。
采用“微湿式”减压蒸馏技术(即装置工艺流程只在减压炉对流段与辐射段炉管之间注入少量中压蒸汽,减压塔不设汽提部分),有利于提高减压拔出率,同时有效地降低了塔底汽提蒸汽量,减少了减顶冷凝器冷却水用量,降低了能耗。
⏹由于国内外原油日益变重,因此如何采用新技术来提高拔出率,得到较多的直馏馏分油已受到国内外炼油工作者的重视。
国外一些公司对减压深拔技术进行了较为深入的研究并拥有专利技术或专有技术。
近年来我国在常减压蒸馏装置的设计和改造工程中,都尽可能采用减压深拔技术以提高常减压蒸馏的总拔出率,使原油得到更充分、更有效的利用以增加经济效益。
3、设计内容及研究方法
设计目标:
根据已有的工艺模拟计算和塔内件水力学计算结果,完成500万吨/年减压塔内件的设计,掌握常规塔的设计方法,并熟练设计软件的应用。
设计内容:
减压塔设计规格为φ4800/φ7800。
总图和支承;DN4800管子、槽式液体分布器、压圈、塔盘、集油箱(不考虑热膨胀结构,全连通设计)、填料支撑(云梯梁支承);DN7800管子、槽式液体分布器、压圈、集油箱(考虑热膨胀结构,底部集油箱高度为250~300mm)、双切向和能量吸收器;双列叶片气体分布器
设计原则:
设计文件中的计量单位制采用SI单位制,温度单位采用摄氏度。
在设计条件和操作弹性范围内保证所提供产品的机械性能、水力学性能、产品质量和收率。
4、进度安排
2009.12.24~2010.01.20接收毕业设计书,查阅资料;
2010.03.01~2010.03.12开题阶段,撰写开题报告;
2010.03.14~2010.03.21参观工程和熟悉资料等内容;
2010.03.21~2010.06.13开展设计工作,编写设计说明书,整理计算书并完成论文;
2010.06.14~2010.06.20准备与参加毕业答辩。
5、可行性分析
本课题通过资料的收集,以工艺模拟计算和塔内件水力学计算各项数据为基础,完成减压塔内件的设计。
在设计过程中,本课题组良好的设计基础和指导老师的精心指导,学生专业知识的学习及对AutoCAD和ProE等设计软件的熟练掌握都为本课题的研究完成提供了条件。
由设计内容与过程可知,本设计内容可以有天津大学过程装备与控制工程专业四年学制的本科生参与。
同时时间安排合理,可行性较高。
6、具备的试验条件
天津大学精馏技术国家工程研究中心拥有各类先进的软件系统,广泛应用于工艺模拟,流体力学计算、塔内件设计、强度校核计算等,具备本课题研究所需的全部硬件条件。
精馏中心具有一流的设计人员,丰富的工程设计经验及良好的设计条件,完成了单套年处理能力突破500万吨、800万吨直至1000万吨的炼油减压蒸馏装置技术创新,同时多次创造国内最大直径塔器的研制记录,且本课题研究的500万吨/年炼油装置前期工艺计算和设计基本完成。
七、主要参考文献
[10]廖芝文.常减压装置减压深拔模拟与实践.石化技术与应用,2008,26
(2):
172-176
[11]刘海燕,于建宁,鲍晓军.世界石油炼制技术现状及未来发展趋势.过程工程学报,2007,7
(1):
176-185
[12]赵建明.简述炼油技术的现状及发展[J].中国科技财富,2008,10.
[13]王松汉主编,石油化工设计手册[M].北京,化学工业出版社,2001年
[14]罗资琴.论原油蒸馏技术的发展方向.兰州石化职业技术学院学报,2003,3
(1):
1-3
[15]汤湘华,丁少恒.2008年我国成品油市场半年回顾与展望.国际石油经济,2008,8:
55-60.
[16]于长青.加氢裂化装置能耗分析及降耗措施[J].广石化科技,2008,9(3):
17-21.
[17]陈士军,黄费喜.常减压蒸馏装置扩能改造新途径[J].石油炼制与化工,2004,35(7):
27-30.
[18]兰州石油机械研究所主编.现代塔器技术[M].北京,中国石化出版社,2005
[19]姜斌,林志伟,毛福忠,陈开辈,池琳,严谆.特大型减压深拔的减压塔石油化工设备技术.北京,2009
[20]娄世松,张鸿勋.江汉原油预处理技术研究[M].北京,石油化工腐蚀与防护,1998
[21]聂德清.化工设备设计EM].北京,化学工业出版社,1991.
[22]张远声.腐蚀破坏事故100例EM].北京,化学工业出版社,2001.
选题是否合适:
是□否□
课题能否实现:
能□不能□
指导教师(签字)
年月日
选题是否合适:
是□否□
课题能否实现:
能□不能□
审题小组组长(签字)
年月日
摘要
本文介绍了原油蒸馏生产工艺,具体分析了原油蒸馏生产的工艺流程,结合工艺流程设计了原油减压蒸馏塔的内件装配图。
原油蒸馏生产工艺具体分为原油预处理,常压蒸馏,减压蒸馏三个工序。
本文结合实际生产要求分析了原油减压蒸馏的工艺流程和特点,详细介绍了这套年处理能力500万吨的原油减压蒸馏装置的内件设计。
主要介绍了槽式液体分布器,洗涤油分布管,回流分布管的具体设计过程以及结构特点分析。
对集油箱进行了相关的流体力学分析与强度校核。
填料塔内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集装置和其他分布装置等。
合理的选择和设计塔内件,对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。
关键词:
原油蒸馏;减压蒸馏;填料塔;液体分布器;集油箱;
ABSTRACT
Inthispaper,autherintroducedtheproductionmethodsofcrudeoildistillation.Thisarticleanalysedtheprocessofcrudeoildistillationanddesignedtheassemblydrawingofvacuumcrudedistillationcolumnsaccordingtotheprocess.
theprocessofcrudeoildistillationclassifyintothreesectionswhicharespecificpretreatment,atmosphericdistillationandvacuumdistillation.Inthispaper,autheranalyzedtheprocessandfeatureofcrudeoildistillationCombinedwithpracticalproductionrequirements.Thisarticlespecificallyanalyzedthedesignofinnerpartsofthevacuumcrudedistillationcolumnswhichcanprocess500tonannually.Authormainlyintroducesthedesignprocessandstructuralcharacteristicsoftroughliquiddistributors,Washingoildistributionpipeandrefluxdistributionpipe.Analysisofhydrodynamicsandstrengthcheckofoilsumptankwerediscussedalso.
Thepackeddistillationmainlycontentsthepaddingblocking,thepaddingcontract-ing,andtheliquiddistributioninstallmentandsoon.Choiceanddesignthereasonableanddistillationcontentstoguaranteetheabsorptionchamberthenormalwork,Operationandperformance.
Keyword:
crudeoildistillation;vacuumdistillation;packed;columns;liquiddistributors;oilsumptank
第一章文献综述…………………………………………1
1.1石油工业简介……………………………………………1
1.2石油蒸馏工艺……………………………………………2
1.3塔设备及原油减压塔……………………………………3
1.4小结………………………………………………………6
第二章原油蒸馏工艺流程………………………………8
2.1原油蒸馏具体工艺流程…………………………………8
2.2原油蒸馏工艺特点………………………………………9
第三章原油减压蒸馏塔的设计…………………………10
3.1原油减压蒸馏塔基本设计要求…………………………10
3.2原油减压蒸馏塔设计方案………………………………10
3.3原油减压蒸馏塔内件设计……………………………14
3.4原油减压蒸馏塔内件应力分析…………………………20
参考文献………………………………………………………
附录
外文资料
中文译文
第一章文献综述
1.1石油工业简介
石油又称原油,是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。
由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分,约占95%~99%,含硫、氧、氮的化合物对石油产品有害,在石油加工中应尽量除去。
不同产地的石油中,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。
通常以烷烃为主的石油称为石蜡基石油;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。
除个别油田外,原油中汽油馏分较少,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,应当物尽其用。
石油炼制工业是国民经济最重要的支柱产业之一,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的工业。
据统计,全世界总能源需求的40%依赖于石油产品,汽车,飞机,轮船等交通运输器械使用的燃料几乎全部是石油产品,有机化工原料主要也是来源于石油炼制工业,世界石油总产量的10%用于生产有机化工原料。
石油是十分复杂的烃类非烃类化合物的混合物。
石油产品种类繁多,市场上各种牌号的石油产品达1000种以上,大体上可分为以下几类:
⑴燃料:
如各种牌号的汽油、航空煤油、柴油、重质燃料油等;
⑵润滑油:
如各种牌号的内燃机油、机械油等;
⑶有机化工原料:
如生产乙烯的裂解原料、各种芳烃和烯烃等;
⑷工艺用油:
如变压器油、电缆油、液压油等;
⑸沥青:
如各种牌号的铺路沥青、建筑沥青、防腐沥青、特殊用途沥青等;
⑹蜡:
如各种食用、药用化妆品用,包装用的石蜡和地蜡;
⑺石油焦炭:
如电极用焦、冶炼用焦、燃料焦等。
从上述石油产品品种之多和用途之广也可以看到石油炼制工业在国民经济和国防中的重要地位。
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。
在交通运输业中,汽车是最大的石油消费用户。
在石油产品中,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。
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、建筑及防水等方面;其产量约占石油产品总量3%;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%;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。
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。
通常包括三个工序:
①原油预处理:
即脱除原油中的水和盐。
②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(即重油)。
③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。
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。
1.3塔设备
1.3.1塔设备简介
塔设备是化工,石油化工、炼油厂等厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面,都有重大的影响。
据有关材料报道,塔设备的投资费占整个工艺设备投资费的较大比例,它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。
因此,塔设备的设计和研究,受到化工、炼油等行业的极大重视。
作为主要用于传质过程的塔设备,首先必须使气(汽)液两相能充分接触,以获得较高的传质效率。
此外,为了满足工业生产的需要,塔设备还得考虑下列的各项要求1.生产能力大。
在较大的气(汽)夜流速下,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或者液泛等破坏正常操作的现象。
2.操作稳定、弹性大。
塔设备的气(汽)夜负荷量有较大的波动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。
并且塔设备应保证能长期连续操作。
3.流体流动的阻力小,即流体通过塔设备的压力降小。
这将有助于节省生产中的动力消耗,用来降低经常操作费用。
对于减压蒸馏操作,较大的压力降还可以使系统无法维持必要的真空度。
4.结构简单、材料用量小、制造和安装容易,这可以减少基建过程中的投资费用。
5.耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。
1.3.2塔设备的发展状况
精馏过程是一种传热和传质的过程,用于分离组分沸点不同的液体混合物;是应用数量最多、能耗最大和涉及面最广的石油、化工工业单元操作,精馏塔设备任何新的发展都将可能产生巨大的经济效益和社会效益,是西方发达国家近100多年化学工程单元操作最活跃的研究开发应用领域。
塔设备的广泛应用是伴随着十九世纪初迅猛发展的炼油工业。
1904年炼油工业出现了早期的填料塔,1912年穿流塔板也应用于炼油工业。
1914Rachig环问世,标志着第一代乱堆填料的诞生,但实际生产效果仍没有很大的提高,人们开始意识到汽液分布性能对填料塔操作的重要性。
1920年泡罩塔板在炼油工业中应用,标志着现代塔设备研究开发的开始。
按照典型的技术发展,可将现代塔设备技术的发展应用归纳为5个阶段,详见图1。
图1塔设备研究阶段示意图
阶段Ⅰ(20世纪20~50年代)
此阶段的塔设计处于简单的平衡量、塔板效率、传质系数、液泛等概念和简单设计的水平,此时尽管乱堆填料也在小型塔设备中应用,但泡罩塔板是工业应用无可比拟的塔内件,在当时被认为是不可替代的。
在此阶段,研究开发由实验室级别向实验工厂规模的转变。
阶段Ⅱ(50~70年代)
由于塔设备巨大的工业应用市场和开发潜力,在50年代,在发达国家,精馏塔内件的研究发展到一个全新、大规模、集团化的研究的阶段。
浮阀塔板的开发
在1951年Koch公司的Nuter率先发明了浮阀塔板的概念,浮阀塔板以比泡罩塔板更低的压降、更高的操作效率、更大的处理能力、更大的操作弹性、极低的液面落差
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