年產(chǎn)150萬(wàn)噸中東原油常壓塔設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　化學(xué)工程與工藝</b></p><p>　　年產(chǎn)150萬(wàn)噸中東原油常壓塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　石油工業(yè)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　石油又稱(chēng)原油，是從地下深處開(kāi)采的棕黑色可燃粘稠

2、液體。由碳和氫化合形成的烴類(lèi)構(gòu)成石油的主要組成部分，約占95%～99%，含硫、 氧、氮的化合物對(duì)石油產(chǎn)品有害，在石油加工中應(yīng)盡量除去【1】。不同產(chǎn)地的石油中，各種烴類(lèi)的結(jié)構(gòu)和所占比例相差很大，但主要屬于烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴三類(lèi)。通常以烷烴為主的石油稱(chēng)為石蠟基石油；以環(huán)烷烴、芳香烴為主的稱(chēng)環(huán)烴基石油；介于二者之間的稱(chēng)中間基石油。我國(guó)主要原油的特點(diǎn)是含蠟較多，凝固點(diǎn)高，硫含量低，鎳、氮含量中等，釩含量極少。除個(gè)別油田外，原油中汽油餾分較少，

3、渣油占1/3。組成不同類(lèi)的石油，加工方法有差別，產(chǎn)品的性能也不同，應(yīng)當(dāng)物盡其用【2】。</p><p>　　石油是重要的能源之一，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都離不開(kāi)石油，但是又不能直接作為產(chǎn)品使用，必須經(jīng)過(guò)加工煉制過(guò)程，連制成多種在質(zhì)量上符合使用要求的石油產(chǎn)品才能投入使用【3】。我國(guó)煉油工業(yè)經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展，到21世紀(jì)初期，生產(chǎn)的汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油等石油產(chǎn)品基本滿足的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的需要。但是，進(jìn)

4、入21世紀(jì)，特別是我國(guó)成為世界貿(mào)易組織的正式成員后，不可避免的要參與世界貿(mào)易大環(huán)境下的競(jìng)爭(zhēng)，按照市場(chǎng)準(zhǔn)入、關(guān)稅減讓的相關(guān)壁壘協(xié)議，國(guó)內(nèi)成品油市場(chǎng)將逐漸融入國(guó)際市場(chǎng)，基本依靠自有技術(shù)發(fā)展起來(lái)的我國(guó)煉油工業(yè)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)【4】。國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防部門(mén)眾多的各種應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)石油產(chǎn)品提出了許多不同的使用要求。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況的變化、科學(xué)技術(shù)水平以及工業(yè)生產(chǎn)水平的大幅度提高，對(duì)石油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的要求不斷嚴(yán)格，所要求的石油產(chǎn)品的品種和數(shù)量也不斷增加【

5、5】。目前，我國(guó)原油的年加工量超過(guò)2億噸。而國(guó)內(nèi)所能提供原油量?jī)H為1.3億噸，為了滿足原油的需求量，則需要每年從國(guó)外二十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)進(jìn)口約6940萬(wàn)噸原油。為了更好的提高石油資源的利用率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)從國(guó)外進(jìn)口的原油煉制構(gòu)成進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究也是</p><p>　　石油是十分復(fù)雜的烴類(lèi)非烴類(lèi)化合物的混合物。石油產(chǎn)品種類(lèi)繁多，市場(chǎng)上各種牌號(hào)的石油產(chǎn)品達(dá)1000種以上，大體上可分為以下幾類(lèi)： </p&g

6、t;<p>　?、?燃料：如各種牌號(hào)的汽油、航空煤油、柴油、重質(zhì)燃料油等； </p><p>　?、?潤(rùn)滑油：如各種牌號(hào)的內(nèi)燃機(jī)油、機(jī)械油等； </p><p>　?、?有機(jī)化工原料：如生產(chǎn)乙烯的裂解原料、各種芳烴和烯烴等； </p><p>　?、?工藝用油：如變壓器油、電纜油、液壓油等； </p><p>　?、?瀝青：如各

7、種牌號(hào)的鋪路瀝青、建筑瀝青、防腐瀝青、特殊用途瀝青等； </p><p>　　⑹ 蠟：如各種食用、藥用化妝品用，包裝用的石蠟和地蠟； </p><p>　　⑺ 石油焦炭：如電極用焦、冶煉用焦、燃料焦等。 </p><p>　　從上述石油產(chǎn)品品種之多和用途之廣也可以看到石油煉制工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防中的重要地位【10】。 </p><p>　　石

8、油作為一種能流密度高，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用的清潔能源已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面。按2001年中國(guó)各行業(yè)石油消費(fèi)構(gòu)成看，交通運(yùn)輸業(yè)占30%以上，是消費(fèi)石油最多的行業(yè)。 在交通運(yùn)輸業(yè)中，汽車(chē)是最大的石油消費(fèi)用戶(hù)。在石油產(chǎn)品中，汽油的85%～90%和柴油的30%被汽車(chē)所消耗。面對(duì)中國(guó)目前汽車(chē)的飛速發(fā)展，保有量的迅猛增長(zhǎng)，不能不未雨綢繆，以防石油短缺制約汽車(chē)工業(yè)的正常發(fā)展。從世界范圍看，汽車(chē)的出現(xiàn)把石油工業(yè)推向了快速發(fā)展的軌道，加快了石油產(chǎn)

9、品的消費(fèi)和需求【11】。 </p><p>　　燃料包括汽油、柴油及噴氣燃料（航空煤油）等發(fā)動(dòng)機(jī)燃料以及燈用煤油、燃料油等。我國(guó)的石油產(chǎn)品中燃料約占80%，而其中約60%為各種發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，所產(chǎn)柴油和汽油的比例約為1.3:1；潤(rùn)滑劑包括潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，主要用于降底機(jī)件之間的磨擦和防止磨損，以減少能耗和延長(zhǎng)機(jī)械壽命。其產(chǎn)量不多，僅占石油產(chǎn)品總量的2%左右，但品種達(dá)數(shù)百種之多；石油瀝青用于道路、建筑及防水等方面；其產(chǎn)量

10、約占石油產(chǎn)品總量3%；石油蠟屬于石油中固態(tài)烴類(lèi)，是輕工、化工和食品等工業(yè)部門(mén)的原料，其產(chǎn)量約占石油產(chǎn)品總量的1%；石油焦可用以制作煉鋁及煉鋼用電極等，其產(chǎn)量約為石油產(chǎn)品總量的2%；約有10%的石油產(chǎn)品，是用作石油化工原料和溶劑，其中包括制取乙烯的原料（輕油），以及石油芳烴和各種溶劑油【12】。</p><p><b>　　石油蒸餾工藝</b></p><p>　　最基

11、本的石油煉制過(guò)程是指用蒸餾的方法將原油分離成不同沸點(diǎn)范圍油品(稱(chēng)為餾分)的過(guò)程。通常包括三個(gè)工序：①原油預(yù)處理：即脫除原油中的水和鹽。②常壓蒸餾：在接近常壓下蒸餾出汽油、煤油(或噴氣燃料)、柴油等的直餾餾分，塔底殘余為常壓渣油(即重油)。③減壓蒸餾：使常壓渣油在8kPa左右的絕對(duì)壓力下蒸餾出重質(zhì)餾分油作為潤(rùn)滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底殘余為減壓渣油。如果原油輕質(zhì)油含量較多或市場(chǎng)需求燃料油多，原油蒸餾也可以只包括原油預(yù)處理和常壓蒸餾兩

12、個(gè)工序，俗稱(chēng)原油拔頭。原油蒸餾所得各餾分有的是一些石油產(chǎn)品的原料；有的是二次加工（見(jiàn)石油煉制過(guò)程）的原料【13】。</p><p>　　原油精餾裝置是煉油企業(yè)的“龍頭”，是煉油工業(yè)的第一道工序，為二次加工裝置提供原料，是原油加工的基礎(chǔ)，其能量的綜合利用程度和拔出率高低體現(xiàn)在石化企業(yè)的效益上，因此，開(kāi)展常壓精餾裝置的研究是很有意義的。原油常減壓蒸餾作為原油的一次加工工藝，在原油加工總流程中占有重要作用，近年來(lái)常減壓

13、蒸餾技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)不斷創(chuàng)新，裝置節(jié)能消耗顯著，產(chǎn)品質(zhì)量提高。但與國(guó)外先進(jìn)水平相比，仍存在較大的差距，裝置能耗仍然偏高，分餾精度和減壓拔出深度偏低，對(duì)含硫原油的適應(yīng)性差等。進(jìn)一步提高常減壓裝置的操作水平和運(yùn)行水平，顯著日益重要，對(duì)提高煉油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也具有重要意義【14】。</p><p>　　世界原油的硫含量在不斷升高,目前硫含量在1%以上的原油占世界原油總產(chǎn)量的55%以上.據(jù)預(yù)測(cè)原油平均相對(duì)密度將上升到0.8

14、633g/cm3,硫含量將上升到1.6%。含硫原油主要來(lái)自中東，其含硫原油與中國(guó)勝利原油相比，輕餾分都較多，密度、粘度、酸值、膠質(zhì)、凝點(diǎn)和閃點(diǎn)都較低，釩含量則普遍較高，各段餾分的硫含量都較高。原油中的硫包括元素硫，硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩類(lèi)化合物，以及分子量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的含硫化合物。原油中的硫化物主要分布在重質(zhì)餾分中，蠟油和減渣的硫含量占總硫的80%以上，這些硫分進(jìn)入二次加工裝置將對(duì)設(shè)備構(gòu)成威脅。因此如何對(duì)設(shè)備的腐蝕防護(hù)也是設(shè)

15、計(jì)的一個(gè)目標(biāo)【15】。</p><p><b>　　塔設(shè)備簡(jiǎn)介</b></p><p>　　塔設(shè)備是化工，石油化工、煉油廠等廠中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。據(jù)有關(guān)材料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)的較大比例，它所耗用的鋼材重量在各類(lèi)工藝設(shè)備中也屬較多。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研

16、究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視【16】。 </p><p>　　作為主要用于傳質(zhì)過(guò)程的塔設(shè)備，首先必須使汽液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列的各項(xiàng)要求：1.生產(chǎn)能力大。在較大的汽夜流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或者液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。2.操作穩(wěn)定、彈性大。塔設(shè)備的汽夜負(fù)荷量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證

17、能長(zhǎng)期連續(xù)操作。3.流體流動(dòng)的阻力小，即流體通過(guò)塔設(shè)備的壓力降小。這將有助于節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，用來(lái)降低經(jīng)常操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還可以使系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度。4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料用量小、制造和安裝容易，這可以減少基建過(guò)程中的投資費(fèi)用。5.耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修【17】。</p><p><b>　　塔設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r</b></p><

18、;p>　　常減壓蒸餾裝置是原油深加工的基礎(chǔ)，蒸餾過(guò)程的方案和設(shè)計(jì)是否合理、生產(chǎn)操作是否穩(wěn)定優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量是否良好等，直接影響各個(gè)后續(xù)加工過(guò)程的處理量收率和全廠的生產(chǎn)均衡性、能耗及經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　精餾過(guò)程是一種傳熱和傳質(zhì)的過(guò)程，用于分離組分沸點(diǎn)不同的液體混合物；是應(yīng)用數(shù)量最多、能耗最大和涉及面最廣的石油、化工工業(yè)單元操作，精餾塔設(shè)備任何新的發(fā)展都將可能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是西方發(fā)達(dá)國(guó)

19、家近100多年化學(xué)工程單元操作最活躍的研究開(kāi)發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域。塔設(shè)備的廣泛應(yīng)用是伴隨著十九世紀(jì)初迅猛發(fā)展的煉油工業(yè)。1904年煉油工業(yè)出現(xiàn)了早期的填料塔，1912 年穿流塔板也應(yīng)用于煉油工業(yè)。1914Rachig環(huán)問(wèn)世，標(biāo)志著第一代亂堆填料的誕生，但實(shí)際生產(chǎn)效果仍沒(méi)有很大的提高，人們開(kāi)始意識(shí)到汽液分布性能對(duì)填料塔操作的重要性【18】。</p><p>　　塔板的發(fā)展。在1951年Koch公司的Nuter率先發(fā)明了浮閥塔

20、板的概念，浮閥塔板以比泡罩塔板更低的壓降、更高的操作效率、更大的處理能力、更大的操作彈性、極低的液面落差和低造價(jià)適用于臟、粘體系等強(qiáng)大的生命力成為塔內(nèi)件的主流，很快替代了泡罩塔板，標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始，直到今天浮閥塔板仍是工業(yè)應(yīng)用的主流。由于放大效應(yīng)，塔設(shè)計(jì)出現(xiàn)了幾個(gè)放大失敗的例子，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。人們意識(shí)到對(duì)于精餾塔內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)和流體力學(xué)研究需要開(kāi)展相同或相近規(guī)模的熱膜研究。1952年，由美國(guó)十二家大型石油和化學(xué)公司共同發(fā)起、

21、并集資建立了一個(gè)聯(lián)合工廠規(guī)模的精餾試驗(yàn)基地— FRI開(kāi)展廣泛的蒸餾塔應(yīng)用基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)問(wèn)題研究，為精餾塔設(shè)計(jì)水平的提高作出了重大的貢獻(xiàn)。FRI的成立標(biāo)志著精餾設(shè)備集團(tuán)化研究的開(kāi)始【19】。50年代在美國(guó)AIChE組織了三所大學(xué)進(jìn)行了著名的AIChE精餾和吸收板效率的五年研究計(jì)劃，試圖建立一套完整和通用的精餾塔效率預(yù)測(cè)理論和放大方法。工程實(shí)際中被證明不能可靠用于工業(yè)放大，但其研究工作對(duì)板式塔基礎(chǔ)研究作出了巨大貢獻(xiàn)，其AIChE塔板效率理論

22、和預(yù)測(cè)方法成為最經(jīng)典的板效率估算方法。60年代，板式塔的</p><p>　　1920年泡罩塔板在煉油工業(yè)中應(yīng)用，標(biāo)志著現(xiàn)代塔設(shè)備研究開(kāi)發(fā)的開(kāi)始。按照典型的技術(shù)發(fā)展，可將現(xiàn)代塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用歸納為4個(gè)階段。</p><p>　　階段Ⅰ (20世紀(jì)20～50年代)</p><p>　　此階段的塔設(shè)計(jì)處于簡(jiǎn)單的平衡量、塔板效率、傳質(zhì)系數(shù)、液泛等概念和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的水平，

23、此時(shí)盡管亂堆填料也在小型塔設(shè)備中應(yīng)用，但泡罩塔板是工業(yè)應(yīng)用無(wú)可比擬的塔內(nèi)件，在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是不可替代的。在此階段，研究開(kāi)發(fā)由實(shí)驗(yàn)室級(jí)別向?qū)嶒?yàn)工廠規(guī)模的轉(zhuǎn)變。</p><p>　　階段Ⅱ (50～70年代)</p><p>　　由于塔設(shè)備巨大的工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)和開(kāi)發(fā)潛力，在50年代，在發(fā)達(dá)國(guó)家，精餾塔內(nèi)件的研究發(fā)展到一個(gè)全新、大規(guī)模、集團(tuán)化的研究的階段。</p><p>　

24、　階段Ⅲ(70～80年代)</p><p>　　大型液體分布器的基礎(chǔ)研究使得填料塔的放大研究成功，并在減壓塔中應(yīng)用獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　階段Ⅳ (80～21世紀(jì))</p><p>　　世界范圍內(nèi)煉油和石油化學(xué)工業(yè)向精細(xì)、大型化的方向發(fā)展，在計(jì)算機(jī)控制水平、工藝模擬和設(shè)計(jì)包、塔內(nèi)件基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累越來(lái)越豐富等技術(shù)支撐下，現(xiàn)有塔設(shè)

25、備的增效、增能、降耗，消除瓶頸、挖潛改造，降低加工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益成為熱門(mén)的發(fā)展方向。填料繼續(xù)廣泛應(yīng)用于減壓塔，并出現(xiàn)了某些常壓塔和加壓塔生產(chǎn)的增效、增能中獲得一定的效果報(bào)導(dǎo)的實(shí)例。新型、高效、大處理能力板式塔的不斷開(kāi)發(fā)和研究，并在工業(yè)應(yīng)用中獲得成功【21】。</p><p>　　設(shè)計(jì)了一個(gè)常壓蒸餾裝置，此裝置由一臺(tái)管式加熱爐、一個(gè)常壓塔以及若干臺(tái)換熱器、冷凝冷卻器、機(jī)泵等組成，在常壓塔外側(cè)為側(cè)線產(chǎn)品設(shè)汽提塔。

26、流程簡(jiǎn)單，投資和操作費(fèi)用較少。原油通過(guò)這樣的常壓蒸餾，一般可得到350—370℃以前的幾個(gè)餾分，可用作汽油、煤油（航空或燈用）、柴油等產(chǎn)品，也可分別作為重整化工（如輕油裂解）等裝置的原料。剩余的塔底重油可作鋼鐵或其它工業(yè)的燃料。在某些特定的情況下也可以作催化裂化或加氫裂化裝置的原料。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 晁可繩.

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