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第三章石油炼制概述1、什么是石油炼制？以原油为基本原料，通过一系列炼制工艺，把原油加工成石油产品的过程，称为石油炼制，简称炼油。2、一次加工过程：常减压蒸馏，为物理加工过程。常减压蒸馏产品：轻质馏分油：汽、煤、柴油馏分重质馏分油：润滑油馏分、裂化原料（减压馏分或蜡油）减压渣油其中轻质馏分油和重质馏分油又称直馏馏分。我国原油特点：轻质占20~30%，直馏馏分占40~60%2、二次加工过程：轻质油改质或重质油或渣油轻质化的过程，为化学加工过程∵一次加工得到的轻质油品数量和质量都满足不了要求∴必须进行二次加工二次加工过程：包括催化裂化、加氢裂化、催化重整、延迟焦化、加氢精制等4、原油加工方案的确定因素①原油的化学组成和性质：不同的原油适合生产不同的石油产品；②市场需求组成和性质相近的原油加工方案相似，加工中遇到的问题也相似第一节原油的分类一、工业分类法又称商品分类法常用：按密度和含硫量1、按密度分类类别API度密度（15℃）密度（20℃）轻质原油＞34＜0.855＜0.851中质原油34~200.855~0.9340.851~0.930重质原油20~100.934~0.9990.931~0.996特稠原油＜10＞0.999＞0.9962、按含硫量分类类别含硫量（细）含硫量（粗）特高硫原油≥2.0高硫原油≥1.3~＜2.0＞2.0中硫原油≥1.0~＜1.3含硫原油≥0.25~＜1.00.5~2.0低硫原油≥0.25~＜1.0＜0.5超低硫原油＜0.25二、化学分类法是以化学组成为基础的分类方法。但石油化学组成复杂∴采用与化学组成有关的物理性质作为分类基础1、特性因数分类法K＞12.1石蜡基原油K=11.5~12.1中间基原油K=10.5~11.5环烷基原油石蜡基特点：烷烃含量在50%以上，密度较小，含蜡量较高，凝点高，含硫、含氮、含胶质量较低。代表：大庆原油和南阳原油。环烷基特点：环烷和芳烃含量较多，密度较大，凝点较低，含硫、含胶质、含沥青质较多，又称沥青基原油。代表：孤岛原油和单家寺原油中间基特点：介于两者之间。代表：胜利原油。2、关键馏分特性分类法通过蒸馏的方法得到：第一关键馏分：250~275℃馏分第二关键馏分：395~425℃馏分第一步,先根据密度对两个馏分进行分类然后确定原油类别关键馏分的分类标准（教材有误）关键馏分石蜡基中间基环烷基第一关键馏分ρ20＜0.82100.8210~0.8562＞0.8562第二关键馏分ρ20＜0.87230.8723~0.9503＞0.9503第二步：根据表3-4确定原油类别结合关键馏分特性和含硫量两种分类方法，我国主要原油的类别如表3-5.第二节原油加工方案确定原油加工方案的两个原则：①原油特性；②市场需求。其中原油特性其决定作用。如大庆原油：属石蜡基，适合生产润滑油，不适合生产沥青；孤岛原油：属环烷基，适合生产沥青，不适合生产润滑油。一、原油加工方案的基本类型根据生产目的，有以下几种类型1、燃料型目的：除生产燃料外，还生产燃料气、芳烃、石油焦等典型燃料型加工方案原则流程见图3-1和3-2。特点：通过一次加工尽可能将原油中的轻质馏分汽、煤、柴油分出，利用催化裂化和焦化等二次加工装置，将重馏分转化为轻质油。2、燃料-化工型目的：生产燃料和化工产品或原料，在燃料型装置的基础上，增加了化工装置。典型燃料——化工型加工方案的原则流程图见图3-33、燃料-润滑油型目的：除生产各种燃料还生产润滑油增加了润滑油生产装置，如溶剂脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡、白土精制或加氢精制，生产基础油，然后与添加剂进行调和，生产润滑油。典型的燃料-润滑油型加工方案的原则流程图见图3-44、燃料-润滑油-化工型4、燃料-润滑油-化工型目的：除生产燃料和润滑油外，还生产石化产品和原料二、重油加工方案-组合工艺技术简介重油轻质化：把重馏分油以及重油（常压渣油和减压渣油）采用某种二次加工过程进一步加工，以便获得更多的轻质油品的过程。重油加工路线：脱碳工艺和加氢工艺脱碳工艺：包括催化裂化、延迟焦化、溶剂脱沥青等加氢工艺：加氢裂化、加氢精制、渣油加氢脱硫和渣油加氢转化等目前采用的三种重油加工工艺路线：一是焦化—-循环流化床锅炉方案适用于加工高硫原油和电力紧张的企业二是渣油加氢脱硫-渣油催化裂化方案适用于加工高硫、高金属原油且重油催化裂化能力较大、氢气成本低、环保要求严格的企业三是溶剂脱沥青-造气联合循环发电方案适合于加工高硫原油且需要造气或热电联产的大型联合企业组合工艺：将几种功能不同的工艺组合在一起联合应用，相互取长补短，一种工艺的产品作为另一工艺的原料。国内应用较多的组合工艺：1、延迟焦化-催化裂化组合工艺单独得重油催化裂化的优缺点：优点：装置构成及加工流程简单，经济效益好缺点：产品品种单一、质量不高，生产灵活性受到限制。组合特点：弥补了单独的重油催化裂化产品品种单一、质量不高、灵活性不高等不足，改善了炼厂的生产灵活性，可大幅度改变柴汽比，较好地适应市场对汽油、柴油需求的变化。延迟焦化-催化裂化组合工艺延迟焦化-催化裂化组合工艺技术开发单位：石油化工科学研究院工业试验：安庆石化用催化裂化澄清油作为焦化原料生产出了具有高附加值的优质石油焦产品--针状焦。2、延迟焦化-加氢精制-催化裂化组合工艺焦化蜡油直接进催化裂化装置存在的问题：焦化蜡油硫、氮含量很高，造成催化剂活性降低，影响催化裂化转化率、产品分布和产品质量。解决办法：将焦化蜡油和焦化汽柴油或催化柴油混掺加氢精制，既得到优质汽柴油，尾油又是优良的催化裂化原料3、溶剂油脱沥青-延迟焦化-催化裂化组合工艺将催化裂化澄清油进行溶剂脱沥青，脱沥青油重新返回到催化裂化装置；脱油沥青可作为焦化进料或锅炉燃料。优点：①增加了催化裂化原料；②增加了延迟焦化原料品种，解决了部分硬沥青出路；③提高了焦化轻质油品收率。缺点：沥青掺入量增加，焦炭产量增加焦炭质量变差，炉管结焦倾向增大。第三节炼油装置主要设备组成炼油装置的设备分为六大类：流体输送设备、加热设备、换热设备、传质设备、反应设备和容器等。这六类设备按一定的工艺组成了不同的炼油装置。一、流体输送设备作用：输送各种液体和气体，使这些物料从一个设备到另一设备，或使其压力升高或降低，满足工艺要求。液体输送机械：离心泵、往复泵、旋转泵等。气体输送机械：压缩机、鼓风机、真空泵。还包括各类管线和阀门等。二、加热设备作用：把原油加热到一定温度，使油品气化、为油品进行反应提供足够热量和反应空间。（一）管式加热炉的结构和作用主要由辐射室、对流室、炉管、燃烧器及烟道等组成。1、辐射室和对流室辐射室：即炉膛，沿炉膛周围垂直方向安装辐射管，加热方式：辐射加热，完成70~80%的加热任务。对流室：炉膛上方，方形，安装水平方向的对流管，加热方式：对流加热。原油（或油品）流向：从对流管流入，经辐射管流出。烟气流向：燃料在炉膛燃烧，高温烟气进入对流室，传热后从烟囱排出。2、炉管辐射管要求耐高温、耐腐蚀，∴用优质碳钢或合金钢。对流管要求增加传热面积，强化传热，∴外表面带有钉头。3、燃烧器作用：喷散燃料与空气混合，使燃料完全燃烧燃料类型：燃料油、燃气燃料油的燃烧：蒸气与燃料油混合，经喷嘴高速喷出，使油雾化，空气从风门进入，进行燃烧。常用燃烧器：油气联合燃烧器4、几种常见的管式炉结构（1）圆筒炉炉膛形式：直立圆筒形辐射管和燃烧器的布置：辐射管在炉膛周围垂直排成一圈，炉底装一圈燃烧器。圆筒炉优点：①辐射热量均匀。原因：辐射管与燃烧器同心圆布置，辐射管距火焰的相对位置匀称，，炉管径向辐射热量均匀；②结构紧凑，材料用量、投资和占地面积均小于立式炉。缺点：受高径比限制，沿管长受热不均匀，辐射管的平均热流密度较低。弥补措施：在炉膛中间布置炉管，承受双面辐射，可提高辐射管的平均热流密度。方形对流室在圆筒上方，对流管为横排。（2）立式炉炉膛形式：长方形辐射管排列形式：水平排列在两侧优点：高宽比小，燃烧器沿管长布置，辐射管受热均匀，平均热流密度高。（3）无焰炉炉体：长方形辐射管：排在中间，两面受热燃烧器：排在两侧炉墙上，形成无焰火焰优点：炉管受热均匀，允许热强度大，金属耗量小，炉墙散热少，热效率高。无焰炉特点：采用无焰燃烧器无焰燃烧器的燃烧：高速通过喷嘴的燃料气与空气在混合管中混合，从分布室分布到燃烧孔道以极高的速度在孔道中完成全部燃烧过程，因此看不到火焰。孔道温度很高，把炉墙烧至高温，形成一面温度极高的辐射墙，由炉墙把热量传给炉管，因此炉管受热均匀。无焰炉缺点：必须使用燃料气，且燃烧器较多，操作麻烦∴只使用在炉管受热均匀程度要求较高的情况，如焦化炉（二）管式炉的工艺指标1、热负荷原料油在炉内所吸收的热量称为炉子的热负荷，单位：千焦/小时相同尺寸的加热炉，能承担的热负荷越大，表明炉子的性能越好2、热效率热负荷与燃料燃烧放出的总热量之比称为炉子的热效率，以百分数表示管式炉的热效率一般为65~85%，先进为85~95%热效率越高，消耗的燃料量越小提高热效率的途径：（1）采用新型燃烧器，使燃料燃烧完全。燃烧器作用：①雾化燃料油；②混合雾化的燃料和空气。雾化越细，混合越充分，燃烧效率越高∴燃烧器结构影响燃烧效率我国常用的燃烧器型号：VI和SJ两种油-气联合燃烧器（2）控制过剩空气系数实际进入炉膛的空气量与理论空气量之比，叫做过剩空气系数烧油时：一般为1.2~1.3烧气时：为1.1过剩空气系数国小，燃烧不完全；过大，则入炉空气太多，烟气带走热量也多，降低炉子热效率∴要控制加热炉在合适的过剩空气系数条件下操作。（3）在经济合理的前提下，充分回收烟气余热。（4）采取措施减少炉子漏气及炉体散热损失3、炉管表面热强度每平方米炉管表面积每小时所传递的热量称为炉管表面热强度，以KJ/(m2·h)表示。炉管表面热强度越高，炉管用量越小，还可缩小炉膛尺寸。提高炉管表面热强度的不利因素：①引起结焦；②局部过热。∴炉管表面热强度不能无限提高。三、换热设备把热量从高温流体传给低温流体的设备，称为热交换器或换热器。作用：加热原料、冷凝、冷却油品，并回收热量，节约能源根据使用目的不同，将换热设备分为：换热器、冷凝器、冷却器、重沸器等。换热器：用于回收热量的的叫换热器；冷却器：用水或空气作冷却介质的叫冷却器冷凝器：将介质从蒸气状态冷凝为液体状态的叫冷凝器重沸器：用以加热塔底液体使之部分气化的叫重沸器（一）几种换热器的结构和作用1、管壳式换热器外形：卧式圆筒内部：排列许多小管子管程流体：在管内流动的流体壳程流体：在管外流动的流组成部分：管束、管箱、壳体、折流板、管板、头盖等几部分。见图3-8管束：由许多管子组成，以一定方式固定在管板上。材料：10号碳钢或不锈钢无缝钢管。排列方式：正方形斜转45或正三角形。管箱：置于管束之前，管程流体先进入管箱，在到管束中。作用：分配流体级配置管程数。管程数：管程流体从一端流至另一端，往返流动的次数。流动次数为1，为单管程，两次为双管程，依次类推为四、六、八管程等。管程数越多，管内流速越大，对流传热系数越大，但流体阻力也越大，冷热流的平均温差降低。折流板：作用是提高壳程的流速、减少流动死角。一般有若干块。管板：作用是把管束固定在管箱或壳体上，一般是一端固定，根据另一端的连接方式，管壳式换热器的形式有三种：（1）固定管板式换热器两端管板与壳体固定连接，管束与壳体不能相对运动。优点：结构简单，制造成本低；缺点：温差大时，热应力大；壳程无法机械清洗。∴适用于壳体与管程温差小，壳程流体比较清洁、不易结垢的场合。当壳体和管束之间的温差较大，而壳体承受压力不太高时，可采用具有补偿圈的固定管板换热器。如图3-9（2)浮头式换热器两端的管板有一端不与壳体相连，称为活动管板，可以沿管长方向在壳体内自由伸缩，称为浮头，管束可以拉出来清洗。∴适用于壳体与管束温差大，需要清洗的场合。缺点：结构比较复杂，金属耗量多，制造成本高（3）U形管式换热器只有一块管板，每根管子都弯成U形，管子的两端分别安装在固定管板的两侧，并用隔板将封头隔成两室。利用U形弯头解决涨缩问题。缺点：清洗困难，∴适用于温差大、管内流体清洁的场合。