炼油工艺基础知识

大庆设计院炼油工艺基础知识二Ο一一年九月大庆设计院第二章石油产品的质量要求第三章石油炼制概述第四章常减压装置第五章催化裂化装置第六章延迟焦化装置第七章加氢精制和加氢裂化装置第一章石油及其产品的化学组成和物理性质第八章催化重整装置第九章炼厂气加工大庆设计院第一章石油及其产品的化学组成和物理性质第一节石油的化学组成一、石油的外观性质1、颜色及密度石油通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体；石油都有不同程度的臭味，这是因为含有硫化物的缘故；多数原油的密度集中在800～980kg/m3之间，但也有个别原油的相对密度在1000kg/m3以上或800kg/m3以下；不同石油的流动性差别很大，有的石油其50℃运动粘度为1.46mm2/s，有的却高达20000mm2/s；大庆设计院2、我国主要原油的特点大多数原油的相对密度（d204）0.85，属较重原油；凝点高，含蜡量高；含硫量较低；含氮量偏高，大部分原油N0.3%；二、石油的元素组成原油中的主要元素是C、H，其中碳含量为83～87%，氢含量为11～14%；原油中除C、H外，还有S、N、O及其他微量元素(1～5%)原油中的微量金属元素有V、Ni、Fe、Cu、As、Ca、Cl、P、Si等；大庆设计院石油中的非碳氢原子称为杂原子。与国外原油相比，我国原油的含硫低、含氮量高；碳氢比：是用来反映原油的属性的一个参数，与原油的化学结构有关系各种烃类碳氢原子比大小顺序是：烷烃环烷烃芳香烃各种油品的H/C天然气液化气汽油柴油轻质油3.902.201.90～2.201.60～1.801.80～2.0普通原油重质油减压渣油沥青石油焦1.50～1.90～1.501.40～1.701.10～1.200.30～0.40大庆设计院三、石油的烃类组成1、石油的烃类组成从化学组成来看，石油中主要含有烃类和非烃类这两大类，其中烃类主要是烷烃、环烷烃和芳香烃。烃类和非烃类存在于石油的各个馏分中，但因石油的产地及种类不同，烃类和非烃类的相对含量差别很大。轻质石油的烃类含量高达90%以上，但是重质石油的烃类含量相对较低，有的甚至低于50%。在同一原油中，随着馏分沸程的升高，烃类含量在逐渐降低，而非烃类含量在渐渐增加。在轻油馏分中，烃类占绝大部分，非烃类的含量很少；相反，在高沸点的石油馏分中，尤其是在减压渣油中，非烃类的含量明显增多。大庆设计院2、不同烃类对各种石油产品性质的影响各不相同。l）烷烃烷烃是石油的主要组分。在常温常压下，C1-C4的烷烃为气体，C5-C15的烷烃为液体，大于C16的正构烷烃为固体。含有大量甲烷和少量乙烷、丙烷的天然气称为干气，除含有较多的甲烷、乙烷外，还含有少量易挥发的液化烃（如戊烷、己烷、辛烷）的天然气称为湿气。烷烃的密度最小，粘温性最好，是燃料与润滑油的良好组分。正构烷烃是压燃式内燃机燃料的良好组分，但正构烷烃的含量也不能过多,否则凝点高,低温流动性差。异构烷烃是点燃式内燃机的良好组分。大庆设计院2）环烷烃环烷烃具有良好的化学安定性，与烷烃近似但不如芳香烃。其密度较大，自燃点较高，辛烷值居中。它的抗爆性及燃烧性较好、凝点低、润滑性好，故也是汽油、润滑油的良好组分。环烷烃有单环烷烃与多环烷烃之分。润滑油中含单环烷烃多则粘温性能好，含多环烷烃多则粘温性能差。3）芳香烃芳香烃化学安定性良好，与烷烃、环烷烃相比，其密度最大，自燃点最高，辛烷值也最高，故其为汽油的良好组分。但由于其发火性差，十六烷值低，对于柴油而言则是不良组分。润滑油中若含有多环芳香烃则会使其粘温性显著变坏，应尽量去除。大庆设计院此外，芳香烃对有机物具有良好的溶解力，某些溶剂油中需有适当含量，但因其毒性较大，含量应予控制。4）不饱和烃不饱和烃在原油中含量极少，主要是在二次加工过程中产生的。热裂化产品中含有较多的不饱和烃，主要是烯烃，也有少量二烯烃，但没有炔烃。烯烃的化学安定性差，易氧化生成胶质，但辛烷值较高，凝点较低。故有时也将热裂化馏分(含有烯烃、二烯烃)掺入汽油中以提高其辛烷值，掺入柴油中以降低其凝点。但因烯烃安定性差，这类掺合产品均不宜长期储存，掺有热裂化馏分的汽油还应加入抗氧防胶剂。大庆设计院3、原油中的非烃化合物石油中的非烃化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物和胶状沥青状物质。l）石油中的含硫化合物活性硫化物：元素硫、硫化氢以及硫醇等，对金属设备具有较强腐蚀作用；非活性硫化物：硫醚、二硫化物和噻吩等，对金属设备无腐蚀作用；但一些非活性硫化物受热分解后会变成活性硫化物；2）石油中的含氮化合物石油中的氮含量一般比硫含量低，通常在0.05～0.5%之间，仅有少部分原油的氮含量超过0.6%。石油中的氮分布也是随着馏分沸点的升高，其氮含量迅速增加，约有80%的氮集中在400℃以上的重油中。我国原油的氮含量偏高，且大多数原油的减压渣油中浓集了约90%的氮。大庆设计院3）石油中的含氧化合物石油中的氧含量一般为千分之几，个别石油可高达2～3%。在石油中，氧元素都是以有机含氧化合物的形式存在的，主要分为酸性含氧化合物和中性含氧化合物两大类。酸性含氧化合物：环烷酸、芳香酸、脂肪酸和酚类等中性含氧化合物：醇、酯、醛及苯并呋喃等原油的酸值一般不是随着其沸点的升高而逐渐增大，而是呈现出若干个峰值，原油不同，其峰值也不同，但是大多数原油在300～450℃馏分左右存在一个酸值最高峰。石油中的含氧化合物主要以酸性含氧化合物为主，其中主要是环烷酸，占石油酸性含氧化合物的90%左右。经受环烷酸腐蚀的一般光滑无垢，低流速部位仅留下尖锐的孔洞，高流速部位则顺着流向出现沟槽。处于环烷酸腐蚀条件下，碳钢腐蚀率可为7～9毫米／年，高环烷酸含量及某些特殊部位达到20毫米／年。大庆设计院第二节石油及其产品的物理性质一、密度和相对密度1、定义密度是单位体积物质在真空中的质量，g/cm3，kg/m3我国规定20℃时的密度为石油产品的标准密度，ρ20在一定条件下，以一种液体的密度与另一种参考物质密度的比值来表示物质的相对密度，又称比重；常用的有d204(我国)，d15.615.6(欧美)大庆设计院2、油品密度与化学组成的关系分子量相近的不同烃类之间密度有明显差别芳烃环烷烃烷烃同一种原油沸点增加，分子量增大，密度增大对不同原油，同样沸程，相对密度差别很大一般来说，环烷基的中间基的石蜡基的3、与温度、压力的关系同一油品，温度上升，相对密度减小在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度的影响可以忽略，只有当压力极大(几十兆帕)时，才考虑压力对相对密度的影响大庆设计院4、油品的混合密度属性相近油品混合，混合密度可近似按可加性计算；属性相差很大的两类组分(如烷烃和芳香烃)混合时，体积可能增大；密度相差悬殊的两个组分(如重油和轻烃)混合时，体积可能收缩；二、特性因数(K)1、定义特性因数是反映石油或石油馏分化学组成特性的一种特性数据，应用极为普遍。是烃类绝对温度表示的沸点的立方根对相对密度作图，所得曲线的斜率；大庆设计院6.156.1536.156.153/216.1/dKTdRTK2、不同烃类K值的大小同族的烃K值相近，不同族的烃K值不同含烷烃多的石油馏分K值较大，约为12.5～13.0，含芳烃多的石油馏分K值为10～11，一般石油的特性因数在12.5～13.0之间，我国大庆原油K值为12.5，胜利原油K值为12.1。3、用途特性因数对于了解原油分类和确定原油加工方案，油品的化学组成及油品的其它特性是十分有用的。石油馏分的特性因数，结合相对密度或平均沸点可求得油品的其他物理性质。大庆设计院三、平均相对分子量1、定义在炼油设备计算中，应用最多的是数均相对分子质量，石油馏分的平均相对分子量随馏分沸程的升高而增大。2、油品分子量的变化规律汽油：100～120煤油：180～200轻柴油：210～240低粘度润滑油：300～360高粘度润滑油：370～500大庆设计院四、粘度1、定义粘度是评价原油及其产品流动性能的重要指标，是喷气燃料、柴油、重油和润滑油的重要标准之一，特别是对各种润滑油的分级、质量鉴别和用途具有决定意义。粘度对油品流动和输送时的流量和压力降也有重要影响。粘度是表示液体流动时分子间摩擦而产生阻力的大小。粘度的表示方法有动力粘度、运动粘度及恩氏粘度等。国际标准化组织（ISO）规定统一采用运动粘度。大庆设计院动力粘度动力粘度是表示液体在一定剪切力下流动时内摩擦力的量度。在我国法定单位制中以帕·秒（Pa·s）表示，习惯上用厘泊（cP）为单位。1Pa·s=1000cP。运动粘度运动粘度是表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，其值为相同温度下液体的动力粘度与其密度之比，在法定单位制中以m2/s表示。在物理单位制中运动粘度单位为cm2/s（st），常用单位是mm2/s，称作厘斯（cSt）。大庆设计院恩氏粘度恩氏粘度是条件性粘度，常用于表示油品的粘度。2、粘度性质石油及其馏分或产品的粘度随其组成不同而不同。含烷烃多（特性因数大）的石油馏分粘度较小，含环状烃（特性因数小）的石油馏分粘度较大。一般来说，石油馏分愈重、沸点愈高，则其粘度愈大。温度对油品的粘度影响较大，温度升高，液体油品的粘度减少，而油蒸汽的粘度增大。大庆设计院对于相同沸点的不同石油馏分，含环状烃多则粘度高；环数越多，粘度越大当烃类分子中的环数相同时，其侧链越长则其粘度越大相同环数和碳数的芳香烃和环烷烃：环烷烃芳香烃五、油品的低温性能1、油品在低温下失去流动性有两种情况：粘温凝固：含蜡很少或不含蜡的油品，在温度下降时，粘度迅速升高，当粘度大到一定程度后（3×105mm2/s）,油品就会变成无定型的玻璃状物质，失去流动性，这种凝固称为粘温凝固。大庆设计院构造凝固：含蜡原油或油品，在温度下降过程中，由于蜡结晶析出而引起的凝固。2、浊点、结晶点和冰点是表征煤油、航空汽油和喷气燃料的低温性能指标。浊点：是煤油的低温指标，在规定条件下降温，当煤油出现雾状或浑浊时的最高温度。结晶点：是在规定条件下冷却油品，出现用肉眼可以分辨的结晶时的最高温度。。冰点：是在规定条件下冷却油品到出现结晶后，再使其升温，使原来形成的结晶消失时的最低温度。同一油品的冰点比结晶点高1～3℃。同一油品：浊点冰点结晶点。大庆设计院3、凝点、倾点和冷滤点是原油、柴油、润滑油和燃料油的重要使用性能指标。目前国内正逐步采用以倾点代替凝点、用冷滤点代替柴油凝点。对于石油产品，没有固定的“冰点”，也没有固定的“溶点”。所谓油品的“凝点”是在严格的仪器、操作条件下测得油品刚失去流动时的最高温度。(CondensationPoint)倾点：是指油品能从规定仪器中流出的最低温度，也称为流动极限，它比凝点能更好地反映油品的低温性能，被规定作为ISO标准。(PourPoint)冷滤点：是在规定的压力和冷却速度下，测得20ml试油开始不能全部通过363目/in2的过滤网时的最高温度。冷滤点能较好地反映柴油的泵送和过滤性能，与实际使用情况有较好的对应关系，所以目前用冷滤点替换凝点指标。大庆设计院六、油品的燃烧性能石油和石油产品大都是易燃易爆产品，其使用性能主要用闪点、燃点和自燃点来描述。1、闪点(flashpoint)爆炸上限和下限在加热油品时，随着油品温度的升高，油品上方空气中的油气浓度逐渐增大，当用外来火源去引燃油气混合气时，发现在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火或爆炸现象。当油气浓度低于这一范围，油气不足，而高于这一范围，则空气不足，都不能闪火爆炸，因此称这一油气浓度范围为爆炸范围。其下限浓度称为爆炸下限，上限浓度称为爆炸上限。因此大庆设计院在储存油品时，应使油品上方的油气浓度在爆炸范围之外，这样在有外来火源时，才不至于发生闪火爆炸事故。闪点是指油品在常压下油气混合气相当于爆炸下限或上限时的油品温度。因此闪点可以认为是一个温度范围。而平时我们使用爆炸下限温度或者爆炸上限温度来作为油品的闪点。汽油的闪点是相当于爆炸上限的油品温度，而煤、柴油和