搜索
石油炼制工艺主讲人：丁文明邮箱：dingwm@mail.buct.edu.cn办公室：工程楼313内容提要一、石油炼制工艺概况二、常减压蒸馏三、热裂化过程四、催化裂化五、催化重整六、加氢精制与加氢裂化七、溶剂精制与润滑油生产八、炼油厂三废处理与清洁生产技术一、石油炼制工艺概况1、原油物理化学性质2、石油产品的技术要求3、石油炼制技术特点4、原油加工方案本节思考题1、为什么用特性因数对原油进行分类？2、什么样的烃类适合做汽油？3、什么样的烃类适合做柴油？4、什么样的烃类适合做润滑油？一、石油炼制工艺概况1.1原油的外观性状气味：有不同程度的臭味，主要由含硫导致。外观：一种淡黄色到黑色的粘稠可燃液体。状态：多数原油是流动或半流动粘稠液体，少数为凝固状态。一、石油炼制工艺概况1.2原油的化学组成烃类组成：烷烃—直链烷烃与带支链烷烃。环烷烃芳香烃—芳香烃的代表物是苯及其同系物，以双环和多环的衍生物为主。元素组成：主要是碳（83%~87%）、氢（11%~14%），两者合计约占95%~99%，其余为硫、氮、氧及其他微量元素。环戊烷环己烷双环三环R一、石油炼制工艺概况1.2原油的化学组成非烃类化合物：1.含硫化合物（硫醇RSH，硫醚RSR′，二硫化物RSSR′，噻吩及其衍生物）碱性N吡啶N喹啉N氮杂蒽非碱性吲哚吡咯NN2.含氮化合物一、石油炼制工艺概况1.2原油的化学组成非烃类化合物：3.含氧化合物（环烷酸，酚类为主）4.胶状化合物石油中的非烃化合物，大部分以胶状沥青状物质(即胶质沥青质)存在，都是由碳、氢、硫、氮、氧以及一些金属元素组成的多环复杂化合物。(CH2)nCOOH一、石油炼制工艺概况1.3油品的物理性质沸点与馏程：石油及其馏分或产品都是复杂的混合物，所含各组分的沸点不同，所以在一定外压下，油品的沸点不是一个温度点，而是一个温度范围。蒸馏时流出第一滴冷凝液时的气相温度叫初馏点，馏出物的体积依次达到10%、20%、30%……90%时的气相温度分别称为10%点(或lO%馏出温度)、30%点……90%点，蒸馏到最后达到的气体的最高温度叫干点(或终馏点)。从初馏点到干点(或终馏点)这一温度范围称为馏程，在此温度范围内蒸馏出的部分叫馏分。密度：油品的密度与规定温度下水的密度之比称为油品的相对密度，用d表示，是无量纲的。密度与ºAPI指数关系如下式，ºAPI值越小，油品的密度越大一、石油炼制工艺概况恩氏蒸馏曲线馏程测定过程：当馏分加热蒸馏到体积为10%，20%，…70%，90%时的气相温度称10%点，20%点…由于蒸馏没有精馏的作用，最初的组分(瓶壁)低于初馏点，最高的组分高于干点，所以,馏程不能代表油品的真实沸点范围。多数油品只要求测定10%点50%点和90%点及干点即可。1.3油品的物理性质一、石油炼制工艺概况1.3油品的物理性质汽油的恩氏蒸馏曲线初馏点(第一滴液体)42℃10%点78℃20%点109℃30%点126℃40%点137℃80%点168℃90%点180℃干点(最后一滴液体)196℃残留量1%馏出体积，%一、石油炼制工艺概况1.3油品的物理性质平均沸点与油品的特性因数KT--石油或石油馏分的立方平均沸点或中平均沸点。1/315.615.6=1.216/KTd不同烃类的特性因数是不同的。含烷烃多的石油馏分的特性因数较大，约为12.5～13.0；含芳香烃多的石油馏分的较小，约为10～11；由于石油及其馏分是以经烃类为主的复杂混合物，所以也可以用特性因数表示它们的化学组成特性。一、石油炼制工艺概况1.4油品的其他性质平均分子量石油馏分的平均分子量随馏分沸程的升高而增大。汽油的平均分子量约为100～120，煤油为180～200，轻柴油为210～240，低粘度润滑油为300～360，高粘度润滑油为370～500。粘度粘度的表示方法有动力粘度、运动粘度及恩氏粘度等。粘度随组成不同而异。含烷烃多(K值大)的石油馏分粘度较小，含环状烃多（K值小)的粘度较大。油品的粘温性质：粘度随温度变化值越小越好。正构烷烃的粘温性最好，环烷烃次之，芳香烃的最差；环状结构越多，粘温性越差，侧链越长则粘温性越好。一、石油炼制工艺概况1.4油品的其他性质闪点、燃点与自燃点闪点：加热油品所逸出的蒸气和空气组成的混合物，与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度；燃点：当火焰靠近油品表面的油气和空气混合物时即着火并持续燃烧至规定时间所需的最低温度；自燃点：如果预先将油品加热到很高的温度，然后使之与空气接触，则无需引火，油品因剧烈的氧化而产生火焰自行燃烧，称为油品的自燃。发生自燃的最低温度称为油品的自燃点。闪点、燃点与自燃点与油品组成有关，油品沸点越低，其闪点与燃点越低，自燃点越高；烷烃含量越高，其闪点与燃点越高，自燃点越低。一、石油炼制工艺概况1.4油品的其他性质低温性能油品低温流动性能包括倾点、凝点、结晶点和冷滤点等是燃料和润滑油在冬季使用的重要性质。油品的沸点愈高，特性因数愈大，或含蜡量愈多，其倾点或凝点就愈高，低温流动性愈差。含硫量代表油品质量好坏，与油品的腐蚀性、使用污染性及安定性均有关。安定性化学稳定性，油品在储存过程中抵抗氧化与缩合反应的能力。腐蚀性油品在储存或使用过程中对金属容器或机械的腐蚀能力。一、石油炼制工艺概况2.1石油产品种类燃料油汽油：汽油机燃料柴油：柴油机燃料重燃料油：轮船蒸汽机燃料航空煤油：喷气发动机燃料润滑油润滑油润滑脂其他石蜡、沥青、石油焦基本有机化工原料一、石油炼制工艺概况2.2汽油产品特点良好的蒸发性馏程范围，平均沸点适中。馏程温度过高，燃烧特性不良，燃烧效率降低；而馏程温度过低，蒸汽压升高，在管道中容易气化形成气阻。馏程指标与蒸汽压指标见下表。良好的抗爆性汽油辛烷值：规定抗爆性好的异辛烷的辛烷值为100，抗爆性差的正庚烷辛烷值为0，汽油的抗爆性等价于a%的异辛烷与（100-a）%正庚烷混合物，则汽油的辛烷值为a。汽油辛烷值越高，其抗爆性越好。异构烷烃与芳香烃的辛烷值最高，直链烷烃的辛烷值最低。安定性好，无腐蚀，少污染一、石油炼制工艺概况2.3柴油产品特点良好的抗爆性柴油的十六烷值：正十六烷定义为100，七甲基壬烷定义为0，柴油的抗爆性等价于a%的正十六烷与（100-a）%的七甲基壬烷混合物，柴油的十六烷值a。柴油的十六烷值并非越高越好，在抗爆同时要考虑燃烧效率。蒸发性适中馏分轻，发动机易启动，但容易爆震；馏分重，燃烧不完全，容易冒黑烟。安定性好，无腐蚀，少污染良好的低温性能，合适的粘度一、石油炼制工艺概况2.3润滑油产品特点合适的粘度与良好的粘温特性粘度过低，机械表面不容易形成油膜，机件磨损大；粘度过高，增加机械阻力。粘度随温度变化不能过大良好的抗氧化安定性添加抗氧化剂，防止氧化、裂化、缩合及结焦。腐蚀性小良好的清净分散性添加清净分散剂，使积炭分散悬浮在油品中，可通过过滤去除。一、石油炼制工艺概况3.1不同产地原油的性质差异显著化学组成、烃类组成与分布不同中东产轻质原油完全液体——辽河油田特稠原油接近固态；大庆原油为石蜡基——胜利孤岛原油为环烷基不同产地原油的微量杂质金属元素含量不同，这些金属杂质金属毒害不同催化剂的催化性能。原油含硫量不同含硫量表征原油对设备的腐蚀程度，原油脱硫将采取不同方案。一、石油炼制工艺概况3.2炼油产品的技术指标高度统一主体加工工艺高度一致原油脱水、脱盐；常减压、催化裂化；油品精制、调和。对不同原油采用不同的补充方案高硫原油先脱硫；轻质原油先做轻烃回收；沥青质、高金属杂质重油热裂化；重质原油加氢裂化。一、石油炼制工艺概况3.3面向产品的加工方案面向产品需求构建加工工艺燃料型加工方案：汽柴油为主要产品，重质组成裂化使之变轻，气体组分缩合使之变重。燃料—润滑油型加工方案：汽柴油与润滑油并重，部分重质组分通过萃取精制，得到润滑油基础油。燃料—润滑油型加工方案：汽柴油与基本有机化工原料并重。部分轻质组分热裂化生产烯烃，部分轻质组分重整生产芳烃。一、石油炼制工艺概况4.1燃料型加工方案燃料型炼油厂的特点是通过一次加工（即常减压蒸馏）尽可能将原油中的轻质馏分汽油、煤油和柴油分出,并利用催化裂化和焦化等二次加工工艺,将重质馏分转化为轻质油。这类加工方案的产品基本上都是燃料，如汽油、喷气燃料、柴油和重油等。随着石油化工的发展，大多数燃料型炼油厂都已经转变为燃料—化工型炼厂。图3-1与图3-2为两种典型的燃料油加工方案。一、石油炼制工艺概况4.2燃料-化工型加工方案原油先经过一次加工分出其中的轻质馏分，其余的重质馏分再进一步通过二次加工转化为轻质油。轻质馏分一部分用作燃料，一部分通过催化重整、裂解工艺取芳香烃和烯烃，作为有机合成的原料。这种加工方案以生产燃料和化工产品或原料为主，具有燃料型炼厂的各种工艺及装置，同时还包括一些化工装置。图3-3为典型的燃料-化工型加工方案。一、石油炼制工艺概况4.3燃料-润滑油型加工方案原油通过一次加工将其中的轻质馏分分出，作为燃料使用。剩余的重质馏分通过一系列溶剂萃取（脱沥青、脱芳烃、脱蜡）、白土精制与加氢精制等，生产各种润滑油基础油。这种加工方案以生产燃料和润滑油为主，图3-4为典型的燃料-润滑油型加工方案。一、石油炼制工艺概况4.4燃料-润滑油-化工型加工方案综合上述工艺，可生产燃料、润滑油，同时还可为石油化工厂提供原料。二、常减压蒸馏1、原油的脱盐脱水2、常压蒸馏与减压蒸馏工艺3、蒸馏与换热设备本节思考题1常减压蒸馏的主要构成，各采出线馏程范围2、初馏塔的设置目的3、各侧线采出汽提目的，汽提蒸汽特点4、常压塔的技术特点,为什么设置中间回流5、减压塔的技术特点，为什么要减压蒸馏6、湿式蒸馏与干式蒸馏的优缺点分析7、什么情况设置轻烃回收？其设备要求二、常减压蒸馏1.1原油中的水与盐水的来源：地下水，采油注水。经油田脱水后仍不完全，仍存在游离态或乳化态水，水含量大约在0.1~1.0%。盐的来源：水中含有的无机盐，含油层矿物质溶出。盐-水存在形式以盐溶液状态存在；水滴悬浮在油中；水滴表面形成乳化膜，油水难以分离。二、常减压蒸馏1.2原油中含水与盐的危害水的危害：给运输增加负担；耗能大，每蒸发1吨水将多消耗约0.1吨燃煤或燃料油。盐的危害：易形成盐垢，影响传热，增加燃料消耗，甚至堵塞换热管道。腐蚀设备，造成设备泄漏，甚至停工停产。主要原因是盐的水解。二、常减压蒸馏1.3原油脱盐脱水原理破乳：原油中含环烷酸、胶质等是形成稳定乳化膜，将水包裹其中；脱水的关键是破坏稳定的乳化膜，脱水的同时盐也一起脱去；向原油注入破乳剂，以破坏稳定的乳化膜。电凝聚：水滴在电场力作用下，形成椭圆球体，随着电场强度增大，其偏心率变大，水滴变尖，然后再加入适量破乳剂，借助电场力作用，使微小液滴聚结成大水滴，最后利用油水比重差，沉降脱除。图4-3卧式脱盐脱水罐结构Ⅰ-原油入口；Ⅱ-原油出口；Ⅲ-含盐污水出口1-电极板；2-原油分配器图4-1高压电场水滴偶极聚结原油入口原油出口含盐污水出口原油分配器电板板混合器图4-2乳化液破乳过程示意图二、常减压蒸馏1.4原油脱盐脱水影响因素破乳剂种类及加入量：聚醚类如RO(CH2CH2O)nH聚酰胺类如R-CON-N(CH2CH2OH)2聚酯类如RCO(CH2CH2O)nOH加入量10-20PPM控制条件：为降低原油粘度，便于水滴凝聚于沉降，进罐原油需换热升温。多级脱盐脱水，保证停留时间，保证盐、水去除率二、常减压蒸馏1.5二级电脱盐工艺流程二、常减压蒸馏2.1原油蒸馏的基本原理蒸馏与精馏蒸馏：将混合物加热使之汽化，然后将轻组分蒸汽冷凝的过程。混合物加热-汽化-冷凝一次完成精馏：将混合物加热，经过多次汽化，多次冷凝过程。原油蒸馏就是通过精馏这种方式进行操作。二、常减压蒸馏2.2原油蒸馏类型平衡汽化当一个多元体系被加热到一定的温度和压力，并达到汽-液平衡，叫平衡汽化或一次