第四章--原油评价与原油加工方案

1第四章原油评价与原油加工方案第一节原油的分类不同地区和不同地层所开采的石油，从化学组成和物理性质来看，有一些原油彼此很相似，在加工方案和加工中所遇到的问题也很相似。因此人们研究原油的合理分类方法，以便按一定的指标把原油分类。一旦知道原油的类别后，可以大致推测它的性质和加工方案，判断它适宜于生产哪些产品，产品质量大致如何等等。2一、化学分类法（一）特性因数分类法富含烷烃的石油馏分K值为12.5～13.0，富含芳香烃的石油馏分K值为10.0～11.0，这说明特性因数K也可以用来大致表征石油及其馏分的化学组成的特性。K原油基属﹥12.111.5～12.1﹤11.5石蜡基中间基环烷基（沥青基）3石蜡基原油的特点是：含蜡量高、密度小、凝点高、粘度小，含硫、胶质、沥青质低，汽油辛烷值低，柴油十六烷值高，例如大庆原油就是典型的石蜡基原油。环烷基原油的特点：含蜡量高，密度较大，凝点低，粘度大，含硫，胶质、沥青质高，汽油辛烷值相对高，柴油十六烷值相对低，可产优质沥青。例如孤岛原油属于环烷基原油。中间基原油特性介于二者之间。4（二）关键馏分特性分类法1935年，美国矿务局提出了对原油的关键馏分特性分类法。此分类法能较好地反映原油的化学组成特性，在我国也被推荐使用。用原油简易蒸馏装置在常压下蒸馏得250～275℃馏分作为第一关键馏分，残油用没有填料柱的蒸馏瓶在40mmHg残压下蒸馏，切取275—300℃馏分(相当于常压395～425℃)作为第二关键馏分。分别测定上述两个关键馏分的密度，对照表４—１中的密度分类标准，决定两个关键馏分的属性，最后按照表４—２确定该原油属于所列七种类型中的哪一类。5表４-１关键组分的分类标准关键馏分石蜡基中间基环烷基第一关键馏分d4200.8210比重指数40(K11.9)d420=0.8210～0.8562比重指数=33～40(K=11.5～11.9)d4200.8562比重指数33(K11.5)第二关键馏分d4200.8723比重指数30(K12.2)d420=0.8723～0.9305比重指数=20～30(K=11.5～12.2)d4200.9305比重指数20(K11.5)6表４-２原油的关键馏分特性分类序号第一关键馏分的属性第二关键馏分的属性原油类别1石蜡基石蜡基石蜡基2石蜡基中间基石蜡—中间基3中间基石蜡基中间—石蜡基4中间基中间基中间基5中间基环烷基中间—环烷基6环烷基中间基环烷—中间基7环烷基环烷基环烷基7二、工业分类国际石油市场对原油按密度和硫含量分类并计算不同原油的价格。原油密度低有较高的轻质油的收率，而硫含量高则提高加工成本。（一）按原油的相对密度分类轻质原油：相对密度（d420)0.852中质原油：相对密度（d420)=0.852-0.930重质原油：相对密度（d420)=0.931-0.998特稠原油：相对密度（d420)0.9988（二）按原油的硫含量分类低硫原油：硫含量﹤0.5%。含硫原油：硫含量0.5～2.0%。高硫原油：硫含量2.0%（三）按原油的氮含量分类低氮原油：氮含量﹤0.25%高氮原油：氮含量0.25%9（四）按原油的含蜡量分类原油种类蜡含量%低蜡原油含蜡原油高蜡原油0.5-2.52.5-101010（五）按原油的胶质含量分类原油种类硅胶胶质含量%低胶原油含胶原油多胶原油﹤55～1515我国目前通常是采用关键馏分特性，补充以硫含量的分类。表４－３为几种主要原油的分类结果11第二节原油评价确定一种原油的加工方案是炼厂设计和生产的首要任务。人们根据所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性，以及经济效益等方面的大量信息，进行全面的综合分析、研究对比，方能制订出合理的加工方案。在上述的诸多考虑因素中，原油性质是最基本的因素。原油评价就是通过各种实验、分析，取得对原油性质的全面的认识。12原油评价按其目的不同，大体上可分为三个层次：①原油的一般性质，如密度、粘度、凝点、含蜡量、沥青质、胶质、水分、含盐量、灰分、机械杂质、元素分析、微量元素以及馏程等。②常规评价。除了原油的一般性质外，还包括原油的实沸点蒸馏数据及窄馏分性质。③综合评价。除上述两项内容外，还包括直馏产品的产率和性质。根据需要，也可增加某些馏分的化学组成、某些重馏分或渣油的二次加工性能等。根据不同的目的和需要，可以选择不同的评价内容以及具体的测试项目。通常，在取得详细的原油性质数据的基础上，还需对该原油的加工方案提出建议。13一、原油性质分析在测定原油性质之前，应先测定原油的含水量、含盐量和机械杂质。若原油含水量大于0.5%应先脱水。表４－４几种国产原油的一般性质14二、原油实沸点蒸馏及窄馏分性质实沸点蒸馏是用来考察石油馏分组成的实验方法。原油实沸点蒸馏所用的试验装置和操作条件都有一定的规定。该试验装置是一种间歇式釜式精馏设备，精馏柱的理论板数为15～17，精馏过程在回流比为5：1的条件下进行。馏出物的最终沸点一般为500～520℃，釜底残留物则为渣油。为避免原油的裂解，蒸馏时釜底温度不得超过350℃。因此，整个蒸馏过程分为三段进行：常压蒸馏，减压蒸馏（10mmHg），二段减压蒸馏（1～2mmHg,不带精馏柱）。15三、原油的实沸点蒸馏曲线、性质曲线及产率曲线原油在实沸点蒸馏装置中按沸点高低被切割成多个窄馏分和渣油。一般按每3%～5%取作一个窄馏分。将窄馏分按馏出顺序编号，称重及测量体积，然后测定各窄馏分和渣油的性质。所得数据可列表统计。（一）原油的实沸点蒸馏曲线（二）原油的性质曲线16根据列表统计的数据可绘制原油的实沸点蒸馏曲线和中比性质曲线，见图４—1。17以馏出温度为纵坐标，累计馏出质量分数（欧美多用体积分数）为横坐标作图，即可得实沸点蒸馏曲线。该曲线的某一点表示原油馏出某累计收率时的实沸点。从原油实沸点蒸馏所得的各窄馏分仍然是一个复杂的混合物，因此，所测得的窄馏分性质是组成该馏分的各种化合物的性质的综合表现，具有平均的性质。在绘制原油性质曲线，假定测得的窄馏分性质表示该窄馏分馏出一半时的性质，这样标绘的性质曲线就称为中比性质曲线。例如表４—8中第六个窄馏分是从累计收率为16.00%开始到19.46%结束，密度为0.8161g/cm3，在绘标时，以0.8161为纵坐标、（16.00%+19.46%）/2=17.73%为横坐标，就得到中比密度曲线上的一个点。连接各点即得原油的中比密度曲线。用同样的方法可以绘出其他各性质的中比性质曲线。18原油中比性质曲线表示了窄馏分的性质随沸点的升高或累计馏出百分数增大的变化趋势。通过此曲线，也可以预测任意一个窄馏分的性质。例如欲了解馏出率在23.0%至27.0%之间的窄馏分的性质，可从图４—1中横坐标为（23.0%+27.0%）/2=25%时对应的性质曲线上查得该窄馏分的20℃密度为0.828g/cm3,20℃运动粘度为8.7×10-6m2/s,等。绝大多数的原油物理性质都没有加合性（密度除外），因此，这种预测方法只适用于窄馏分，对宽馏分是不适用的。馏分越宽，预测结果的误差越大。19（三）直馏产品的性质及产率直馏产品一般是较宽的馏分，为了取得其较准确的性质数据作为设计和生产的依据，必须由实验实际测定。通常的作法是先由实沸点蒸馏将原油切割成多个窄馏分和残油，然后根据产品的需要把相邻的几个馏分按其在原油中的含量比例混合，测定该混合物的性质。也可以直接由实沸点蒸馏切割得相应于该产品的宽馏分。20第三节原油加工方案为设计建立一个炼油厂，在确定厂址、规模、原油来源之后，首要的任务是选择和确定原油的加工方案。所谓原油加工方案，其基本内容是生产什么产品及使用什么样的加工过程来生产这些产品。原油加工方案的确定取决于诸多因素，例如市场需要、经济效益、投资力度、原油的特性等。在本节，主要从原油特性的角度来讨论如何选择原油加工方案。理论上，可以从任何一种原油生产出各种所需的石油产品，但实际上，如果选择的加工方案适应原油的特性，则可以做到用最小的投入获得最大的产出。原油的综合评价结果是选择原油加工方案的基本依据。有时还须对某些加工过程作中型试验以取得更详细的数据。对生产航空煤油和某些润滑油，往往还需做产品的台架试验和使用试验。21根据目的产品的不同，原油加工方案大体上可以分为三种基本类型：（1）燃料型主要产品是用作燃料的石油产品。除了生产部分重油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。（2）燃料—润滑油型除了生产用作燃料的石油产品外，部分或大部分减压馏分油和减压渣油还被用于生产各种润滑油产品。（3）燃料—化工型除了生产燃料产品外，还生产化工原料及化工产品，例如某些烯烃、芳烃、聚合物的单体等。这种加工方案体现了充分合理利用石油资源的要求，也是提高炼厂经济效益的重要途径，是石油加工的发展方向22举例：一、大庆原油的燃料—润滑油加工方案大庆原油是低硫石蜡基原油，其只要特点是含蜡量高、凝点高、沥青质含量低、重金属含量底、硫含量低。其主要的直馏产品的主要性质特点如下：初馏～200℃直馏汽油的辛烷值低，仅有37，应通过催化重整提高其辛烷值。直馏航空煤油的密度较小、结晶点高，只能符合2号航空煤油的规格指标。直馏柴油的十六烷值高、有良好的燃烧性能，但其收率受凝点的限制。23煤、柴油馏分含烷烃多，是制取乙烯的良好裂解原料。350～500℃减压馏分的润滑油潜含量（烷烃+环烷烃+轻芳烃）约占原油的15%，而粘度指数可达90～120，是生产润滑油的良好原料。减压渣油硫含量低，沥青质和重金属含量低、饱和分含量高，可以掺入减压馏分油作为催化裂化原料，也可以经丙烷脱沥青及精制生产残渣润滑油。由于渣油含沥青质和胶质较少而蜡含量较高，难以生产高质量的沥青产品。2425二、胜利原油的燃料加工方案胜利原油是含硫中间基原油，硫含量在1%左右，在加工方案中应充分考虑原油含硫的问题。直馏汽油的辛烷值为47，初馏～130℃馏分中芳烃潜含量高，是重整的良好原料。航煤馏分的密度大、结晶点低，可以生产1号航空煤油，但必须脱硫醇，而且由于芳烃含量较高，应注意解决符合无烟火焰高度的规格要求的问题。直馏柴油的柴油指数较高、凝点不高，可以生产-20号、-10号、0号柴油及舰艇用柴油。由于含硫及酸值较高，产品须适当精制。26减压馏分油的脱蜡油的粘度指数低，而且含硫及酸值较高，不宜生产润滑油，可以用作催化裂化或加氢裂化的原料。减压渣油的粘温性质不好、而且含硫，也不宜用来生产润滑油，但胶质、沥青质含量较高，可以用于生产沥青产品。胜利减压渣油的残炭值和重金属含量都较高，只能少量掺入减压馏分油中作为催化裂化原料，最好是先经加氢处理后再送去催化裂化。由于加氢处理的投资高，一般多用作延迟焦化的原料。由于含硫，所得的石油焦的品级不高。2728三、燃料—化工型加工方案为了合理利用石油资源和提高经济效益，许多炼油厂的加工方案都考虑同时生产化工产品，只是其程度因原油性质和其他具体条件不同而异。有的是最大量地生产化工产品，有的则只是予以兼顾。关于化工产品的品类，多数炼油厂主要是生产化工原料和聚合物的单体，有的也生产少量的化工产品。图４—6例举了一个燃料—化工型加工方案。2930四、进口原油、含（高）硫原油加工方案（一）进口原油加工方案（二）含（高）硫原油加工方案31四、稠油的加工方案全世界的稠油储量很大。我国探明的稠油储量也不小，其产量也逐年增加，近年已达千万吨以上。如何合理加工稠油是炼油技术发展中的一个难题。稠油的特点是密度和粘度大、胶质及沥青质含量高、凝点低，多数稠油的硫含量较高，其渣油的残炭值高、重金属含量高。稠油的轻质油含量很低，减压渣油一般占原油的60%以上。稠油的加工方案问题主要是如何合理加工其渣油的问题。稠油的渣油的蜡含量低、胶质及沥青质含量高，是生产优质沥青的好原料。例如单家寺稠油的减压渣油不需复杂的加工就可以生产出高等级道路沥青。因此，对稠油的加工应优先考虑生产优质沥青。由于受沥青市场的限制，除了生产沥青外，还须考