石油炼制工艺全册配套最完整精品课件2.ppt
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1、石油炼制工艺全册配套最完整石油炼制工艺全册配套最完整 精品课件精品课件2 石油炼制工艺石油炼制工艺 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 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 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? 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
2、油是流动或半流动粘稠液体,少数为凝固状态。 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。 环戊烷环戊烷 环己烷环己烷 双环双环 三环三环 R 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) 碱性碱性 N 吡啶吡啶 N 喹啉喹啉 N 氮杂蒽氮杂蒽 非碱性非碱性 吲哚吲哚 吡咯吡咯 N N 2.含氮化合物 1.
3、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 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
4、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API指数关系如下式,API值越小,油品的密度越大 恩氏蒸馏曲线恩氏蒸馏曲线 馏程测定过程:馏程测定过程:当馏分加热蒸馏到当馏分加热蒸馏到体积体积为为10%,20%,70%, 90%时的时的气相温度气相温度称称10%点,点,20%点点由于蒸馏没有精馏的作用,由于蒸馏没有精馏的作用, 最初的组分最初的组分(瓶壁瓶壁)低于低于初初 馏点,馏点,最高的组最高的组 分高于分高于干点,干点,所所 以以,馏
5、程馏程不能代表不能代表 油品的真实沸点油品的真实沸点 范围。多数油品范围。多数油品 只要求测定只要求测定10% 点点50%点和点和90% 点及干点即可。点及干点即可。 1.3 油品的物理性质 1.3 油品的物理性质 汽油的恩氏蒸馏曲线汽油的恩氏蒸馏曲线 初馏点初馏点 ( (第一滴液体第一滴液体) )4242 10%10%点点7878 20%20%点点109109 30%30%点点126126 40%40%点点137137 80%80%点点168168 90%90%点点180180 干点干点 ( (最后一滴液体最后一滴液体) )196196 残留量残留量1%1% 馏出体积馏出体积 ,% 1.3
6、油品的物理性质 平均沸点与油品的特性因数K T-石油或石油馏分的立方平均沸点或中平均沸点。 1/315.6 15.6 =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12.513.0; 含芳香烃多的石油馏分的较小,约为1011; 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。 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100120,煤油为180200,轻柴油为210240,低粘度润滑油 为300360,高粘度润滑油为370500。 粘度 粘度的表示
7、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。 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
8、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。 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。 2.1 石
9、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 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
10、烷值最高, 直链烷烃的辛烷值最低。 安定性好,无腐蚀,少污染 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 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
11、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。 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 。 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
12、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。 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。 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
13、,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。 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。 4.3 燃料-润滑油型加工方案
14、 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。 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。 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 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
15、 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 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0.11.0%。 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 。 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。 1.3原油脱
16、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。 图图 4-3 卧式脱盐脱水罐结构卧式脱盐脱水罐结构 -原油入口;原油入口;-原油出口;原油出口;-含盐含盐 污水出口污水出口 1-电极板;电极板;2-原油分配器原油分配器 图图 4-1 高压电场水滴偶极聚结高压电场水滴偶极聚结 原油入口原油入口
17、 原油出口原油出口 含盐污水出口含盐污水出口 原油分配器原油分配器 电板板电板板 混合器混合器 图图 4-2乳化液破乳过程示意图乳化液破乳过程示意图 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 10-20 PPM 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 1.5 二级电脱盐工艺流程 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
18、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。 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, 叫平衡汽化或一次汽化,也叫闪蒸。一次汽化是粗分离。 V L F 2.2 原油蒸馏类型 平衡冷凝 平衡汽化的逆过程叫平衡冷凝。例如:催化裂化塔顶气相馏出物, 经过冷凝冷却进入接受罐中进行分离,此时汽油馏分冷凝为液相, 而裂化气和一部分汽油蒸汽仍然为气相(裂化富气) 。 2.2 原油蒸馏类型 渐次汽化 将混合物在蒸馏釜中逐次部分汽化,当温度达到泡点温度时,生成 微量蒸气并不断将生成的蒸
19、汽移去部分冷凝,可以使组分部分分离 ,这种过程叫渐次汽化也叫简单蒸馏。 2.1 原油蒸馏类型 精馏 具有汽化段、精馏段、提馏 段、塔顶冷凝冷却设备、再沸 器、塔板或填料。 是连续多次的平衡气化。分 离效果优于平衡气化和渐次气 化。 可得到纯度和收率都较高的 产品。 2.3 常减压蒸馏工艺流程 原油脱盐脱水后,经换热器预热到240; 进初馏塔拔出初顶汽油,塔底作为拔头原油; 常压炉加热拔头原油到370 ; 进入常压塔,分侧线馏出3-5个馏分,常底渣油进减压炉; 减压炉加热到400 ; 进减压塔抽出2-3个馏分; 三段汽化常减压蒸馏工艺流程 2.3 常减压蒸馏工艺流程 初馏塔作用 在较低温度下拔出
20、轻组分,一 方面降低常压塔的气相负荷, 减小常压塔的塔径,减少设备 投资;另一方面,在较低温度 下操作,可有降低热量消耗。 初馏塔入口温度一般在240C以 下,只有塔顶一路拔出,主要 拔出汽油以下馏分。 2.3 常减压蒸馏工艺流程 常压塔的操作 370C部分汽化、中段进料; 3-5侧线采出; 大量中段回流,移走剩余热量 侧线蒸汽蒸提,降低油气分压 2.3 常减压蒸馏工艺流程 减压塔的操作 420C部分汽化、底部进料; 塔顶抽真空,为保证塔底真空度,塔 板级数及板阻力尽量小 大量中段回流,移走剩余热量 塔底过热蒸汽汽提,降低油气分压 塔底塔径收缩,减少渣油停留时间 2.3 常减压蒸馏工艺流程 减
21、压塔抽真空系统 蒸汽喷射泵抽气真空度小于0.004MPaA 尽量降低塔压降,降低塔底真空度 减少气相流量,采用干式减压 改造塔板及填料 常减压塔侧线产品及温度范围 侧线塔侧线塔馏程温度范围馏程温度范围/侧线产品侧线产品 常压塔顶常压塔顶9 5130直馏汽油直馏汽油 常压一线常压一线130240航空煤油航空煤油 常压二线常压二线240300轻柴油轻柴油 常压三线常压三线300350重柴油重柴油 常压四线常压四线350370变压器油变压器油 减压一线减压一线370400润滑油润滑油 减压二线减压二线400535蜡油蜡油 减压三线减压三线535580润滑油原料润滑油原料 减压塔底减压塔底580渣油渣
22、油 2.4 常减压蒸馏工艺特征 原料及产品均是复杂混合物: 进料原油含有无数个组分,常减压的产品汽油、煤油、柴油以及其 他馏分均是复杂混合物。 馏分质量依靠宏观参数表征,例如汽油馏分干点小于205C,柴油馏 分95%馏出温度小于365C等,因此对各馏分产品的质量要求不高。 2.4 常减压蒸馏工艺特征 复合塔:常压塔就是一个复合塔。一个精馏塔一般只能出 两个高纯度产品。而常压蒸馏要分割汽、煤、轻柴、重柴 油和重油等5种产品,需N-1个塔(5-1=4个精馏塔)串联才能 达到。由于上述产品都是混合物,纯度要求不高,因此, 常采用侧线产品,可几个塔叠在一起,具有占地少、投资 省、耗能低的特点。 注:常
23、压塔复合塔只有精馏段没有提馏段,而侧线出产品相 当于常压塔的提馏段(汽提段)。 常压塔示意图 2.4 常减压蒸馏工艺特征 设汽提塔和气提段:在汽提塔底注入水蒸汽,以降低塔内 油气分压,使塔底重油中的轻馏分更快地汽化回到精馏段 。有利于汽提。 注:某些侧线需严格控制水分,如航煤。不能采用水蒸汽汽 提,而只能采用“热重沸”的方法。即侧线温度高的油品 与低温油品换热,使之汽化。 2.4 常减压蒸馏工艺特征 非恒摩尔流蒸馏:由于原油混合物特征,其组成分子质量 大小相差悬殊,摩尔汽化潜热同样相差巨大。根据塔内物 料平衡与热量平衡结果,沿塔高度的汽液相负荷相差明显 ,完全不能符合理想精馏的恒摩尔流假设。
24、2.4 常减压蒸馏工艺特征 常压塔设置中段循环回流,减压塔设置中段取热。两者目 的首先是要调整平衡沿塔高的汽液相负荷,其次是取走多 余热量,起到节能降耗效果。 2.4 常减压蒸馏工艺特征 减压塔塔径大,塔板数少 因为减压塔为塔顶抽真空,增大塔径减少塔板数目的是减少塔板气 体压降,保证减压塔底的真空度。 渣油停留时间短 高温下渣油容易发生热裂解,进而缩合结焦现象,为避免可能的塔 底结焦,采用塔底缩小塔径,减少渣油在塔底的停留时间。 3.1 蒸馏设备 塔和塔板的结构和作用 塔是直立的圆筒体,其高度为直径的十几甚至二十多倍。典型的原油 蒸馏塔的结构如图3-15所示。 塔板是塔的主要构件,对蒸馏效果和
25、塔的操作影响很大。在石油蒸 馏中应用较多的塔板有:浮阀塔板、文丘里型浮阀塔板、圆形泡帽 塔板、伞形泡帽塔板、浮动舌形塔板、网孔塔板、条形浮阀和船形 浮阀塔板等多种形式。 3.2 管式加热炉 为了把原油加热到一定的温度,使油品气化或为油品进行反 应提供足够的热量和反应空间。 管式炉主要由辐射室、对流室、炉管、燃烧器及烟道等组 成。 目前炼油厂中应用广泛的管式炉是圆筒炉、立式炉、无焰 炉等三种炉型,其结构示意图分别见图。 3.3 管壳式换热器 管壳式换热器外形是卧式圆筒体,筒体内排列许多小管子。 冷热两种流体分别在管内外流动,在管内流动的叫管程流体, 在管外流动的叫壳程流体。热流通过管壁把热量传给
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