炼油工艺讲座

炼油工艺介绍一、石油炼制概述石油炼制（简称炼油）：就是以原油为基本原料，通过一系列炼制工艺（或过程），例如常减压蒸馏、催化裂化、催化重整、延迟焦化、炼厂气加工及产品精制等，把原油加工成各种石油产品，如各种牌号的汽油、煤油、柴油、润滑油、溶剂油、重油、腊油、沥清和石油焦，以及生产各种石油化工基本原料。原油的一次加工原油通过常减压蒸馏可分割成汽油、煤油、（轻）柴油等轻质馏分油，各种润滑油馏分、裂化原料（即减压馏分油或腊油）等重质馏分油及减压渣油。其中除渣油外其余又叫直馏馏分油。从我国主要油田的原油中可获得20%-30%的轻质馏分油，40%-60%的直馏馏分油，个别原油可达80%-90%。原油的二次加工原油的二次加工根据生产目的的不同有许多种过程，如以重质馏分油和渣油为原料的催化裂化和加氢裂化、以直馏汽油为主要原料生产高辛烷值汽油或轻质芳烃苯、甲苯、二甲苯等的催化重整、以渣油为原料生产石油焦或燃料油的焦化或减粘裂化等。1、原油的分类工业分类法化学分类法2、原油的加工方案原油的加工方案与原油的特性及国民经济对石油产品的需求密切相关，尤其是前者对制定合理的原油加工方案起着决定性的作用。见例一、例二例一：属于石蜡基原油的大庆原油，其减压馏分油是催化裂化的好原料，更是生产润滑油的好原料，用其生产的润滑油质量好，收率高，同时得到的石蜡质量也很好。但是由于大庆原油中含胶质和沥青质较少，用其减压渣油很难制得高质量的沥青产品。因此，在确定大庆这类原油的加工方案时，应首先考虑生产润滑油和石蜡，同时生产一部分轻质燃料。例二：与此相反，用属于环烷基的孤岛原油生产的润滑油，不仅质量差，而且加工十分复杂。但是，利用孤岛原油的减压渣油可以得到高质量的沥青产品。因此，在考虑孤岛原油的加工方案时，不考虑生产润滑油。原油加工方案的类型一燃料型：产品基本上都是燃料，如汽油、喷气燃料、柴油、和重油等，还可以生产燃料气、芳烃和石油焦等；详见流程图。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。随着石油的综合利用以及石油化工的发展，大多数燃料型炼油厂都已转变成了燃料化工型炼厂。加工原油方案的类型二燃料化工型这种加工方案以及生产燃料和化工产品或者原料为主，具有燃料型炼厂的各种工艺以及装置，同时还包括一些化工装置。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、裂解工艺制取芳香烃和烯烃，作为有机合成的原料。利用芳香烃和烯烃为基础原料，通过化工装置还可以生产醇、酮、酸等基本有机原料和化工产品（附典型流程图）。加工原油方案的类型三燃料润滑油型这种加工方案除生产各种燃料外还生产各种润滑油。原油通过一次加工将其中的轻质馏分分出，剩余的重质馏分经过各种润滑油生产工艺，如溶剂脱沥青、溶剂精制、溶剂脱腊、白土精制或加氢精制等，生产各种润滑油基础油。将各种基础油以及添加剂按照一定要求进行调合，即可制得各种润滑油。石油基原油大多数采用的是这种燃料润滑油型加工方案（附工艺流程图）。加工原油方案的类型四燃料润滑油化工型这种加工方案除了生产各种燃料和润滑油外，同时还生产一些石油化工产品或者为石油化工提供原料。它是燃料润滑油加工方案向化工方向发展的结果。3、炼油主要设备炼油工艺所使用的装置叫做炼油（工艺）装置。炼油装置是由一定的设备，按照一定的工艺要求组织而成的。不同的工艺过程所使用的设备也有区别。根据作用的不同，可将炼油设备大致分为六种类型，即：流体输送设备、加热设备、换热设备、传质设备、反映设备和容器等。3.1流体输送设备这类设备主要用于输送各种液体（如原油、汽油、柴油、水等）和气体（油气、空气、蒸气），使这些物料从一个设备到另一个设备，或者使其压力升高或降低，以满足炼油工艺的要求。在炼油厂用以输送液体的机械主要是泵，常用的有离心泵、往复泵、旋涡泵等。输送气体的机械主要有压缩机、鼓风机、真空泵等。除此之外，流体输送设备还包括各类管线、阀门等。在原油装置里，各类机泵、管线和阀门的用量很大。例如常减压蒸馏装置中，泵的投资约占总投资的5%；催化裂化装置中仅主风机和气体压缩机约占总投资的6%；加氢裂化装置压缩机的动力消耗相当于整个装置的60%。一个炼油工艺装置所需的阀门数以千计，管线总长可达万米以上。所以常把流体输送设备比做炼油厂的“动脉”。3.2加热设备为了把原油加热到一定的温度，使油品汽化或为油品进行反应提供足够的热量和反应空间，都需要采用加热设备，常用的是管式加热炉。3.3换热设备把热量从高温流体传给低温流体的设备，叫做热交换器或换热器。炼油厂使用换热器的目的是加工原料、冷凝、冷却油品，并从中回收热量、节约燃料。这些设备也叫冷换设备。在炼油装置中，各种换热器的刚材耗量占炼油厂工艺设备占总量的40%以上；建设投资在原油蒸馏装置中约占20%，在催化重整和加氢脱硫装置中约占15%。一个年处理量为250万吨的炼油厂，各个装置所需的换热器在200台以上。换热器的类型很多，在炼油工艺装置中应用较多的是管壳式换热器和空气冷却器，个别装置还使用套管式换热器，沉浸式、喷淋式冷却器等。3.4传质设备这类设备用于精馏、吸收、解吸、抽提等过程，由于在这些过程中，物料发生了质量的传递，所以叫传质设备。常用的传质设备有各种塔器，如精馏塔、吸收塔、解吸塔和抽提塔等。3.5反应设备反应设备是为了炼油工艺中进行的各类化学反应提供场所。工艺装置不同，采用的反应器类型也有差别，如催化裂化采用提升管反应器，催化加氢采用固定床、沸腾床或悬浮床反应器，烷基化采用阶梯式反应器等等。3.6容器容器主要适用于储存各种油品、石油气或其他物料，其中储油罐的用量最大。炼油装置中的容器（罐）有些是用于和液、油和水的分离以及用作某些物流的缓冲罐。根据物料量和用途的不同，容器的大小可以从小于1立方米到几万甚至十几万立方米。以上各种设备中，有的主要用于炼油装置，如加热炉、塔、换热器等叫工艺设备；有的则不限于炼油装置，如泵、压缩机等叫通用设备。二、原油的常减压蒸馏原油蒸馏是原油加工的第一道工序，通过蒸馏将原油分成汽油、煤油、柴油等各种油品和后续加工过程的原料，因此，又叫原油的初馏。原油蒸馏装置在炼厂中占有重要的地位，被称为炼油厂的“龙头”。由于原油中含有杂质，在蒸馏前需要进行原油的预处理。1、原油的预处理从油井开采出来的原油的大多含有水分、盐类和泥沙等，一般在油田脱除后外输至炼油厂。但是由于一次脱盐、脱水不易彻底，因此，原油进炼厂进行蒸馏前，还需要再一次进行脱盐、脱水。在油田脱水过后的原油，仍然含有一定量的盐和水。所含盐类除有一小部分以结晶状态悬浮于油中外，绝大部分溶于水中，并以微粒状态分散在油中，形成较稳定的油包水型乳化液。原油含水，少量水汽化后，使塔内气相体积急剧增加，导致蒸馏过程波动，影响正常操作，系统压力将增大，动力消耗增加，严重时引起蒸馏塔超压或出现冲塔事故。原油中氯化钠的含量为最多，约占75%左右。这些物质受热后易水解，生成盐酸，腐蚀设备；其次，在换热器和加热炉中，随着水分的蒸发，盐类沉积在管壁上形成盐垢，降低传热效率，增大流动压降，严重时甚至会烧穿炉管或堵塞管路；再次，由于原油中的盐类大多残留在重馏分油和渣油中，所以还会影响二次加工过程及其产品的质量。由于上述原因，目前国内外炼油厂对原油蒸馏前脱盐脱水的要求是：含盐量小于3毫克/升；含水量小于0.2%。1.1原油脱盐脱水的基本原理炼油厂广泛采用的是加破乳剂和高压电场联合作用的方法，即所谓电脱盐脱水。为了提高水滴的沉降速度，电脱盐过程是在一定的温度下进行的，通常是80~120摄氏度左右甚至更高发（如150度），视原油性质而定。破乳剂都是合成高分子或超高分子量的表面活性剂，按化学组成分类有醚型、酰胺型、胺型和酯型四大类。国内炼油厂常用的原油破乳剂是BP-169（聚醚型）和2040破乳剂（聚丙二醇醚与环氧乙烷化合物），加入量约为10~20ppm。不同的原油所适用的破乳剂及其加入量是不同的。1.2原油脱盐脱水的工艺流程原油自油罐抽出，与破乳剂、洗涤水按比例混合，经换热器与装置中某热流换热达到一定的温度，再经过一个混合阀（或混合器）将原油、破乳剂和水分充分混合后，送入一级电脱盐罐进行第一次脱盐脱水。在电脱盐罐内，在破乳剂和高压电场下（强电场梯度为500~1000伏/厘米。弱电场梯度为150~300伏厘米）的共同作用下，乳化液被破坏，小水滴聚结成大水滴，通过沉降分离，排出污水（主要是水及溶解在其中的盐，还有少量的油）。一级电脱盐的脱盐率约为90~95%。一级脱后原油再与破乳剂及洗涤水混合后送入二级电脱盐罐进行第二次脱盐、脱水。通常二级电脱盐罐排出的水含盐量不高，可将它回注到一级混合阀前，这样既节省用水又减少含盐污水的排出量。在上述电脱盐过程中，注水的目的在于溶解原油中的结晶盐，同时也可以减弱乳化剂的作用，有利于水滴聚集。2、原油的常减压蒸馏原油中所含的轻质油品是有限的。如前所述，我国主要油田的原油中含有汽油、煤油、柴油等轻质油品的量一般为20~30%。为了蒸出更多的馏分油作为二次加工的原料，原油的常压蒸馏和减压蒸馏一般是联接在一起而构成常减压蒸馏。2.1原油蒸馏的基本原理及特点蒸馏：将液体混合物加热使之气化，然后再将蒸气冷凝和冷却，使原液体混合物达到一定程度的分离。这个过程叫做蒸馏。蒸馏的依据是混合物中各组分沸点（挥发度）的不同。蒸馏有多种形式，可归纳为闪蒸（平衡气化或一次气化）、简单蒸馏（渐次气化）和精馏三种。精馏是分离液相混合物的一种很有效的方法，它是在多次部分气化和多次部分冷凝过程的基础上发展起来的一种蒸馏方式，炼油厂中大部分的石油精馏塔，如原油精馏塔、催化裂化和焦化产品的分馏塔、催化重整原料的预分馏塔以及一些工艺过程中的溶剂回收塔等，都是通过精馏这种蒸馏方式进行操作的。原油常压蒸馏以及其特点原油蒸馏一般包括常压蒸馏和减压蒸馏两个部分：原油的常压蒸馏：既为原油在常压（或稍高于常压）下进行的蒸馏，所用的蒸馏设备叫做原油常压精馏塔（简称常压塔）。原油常压蒸馏的工艺特点：原油经过常压蒸馏得到的是汽油、煤油、柴油等轻质馏分油和常压重油，这些产品不同于一般精馏的产品，它们也是复杂的混合物，其质量是靠一些质量标准来控制的，如汽油馏程的干点不能高于205度，柴油馏程的95%馏出温度不高于365度等，所以对各产品的分馏精确度要求不是很高，即不要求把原油这一复杂的混合物精确分开。减压蒸馏以及其特点减压蒸馏是在压力低于100千帕的负压状态下进行的蒸馏过程。由于物质的沸点随外压的减小而降低，因此在较低的压力下加热常压重油，上述高沸点馏分就会在较低的温度下气化，从而避免了高沸点馏分的裂解。通过减压精馏塔可得到这些高沸点馏分，而塔底得到的是沸点在500℃以上的减压渣油。减压蒸馏塔的特点1．减压精馏塔分燃料型和润滑油型两种燃料型减压塔主要生产二次加工如催化裂化、加氢裂化等原料，它对分离精确度润滑油型减压塔以生产润滑油馏分为主，希望得到颜色浅、残炭值低、馏程较窄、安定性好的减压馏分油，因此不仅要求拔除率高，而且具有较高的分离精确度。要求不高，希望在控制杂质含量的前提下，如残炭值低、重金属含量少等，尽可能提高馏分油拔除率。润滑油型减压塔以生产润滑油馏分为主，希望得到颜色浅、残炭值低、馏程较窄、安定性好的减压馏分油，因此不仅要求拔除率高，而且具有较高的分离精确度。2.2原油蒸馏的工艺装置一个炼油生产装置有各种工艺设备（加热炉、塔、反应器）及机泵等，它们是为完成一定的生产任务，按照一定的工艺技术要求和原料的加工流向互相联系在一起，即构成一定的工艺流程。原油蒸馏的工艺流程目前炼油厂最常采用的原油蒸馏流程是双塔流程和三塔流程。双塔流程包括两个部分（不包括原油的预处理）：常压蒸馏和减压蒸馏。三塔流程包括三个部分：原油初馏、常压蒸馏和减压蒸馏。大型炼油厂的原油蒸馏装置多采用三塔流程。原油蒸馏工艺流程的类型之一1.燃料型1.1原油初馏:其主要作用是拔