石油炼化工艺流程及其设备

石油炼化常用工艺流程及其设备从原油到石油的基本途径一般为：①将原油先按不同产品的沸点要求，分割成不同的直馏馏分油，然后按照产品的质量标准要求，除去这些馏分油中的非理想组分；②通过化学反应转化，生成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。石油炼化常用的工艺流程为常减压蒸馏、催化裂化、延迟焦化、加氢裂化、溶剂脱沥青、加氢精制、催化重整。（一）常减压蒸馏1、基本概念：常减压蒸馏是常压蒸馏和减压蒸馏的合称，基本属物理过程：原料油在蒸馏塔里按蒸发能力分成沸点范围不同的油品（称为馏分），这些油有的经调合、加添加剂后以产品形式出厂，相当大的部分是后续加工装置的原料。常减压蒸馏是炼油厂石油加工的第一道工序，称为原油的一次加工，包括三个工序：a.原油的脱盐、脱水；b.常压蒸馏；c.减压蒸馏。2、生产工艺：原油一般是带有盐份和水，能导致设备的腐蚀，因此原油在进入常减压之前首先进行脱盐脱水预处理，通常是加入破乳剂和水。原油经过流量计、换热部分、沏馏塔形成两部分，一部分形成塔顶油，经过冷却器、流量计，最后进入罐区，这一部分是化工轻油（即所谓的石脑油）；一部分形成塔底油，再经过换热部分，进入常压炉、常压塔，形成三部分，一部分柴油，一部分蜡油，一部分塔底油；剩余的塔底油在经过减压炉，减压塔，进一步加工，生成减一线、蜡油、渣油和沥青。各自的收率：石脑油（轻汽油或化工轻油）占1%左右，柴油占20%左右，蜡油占30%左右，渣油和沥青约占42%左右，减一线约占5%左右。常减压工序是不生产汽油产品的，其中蜡油和渣油进入催化裂化环节，生产汽油、柴油、煤油等成品油；石脑油直接出售由其他小企业生产溶剂油或者进入下一步的深加工，一般是催化重整生产溶剂油或提取萃类化合物；减一线可以直接进行调剂润滑油；3、生产设备：常减压装置是对原油进行一次加工的蒸馏装置，即将原油分馏成汽油、煤油、柴油、蜡油、渣油等组分的加工装置。原油蒸馏一般包括常压蒸馏和减压蒸馏两个部分。a．常压蒸馏塔所谓原油的常压蒸馏，即为原油在常压(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(或称常压塔)。常压蒸馏剩下的重油组分分子量大、沸点高，且在高温下易分解，使馏出的产品变质并生产焦炭，破坏正常生产。因此，为了提取更多的轻质组分，往往通过降低蒸馏压力，使被蒸馏的原料油沸点范围降低。这一在减压下进行的蒸馏过程叫做减压蒸馏。b．减压蒸馏塔减压蒸馏是在压力低于100KPa的负压状态下进行的蒸馏过程。减压蒸馏的核心设备是减压塔和它的抽真空系统。减压塔的抽真空设备常用的是蒸汽喷射器(也称蒸汽吸射泵)或机械真空泵。其中机械真空泵只在一些干式减压蒸馏塔和小炼油厂的减压塔中采用，而广泛应用的是蒸汽喷射器。（二）催化裂化一般原油经过常减压蒸馏后可得到的汽油，煤油及柴油等轻质油品仅有10～40％，其余的是重质馏分油和残渣油。如果想得到更多轻质油品，就必须对重质馏分和残渣油进行二次加工。1、基本概念：催化裂化是在有催化剂存在的条件下，将重质油（例如渣油）加工成轻质油（汽油、煤油、柴油）的主要工艺，是炼油过程主要的二次加工手段。属于化学加工过程。2、生产工艺：常渣和腊油经过原料油缓冲罐进入提升管、沉降器、再生器形成油气，进入分馏塔，一部分油气进入粗汽油塔、吸收塔、空压机进入凝缩油罐，经过再吸收塔、稳定塔、最后进行汽油精制，生产出汽油。一部分油气经过分馏塔进入柴油汽提塔，然后进行柴油精制，生产出柴油。一部分油气经过分馏塔进入油浆循环，最后生产出油浆。一部分油气经分馏塔进入液态烃缓冲罐，经过脱硫吸附罐、砂滤塔、水洗罐、脱硫醇抽提塔、预碱洗罐、胺液回收器、脱硫抽提塔、缓冲塔，最后进入液态烃罐，形成液化气。一部分油气经过液态烃缓冲罐进入脱丙烷塔、回流塔、脱乙烷塔、精丙稀塔、回流罐，最后进入丙稀区球罐，形成液体丙稀。液体丙稀再经过聚丙稀车间的进一步加工生产出聚丙稀。3．生产设备：a．再生器再生器的主要作用是烧去结焦催化剂上的焦炭以恢复催化剂的活性，同时也提供裂化所需的热量。再生器由壳体、旋风分离器、空气分布器、辅组燃烧室和取热器组成b．提升管反应器直管式：多用于高低并列式反再系统，特点是从沉降器底部直接插入，结构简单，压降小。折叠式：多用于同轴式式反再系统。c．沉降器沉降器的作用是使来自提升管的反应油气和催化剂分离，油气经旋风分离器分出夹带催化剂后经集气室去分馏系统；由快速分离器出来的催化剂靠重力在沉降器中向下沉降，落入气体段。d．三机主风机：供给再生器烧焦用空气。气压机：用于给分馏系统来的富气升压，然后送往吸收稳定系统。增压机：供给Ⅳ型反应再生装置密相提升管调节催化剂循环量。e．三阀单动滑阀：在Ⅳ型催化裂化装置中，正常操作时全开，紧急情况下关闭，切断两器联系，防止催化剂倒流；在提升管催化裂化装置中调节两器催化剂循环量。双动滑阀：安装在再生器出口和放空烟囱之间，调节再生器的压力，保持两器压力平衡。塞阀：在同轴式催化裂化装置中调节催化剂的循环量。（三）延迟焦化焦炭化(简称焦化)是深度热裂化过程，也是处理渣油的手段之一。它又是唯一能生产石油焦的工艺过程，是任何其他过程所无法代替的。尤其是某些行业对优质石油焦的特殊需求，致使焦化过程在炼油工业中一直占据着重要地位。1.基本概念焦化是以贫氢重质残油(如减压渣油、裂化渣油以及沥青等)为原料，在高温(400～500℃)下进行深度热裂化反应。通过裂解反应，使渣油的一部分转化为气体烃和轻质油品；由于缩合反应，使渣油的另一部分转化为焦炭。一方面由于原料重，含相当数量的芳烃，另一方面焦化的反应条件更加苛刻，因此缩合反应占很大比重，生成焦炭多。2.生产工艺延迟焦化装置的生产工艺分为焦化和除焦两部分，焦化为连续操作，除焦为间隙操作。由于工业装置一般设有两个或四个焦炭塔，所以整个生产过程仍为连续操作。a．原油预热，焦化原料(减压渣油)先进入原料缓冲罐，再用泵送入加热炉对流段升温至340~350℃左右。b．经预热后的原油进入分馏塔底，与焦炭塔产出的油气在分馏塔内（塔底温度不超过400℃）换热。c．原料油和循环油一起从分馏塔底抽出，用热油泵打进加热炉辐射段，加热到焦化反应所需的温度（500℃左右），再通过四通阀由下部进入焦炭塔，进行焦化反应。d．原料在焦炭塔内反应生成焦炭聚积在焦炭塔内，油气从焦炭塔顶出来进入分馏塔，与原料油换热后，经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。塔底循环油和原料一起再进行焦化反应。3.生产设备a．焦炭塔焦炭塔是用厚锅炉钢板制成的空筒，是进行焦化反应的场所。b．水力除焦设备焦炭塔是轮换使用的，即当一个塔内焦炭聚结到一定高度时，通过四通阀将原料切换到另一个焦炭塔．聚结焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后进行水力除焦。c.无焰燃烧炉焦化加热炉是本装置的核心设备，其作用是将炉内迅速流动的渣油加热至500℃左右的高温。因此，要求炉内有较高的传热速率以保证在短时间内给油提供足够的热量，同时要求提供均匀的热场，防止局部过热引起炉管结焦。为此，延迟焦化通常采用无焰炉。（四）加氢裂化重油轻质化基本原理是改变油品的相对分子质量和氢碳比，而改变相对分子质量和氢碳比往往是同时进行的。改变油品的氢碳比有两条途径，一是脱碳，二是加氢。1.基本概念加氢裂化属于石油加工过程的加氢路线，是在催化剂存在下从外界补入氢气以提高油品的氢碳比。加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的有机结合，一方面能使重质油品通过裂化反应转化为汽油、煤油和柴油等轻质油品，另一方面又可防止像催化裂化那样生成大量焦炭，而且还可将原料中的硫、氯、氧化合物杂质通过加氢除去，使烯烃饱和。2.生产流程按反应器中催化剂所处的状态不同，可分为固定床、沸腾床和悬浮床等几种型式。（1）固定床加氢裂化固定床是指将颗粒状的催化剂放置在反应器内，形成静态催化剂床层。原料油和氢气经升温、升压达到反应条件后进入反应系统，先进行加氢精制以除去硫、氮、氧杂质和二烯烃，再进行加氢裂化反应。反应产物经降温、分离、降压和分馏后，目的产品送出装置，分离出含氢较高（80％，90％）的气体，作为循环氢使用。未转化油(称尾油)可以部分循环、全部循环或不循环一次通过。（2）沸腾床加氢裂化沸腾床(又称膨胀床)工艺是借助于流体流速带动具有一定颗粒度的催化剂运动，形成气、液、固三相床层，从而使氢气、原料油和催化剂充分接触而完成加氢反应过程。沸腾床工艺可以处理金属含量和残炭值较高的原料(如减压渣油)．并可使重油深度转化；但反应温度较高，一般在400~450℃范围内。此种工艺比较复杂，国内尚未工业化。（3）悬浮床(浆液床)加氢工艺悬浮床工艺是为了适应非常劣质的原料而重新得到重视的一种加氢工艺。其原理与沸腾床相类似，其基本流程是以细粉状催化剂与原料预先混合，再与氢气一向进入反应器自下而上流动，催化剂悬浮于液相中，进行加氢裂化反应，催化剂随着反应产物一起从反应器顶部流出。该装置能加工各种重质原油和普通原油渣油，但装置投资大。该工艺目前在国内尚属研究开发阶段。3.生产设备加氢工艺生产装置的主要设备是在高温、高压及有氢气和硫化氢存在的条件下运行的，故其设计、制造和材料的选用等要求都很高，对生产操作的控制也极严格。高压加氢反应器是装置中的关键设备，工作条件苛刻，制造困难，价格昂贵。根据介质是否直接接触金属器壁，分为冷壁反应器和热壁反应器两种结构。反应器由筒体和内部结构两部分组成。a.加氢反应器筒体反应器筒体分为冷壁筒和热壁筒两种。b.加氢反应器内件加氢反应是在高温高压及有腐蚀介质（H2、H2S）的条件下操作，除了在材质上要注意防止氢腐蚀及其他介质的腐蚀以外，加氢反应器还应保证：反应物(油气和氢)在反应器中分布均匀，保证反应物与催化剂有良好的接触；及时排除反应热，避免反应温度过高和催化剂过热．以保证最佳反应条件和延长催化剂寿命；在反应物均匀分布的前提下，反应器内部的压力降不致过大，以减少循环压缩机的负荷，节省能源。为此，反应器内部需设置必要的内部构件，以达到气液均匀分布为主要目标。典型的反应器内构件包括：入口扩散器、气液分配盘、去垢篮筐、催化剂支持盘、急冷氢箱及再分配盘、出口集合器等。（五）溶剂脱沥青溶剂脱沥青是一个劣质渣油的预处理过程。1.基本概念溶剂脱沥青是加工重质油的一种石油炼制工艺，其过程是以减压渣油等重质油为原料，利用丙烷、丁烷等烃类作为溶剂进行萃取，萃取物即脱沥青油可做重质润滑油原料或裂化原料，萃余物脱油沥青可做道路沥青或其他用途。2.生产流程包括萃取和溶剂回收。萃取部分一般采取一段萃取流程，也可采取二段萃取流程。沥青与重脱沥青油溶液中含丙烷少，采用一次蒸发及汽提回收丙烷，轻脱沥青油溶液中含丙烷较多，采用多效蒸发及汽提或临界回收及汽提回收丙烷，以减少能耗。临界回收过程，是利用丙烷在接近临界温度和稍高于临界压力(丙烷的临界温度96.8℃、临界压力4.2MPa)的条件下，对油的溶解度接近于最小以及其密度也接近于最小的性质，使轻脱沥青油与大部分丙烷在临界塔内沉降、分离，从而避免了丙烷的蒸发冷凝过程，因而可较多地减少能耗。国内的溶剂脱沥青工艺流程主要有沉降法二段脱沥青工艺、临界回收脱沥青工艺、超临界抽提溶剂脱沥青工艺。(1)沉降法二段脱沥青工艺沉降法两段脱沥青是在常规一段脱沥青基础上发展起来的。在研究大庆减压渣油的特有性质的基础上，注意到常规的丙烷脱沥青不能充分利用好该资源，而开发出的一种新脱沥青工艺(2)临界回收脱沥青工艺溶剂对油的溶解能力随温度的升高而降低，当温度和压力接近到临界条件时，溶剂对油的溶解能力已降到很低，这时，该丙烷溶剂经冷却后可直接循环使用，不必经过蒸发回收(3)超临界抽提溶剂脱沥青工艺超临界流体抽提是利用抽提体系在临界区附近具有反常的相平衡特性及异常的热力学性质，通过改变温度、压力等参数，使体系内组分间的相互溶解度发生剧烈变化，从而实现组分分离的技术3.生产设备a.抽提塔抽提塔的作用有：在渣油进口和主溶剂进口之间为抽提区，渣油进口以上部分为分馏区，主溶剂进口以下为沥青沉降区。b.溶剂临界/超临界回收塔脱沥青油溶液分离器又称为超临界塔或临界塔，它实际上是一个可在溶剂临界压力以上操作