石油炼制课件。第一章至第三章

主讲刘名礼石油炼制工程《石油炼制工程》林世雄主编(石油出版社)《石油加工工艺学》李淑培主编(中国石化出版社)《石油炼制工艺学》朱耘青(中国石化出版社)《石油炼制工艺学》程丽华主编(中国石化出版社)参考书籍参考书籍参考书籍《石油加工工艺学》陈绍洲主编(华东理工大学出版社)第一章绪论第二章石油及其产品的组成和性质第三章原油评价第四章石油产品第五章原油预处理和常减压蒸馏第六章重油轻质化第七章高辛烷值汽油的生产第一章绪论石油的形成有机生成油说能源1995年2002年2020年石油40.1337.4538天然气22.9424.2628煤27.1025.5020核能7.266.49——水电2.576.30——合计100.00100.00世界能源需求比(%)2012年化石能源比例85%，2030年80%，2050年70%世界能源需求参考情景一、什么是石油炼制（石油加工）？是指将原油经过分离、反应以生产燃料、润滑油、化工原料及其它石油产品的过程石油燃料：汽油、航空煤油、煤油、柴油、燃料油、液化燃料气等。是运输工具的动力，也是人们生活中不可缺少的燃料。润滑油：内燃机润滑油、齿轮油、液压油、工业润滑油等，是转动机器的润滑剂、设备保护剂。化工原料：苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、烯烃、烷烃、环烷烃等，是合成树脂，合成橡胶和合成纤维的基本原料，是化工和轻纺工业发展的基础。其它石油产品：沥青，石蜡，焦炭等二、石油炼制工业在国民经济中的作用1、提供能源全世界总能源需求的40%依赖于石油产品2、交通运输燃料汽车、飞机、轮船等交通运输使用燃料几乎全部是石油产品3、有机化工原料有机化工原料主要来源于石油炼制，石油总产量的10%用于生产化工原料我国石油炼制能力304Mt/a，世界第二，是国民经济重要支柱产业之一三、我国石油工业发展概况原油开采：1949年至1960年,共生产原油478万吨，加工油品300万吨，1959年大庆油田开发，中国结束用洋油历史1978年，我国原油产量超过一亿吨。1988年我国原油产量达137Mt/a，居世界第四位,八十年代至九十年代，开发东海、南海、新疆塔里木盆地，进入一个新的阶段。2002年170Mt/a。炼油技术我国基本与世界同步，重油催化裂化及渣油加氢处理技术居国际先进水平。我国炼油存在问题（1）工厂规模偏小2003年世界平均规模5.72Mt/a，我国2.49Mt/a（2）开工负荷率偏低2003年世界平均82.7％，美国89.1％，日本84.4％，中东91％，我国80％。（3）资源浪费严重2003年全国1Mt/a以下小炼厂炼油超过20Mt/a，其产品质量差，轻油收率低，“三废”排放大，污染严重。我国资源情况万元生产总值能耗：我国为日本的6.8倍，美国的的2.4倍.炼油，我国新鲜水用量最好水平1m3/t，最差5.41m3/t，平均2.37m3/t，国际水平0.5m3/t；污水排放量我国最好水平0.52m3/t，平均1.84m3/t，国际水平0.15m3/t。合成氨吨氨消耗比国际水平高1倍多。科技进步对经济增长贡献率我国30％，发达国家60％。项目世界平均值我国人均水资源10.25人均煤储量155吨148吨人均天然气10.04人均石油10.125人均农业资源10.33第二章石油及其产品的组成和性质2.1石油的一般性状及化学组成石油的一般性状，石油的元素组成，石油的馏分组成，石油馏分的烃类组成，石油中的非烃类化合物2.2石油及油品的物理性质蒸气压、沸程和平均沸点，相对密度、特性因数、平均分子量、油品的粘度、油品的热性质、油品的其他物性2.1石油的一般性状及化学组成原油通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动粘稠液体，相对密度一般在0.80~0.98之间。我国主要原油的凝点及蜡含量较高，沥青质含量较低，相对密度大多在0.85~0.95间，属偏重原油。（一）石油的一般性状（二）石油的元素组成基本元素:5种；微量元素:59种主要元素：C、H、O、N、SC、H占95%～99%(C83%～87%,H11%～14%)S、O、N及微量元素总共≯1%～4%,微量元素：金属元素：V、Ni、Fe、Cu、Pb、Ca、Ti、Mg、Na、Co、Zn等非金属元素：Cl、Si、P、As等微量元素总共≯0.02%～0.03%。我国原油较为典型的元素组成特点低硫、高氮，低镍、高钒某些原油的元素组成原油产地CHOSN大庆原油85.7413.31—0.110.15胜利原油86.2612.20—0.800.41大港原油85.6713.40—0.120.23克拉玛依原油86.1013.300.280.040.25孤岛原油84.2411.74—2.200.47苏联杜依玛兹原油83.9012.300.742.670.33墨西哥原油84.2011.400.803.60—伊朗原油85.4012.800.741.06—美国宾夕法尼亚原油84.9013.700.900.50—（三）石油的馏分组成原油由成千上万个组分组成的混合物，其沸点范围很宽，按沸程（馏程）范围可分为（主要按使用要求而定）:石油气C1～C4（LPGC3～C4）汽油（石脑油）馏分：初馏～200℃（180℃）喷气燃料（航煤）馏分：150～280℃煤柴油馏分：180～375℃---AGO重油（润滑油）馏分：350～500℃---VGO常压渣油（AR）350℃减压渣油（VR）500℃我国原油馏分组成特点VR含量高，200℃的汽油馏分含量较少1、石油:是复杂的有机化合物的混合物烃类非烃类烷烃环烷烃芳香烃含S、O、N化合物胶质—沥青质2、石油馏分分馏——按照组分沸点的差别，使混合物得以分离的方法。馏分——馏出的部分，还是一个混合物，组分数目比原油少。例如:航空煤油150～280℃灯用煤油200～300℃柴油200～350℃均包括200～280℃共同馏分。3、原油的直馏馏分：规定：＜180℃汽油馏分或低沸点馏分（石脑油）180～350℃煤柴油馏分或中间馏分（AGO）350～500℃减压馏分或高沸点馏分（VGO）＞350℃常压渣油（AR）＞500℃减压渣油（VR）4、渣油含量我国原油组成特点：轻质馏分含量低、渣油含量高。汽油馏分一般低于10%，渣油馏分大于40%以上。原油名称相对密度d420汽油馏分初馏～180(w)%煤柴油180～350(w)%减压馏分350～500(w)%渣油＞500(w)%大庆0.85549.821.426.042.8胜利0.90056.119.027.547.4孤岛0.96451.914.028.955.2任丘0.88374.921.134.939.1大港0.88267.827.136.428.7克拉玛依低凝油0.87739.126.227.037.7江汉0.873510.024.520.545.0科威特0.864318.125.321.132.2阿尔及利亚0.798631.030.227.39.6印尼0.844011.927.227.633.0(四)石油馏分的烃类（C、H）组成天然气、炼厂气、汽油馏分、中间馏分、高沸馏分、渣油、蜡等。1．天然气（干气）主要由甲烷（80v％）、乙烷、丙烷，丁烷、二氧化碳组成2．炼厂气氢气、C1～C4(烷烃和烯烃）3．汽油馏分（C11）(1)单体烃：直馏、重整汽油200种，催化、焦化汽油200种(2)烃族组成：直馏、重整汽油由烷烃（正、异）环烷烃、芳烃组成；催化裂化、焦化汽油由烷烃（正、异）、环烷烃、芳烃、烯烃组成更重的馏分物质数目剧增，只能用族组成表示其成分。4．中间馏分（C11～C20的煤油、柴油）族组成由烷烃（正、异）、环烷烃和芳烃（单、双环为主）、胶质组成。5．高沸馏分（C20～C36）族组成由烷烃（正、异）、环烷烃和芳烃（轻、中、重）、胶质组成。6．渣油由族组成（饱和烃、芳烃、胶质、沥青质组成）和结构族组成表示。7、蜡石蜡：从馏分油中得到、主要C16是以上的正构烷烃(C17～C35，M300～500）微晶蜡：从减压渣油中得到、主要是C35以上带有正构或异构烷基侧链的环状烃（五）石油中的非烃类化合物非烃类在石油中的含量相当可观，对石油的加工、产品质量及使用影响很大。它们主要是含硫、含氮、含氧化合物及胶质、沥青质，在石油中随沸点升高而增加。1、含硫化合物活性硫化物：硫、硫化氢、硫醇等非活性硫化物：硫醚、二硫化物、噻吩等。热稳定性较差→活性硫化物2、含氮化合物（氮杂环物）碱性氮化物：吡啶、喹啉、异喹啉、酰胺非碱性氮化物：吡咯、吲哚、卟啉化物（含镍、钒）。可转化为碱性氮化物3、含氧化合物酸性：环烷酸（多）、芳香酸、脂肪酸和酚类等，统称石油酸中性：酮、醛、酯类等，含量极少。4、胶质、沥青质原油中的大部分硫、氮、氧及绝大部分金属集中在渣油的胶质、沥青质中。胶质、沥青质一般是稠环结构，胶质分子量比沥青质小。2.2石油及油品的物理性质为了使油品性质具有可比性，大多数物化性质都是在一定条件下试验得到的。一般性质:外观、密度、平均分子量、与化学组成有关的性质蒸发性质:饱和蒸汽压、沸程（馏程）、平均沸点、闪点流动性质:粘度、粘度指数、凝固点、倾点、结晶点、冷滤点等热性质:热焓、热容、汽化热、导热系数临界性质:临界温度、临界压力燃烧性质:燃烧热、闪点（爆炸下限）、燃点、自燃点、辛烷值、十六烷值其它性质:表面张力、折光率一、蒸气压、沸程和平均沸点（一）蒸汽压定义在一定的温度下液体与液面上方蒸汽呈平衡状态，该蒸汽所产生的压力。应用1、计算平衡下气液组成2、不同压力下的沸点换算3、分离、冷冻、压缩过程和天然气液化计算（烃的液化条件）蒸汽压求定1、纯烃的蒸汽压蒸汽压表示液体蒸发和汽化的能力温度一定，轻组分蒸汽压高于重组分的蒸汽压某一纯烃，温度升高，蒸汽压升高理想气体，温度变化不大蒸汽接近理想气体，温度变化不大时，一种物质不同温度下的蒸汽压换算122111303.2lgTTRHPP非理想气体——已知临界性质和偏心因数2、烃类混合物及石油馏分的蒸汽压烃类混合物体系压力不高，气相近似理想气体，平衡的液相近似于理想溶液时，其总蒸汽压用道尔顿—拉乌尔定律求iniixPP1石油馏分真实蒸汽压——泡点蒸汽压雷德蒸气压——T=38℃，气体体积：液相体积=4时的测定值。通常泡点蒸汽压高于雷德蒸汽压。（二）沸程1、沸点：纯物质，在一定外压下，加热到某一温度其饱和蒸汽压和外界压力相等，此时在气液面和液界体内部同时出现汽化现象。这一温度为沸点。外压一定，沸点是一定值：如1atm下水Tb=100℃乙醇Tb=78.4℃苯Tb=80.1℃2、沸程：外压一定时，油品的沸点随气化率增加而不断升高，所以油品的沸点以某一温度范围表示。此温度范围为沸程沸程作用：石油产品蒸发性大小的主要指标表示油品的沸点范围判断油品组分的轻重确定加工和调合方案检查工艺和操作条件控制产品质量和使用性能3、恩氏蒸馏测沸点范围恩氏蒸馏设施恩氏蒸馏数据：初馏点——第一滴流出液从冷凝管流入量筒的气相温度10%~90%点——馏出体积为10%、20%~90%时相应的气相温度终馏点（干点）——流出所达到的最高气相温度常见的是：表示油品馏程初馏点、10%点、50%点、90%点、干点4、油品的沸程及恩氏馏程油品的沸程汽油40~200℃灯用煤油180~300℃轻柴油200~300℃喷气燃料130~240℃重柴油250~350℃重质燃料油＞520℃润滑油350~520℃汽、煤油恩氏馏程馏程初馏点10%50%90%干点汽油馏分℃4278145180196煤油馏分℃197205247287302（三）平均沸点1、体积平均沸点——用于求其它难直接求得的平均沸点由恩氏蒸馏的10%、30%、50%、70%、90%五个馏出温度59070503010ttttttv℃2、质量平均沸点——求真临界温度niiiwtWt1℃3、立方平均沸点——求特性因数和运动粘度4、实分子平均沸点——用于求油品的特性因数和运动粘