2-原油加工方案及流程

《现代石油加工技术》教学课件孟祥海第2章原油加工方案及流程2本章主要内容第一节石油的化学组成及石油产品的质量要求第二节原油评价第三节原油分类第四节炼油工艺过程简介第五节原油的加工方案第六节世界炼油技术发展趋势第七节炼油厂的主要构成3第一节石油的化学组成及石油产品的质量要求元素组成C、H、O、S、N、微量元素石油的化学组成烃类组成烷烃、环烷烃、芳香烃非烃类组成含S、N、O化合物单体烃烃类组成表示方法族组成结构族组成4一、石油中的非烃化合物1、含硫化合物硫在石油中的存在形态元素硫－－极少酸性硫：H2S、硫醇（RSH）中性硫：硫醚（RSR’）、二硫化物（RSSR’）热稳定性硫：噻吩、苯硫酚51、含硫化合物分布规律硫在石油馏分中的分布一般是随着石油馏分沸程的升高而增加，大部分硫均集中在重馏分和渣油中直馏汽油中，以硫醇和硫醚为主，少量二硫化物和噻吩中间馏分中，主要是硫醚和噻吩类高沸点馏分中，主要是硫醚、噻吩及其同系物除上述含硫化合物外，原油中还有相当大一部分硫存在于胶质、沥青质中；这部分含硫化合物的分子量更大、结构也复杂得多61、含硫化合物含硫化合物对加工过程及产品的危害对石油产品质量影响－－催化裂化、焦化产品，催化剂污染设备腐蚀－－硫化氢腐蚀、硫醇腐蚀、元素硫腐蚀对环境污染－－硫氧化物对策：产品精制、气体脱硫、废水处理72、含氮化合物氮在石油中的存在形态含氮化合物非碱性氮：吡咯、吲哚咔唑、卟啉类化合物碱性氮：吡啶、喹啉、氮杂蒽、氮杂菲NNNHNHNCH382、含氮化合物分布规律与硫在原油中的分布一样，石油中的氮含量也是随馏分沸程的升高而增加的，但其分布比硫更不均匀石油中的硫约有70%是集中在其减压渣油中，而石油中的氮则更集中，约有90%集中于其减压渣油中对多数原油而言，其碱性氮含量约占总氮含量的1/4~1/3一般来说，在较轻馏分中的氮主要是碱性氮；而在较重的馏分及渣油中的氮则主要是非碱性氮9二、石油产品基本性质要求汽油：低硫、低烯烃、低芳烃、高辛烷值柴油：低硫、低芳烃、低凝点、高十六烷值润滑油：粘温性能好、低温流动性能好、抗氧化性能好沥青：延伸度好、软化点与针入度适宜固体蜡：滴点高、含油量低石油焦10炼油生产装置化工产品生产装置气体加工装置油品调合装置油品改质及精制装置重质油轻质化装置原油分离装置制氢装置产品分析中心11原油的常见加工方案1原油常减压蒸馏催化重整汽油液化气精制航煤柴油加氢裂化催化裂化VGO延迟焦化VR加氢精制加氢精制汽油柴油蜡油石油焦加氢处理沥青氧化石油沥青燃料油23%42%15%12原油的常见加工方案2原油常减压蒸馏催化重整汽油液化气裂解原料催化裂化VGO延迟焦化VR加氢精制加氢精制汽油柴油蜡油石油焦燃料油芳烃分离苯甲苯二甲苯AGO乙苯合成气体分离干气乙苯丙烯丁烯LPG加氢精制裂解原料13炼油装置1、原油分离装置原油加工的第一步是把原油分离为多个馏分油和渣油，因此，每个正规的炼厂都应有原油常压蒸馏装置或原油常减压蒸馏装置。在此装置中，还应设有原油脱盐脱水设施2、重质油轻质化装置为了提高轻质油品的收率，须将部分或全部减压馏分油及渣油转化为轻质油，此任务由裂化反应过程来完成，如催化裂化、加氢裂化、焦化等14炼油装置3、油品改质及油品精制装置此类装置的作用是提高油品的质量以达到产品质量指标的要求，如催化重整、加氢精制、电化学精制、溶剂精制、氧化沥青等；加氢处理、减粘裂化也可归入此类4、油品调合装置为了达到产品质量要求，通常需要进行馏分油之间的调合（有时也包括渣油），并且加入各种提高油品性能的添加剂油品调合方案的优化对提高现代炼厂的效益也起到重要作用15SSS16常减压装置介绍根据原油中各组分沸点的不同，利用蒸馏的方法将原油切割成石脑油（汽油）、航煤、柴油、蜡油及减压渣油馏分。其产品如下①初、常、减塔顶酸性干气②初、常、减塔顶液化气③汽煤柴④蜡油⑤减压渣油含硫污水湿法脱硫加热炉燃料气磺化钛菁钴碱液脱硫总S控制10ppm以内加氢脱硫非加氢脱硫（针对汽油）17催化重整装置介绍在催化剂作用下，对汽油组分中烃类分子进行重排成新分子结构叫催化重整就是将辛烷值相对较低的烃类变成辛烷值高的烃类直链烷烃芳烃直链烯烃异构烯烃环烷烃芳烃产品：高辛烷值汽油（大于100）或BTX与氢气脱氢+异构+环化异构脱氢低辛烷值高辛烷值18催化重整原则流程SSS19催化重整装置介绍在催化剂作用下，对汽油组分中烃类分子进行重排成新分子结构叫催化重整就是将辛烷值相对较低的烃类变成辛烷值高的烃类直链烷烃芳烃直链烯烃异构烯烃环烷烃芳烃脱氢+异构+环化异构脱氢低辛烷值高辛烷值20催化重整原则流程SSS21加氢裂化装置介绍加氢裂化，指在较高的压力和温度下，氢气经催化剂作用使重质油发生加氢、裂化和异构化反应，转化为轻质油（汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烃的原料）的加工过程。重质油清洁的轻质油其产物：①汽煤柴产品油；②低分气氢气回收装置③加裂重油（尾油）重整装置④含硫污水湿法脱硫22加氢裂化原则流程SSSS23延迟焦化装置介绍延迟焦化是一种石油二次加工技术，是指以贫氢的重质油为原料，在高温（500℃）进行深度的热裂化和缩合反应，生产富气、粗汽油、柴油、蜡油和焦炭的技术。所谓延迟是指将原料油经过加热炉加热迅速升温至焦化反应温度，在反应炉管内不生焦，而进入焦炭塔再进行焦化反应，故有延迟作用，称为延迟焦化技术。延迟焦化原理是通过加热炉炉管高线速（可注汽驱动到50m/s)，进入焦化塔后低线速，来实现延迟焦化的延迟焦化原料：减压渣油、沥青、催化油浆、焦油等极重的原料，被称炼厂“垃圾桶”。延迟焦化产品：汽油（10%-20%）、柴油（25%-35%）、蜡油（裂化原料）（25%-35%）、干气及液化气（6%-8%）、焦炭（石油焦）（15%-20%）延迟焦化的原料和产品裂解反应：高温下，大分子裂解为小分子得到产品。缩合反应：渣油缩合成焦炭。延迟焦化的反应类型石油焦：含80w%的碳，其余为氢、氧、氮、硫和金属。26延迟焦化原则流程SSSSSSS27催化裂化装置介绍催化裂化，在高温和催化剂的作用下使重质油或渣油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。主要反应有分解、异构化、氢转移、芳构化、缩合、生焦等从大分子分解为较小的分子主要依靠分解反应（热反应和催化反应）从低H/C的组成转化成较高H/C的组成脱碳（催化裂化、焦化等）加氢（加氢裂化）催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，也是重油轻质化的核心工艺，是提高原油加工深度、增加轻质油收率的重要手段。催化裂化原料：重质馏分油(减压馏分油、焦化馏分油)、常压重油、减渣(掺一部分馏分油)、脱沥青油。催化裂化的原料和产品反应条件：460～530℃，2～4atm，催化剂。产品分布及特点：★气体:10～20%，气体中主要是C3、C4，烯烃含量很高★汽油:产率在30～60%之间，ON高，RON可达90左右★柴油:产率在0～40%，CN较低，需调和或精制★油浆：产率在0～10%★焦炭:产率在5%～10%，C:H=1:0.3～1涉及到催化汽柴油脱硫，干气与液化气脱硫，有酸性水催化油浆中含硫转化到加热炉燃烧后的烟气原料中间物产物烷烃&异构烷烃烷烃裂化环烷烃烯烃芳香烃烯烃异构烯烃芳香烃焦炭裂化缩合聚合芳构化异构化裂化各种烃类催化裂化反应网络示意图H-转移裂化SSSSS33中国石油大学的两段提升管催化裂化技术该技术将传统的一段提升管改为两段，总长度与原来相比大大缩短：①反应时间大大降低，很好的将柴油馏分保留下来，提高了柴油品质；②不同馏分的油品在不同的反应段反应，可以减少竞争反应，大大降低干气收率，提高目的产物的选择性，如果配以多产丙烯催化剂的话，还能显著提高液化气中丙烯的含量，同时降低汽油馏分中的烯烃含量。34原油评价原油评价按其目的不同，大体可分为三个层次：原油的一般性质分析原油的常规评价原油的综合评价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常减压装置35二、原油的常规评价包括原油一般性质测定和实沸点蒸馏数据及窄馏分性质1、实沸点蒸馏装置间歇釜式精馏设备，理论板数15～17，回流比5:1，馏出物的最终沸点为500～520℃为避免原油的裂解，釜底温度不超过350℃，重馏分采用减压蒸馏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）361、实沸点蒸馏装置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，称重并测量体积，然后测定各窄馏分和渣油的性质372、实沸点蒸馏曲线实沸点蒸馏曲线：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）为横坐标作图该曲线上的某一点表示原油馏出某累计收率时的实沸点01020304050600100200300400500沸点,℃累计收率,wt%实沸点蒸馏曲线383、中比性质曲线中比性质曲线：以测得的窄馏分性质为纵坐标，以窄馏分馏出一半时的累计馏出质量分数为横坐标01020304050600.650.700.750.800.850.9020℃的密度,g/cm3中比收率,wt%中比密度曲线某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在标绘时，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393、中比性质曲线中比性质曲线表示窄馏分性质随沸点和累计馏出百分数的变化趋势，可以预测窄馏分的性质大多数原油的物理性质没有加成性（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40三、原油的综合评价包括原油一般性质测定、实沸点蒸馏数据及窄馏分性质，还包括直馏产品的产率和性质根据需要，可增加某些馏分的化学组成、二次加工性能的评价等41原油脱水脱水原油一般性质分析实沸点蒸馏平衡蒸发三、原油的综合评价1、窄馏分性质测定2、不同深度的重油、渣油性质测定1、直馏产品的性质分析2、二次加工原料的性质分析3、沥青性质分析汽油、柴油和减压馏分的烃族组成分析润滑油、石蜡和地蜡的潜含量测定42第三节原油分类一、特性因数分类法特性因数K12.1石蜡基原油特性因数K11.5～12.1中间基原油特性因数K10.5～11.5环烷基原油K可以通过下式求得，也可根据运动粘度和比重指数等查图求定6.156.153/1dT216.1K43一、特性因数分类法特性因数分类法的缺陷：不能分别表明原油低沸点馏分和高沸点馏分中烃类的分布规律由于原油组成复杂，粘度测定不够准确，求定的特性因数K不能完全符合原油的实际情况44二、关键馏分特性分类法第一关键馏分：常压蒸馏250～275℃的馏分；第二关键馏分：常压渣油在40mmHg下减压蒸馏，切取275～300℃馏分（常压下395～425℃）测定关键馏分的密度，对照分类表，确定关键馏分的属性和原油类型45二、关键馏分特性分类法关键馏分石蜡基中间基环烷基第一关键馏分d4200.8210APIº40D420=0.8210-0.8562APIº=33-40D4200.8562APIº33第二关键馏分d4200.8726APIº30d4200.8723-0.9305APIº=20-30D4200.9305APIº20关键馏分的分类指标46二、关键馏分特性分类法石蜡基原油的共性烷烃含量50%，密度较小，含蜡量高，含硫和胶质少直馏汽油的辛烷值低，直馏柴油的十六烷值高保证航空煤油的密度和结晶点之间存在矛盾可以生产粘温性质良好的润滑油馏分，但脱蜡负荷大重馏分和渣油中重金属含量少，是良好的裂化原料渣油难以生产质量好的沥青产品47二、关键馏分特性分类法环烷基原油的共性含环烷烃、芳烃较多，凝点低，含硫、胶质、沥青质较多汽油中环烷烃多，辛烷值高航空煤油的密度大，热值高柴油的