煉油工藝基礎(chǔ)知識四

1、第三章 石油煉制概述 1、什么是石油煉制？ 以原油為基本原料，通過一系列煉制工藝，把原油加工成石油產(chǎn)品的過程，稱為石油煉制，簡稱煉油。 2、一次加工過程：常減壓蒸餾，為物理加工過程。 1 常減壓蒸餾產(chǎn)品： 輕質(zhì)餾分油：汽、煤、柴油餾分 重質(zhì)餾分油：潤滑油餾分、裂化原料（減壓餾分或蠟油） 減壓渣油 其中輕質(zhì)餾分油和重質(zhì)餾分油又稱直餾餾分。 我國原油特點：輕質(zhì)占2030%，直餾餾分占4060%2 2、 二次加工過程：輕質(zhì)油改質(zhì)或重質(zhì)油或渣油輕質(zhì)化的過程，為化學(xué)加工過程 一次加工得到的輕質(zhì)油品數(shù)量和質(zhì)量都滿足不了要求 必須進(jìn)行二次加工 二次加工過程：包括催化裂化、加氫裂化、催化重整、延遲焦化、加氫精

2、制等3 4、原油加工方案的確定因素 原油的化學(xué)組成和性質(zhì)：不同的原油適合生產(chǎn)不同的石油產(chǎn)品； 市場需求 組成和性質(zhì)相近的原油加工方案相似，加工中遇到的問題也相似4第一節(jié) 原油的分類一、工業(yè)分類法又稱商品分類法常用：按密度和含硫量1、按密度分類類別 API度 密度（15） 密度（20）輕質(zhì)原油 34 0.855 0.851中質(zhì)原油 3420 0.8550.934 0.8510.930重質(zhì)原油 2010 0.9340.999 0.9310.996特稠原油 10 0.999 0.9965 2、按含硫量分類類別 含硫量（細(xì)） 含硫量（粗）特高硫原油 2.0高硫原油 1.32.0 2.0中硫原油 1.0

3、1.3含硫原油 0.251.0 0.52.0低硫原油 0.251.0 0.5超低硫原油 0.256二、化學(xué)分類法是以化學(xué)組成為基礎(chǔ)的分類方法。但石油化學(xué)組成復(fù)雜采用與化學(xué)組成有關(guān)的物理性質(zhì)作為分類基礎(chǔ)1、特性因數(shù)分類法K12.1 石蠟基原油K=11.512.1 中間基原油K=10.511.5 環(huán)烷基原油7 石蠟基特點：烷烴含量在50%以上，密度較小，含蠟量較高，凝點高，含硫、含氮、含膠質(zhì)量較低。代表：大慶原油和南陽原油。 環(huán)烷基特點：環(huán)烷和芳烴含量較多，密度較大，凝點較低，含硫、含膠質(zhì)、含瀝青質(zhì)較多，又稱瀝青基原油。代表：孤島原油和單家寺原油 中間基特點：介于兩者之間。代表：勝利原油。8 2、

4、關(guān)鍵餾分特性分類法 通過蒸餾的方法得到： 第一關(guān)鍵餾分：250275餾分 第二關(guān)鍵餾分：395425餾分 第一步,先根據(jù)密度對兩個餾分進(jìn)行分類然后確定原油類別 關(guān)鍵餾分的分類標(biāo)準(zhǔn)（教材有誤）關(guān)鍵餾分 石蠟基 中間基 環(huán)烷基第一關(guān)鍵餾分 200.8210 0.82100.8562 0.8562第二關(guān)鍵餾分 200.8723 0.87230.9503 0.9503 第二步：根據(jù)表3-4確定原油類別 結(jié)合關(guān)鍵餾分特性和含硫量兩種分類方法，我國主要原油的類別如表3-5.9第二節(jié) 原油加工方案 確定原油加工方案的兩個原則： 原油特性； 市場需求。 其中原油特性其決定作用。 如大慶原油：屬石蠟基，適合生產(chǎn)

5、潤滑油，不適合生產(chǎn)瀝青； 孤島原油：屬環(huán)烷基，適合生產(chǎn)瀝青，不適合生產(chǎn)潤滑油。 10 一、原油加工方案的基本類型 根據(jù)生產(chǎn)目的，有以下幾種類型 1、燃料型 目的：除生產(chǎn)燃料外，還生產(chǎn)燃料氣、芳烴、石油焦等 典型燃料型加工方案原則流程見圖3-1和3-2。 特點：通過一次加工盡可能將原油中的輕質(zhì)餾分汽、煤、柴油分出，利用催化裂化和焦化等二次加工裝置，將重餾分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油。111213 2、燃料-化工型 目的：生產(chǎn)燃料和化工產(chǎn)品或原料，在燃料型裝置的基礎(chǔ)上，增加了化工裝置。 典型燃料化工型加工方案的原則流程圖見圖3-31415 3、燃料-潤滑油型 目的：除生產(chǎn)各種燃料還生產(chǎn)潤滑油 增加了潤滑油生產(chǎn)裝

6、置，如溶劑脫瀝青、溶劑精制、溶劑脫蠟、白土精制或加氫精制，生產(chǎn)基礎(chǔ)油，然后與添加劑進(jìn)行調(diào)和，生產(chǎn)潤滑油。 典型的燃料-潤滑油型加工方案的原則流程圖見圖3-4 4、燃料-潤滑油-化工型1617 4、燃料-潤滑油-化工型 目的：除生產(chǎn)燃料和潤滑油外，還生產(chǎn)石化產(chǎn)品和原料18二、重油加工方案-組合工藝技術(shù)簡介 重油輕質(zhì)化：把重餾分油以及重油（常壓渣油和減壓渣油）采用某種二次加工過程進(jìn)一步加工，以便獲得更多的輕質(zhì)油品的過程。 重油加工路線：脫碳工藝和加氫工藝 脫碳工藝：包括催化裂化、延遲焦化、溶劑脫瀝青等 加氫工藝：加氫裂化、加氫精制、渣油加氫脫硫和渣油加氫轉(zhuǎn)化等19 目前采用的三種重油加工工藝路線：

7、 一是焦化-循環(huán)流化床鍋爐方案適用于加工高硫原油和電力緊張的企業(yè) 二是渣油加氫脫硫-渣油催化裂化方案適用于加工高硫、高金屬原油且重油催化裂化能力較大、氫氣成本低、環(huán)保要求嚴(yán)格的企業(yè) 三是溶劑脫瀝青-造氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方案適合于加工高硫原油且需要造氣或熱電聯(lián)產(chǎn)的大型聯(lián)合企業(yè)20 組合工藝：將幾種功能不同的工藝組合在一起聯(lián)合應(yīng)用，相互取長補(bǔ)短，一種工藝的產(chǎn)品作為另一工藝的原料。 國內(nèi)應(yīng)用較多的組合工藝： 1、延遲焦化-催化裂化組合工藝 單獨得重油催化裂化的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：裝置構(gòu)成及加工流程簡單，經(jīng)濟(jì)效益好 21 缺點：產(chǎn)品品種單一、質(zhì)量不高，生產(chǎn)靈活性受到限制。 組合特點：彌補(bǔ)了單獨的重油催化裂化產(chǎn)

8、品品種單一、質(zhì)量不高、靈活性不高等不足，改善了煉廠的生產(chǎn)靈活性，可大幅度改變柴汽比，較好地適應(yīng)市場對汽油、柴油需求的變化。 延遲焦化-催化裂化組合工藝 22 延遲焦化-催化裂化組合工藝技術(shù)開發(fā)單位：石油化工科學(xué)研究院 工業(yè)試驗：安慶石化 用催化裂化澄清油作為焦化原料生產(chǎn)出了具有高附加值的優(yōu)質(zhì)石油焦產(chǎn)品-針狀焦。 23 2、延遲焦化-加氫精制-催化裂化組合工藝 焦化蠟油直接進(jìn)催化裂化裝置存在的問題： 焦化蠟油硫、氮含量很高，造成催化劑活性降低，影響催化裂化轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量。 解決辦法： 將焦化蠟油和焦化汽柴油或催化柴油混摻加氫精制，既得到優(yōu)質(zhì)汽柴油，尾油又是優(yōu)良的催化裂化原料24 3、

9、溶劑油脫瀝青-延遲焦化-催化裂化組合工藝 將催化裂化澄清油進(jìn)行溶劑脫瀝青，脫瀝青油重新返回到催化裂化裝置；脫油瀝青可作為焦化進(jìn)料或鍋爐燃料。 優(yōu)點：增加了催化裂化原料；增加了延遲焦化原料品種，解決了部分硬瀝青出路；提高了焦化輕質(zhì)油品收率。 缺點：瀝青摻入量增加，焦炭產(chǎn)量增加焦炭質(zhì)量變差，爐管結(jié)焦傾向增大。25第三節(jié) 煉油裝置主要設(shè)備 組成煉油裝置的設(shè)備分為六大類：流體輸送設(shè)備、加熱設(shè)備、換熱設(shè)備、傳質(zhì)設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備和容器等。 這六類設(shè)備按一定的工藝組成了不同的煉油裝置。26 一、流體輸送設(shè)備 作用：輸送各種液體和氣體，使這些物料從一個設(shè)備到另一設(shè)備，或使其壓力升高或降低，滿足工藝要求。 液體輸

10、送機(jī)械：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵等。 氣體輸送機(jī)械：壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、真空泵。 還包括各類管線和閥門等。27 二、加熱設(shè)備 作用：把原油加熱到一定溫度，使油品氣化、為油品進(jìn)行反應(yīng)提供足夠熱量和反應(yīng)空間。 （一）管式加熱爐的結(jié)構(gòu)和作用 主要由輻射室、對流室、爐管、燃燒器及煙道等組成。 1、輻射室和對流室28 輻射室：即爐膛，沿爐膛周圍垂直方向安裝輻射管，加熱方式：輻射加熱，完成7080%的加熱任務(wù)。 對流室：爐膛上方，方形，安裝水平方向的對流管，加熱方式：對流加熱。 原油（或油品）流向：從對流管流入，經(jīng)輻射管流出。 煙氣流向：燃料在爐膛燃燒，高溫?zé)煔膺M(jìn)入對流室，傳熱后從煙囪排出。29 2、爐管 輻射

11、管要求耐高溫、耐腐蝕，用優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼。 對流管要求增加傳熱面積， 強(qiáng)化傳熱，外表面帶有釘頭。 3、燃燒器 作用：噴散燃料與空氣混合，使燃料完全燃燒30 燃料類型：燃料油、燃?xì)?燃料油的燃燒：蒸氣與燃料油混合，經(jīng)噴嘴高速噴出，使油霧化，空氣從風(fēng)門進(jìn)入，進(jìn)行燃燒。 常用燃燒器：油氣聯(lián)合燃燒器 4、幾種常見的管式爐結(jié)構(gòu) （1）圓筒爐 爐膛形式：直立圓筒形 輻射管和燃燒器的布置：輻射管在爐膛周圍垂直排成一圈，爐底裝一圈燃燒器。31 圓筒爐優(yōu)點：輻射熱量均勻。原因：輻射管與燃燒器同心圓布置，輻射管距火焰的相對位置勻稱，爐管徑向輻射熱量均勻；結(jié)構(gòu)緊湊，材料用量、投資和占地面積均小于立式爐。 缺點：受高

12、徑比限制，沿管長受熱不均勻，輻射管的平均熱流密度較低。 彌補(bǔ)措施：在爐膛中間布置爐管，承受雙面輻射，可提高輻射管的平均熱流密度。32 方形對流室在圓筒上方，對流管為橫排。 （2）立式爐 爐膛形式：長方形 輻射管排列形式：水平排列在兩側(cè) 優(yōu)點：高寬比小，燃燒器沿管長布置，輻射管受熱均勻，平均熱流密度高。33 （3）無焰爐 爐體：長方形 輻射管：排在中間，兩面受熱 燃燒器：排在兩側(cè)爐墻上，形成無焰火焰 優(yōu)點：爐管受熱均勻，允許熱強(qiáng)度大，金屬耗量小，爐墻散熱少，熱效率高。34 無焰爐特點：采用無焰燃燒器 無焰燃燒器的燃燒： 高速通過噴嘴的燃料氣與空氣在混合管中混合，從分布室分布到燃燒孔道以極高的速度

13、在孔道中完成全部燃燒過程，因此看不到火焰?？椎罍囟群芨撸褷t墻燒至高溫，形成一面溫度極高的輻射墻，由爐墻把熱量傳給爐管，因此爐管受熱均勻。35 無焰爐缺點：必須使用燃料氣，且燃燒器較多，操作麻煩 只使用在爐管受熱均勻程度要求較高的情況，如焦化爐 （二）管式爐的工藝指標(biāo) 1、熱負(fù)荷 原料油在爐內(nèi)所吸收的熱量稱為爐子的熱負(fù)荷，單位：千焦/小時 相同尺寸的加熱爐，能承擔(dān)的熱負(fù)荷越大，表明爐子的性能越好36 2、熱效率 熱負(fù)荷與燃料燃燒放出的總熱量之比稱為爐子的熱效率，以百分?jǐn)?shù)表示管式爐的熱效率一般為6585%，先進(jìn)為8595% 熱效率越高，消耗的燃料量越小 提高熱效率的途徑： （1）采用新型燃燒器，

14、使燃料燃燒完全。 37 燃燒器作用：霧化燃料油；混合霧化的燃料和空氣。 霧化越細(xì)，混合越充分，燃燒效率越高 燃燒器結(jié)構(gòu)影響燃燒效率 我國常用的燃燒器型號：VI和SJ兩種油-氣聯(lián)合燃燒器38 （2）控制過剩空氣系數(shù) 實際進(jìn)入爐膛的空氣量與理論空氣量之比，叫做過剩空氣系數(shù) 燒油時：一般為1.21.3 燒氣時：為1.1 過?？諝庀禂?shù)國小，燃燒不完全；過大，則入爐空氣太多，煙氣帶走熱量也多，降低爐子熱效率 要控制加熱爐在合適的過?？諝庀禂?shù)條件下操作。39 （3）在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，充分回收煙氣余熱。 （4）采取措施減少爐子漏氣及爐體散熱損失 3、爐管表面熱強(qiáng)度 每平方米爐管表面積每小時所傳遞的熱量稱為

15、爐管表面熱強(qiáng)度，以KJ/(m2h)表示。40 爐管表面熱強(qiáng)度越高，爐管用量越小，還可縮小爐膛尺寸。提高爐管表面熱強(qiáng)度的不利因素：引起結(jié)焦；局部過熱。 爐管表面熱強(qiáng)度不能無限提高。41 三、換熱設(shè)備 把熱量從高溫流體傳給低溫流體的設(shè)備，稱為熱交換器或換熱器。 作用：加熱原料、冷凝、冷卻 油品，并回收熱量，節(jié)約能源 根據(jù)使用目的不同，將換熱設(shè)備分為：換熱器、冷凝器、冷卻器、重沸器等。 換熱器：用于回收熱量的的叫換熱器；42 冷卻器：用水或空氣作冷卻介質(zhì)的叫冷卻器 冷凝器：將介質(zhì)從蒸氣狀態(tài)冷凝為液體狀態(tài)的叫冷凝器 重沸器：用以加熱塔底液體使之部分氣化的叫重沸器 （一）幾種換熱器的結(jié)構(gòu)和作用43 1、

16、管殼式換熱器 外形：臥式圓筒 內(nèi)部：排列許多小管子 管程流體：在管內(nèi)流動的流體 殼程流體：在管外流動的流 組成部分：管束、管箱、殼體、折流板、管板、頭蓋等幾部分。 見圖3-8 4445 管束：由許多管子組成，以一定方式固定在管板上。 材料：10號碳鋼或不銹鋼無縫鋼管。 排列方式：正方形斜轉(zhuǎn)45或 正三角形。 管箱：置于管束之前，管程流體先進(jìn)入管箱，在到管束中。 作用：分配流體級配置管程數(shù)。46 管程數(shù)：管程流體從一端流至另一端，往返流動的次數(shù)。流動次數(shù)為1，為單管程，兩次為雙管程，依次類推為四、六、八管程等。 管程數(shù)越多，管內(nèi)流速越大，對流傳熱系數(shù)越大，但流體阻力也越大，冷熱流的平均溫差降低。

17、 折流板：作用是提高殼程的流速、減少流動死角。一般有若干塊。47 管板：作用是把管束固定在管箱或殼體上，一般是一端固定，根據(jù)另一端的連接方式，管殼式換熱器的形式有三種： （1）固定管板式換熱器 兩端管板與殼體固定連接，管束與殼體不能相對運動。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低； 缺點：溫差大時，熱應(yīng)力大；殼程無法機(jī)械清洗。48 適用于殼體與管程溫差小，殼程流體比較清潔、不易結(jié)垢的場合。 當(dāng)殼體和管束之間的溫差較大，而殼體承受壓力不太高時，可采用具有補(bǔ)償圈的固定管板換熱器。如圖3-9 4950 （2)浮頭式換熱器 兩端的管板有一端不與殼體相連，稱為活動管板，可以沿管長方向在殼體內(nèi)自由伸縮，稱為浮頭，管

18、束可以拉出來清洗。 適用于殼體與管束溫差大，需要清洗的場合。 缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，金屬耗量多，制造成本高51 （3）U形管式換熱器 只有一塊管板，每根管子都彎成U形，管子的兩端分別安裝在固定管板的兩側(cè)，并用隔板將封頭隔成兩室。利用U形彎頭解決漲縮問題。 缺點：清洗困難，適用于溫差大、管內(nèi)流體清潔的場合。52三種比較：浮頭式使用最廣泛，固定管板式和U形管式使用較少原因：浮頭式對換熱介質(zhì)的流量、溫度適應(yīng)性強(qiáng)，不受冷熱介質(zhì)溫差限制。2、套管式換熱器見圖3-11特點：構(gòu)造簡單，加工方便，可根據(jù)實際需要確定排數(shù)和程數(shù)；適當(dāng)選擇內(nèi)外管直徑，可達(dá)較高流速，提高傳熱系數(shù)；逆流流動，平均溫差大。53 缺點：接頭

19、多、易漏，單位傳熱面消耗的金屬量大 適用于流量不大、所需傳熱面積不大的場合 3、沉浸式換熱器 見圖3-12 優(yōu)點：停水后仍可操作一段時間，清掃方便，結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐。 缺點：金屬耗量大，管外傳熱系數(shù)小，傳熱面積有限。適用于個別流量較小、油品冷卻的場合。54 4、噴淋式換熱器 見圖3-13，用于冷卻或冷凝管內(nèi)的流體。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，可用各種材料；便于檢修和清洗，傳熱系數(shù)也較大。 缺點：噴淋不易均勻，只能安裝在室外，要定期清除管外積垢。 55 5、空氣冷卻器 用空氣代替水作冷卻劑。 優(yōu)點：大量節(jié)水，干凈不結(jié)垢，操作費用和基建費用低，減少環(huán)境污染。 結(jié)構(gòu)見圖3-14 組成：管束、管箱、

20、構(gòu)架和風(fēng)機(jī)等56 （二）換熱器的主要工藝指標(biāo) 1、熱負(fù)荷 換熱器每小時傳遞的熱量叫做換熱器的熱負(fù)荷，單位千焦/小時 換熱器熱負(fù)荷=熱流放出熱量=冷流得到熱量+散熱損失 提高熱負(fù)荷，可減少換熱器臺數(shù)。57 2、傳熱系數(shù) 是衡量兩種流體在換熱器里傳熱速度的指標(biāo)。 定義式：K=Q/（At） 由表達(dá)式可看出：在相同的溫差條件下，完成相同的換熱任務(wù)，傳熱系數(shù)越大，所需傳熱面積越小。 影響傳熱系數(shù)的因素：換熱器的結(jié)構(gòu)、流體的種類和流速、結(jié)垢速度、有無相變等。58 提高換熱系數(shù)的途徑： 提高流速 方法：增加管程數(shù)，縮短折流板間距，采用雙殼程，增加流體擾動等。 提高流速的缺點：增加阻力，消耗動力 適宜流速為：

21、液體：管程0.53m/s、殼程0.21.5m/s氣體：管程530m/s、殼程315m/s59 減少結(jié)垢 加強(qiáng)油品的脫鹽脫水，改善水質(zhì)，加入抗結(jié)垢劑等 3、平均溫差 傳熱動力：溫度差 溫差越大，傳熱越快，傳遞相同的熱量所需換熱面積越小 溫差越小，所需換熱面積越大 由于冷熱流體的溫度在傳熱中不斷變化，所以溫差指平均值。60 四、傳質(zhì)設(shè)備 用于精餾、吸收、解吸、抽提等過程。由于在這些過程中，物料發(fā)生了質(zhì)量傳遞，所以叫傳質(zhì)設(shè)備。 常用的傳質(zhì)設(shè)備：各種塔器，如精餾塔、吸收塔、解吸塔和抽提塔等 塔器的主要組成部分：塔體、塔板或填料。 61 塔板或填料的作用：提供氣-液或液-液進(jìn)行質(zhì)量交換和（或）熱量交換的

22、場所。 不同的傳質(zhì)設(shè)備，所采用的塔板或填料形式也有所區(qū)別。 著重介紹原油常減壓蒸餾裝置中的蒸餾塔。62 （一）塔和塔板的結(jié)構(gòu)和作用 典型的原油蒸餾塔的結(jié)構(gòu)如圖3-17所示。 塔板是塔的主要構(gòu)件，對蒸餾效果和塔的操作影響很大。 石油蒸餾中應(yīng)用較多的塔板有：浮閥塔板、文丘里型浮閥塔板、圓形泡帽塔板、傘形泡帽塔板、浮動舌形塔板、網(wǎng)孔塔板、條形浮閥塔板和船形浮閥塔板等6364 1、浮閥塔板 見圖3-1865浮閥塔板上氣液接觸情況浮閥塔板優(yōu)點：效率高，操作彈性大66 2、圓形泡帽塔板 結(jié)構(gòu)見圖3-2067 圓形泡帽塔板氣液接觸情況68 3、傘形泡帽塔板 如圖3-2269 4、網(wǎng)孔塔板 見圖3-2370 5、浮動舌形塔板 見圖3-24716、條形浮閥和船形浮閥塔板72船形浮閥塔板73各種塔板性能比較74 7、各種填料 填料的優(yōu)點： 壓降小，操作彈性接近浮閥塔板。 我國減壓蒸餾應(yīng)用的填料如圖所示。75矩鞍環(huán)型填料階梯環(huán)型填料767778 幾種填料比較： 矩鞍環(huán)型接觸面積大，氣液分布好，可采用較小的液體噴淋密度 是目前石油化工中應(yīng)用最廣泛的填料 格柵填料式高空隙填料，適用于負(fù)荷大、壓降小、介質(zhì)較重、有固體顆粒的場合。 金屬孔板填料具有阻力小、氣液分布均勻、效率高、通量大、操作彈性大、滯液量少等優(yōu)點，適用于蒸餾吸收等過程。79 液體分配器： 作用：保證液體在填料中均勻