原油加工方案及流程.ppt

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,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,5,1、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,6,1、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,7,2、含氮化合物,氮在石油中的存在形态,8,2、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1/41/3 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,9,2、含氮化合物,含氮化合物的危害 导致催化剂中毒 催化裂化催化剂 易生成胶状沉淀，影响油品的安定性 油品燃烧生成NOX，造成环境污染,10,3、含氧化合物,氧在石油中的存在形态 石油中的氧元素是以有机含氧化合物的形式存在的,11,3、含氧化合物,分布规律 特殊：中间馏分分布较多 特点 石油酸中90%为环烷酸 我国只有克拉玛依原油含酸较多（0.48%）,12,3、含氧化合物,含氧化合物的影响 原油乳化，不利加工 设备腐蚀 环烷酸的利用 木材防腐、表面活性剂、钠盐为植物生长素、钙盐是杀虫剂、燃料和润滑油添加剂,需要脱除,13,4、石油中的微量元素,微量元素的分类 变价金属，如V、Ni、Fe、Mo、Co、W、Cr、Cu、Mn、Pb、Hg等 碱金属和碱土金属：如Na、K、Ba、Ca、Sr、Mg等 卤素和其它元素：如Cl、Br、Si、Al、As等,14,4、石油中的微量元素,微量元素的存在形态 一是以乳化状态分散于原油中的水中所含的盐类，如K、Na、Ca、Mg的氯化物 二是结合于有机化合物或络合物中， 如V、Ni、Fe、Cu等 三是悬浮于原油中的极细的矿物质微粒,15,4、石油中的微量元素,从世界范围来看，石油中含量最高的微量元素是钒，最高可达1000 ppm以上；其次是镍，最高可达100 ppm以上 微量元素的分布规律与S、N相似，即随沸点升高含量增加，而且主要浓集在渣油中,16,4、石油中的微量元素,微量元素的危害 从目前看来，对石油加工影响最大的微量元素有钒(v)、镍(Ni)、铁(Fe)、铜(Cu)，它们是催化裂化催化剂的毒物，而且在重油固定床加氢裂化过程中也能造成催化剂的失活和床层的堵塞 砷(As)是催化重整催化剂的毒物；钠(Na)和钾(K)也会使催化剂减活,17,5、渣油中的胶质和沥青质,石油中所包含的胶状、沥青状物质，是一大类非烃化合物，它们在组成中除含C、H外，还有S、N、 O及金属元素,18,5、渣油中的胶质和沥青质,胶质 胶质是深棕色至深褐色的，极为粘稠不易流动的液体或无定形固体 其相对密度略小于1.0 有很强的着色能力 H/C：1.41.5 受热时熔化，对热不稳定，能转化成沥青质,19,5、渣油中的胶质和沥青质,沥青质 黑色至深褐色的无定形固体 其相对密度略大于1.0 全部集中在渣油中，一般不挥发 H/C原子比：1.11.3,20,5、渣油中的胶质和沥青质,胶质和沥青质存在差别，但没有截然的不同，从胶质到沥青质是一个渐变的过程,21,二、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,22,第二节 原油评价,确定一种原油的加工方案是炼厂设计和生产的首要任务 根据所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性，以及经济效益等方面的大量信息，进行全面的综合分析、研究对比，方能制订出合理的加工方案 在上述的诸多考虑因素中，原油性质是最基本的因素,23,原油评价,原油评价的目的 根据原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的可行性，生产的灵活性及经济效益进行全面的分析评价，找到合理的加工流程方案,24,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,25,一、原油的一般性质分析,在测定原油性质之前，先测定含水量、含盐量和机械杂质，若原油含水量大于0.5%，则应先脱水 一般性质分析项目包括：密度、运动粘度、凝点、蜡含量、族组成、酸值、残炭、元素分析（C、H、S、N、O）、微量金属分析等,26,二、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1517，回流比5:1，馏出物的最终沸点为500520 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（10 mmHg），二段减压蒸馏（12 mmHg，不带精馏柱）,27,1、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,28,2、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,实沸点蒸馏曲线,29,3、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,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0.8161 g/cm3 在标绘时，以0.8161为纵坐标、 (16.00%+19.46%)/217.73%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,30,3、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,31,三、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,32,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,33,第三节 原油分类,一、特性因数分类法 特性因数K 12.1 石蜡基原油 特性因数K 11.512.1 中间基原油 特性因数K 10.511.5 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,34,一、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,35,二、关键馏分特性分类法,第一关键馏分：常压蒸馏250275 的馏分； 第二关键馏分：常压渣油在40mmHg下减压蒸馏，切取275300 馏分（常压下395425 ） 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,36,二、关键馏分特性分类法,关键馏分的分类指标,37,二、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,38,二、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 柴油的十六烷值较低 润滑油馏分的粘温性质较差 渣油中含较多的胶质和沥青质，可生产高质量的沥青,39,三、商品分类法,1、按密度分类,40,三、商品分类法,2、按硫含量分类,41,我国主要原油的基属,42,原油,电脱盐脱水,常压蒸馏,常压馏分：汽油（石脑油）、煤油、柴油 石脑油作为催化重整、蒸汽裂解原料,AR,减压蒸馏,减压馏分：VGO 润滑油基础油、催化裂化、加氢裂化的原料,溶剂脱沥青、焦化、催化裂化、减粘裂化、加氢转化的原料,VR,第四节 炼油工艺过程简介,43,原 油,44,炼油工艺过程,原油分离常减压蒸馏 一次加工，炼厂的龙头 脱盐、脱水、脱机械杂质 获得直馏产品、二次加工的原料 重油轻质化 二次加工、化学加工 催化裂化、加氢裂化、焦化 提高轻质油收率,45,炼油工艺过程,油品精制 二次加工、化学物理加工 脱硫氮、提高辛烷值和十六烷值 生产清洁油品调和组分 高辛烷值汽油组分的生产 二次加工、化学加工 轻烃异构化，提高汽油前端组分的辛烷值 C4烷基化，生产高辛烷值的汽油调和组分理想组分 醚化是否造成环境污染？美国加州 烯烃叠合烯烃，但是汽油标准对烯烃含量有限制,46,炼油工艺过程,化工原料生产 二次加工、化学加工 催化重整苯、甲苯、二甲苯 催化裂解、蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁烯 润滑油生产 二次加工、物理加工、化学加工,47,炼油工艺过程,常减压蒸馏：炼油厂的龙头 催化裂化：中国炼油界的立足之本 加氢精制：中国炼油界的未来 加氢裂化：中国炼油界的未来 催化裂解：炼油与化工的桥梁 延迟焦化：劣质原料加工的有效途径 溶剂脱沥青：劣质原料预处理和沥青产品,48,第五节 原油加工方案,加工方案,生产哪些产品 采用何种加工过程,基本类型,内容,因素,确定依据,49,一、大庆原油的燃料润滑油加工方案,1、原油特点 低硫石蜡基原油 含蜡量高、凝点高 沥青质含量低、重金属含量低、硫含量低 2、直馏产品的性质特点 直馏汽油馏分的辛烷值低，仅有37，需通过催化重整来提高辛烷值 直馏航煤馏分的密度较小，结晶点高，只能符合2号航煤的规格指标,50,一、大庆原油的燃料润滑油加工方案,直馏柴油的十六烷值高，但收率受凝点的限制 减压馏分的润滑油潜含量约占原油的15%，而且粘度指数达90120，是生产润滑油的良好原料 渣油硫含量低、沥青质和重金属含量低，饱和分含量高，可以掺入减压馏分油作催化裂化原料，也可经丙烷脱沥青生产残渣润滑油原料 渣油含胶质和沥青质少、蜡含量高，难以生产高质量的沥青产品,51,一、大庆原油的燃料润滑油加工方案,原油,常减压蒸馏,催化重整,芳烃(BTX),液化气,精制,航煤,催化裂化,VGO,VR,汽油,柴油,溶剂脱沥青,石油沥青,燃料油,芳烃分离,脱蜡、精制,馏分润滑油,精制,精制,脱蜡、精制,残渣润滑油,沥青氧化,52,二、胜利原油的燃料加工方案,1、原油特点 含硫中间基原油 硫含量1% 2、直馏产品的性质特点 直馏汽油辛烷值47，芳烃潜含量高，是良好的重整原料 直馏航煤的密度大，结晶点低，符合1号航煤的规格指标，但必须脱硫醇 直馏柴油的柴油指数高，凝点不高，可以生产-20、-10、0号柴油，但产品需精制,53,二、胜利原油的燃料加工方案,减压馏分的粘温性能不好，不宜生产润滑油，可作为催化裂化或加氢裂化的原料 渣油的胶质、沥青质含量高，可以生产沥青产品 渣油的残炭和金属含量高，只能部分掺入减压馏分油作催化裂化原料，最好先经加氢处理 渣油多用作延迟焦化的原料，由于含硫高，石油焦品级不高,54,二、胜利原油的燃料加工方案,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,55,三、原油的燃料化工加工方案,为了合理利用石油资源和提高经济效益，许多炼油厂的加工方案都考虑同时生产化工产品，只是其程度因原油性质和其他具体条件不同而异 有的是最大量地生产化工产品，有的则只是予以兼顾 关于化工产品的种类，多数炼油厂主要是生产化工原料和聚合物的单体，有的也生产少量的化工产品,56,三、原油的燃料化工加工方案,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,57,四、稠油的加工方案,如何合理加工稠油是炼油技术发展中的一个难题 稠油的特点是密度和粘度大、胶质及沥青质含量高、凝点低，多数稠油的硫含量较高，其渣油的残炭值高、重金属含量高 稠油的轻质油含量很低，减压渣油一般占原油的60%以上 稠油的加工方案问题主要是如何合理加工其渣油的问题,58,四、稠油的加工方案,稠油的渣油中蜡含量低、胶质及沥青质含量高，是生产优质沥青的原料 例如单家寺稠油的减压渣油不需复杂的加工就可以生产出高等级道路沥青 因此，对稠油的加工应优先考虑生产优质沥青 由于受沥青市场的限制，除了生产沥青外，还须考虑渣油的轻质化问题,59,四、稠油的加工方案,稠油渣油的残炭值高、重金属含量高，不宜直接用作催化裂化的原料 较好的办法是先经加氢处理后再送去催化裂化，但是渣油加氢处理的投资和操作费用高 采用溶剂脱沥青过程可以抽出渣油中的较轻部分作为催化裂化的原料，但须解决抽提残渣的加工利用问题,60,四、稠油的加工方案,采用延迟焦化过程可以得到部分馏分油，经加氢和催化裂化可得到轻质油品，但同时得到相当多的含硫石油焦 稠油的凝点低，在制定加工方案时应考虑如何利用这个特点。例如，考虑生产低凝点柴油、对粘温性质要求不高的较低凝点润滑油产品等,61,四、稠油的加工方案,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,溶剂脱沥青,62,第六节 世界炼油技术发展趋势,一、世界炼厂装置构成趋向 加工重质、含硫原油 深度加工，提高轻质油收率 采用清洁生产工艺，生产清洁燃料 实现炼油化工一体化,63,一、世界炼厂装置构成趋向,21世纪的炼油厂将由生产常规石油产品的传统炼油厂转变为生产超低排放/超清洁燃料的智能化无渣油炼油厂 这样的炼油厂能够加工高硫、高金属含量的重质原油，生产符合更加清洁的车用汽油和车用柴油规格要求的油品，不再生产重燃料油品 这要求未来炼厂的炼油技术需要有更大的灵活性,64,二、新世纪炼油厂的特点,采用生物技术降低原油的硫、氮、重金属含量，为下游加工装置提供质量较好的原料 采用升级换代的传统炼油技术，提高目的产品的质量和收率 采用绿色技术，改善生产环境，生产绿色的油品组分 采用加氢裂化异构脱蜡/加氢处理技术，生产新一代润滑油基础油,65,二、新世纪炼油厂的特点,采用纳米催化剂和纳米添加剂技术，提高催化剂的活性、选择性、稳定性和油品的使用性能 采用反应蒸馏和膜分离/反应技术，降低装置的投资和消耗 采用气化联合一体化技术，把渣油、沥青和石油焦全部转化为氢气、蒸汽、电力、甲醇或羰基合成醇 采用电子/信息技术对各装置和全厂进行优化控制和管理，实现效益最大化,66,二、新世纪炼油厂的特点,采用天然气合成液体烃技术，以天然气为原料，生产清洁燃料、III类高档润滑油基础油和专用石化原料，为炼油工业的发展提供后劲,67,三、新世纪炼油厂的生产模式,1、清洁燃料型 燃料的清洁化 低硫氮、符合未来的标准 低烯烃、低芳香烃 催化裂化汽油降烯烃 生产过程的清洁化 催化剂的毒性、腐蚀性烷基化 污染物的排放催化裂化SOx转移剂、降低再生烟气NOx助剂,68,商品汽油的调和组分,商品汽油,69,生产低硫清洁汽油的方案,70,商品柴油的调和组分,商品柴油,71,生产低硫清洁柴油的方案,72,清洁燃料型炼厂加工流程模式,73,三、新世纪炼油厂的生产模式,2、油化结合型（燃料化工型） 重油转化为清洁燃料 多产化工原料，与现有乙烯厂和芳烃厂结合,74,常规独立的炼厂与裂解装置的示意流程,75,炼油-化工一体化模式,Atofina-BASF公司的Port Arthur 炼厂,76,石油化工联合装置的示意流程,77,三、新世纪炼油厂的生产模式,3、化工型 重质原料转化为化工原料 生产乙丙烯，联产芳烃 轻烃、石脑油蒸汽裂解 VGO催化裂解 VR加氢裂化 VR加氢处理催化裂解 VR焦化加氢蒸汽/催化裂解,78,原油,常减压蒸馏,催化裂解,VGO,加氢处理,VR,加氢精制,BTX,柴油,燃料油,AGO,气体 分离,丙烯,丁烯,加氢裂化,蒸汽裂解,乙烯,芳烃抽提,石脑油,柴油,石脑油+尾油+LPG,气体,轻烃,裂解汽油,汽油,汽油,燃料气,化工型炼厂的生产模式,79,三、新世纪炼油厂的生产模式,4、气电一体化模式,80,理想的气电一体化模式,81,燃料化工与气电一体化炼厂模式,82,化工与气电一体化炼厂模式,83,第七节 炼油厂的构成,炼油厂主要由两大部分组成 炼油过程炼油生产装置 通常，每个炼油过程相对独立地自成为一个炼油生产装置 在某些炼油厂，从有利于减少用地、余热的利用、中间产品的输送、集中控制等考虑，把几个炼油装置组合成一个联合装置 辅助设施,84,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,85,一、炼油生产装置,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,86,一、炼油生产装置,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,87,一、炼油生产装置,5、气体加工装置 如气体分离、气体脱硫、烷基化、叠合、C5/C6异构化、合成甲基叔丁基醚（MTBE）等 6、制氢装置 由于清洁油品的质量标准越来越严格，在现代炼油厂，加氢过程的比例越来越大，该过程的耗氢量大