石油化工生产技术专业认识讲座2.ppt

石化生产技术专业认识讲座主讲 何景连时间 2010 5 17 大型炼油厂整体流程 常减压蒸馏联合装置 催化裂化联合装置模型 催化重整联合装置模型 合成氨工段整体布置图 合成氨生产联合装置 化工单元基础实训室 实际操作 拆卸组装动手操作 数据记录 化工单元仿真操作实训室 主要内容 1 石油化工概述2 石油化工产品3 石油炼制4 石油化工发展前景5 石油化工专业介绍 1 石油化工概述 我们用原油 油田气 天然气为原料 来生产有机化工原料 合成塑料 合成纤维 合成橡胶 合成氨及其它有机化工产品 这类工业部门 称为石油化学工业 近几十年中 石油化工发展极其迅速 石油化学工业简称石油化工 是化学工业的重要组成部分 在国民经济的发展中有重要作用 是我国的支柱产业部门之一 石油化工指以石油和天然气为原料 生产石油产品和石油化工产品的加工工业 石油产品又称油品 主要包括各种燃料油 汽油 煤油 柴油等 和润滑油以及液化石油气 石油焦碳 石蜡 沥青等 生产这些产品的加工过程常被称为石油炼制 简称炼油 1 1 石油化学工业的含义 石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得 生产石油化工产品的第一步是对原料油和气 如丙烷 汽油 柴油等 进行裂解 生成以乙烯 丙烯 丁二烯 苯 甲苯 二甲苯为代表的基本化工原料 第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料 约200种 及合成材料 塑料 合成纤维 合成橡胶 这两步产品的生产属于石油化工的范围 有机化工原料继续加工可制得更多品种的化工产品 习惯上不属于石油化工的范围 1 2 石油化工的发展 1 世界石油化工的发展石油化工的发展与石油炼制工业 以煤为基本原料生产化工产品和三大合成材料的发展有关 可分为如下几个阶段 1 起源于19世纪20年代 2 20世纪20年代汽车工业飞速发展 带动了汽油生产 以生产汽油为目的热裂化工艺开发成功 此时 开始以石油炼制副产品的气体丙烯生产异丙醇 这被认为是第一个石油化工产品 3 40年代催化裂化工艺开发成功 加上其他加工工艺的开发 形成了现代石油炼制工艺 4 20世纪50年代 在裂化技术基础上开发了以制取乙烯为主要目的的烃类水蒸汽高温裂解 简称裂解 技术 裂解工艺的发展为发展石油化工提供了大量原料 5 20世纪70年代以后 原油价格上涨 50世纪每吨约15美元 而1996年每吨约170美元 石油化工发展速度下降 新工艺开发趋缓 并向着采用新技术 节能 优化生产操作 综合利用原料 向下游产品延伸等方向发展 但由于石油化工已建立起整套技术体系 产品应用已深入国防 国民经济和人民生活各领域 市场需要尤其在发展中国家 正在迅速扩大 所以今后石油化工仍将得到继续发展 2 我国石油化工的发展我国石油化工起始于50年代 70年代以后发展较快 建立了一系列大型石油化工厂及一批大型氮肥厂等 乙烯及三大合成材料有了较大增长 80年代 为适应原料价格波动 石油化工企业正在采取多种措施 90年代 我国石油化工发展更加迅速 97年乙烯产量已达358 6 104t 塑料产量是685 76 104t 合成纤维是428 46 104t合成橡胶是64 23 104t 年以来 我国石油和化学工业进入新一轮快速发展阶段 主要产品产量 现价工业总产值 工业增加值 销售收入 利润总额以及进出口贸易等主要经济指标都连续大幅度增长 创下历史最好水平 1 3石油化工在国民经济中的作用 1 石油化工是能源的主要供应者石油炼制生产的汽油 煤油 柴油 重油以及天然气是当前主要能源的主要供应者 2 石油化工是材料工业的支柱之一金属 无机非金属材料和高分子合成材料 被称为三大材料 都是以石化产品为原料的 3 石油化工促进了农业的发展氮肥 农药的应用 农用塑料薄膜的推广 使农业产量不断提高 4 各工业部门离不开石化产品现代交通工业 金属加工 建材工业 轻工 纺织工业等都离不开石油化工产品 当前 高速发展的电子工业以及诸多的高新技术产业 对石化产品 尤其是以石化产品为原料生产的精细化工产品提出了新要求 这对发展石化工业是个巨大的促进 5 石化工业的建设和发展离不开各行各业的支持国内外的石化企业都是集中建设一批生产装置 形成大型石化工业区 在区内 炼油装置为 龙头 裂解装置为 龙体 需要冶金 电力 机械 仪表 建筑 环保等各个行业的大力支持 总之 石化行业是个技术密集型产业 生产方法和生产工艺的确定 关键设备的选型 选用 制造等一系列技术 都要求由专有或独特的技术标准所规定 如从国外引进 要支付专利或技术诀窍使用费 因此 只有加强基础学科 尤其是有机化学 高分子化学 催化 化学工程 电子计算机 自动化等方面的研究工作 加强相关专业技术人员的培养 使之掌握和采用先进科研成果 再配合相关的工程技术 石化工业才有可能不断发展 登上新台阶 2 石油化工产品 以石油或石油气为原料生产出的产品称之为石油化工产品 一般采用各种物理或化学的方法 使石油按沸点分成不同的馏分 再经过精制除去含硫 氧 氮等非烃类杂质 最后经过调合制成不同的产品 由石油得到的主要产品大致上可以分成以下四类 1 液体燃料它是发动机的动力来源 大约占石油产品产量的90 以上 液体燃料根据用途又可分为内燃机燃料 它包括用作飞机 汽车的汽油发动机燃料 用作载重汽车 内燃机车的柴油发动机燃料 以及喷气发动机燃料 锅炉燃料及灯用煤油 2 1 主要产品 2 润滑油及润滑脂润滑油及润滑脂是原油蒸出汽油 煤油 柴油以后的重油 它们的产量不大 大约占石油产品产量的1 5 以下 3 其它产品主要是蜡 沥青 油焦 凡士林及溶剂等 它们的产量也不多 4 石油化工产品包括塑料 合成纤维 合成橡胶 医药 农药 化肥 染料 炸药 洗涤剂 合成皮革等 是近年来发展很快的一类石油产品 1 汽油是消耗量最大的品种 汽油的沸点范围 又称馏程 为30 205 C 密度为0 70 0 78克 厘米3 商品汽油按该油在汽缸中燃烧时抗爆震燃烧性能的优劣区分 标记为辛烷值70 80 90或更高 号俞大 性能俞好 汽油主要用作汽车 摩托车 快艇 直升飞机 农林用飞机的燃料 商品汽油中添有添加剂 如抗爆剂四乙基铅 以改善使用和储存性能 受环保要求 今后将限制芳烃和铅的含量 2 喷气燃料主要供喷气式飞机使用 沸点范围为60 280 或150 315 俗称航空汽油 为适应高空低温高速飞行需要 这类油要求发热量大 在 50 不出现固体结晶 3 煤油沸点范围为180 310 主要供照明 生活炊事用 要求火焰平稳 光亮而不冒黑烟 目前产量不大 4 柴油沸点范围有180 370 和350 410 两类 对石油及其加工产品 习惯上对沸点或沸点范围低的称为轻 相反成为重 故上述前者称为轻柴油 后者称为重柴油 广泛用于大型车辆 船舰 由于高速柴油机 汽车用 比汽油机省油 柴油需求量增长速度大于汽油 一些小型汽车也改用柴油 对柴油质量要求是燃烧性能和流动性好 燃烧性能用十六烷值表示愈高愈好 大庆原油制成的柴油十六烷值可达68 高速柴油机用的轻柴油十六烷值为42 55 低速的在35以下 5 燃料油用作锅炉 轮船及工业炉的燃料 商品燃料油用粘度大小区分不同牌号 6 石油溶剂用于香精 油脂 试剂 橡胶加工 涂料工业做溶剂 或清洗仪器 仪表 机械零件 7 润滑油从石油制得的润滑油约占总润滑剂产量的95 以上 除润滑性能外 还具有冷却 密封 防腐 绝缘 清洗 传递能量的作用 产量最大的是内燃机油 占40 其余为齿轮油 液压油 汽轮机油 电器绝缘油 压缩机油 合计占40 商品润滑油按粘度分级 负荷大 速度低的机械用高粘度油 否则用低粘度油 炼油装置生产的是采取各种精制工艺制成的基础油 再加多种添加剂 因此具有专用功能 附加产值高 8 润滑脂俗称黄油 是润滑剂加稠化剂制成的固体或半流体 用于不宜使用润滑油的轴承 齿轮部位 9 石蜡油包括石蜡 占总消耗量的10 地蜡 石油脂等 石蜡主要做包装材料 化妆品原料及蜡制品 也可做为化工原料产脂肪酸 肥皂原料 10 石油沥青主要供道路 建筑用 11 石油焦用于冶金 钢 铝 化工 电石 行业做电极 除上述石油产品外 各个炼油装置还得到一些在常温下是气体的产物 总称炼厂气 可直接做燃料或加压液化分出液化石油气 可做原料或化工原料 各种油 炼厂气都可按不同生产目的 生产工艺选用 常压下的气态原料主要制乙烯 丙烯 合成氨 氢气 乙炔 碳黑 液态原料 液化石油气 轻汽油 轻柴油 重柴油 经裂解可制成发展石油化工所需的绝大部分基础原料 乙炔除外 是发展石油化工的基础 此外 炼油厂还是苯 甲苯 二甲苯等重要芳烃的提供者 2 2生产工艺 1 石油炼制以石油为原料 采用物理分离和化学反应的方法 得到各种石油产品和化工原料的过程 常见石油炼制厂中的加工过程有 1 常压分馏 生产汽油 煤油 轻柴油 重柴油 2 减压分馏 以常压蒸馏所得的重油 塔底油 为原料生产多种润滑油 如锭子油 机器油 气缸油 并在精制和处理过程中出产凡士林和石油蜡 3 延迟焦化 使减压渣油发生深度裂化反应 以生产焦化汽油 焦化柴油 石油焦 并经脱沥青工序获得沥青 4 催化裂化 把常压分馏的一部分重馏分和减压渣油中的重馏分经化学裂化生产汽油 柴油等 从裂化气中可分离出甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丙烯 丁烷 丁烯等炼厂气 且可经 叠合 使小分子烃变大 生产叠合汽油等 5 催化重整 使分馏出的汽油在铂 铼等催化剂作用下发生异构化 脱氢 芳香化 2 裂解裂解就是以石油分馏产品为原料 采用比裂化更高的温度 使具有长链分子的烃断裂为各种短链气态烃和少量液态烃的石油加工方法 石油裂解的过程中发生了复杂的化学变化 裂解是更深度的裂化 裂解产品中主要是乙烯等不饱和烃 因此常把乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志 3 石油炼制 3 1石油的组成与性质石油又称原油 是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体 石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物 与煤一样属于化石燃料 石油是由多种元素组成的多种化合物的混合物 其中主要化合物是由碳 83 87 氢 11 14 两种元素构成的 其它还有少量的硫 0 06 0 8 氧 0 08 1 82 氮 0 02 1 7 以及微量的磷 钒 钾 镍 硅 钙 铁 镁等元素 碳元素和氢元素结合所生成的有机化合物叫做碳氢化合物 化学上通常简称为 烃 石油中的烃类主要有三大类 一类是烷烃 它的分子式通式是CnH2n 2 在常温常压下 含1 4个碳原子的烷烃是气体 含5 15个碳原子的是液体 含16个碳原子以上的为固体 二类是环烷烃 它的分子式通式是CnH2n 它的分子中的碳原子相互连接成环状结构 化学性质和烷烃相似 通常情况下 石油成分中的主要部分是环烷烃 三类是芳香烃 它的分子式通式是CnH2n 6 芳香烃包括苯 甲苯 二甲苯等 它在石油中含量一般较少 在有机化合物中由于普遍存在着同分异构现象 因此 石油中的烷烃 环烷烃及芳香烃有数百种之多 有些石油中还含有烯烃等少量不饱和碳氢化合物 石油的性质因产地而异 但由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分 约占95 99 含硫 氧 氮的化合物对石油产品有害 应尽量除去 不同产地的石油中 各种烃类的结构和所占比例相差很大 但主要属于烷烃 环烷烃 芳香烃三类 我国主要原油的特点是含蜡较多 硫含量低 镍 氮含量中等 钒含量极少 组成不同类的石油 加工方法有差别 产品的性能也不同 应当物尽其用 大庆原油的主要特点是含蜡量高 凝点高 硫含量低 属低硫石蜡基原油 3 主要炼油工艺简介 从油田里开采出来没有经过加工处理的石油叫原油 原油成分很复杂 还含有水和氯化钙 氯化镁等盐类 含水多 在炼制时要浪费燃料 含盐多会腐蚀设备 所以 原油要先经过脱水 脱盐等处理过程 才能进行炼制 石油的炼制一般包括石油的分馏 石油的裂化和石油的催化重整 3 1常压蒸馏和减压蒸馏常压蒸馏和减压蒸馏习惯上合称常减压蒸馏 常减压蒸馏基本属物理过程 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 因此 常减压蒸馏又被称为原油的一次加工 包括三个工序 原油的脱盐 脱水 常压蒸馏 减压蒸馏 1 原油的脱盐 脱水又称预处理 原油预处理 从油田送往炼油厂的原油往往含盐 主要是氯化物 带水 溶于油或呈乳化状态 可导致设备的腐蚀 在设备内壁结垢和影响成品油的组成 需在加工前脱除 即应用电化学分离或加热沉降方法脱除原油所含水 盐和固体杂质的过程 加破乳剂和水 使油中的水集聚 并从油中分出 而盐份溶于水中 再加以高压电场配合 使形成的较大水滴顺利除去 主要目的是防止盐类 钠 钙 镁的氯化物 离解产生氯化氢而腐蚀设备和盐垢在管式炉炉管内沉积 2 常压蒸馏石油是由相对分子质量不同 沸点不同的烃组成的粘稠状混和物 它没有固定的沸点 利用石油各成分的沸点不同 通过加热 将它们分离开来的方法 就叫石油的分馏 分馏出来的各种成分叫做馏分 常压分馏也称常压蒸馏 在接近常压下蒸馏出汽油 煤油 或喷气燃料 柴油等馏分 塔底残余为常压渣油 即重油 3 减压蒸馏以常压蒸馏所得的重油 塔底油 为原料生产多种润滑油 如锭子油 机器油 气缸油 并在精制和处理过程中出产凡士林和石油蜡 2 催化裂化直接从石油中分馏出汽油 产量不高 仅占石油总质量的25 左右 为了提高汽油的产量 而采用裂化的方法将分子量大 沸点高的烃断裂成分子量小 沸点低的烃 为了克服热裂化的温度过高会结焦以及产量不高的缺点 在使用催化剂的情况下 进行的裂化叫做催化裂化 催化裂化工艺流程 催化裂化工艺现场图 石油重质馏分经过催化裂化可得质量比较高的汽油 若将石油分馏产品采用更高的温度 700 进行深度裂化 可使烃分子中的碳链断裂成各种气态烃 如乙烯 丙烯 丁二烯 甲烷 乙烷等 和少量液态烃 这种深度裂化称为裂解 裂化 和 裂解 虽属同一种反应 但在石油工业中具有不同的意义 裂化是为了提高汽油的产量和质量 副产品是裂化气 裂解是将裂解气进行分离得到各种低级烯烃 成为合成纤维 合成塑料 合成橡胶的原料 副产品是液态烃 3 催化重整催化重整 简称重整 是在催化剂和氢气存在下 将常压蒸馏所得的轻汽油转化成含芳烃较高的重整汽油的过程 如果以80 180 馏分为原料 产品为高辛烷值汽油 如果以60 165 馏分为原料油 产品主要是苯 甲苯 二甲苯等芳烃 重整过程副产氢气 可作为炼油厂加氢操作的氢源 重整的反应条件是 反应温度为490 525 反应压力为1 2兆帕 重整的工艺过程可分为原料预处理和重整两部分 4 加氢裂化是在高压 氢气存在下进行 需要催化剂 把重质原料转化成汽油 煤油 柴油和润滑油 加氢裂化由于有氢存在 原料转化的焦炭少 可除去有害的含硫 氮 氧的化合物 操作灵活 可按产品需求调整 产品收率较高 而且质量好 5 延迟焦化它是在较长反应时间下 使原料深度裂化 以生产固体石油焦炭为主要目的 同时获得气体和液体产物 延迟焦化用的原料主要是高沸点的渣油 延迟焦化的主要操作条件是 原料加热后温度约500 焦炭塔在稍许正压下操作 改变原料和操作条件可以调整汽油 柴油 裂化原料油 焦炭的比例 6 炼厂气加工原油一次加工和二次加工的各生产装置都有气体产出 总称为炼厂气 就组成而言 主要有氢 甲烷 由2个碳原子组成的乙烷和乙烯 由3个碳原子组成的丙烷和丙烯 由4个碳原子组成的丁烷和丁烯等 它们的主要用途是作为生产汽油的原料和石油化工原料以及生产氢气和氨 7 石油产品精制前述各装置生产的油品一般还不能直接作为商品 为满足商品要求 除需进行调合 添加添加剂外 往往还需要进一步精制 除去杂质 改善性能以满足实际要求 常见的杂质有含硫 氮 氧的化合物 以及混在油中的蜡和胶质等不理想成分 它们可使油品有臭味 色泽深 腐蚀机械设备 不易保存 除去杂质常用的方法有酸碱精制 脱臭 加氢 溶剂精制 白土精制 脱蜡等 4 近代的发展方向 石油化学工业在世界范围获得迅速发展以后 一些新问题也随之出现 能源消耗过速引起能源枯竭 石油及天然气的价格上涨 生产大发展造成环境污染等 目前 石油化工在产品数量方面的增长已经缓慢 发展速度下降 人们开始改革现有的工程设备 研究新的生产技术 寻找新能源和新原料 近代石油化工技术将向以下几个方向发展 1 开辟原料来源 改变内部结构 自从石油化工高速发展以来 人们一直在寻找新的原料来源 近期来在 石油危机 的冲击下这种努力变得更加迫切 同时 逐渐改变石油化工的内部结构 是石油化工进一步发展的重要条件 为此 国外一方面不断改进传统的管式炉裂解技术以提高乙烯收率和能量利用率 一方面积极研究和开发重质油裂解技术 以摆脱石油化工对炼油厂的依赖 更经济地利用原油 最大限度地将原