石油炼制工程概论

第一講石油煉製工程概論 石油煉製工程 2006 研究石油煉製工程的意義 石油煉製工程概論 2006 石油的重要性 石油與戰爭石油與民生石油與國防石油與能源Keyword 能源 石油煉製工程概論 2006 能源的種類 煤 水力 潮汐 風力 太陽光 核子分裂 石油產品 生質能源 再生能源 石油煉製工程概論 2006 能源供給結構 石油煉製工程概論 2006 能源供給結構 石油煉製工程概論 2006 石油煉製工程的定義 提煉 製造石油產品的工程科學煉製 Refining 原油 石油產品 煉油廠 Keywords 石油VS 原油 石油產品 煉油廠 石油煉製工程概論 2006 石油與原油 石油 Petroleum 天然生成的有機物質 其主要成份為碳氫化合物及及其衍生物 包括天然氣 油脂 瀝青等礦物原油 CrudeOil 簡稱Crude 天然生產而除去溶解氣體的液態石油 石油煉製工程概論 2006 石油煉製工程的發展 石油煉製工程概論 2006 石油煉製工程的發展 續 石油煉製工程概論 2006 煉油廠的類型 燃料型燃料化工型燃料 潤滑油型混合型 石油煉製工程概論 2006 煉油廠的結構 桃園煉油廠 燃料型高雄煉油廠 混合型大林煉油廠 燃料 潤滑油型六輕煉油廠 燃料化工型 石油煉製工程概論 2006 新世紀煉油廠的組合型態 彈性煉油廠 燃料型 燃料化工型燃料 潤滑油型發電煉油廠石化煉油廠汽油產製煉油廠 石油煉製工程概論 2006 新世紀煉油廠的產品特性 輕質油多重質油少清潔性高 石油煉製工程概論 2006 石油煉製工程的研習內容 原理 方法程序 流程相關技術 石油煉製工程概論 2006 石油煉製工程的主要基礎學識 有機化學質能平衡單元操作化學反應原理 石油煉製工程概論 2006 石油煉製工程的主要內容 原油及石油產品介紹石油煉製化學原理蒸餾程序 蒸餾 真空蒸餾重組程序 重組 異構化加氫脫硫程序 柴油 Jet A1 石油煉製工程概論 2006 石油煉製工程的主要內容 加氫脫硫程序 VGO 重油氫氣製造 硫磺回收程序 氫氣 PSA 硫磺儲運 公用 給水 鍋爐 冷卻水 廢水工場及其他 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 雷氏蒸氣壓 ReidVaporPressure RVP 任何物質 當於密閉蒸發容器內 在一定溫度下放出蒸氣的壓力 稱之為該物質在該溫度下之蒸氣壓 蒸氣壓係表示該物質氣化之趨勢 隨溫度之增加而增加 混合物之蒸氣壓不僅因溫度之改變而異 溫度稱之為乾點 DryPoint DP 且亦隨組成而不同 雷氏蒸氣壓是汽油的一項重要物理性質 將樣品放置於一彈筒 bomb 內 按照ASTM所規定的步驟進行試驗 在100 下測得的蒸氣壓 即為其雷氏蒸氣壓 通常以磅平方吋 lb in2 psi 表示 雷氏蒸氣壓之意義是與運輸之安全 汽油進料系統之氣障 vaporlock 儲存油槽種類之選擇 及動力燃料之起動性有關 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 雷氏蒸氣壓 ReidVaporPressure RVP 為使汽油在引擎中容易氣化而發動 但又不可發生氣障 在100 時之雷氏蒸氣壓一般不使超過10psi 近因碳氫化合物之揮發會造成大氣臭氧層之減少 故一直在降低汽油之雷氏蒸氣壓 使降至9psi 未來更可能降至7psi 如此汽油中之輕質成份 如丁烷等 必須予以去除 不但減少了汽油量 也減少了汽油之辛烷值來源 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 氣障 VaporLock 在輸送管線的燃料 產生蒸氣而取代了液體燃料 妨礙馬達正常操作 起因於是指汽油因熱而過分氣化 輕質餾份被蒸發充滿氣室及管線 致無法用油泵抽送至化油器而產生故障現象 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 沸點 BoilingPoint 在一定壓力下 當液體內有氣泡形成 物質沸騰變成蒸汽 此時之溫度稱之為該物質之沸點 或是當一物質之蒸氣壓力與大氣壓力相等時之溫度 即為該物質之沸點 一種純的化合物在一定的壓力下 沸點一定 如苯之沸為80 但石油為混合物 其沸點為一範圍 譬如汽油之沸點在37 182 之間 測定油料之沸點常用蒸餾法 進行蒸餾時 第一滴凝結物自冷凝管滴下時觀測之溫度稱之為初沸點 InitialBoilingPointorFinalBoilingPoint EPorFBP 蒸餾瓶底部最後一滴液體揮發時之溫度稱之為乾點 DryPoint DP 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 蒸餾 Distillation 原油是許許多多不同結構碳氫化合物之混合物 必須經過一連串煉製程序才能產生符合應用規範的各種油料產品 煉製程序包括分離 轉化及處理三大類 蒸餾是最普遍使用的一種分離法 原油經過蒸餾工場可以分餾成液化石油氣 戊烷 直餾汽油 煤油 柴油 燃料油等油料 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 蒸餾 Distillation 蒸餾是分離混合液體的方法之一 其意義是將液體混合物加熱使之蒸發 因每一成份之沸點不同 即蒸氣壓不同 所以氣體中與液體中之成份就有不同 沸點較低者因此較容易揮發 故氣體中含有較多之較低沸點成份 反之高沸點或較不易揮發的物質就多留在液相中 將該氣體冷卻變成液體後又加熱 出來之氣體就含有更多的輕成份 如此反覆低沸點成份的濃度隨著氣體流動的方向而逐漸增加 而高沸點成份的濃度則隨著液體流動的方向而逐漸增加 就可以把各種不同沸點成份依序 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 百分收集量 PercentRecovered 及百分回收量 PercentRecovery 進行蒸餾時 到達某一溫度時 所收集到蒸餾出來之樣品百分比 稱之為百分收集量 當蒸餾完結時 最大之收集百分比稱之為百分回收量 蒸餾完結後 蒸餾瓶中所剩液體之量 稱為百分殘渣量 residue residue recovery稱為總百分回收量 Total Recovery 100Total Recovery稱為百分損失量 Loss 某一溫度時之百分揮發量 evaporated 等於該溫度時之百分收集量加上百分損失量 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 流動點 PourPoint 油樣在規定的條件下冷卻 至其仍可流動的取低溫度 再加3 5 即表示其流動點 流動點是表示油料於何溫度以下即不能流動 例如靠重力自動流注之潤滑系統中 如環境溫度低於潤滑油之流動點時 則發生泵送及輸送上之困難 因此 凡是應用於氣候寒冷地帶之油料 應對流動點特別重視 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 流動點下降劑 PourPointDepressant 一種潤滑油的添加劑 可以降低潤滑油的流動點者 含蠟份的潤滑油在低溫下會形成晶體析出 造成流動性不佳的原因 有些高分子 分子量5 000 100 000 化合物會防止蠟份在低溫下析出而降低其流動點 這種化合物就叫做流動點下降劑 一般可分為兩類 一種是它可以吸收蠟的晶體 以防止晶體相結合而變大 另一種它可以和蠟形成共晶體以防止晶體長大 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 凝固點 FreezingPoint 亦稱冰點 在此溫度 物質凝固 液體在此溫度會成為固體狀態 油料之凝固點係當它於低溫時結晶 再徐徐升溫時 晶體恰好消失時的溫度 一般以ASTM方法及規定之設備測定 飛機的飛行高度之氣溫很低 十英哩高空的氣溫約為 76 60 左右 因此凝固點為噴射機燃油的一項重要性質 其凝固點務須甚低 以避免任何烴類結晶析出而堵塞濾網 阻止燃油系統油料之輸送 航空燃油規範之凝固點最高為 72 JP 4 或 51 JP 5 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 混濁點 CloudPoint 油樣在規定的情況下冷卻 在試管底部發現有臘質結晶體析出 所產生的混濁或雲霧狀時之溫度 稱之為混濁點 係以1 2 的倍數表示之 混濁點與流動點可作估計油中相對臘質之用 混濁點表示油料於何溫度時開始有臘質析出 凡是應用於燈蕊給油的場合 如環境溫度低於油之混濁點時 則燈蕊即會被析出之腊質或固體堵塞 以致不能上油 或堵塞燃料系統中之過濾器 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 苯胺點 AnilinePoint 其測量法 ASTMD611 是將等體積的油樣及苯胺 Aniline 相混於試管內 然後一面徐徐加熱 一面攪拌 至上下兩層全部混合之溫度稱為苯胺點 由於苯胺的化學結構和油品中的芳香基 Aromatic 及環烷基 Naphthenic 組成的結構相近 因此苯胺點可以用來指示油料中的芳香基及環烷基含量之多寡 含量愈高者苯胺點愈低 反之苯胺點愈高 則表示石蠟基 Paraffinic 含量愈多 同一結構的化合物之苯胺點 則隨分子量增加而提昇 由於芳香化合物及環烷化合物對橡膠等物質 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 閃火點 FlashPoint 所謂閃火點就是徐徐加熱油料至某一溫度 使其所生之油氣與空氣之混石物與火苗接接觸 即閃火而燃燒 但火苗除去瞬即熄滅 此時之溫度稱之為閃火點 測定閃火點的主要目的在防止發生火災 油料在儲運過程中 周圍的溫度必須低於該油料的閃火點 否則即有引起火災的危險 一般輕油及燃料油的閃火點均有明顯的規範 以確保產品品質的均勻度及燃燒器點火性能 閃火點亦可做為石油產品有無經污染的判定 如果產品的閃火點較應有者為低時 即可判明此產品必已污染了較易揮發的輕質油分 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 著火點 FirePoint 當徐徐加熱油料 使其所生之油氣與空氣之混合物與火苗接觸 即閃火而燃燒 但火苗移去後 火瞬即熄滅 但如溫度超過閃火點而繼續升高時 其所發生之油仔足以繼續燃燒 達五秒鐘以上而不熄滅 此時之最低溫度即稱之為著火點 通常著火點約比閃火點高50 應用場合不多 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 苯胺點 AnilinePoint 有膨漲及軟化的效果 因而像液壓油 變壓器油及橡膠軟化油等對苯胺點均有相當程度的要求 苯胺點愈低的油品有愈大的橡膠膨漲力 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 外觀黏度 ApparentViscosity 外觀黏度是潤滑酯剪切力與剪切率之比值 它的單位是以玻 Poise 即g cm sec來表示 由於潤滑酯是一種非牛頓流體 故其外觀黏度會受剪切率的影響 外觀黏度是用來表示潤滑酯的流動性 在實際應用上流動性是選擇潤滑酯非常重要的參考特性 而潤滑酯的流動性則與基礎油的黏度與增稠劑的種類有關 ASTMD1092的試驗方法就是在不同剪切率下 測潤滑酯的外觀黏度 ASTMD3232則是測潤滑酯的外觀黏度與溫度之關係 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 去靜電劑 AntistaticAdditive 去靜電劑是一種在潤滑油或燃料中加入的添加劑 它可以增加碳氫化合物之導電性 以加速分散油品在油管內快速傳遞輸油時所產生的靜電電荷 因此去靜電劑有防止火災 爆炸等功效 除了石油產品外 去靜電劑亦用於紡織品 塑膠 紙製品或蠟拋光上以降低其靜電電荷 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 辛烷需求值 OctaneRequirement 一般以辛烷值來表示汽油的抗震爆性能 汽油辛烷值常在80 100之間 辛烷值愈高代表汽油抗震爆性能愈佳 通常用正庚烷和異辛烷以不同比例混合 作為測定辛烷值時的標準油 若待測油料的抗震爆性和某一標準油相同則該標準油中異辛烷之百分比值 就是該待測油料的辛烷值 在標準操作環境下使汽車中2擎不發生震爆 knocking 所需之相對於標準油的最小辛烷值 稱為此輛車的辛烷需求值 OctaneRequirement 此值為每一輛車子的特性 即不同類型的車子有其不同的辛烷需求值 OR 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 柏油精 Asphaltene 存在於柏油中的主要物質 係複雜結構的多環芳香烴化合物 典型分子如圖所示 由於其芳烴環密集連接 所以柏油質分子碳 氫比很高 1 5以上 其碳數通常在50以上 柏油精含量高時 將具有穩定 高強度的粘著性 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 殘碳量 CarbonResidue 油料成分均為碳氫化合物 燃燒若不完全或經裂解大多會產生碳粒 亦即在某些類型的燃油設備或內燃機中 料或潤滑油都可能有碳粒生成 沉積其中 碳粒生成的比率稱為該油料之殘碳量 一般用重量百分率表示之 殘碳量之高低與油料組成成分有關 一般而言 含芳香烴愈多或油料比重愈大者 其殘碳量愈高 殘碳量愈高之油料 燃燒器之噴嘴愈易結焦堵塞 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 殘碳量 CarbonResidue 殘碳量的測定方法有二 即康氏法 Conradson 及藍氏法 Ramsbottom 此二法之主要差異在於所用的儀器及用以控制乾餾的方法 康氏法係秤定量的油樣於瓷質坩堝中 用適當加熱速度並絕空氣乾餾之 可以揮發之油分即被餾出燒去 不能揮發之殘碳即殘留在坩堝中 藍氏法係秤定量的油樣於特製的金屬 或玻璃 結碳瓶中 在1020 下加熱20分鐘 油內不能揮發之殘碳即殘留在結碳瓶中 康氏法很難得到正確的結果 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 灰分 Ash 所謂灰分是指油料中之有機物質經燃燒後而殘留無機物質之餘燼 例如二氧化矽 氧化鐵 氧化鎂 氧化鈣等 原油如含灰分過多 即表示該原油內含鹽分過多 這種原油在煉製時 頗為麻煩 如很容易發生湧沬 foaming 故需加以脫鹽 desalting 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 熱交換器 HeatExchanger 將熱量從一個流體傳至另一流體的設備 特別是指較高溫度之流體 藉著固體如管壁而釋放出大部份的熱給予較低溫流體之裝置 又稱換熱器 其構造之主要部份為外殼 換熱管 檔板等 依隔板之不同而分雙流程 四流程 六流程以及八流程 有分套管式換熱器 doublepipe 及殼管式換熱器 shellandtube 兩大類 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 加熱爐 Heater 用來加熱流程中流體的一種設備 包括一個爐子 其中配以管子 管子內是所欲加熱的流體 大部份的熱由此設備供給 通常加熱爐外殼皆由鐵板建造 在鐵殼內層砌有一層耐火磚或耐火泥 以減少熱量經鐵殼發散至大氣中的損失 其中燃料與空氣燃燒的那一部份稱之為燃燒爐 furnace 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 脫鹽 Desalting 當原油在地層中形成時 水分亦隨之形成 由於比重的差異 大部分的水下沉而與油液分開 另夕有一小部分水則與原油形成乳化而混雜於原油中而與原油且時被取出 隨著含水而來的則是溶解於水中的鹽類 造成原油處理之一項困擾 原油的含鹽量隨原油之產地及種類而異 大多為氯化鈉 氯化鈣 與氯化鎂等 後兩者在蒸餾過程中極易水解而產生氯化氫 鹽酸 氯化氫在水氣存在下對煉製輸儲設備有極大的腐蝕作用 原油中之鹽分除了上述之腐蝕作用外 亦會對煉油操作有不良影響 如促進結焦 觸媒效應 減少熱傳效率 影響油品品質等 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 脫鹽 Desalting 因此 原油產出後 一般在油田區初步脫水 使含鹽量在70ptb 每千桶油中含鹽磅數 在原油分餾以前 通常要將原油中之鹽分脫除到1ptb以下 故脫鹽即是要原油中未除盡的鹵水 含鹽水 設法減少至最少的程度 脫鹽的方去大略可分為機械的 化學的 及電氣法 常用的為兩階段的電氣法配合加入少量脫鹽劑 而最簡單的方法是將原油經淡水洗滌後再經靜置分離 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 脫鹽劑 DesaltingAgent 在煉製工程中 原油先經過熱器將油溫提高 加入脫鹽水 並使之充分混合 同時亦需加入少量脫鹽劑 主要成分為解乳化劑 以破壞因油水混合時產生之乳化物 增加油水分離效果 脫鹽劑有磺化物解乳化劑 氧化烯烴之聚合物等 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 全硫量 TotalSulfur 全硫量係指油中各種硫化物之總硫分 包牯硫醇 硫化氫 游離硫 二硫化物 及其他一切硫化物 測定全硫量的目的隨油品種類及用途而有不同的意義 以車用汽油而言 當汽油燃燒變成氣體後 氣體一部分使進入曲軸箱 一部分於引擎停止後使殘留在汽缸中 這時如油內硫分含量太高 燃燒後遇水會形成稀酸而侵蝕零件 同時亦會造成排氣之污染 全硫量之測定包括兩個步驟 先將油料燃燒使硫分完全氣化 然後再分析氣化後的生成物 主要的方法有氧彈法 燈法 及高溫測定法 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 加氫脫硫 Hydrodesulfurization 原油中存在的硫化物 已發現的約有195種之多 油品中含有硫會引起許多缺點 故必須使用各種方法將其中的硫分去除 其中之一為加氫法 亦即加氫脫硫 加氫脫硫的目的在 1 減少煉油過程中或使用成品油所發生的腐蝕 2 除去油的臭味 增加油品價值 3 改善油品顏色 4 增加油品儲藏的穩定性 5 改善油品的燃燒性質 6 避色對往後處理觸媒之中毒 7 減少油品燃燒造成的空氣污染 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 加氫脫硫 Hydrodesulfurization 硫化物在觸媒下與氫反應成硫化氫 典型的反應有 硫醇RSH H2RH H2S二硫化物RSSR 3H2RH R H 2H2S 石油煉製工程概論 2006 石油專業名詞淺釋 烷化 Alkylation 將一個飽和烴 又稱烷烴 分子結合在一個不飽和烴 烯烴或芳香烴 分子上而成為一個較大分子的烷烴 即稱為烷化反應 在汽油成份中 異烷烴 Isoparaffin 及芳香烴 Aromatics 之辛烷值均比正烷烴 即碳與碳均以直線方式連接著 高 所以可用烷化法將丙烯或丁烯與異丁烷反應 使結合成一個分子 得到異庚烷 七碳 或異辛烷 八碳 兩者之辛烷值均非常高 可直接配成航空汽油 如用來摻配車用汽油 可以減少四乙基鉛 即汽油精 或MTBE 甲基第三