原油分离过程的分析与研究.ppt

2016.3.25,原油分离过程的分析与研究,一、研究背景,二、催化裂化工艺简介,三、主要测量仪表,研究背景,1.1,一、研究背景石油组成及应用,83%,研究背景,1.1,一、研究背景石油主要产品,主要内容,1.常减压蒸馏,2.催化裂化,3.催化重整,4.加氢精制,5.延迟焦化,分离工艺,常减压蒸馏,一、研究背景石油分离工艺,概念：常减压蒸馏是原油进入炼油厂后必须经过的第一道工序。原油的第一个加工装置就是蒸馏装置。借助于蒸馏过程，可以将原油分割成相应的汽油、煤油、柴油等燃料，还可以得到供其它炼油装置加工的原料。常减压蒸馏也称为原油的一次加工。常减压蒸馏得到的成品和半成品叫做直馏产品。,催化裂化,概念：催化裂化是指高分子烃类在高温且采用催化剂的条件下裂解的化学反应。催化裂化装置的原料通常是常压馏分、减压馏分或焦化蜡油等重质馏分油。对燃料-滑油型炼油厂还可用丙烷脱沥青油、润滑油脱蜡得到的蜡膏作原料。通过催化裂化，这些重质油裂解为轻质油晶。,特点：汽油产率高（占30%-60%）辛烷值高(可达到80),主要作用：重质油晶转化成高质量的汽油,一、研究背景石油分离工艺,催化重整,在有催化剂存在的条件下，对直馏汽油馏分进行重整叫催化重整。重整汽油的辛烷值很高（一般在90以上），烯烃含量少，安定性好，同时也是生产芳烃的重要手段。此外，重整还副产纯度很高的氢气（含氢75%-90%），可直接用于加氢精制和加氢裂化。催化重整广泛采用以铂作为主要活性组分的催化剂，这种催化剂可分为铂催化剂和双金属(或多金属)催化剂。双金属(或多金属)催化剂也是以铂作为主要活性成分，另加入一种或几种其它金属(如铼、铱、锡等)，以改进催化剂的性能。,一、研究背景石油分离工艺,加氢精制,加氢精制是催化加氢工艺中的一种。催化加氢过程是石油馏分在有氢气存在的条件下催化加工过程的通称。它包括加氢精制、加氢裂化、临氢降凝、润滑油加氢等，其主要目的是提高原油的加工深度、充分利用石油资源、改善产品质量，提高轻油收率及减少环境污染。在石油炼制工业中，它是除催化裂化、催化重整以外应用最广泛的催化加工过程。,一、研究背景石油分离工艺,延迟焦化,延迟焦化是一种热破坏加工方法。它主要以贫氢的重质油如减压渣油为原料，在高温下进行深度热裂化和缩合反应，加工生产出轻质燃料油，同时得到大量石油焦（也称焦炭）供冶金工业作电极或石墨制品。目前，生产优质石油焦已成为焦化过程的重要目的之一。延迟焦化约生成70%的液体产品，其中汽油10%-20%，柴油25%-35%，裂化原料（或称含蜡油）25%-35%，此外还生成6%-8%的石油气和15%-20%的焦炭。焦化所得的气体烃和液体油品中含较多的烯烃，安定性较差，故往往作为其它装置的原料或经加氢精制等处理后成为产品。,一、研究背景石油分离工艺,研究背景,1.1,一、研究背景石油分离工艺,催化裂化,二、催化裂化工艺,概念：催化裂化是指高分子烃类在高温且采用催化剂的条件下裂解的化学反应。催化裂化装置的原料通常是常压馏分、减压馏分或焦化蜡油等重质馏分油。对燃料-滑油型炼油厂还可用丙烷脱沥青油、润滑油脱蜡得到的蜡膏作原料。通过催化裂化，这些重质油裂解为轻质油晶。催化裂化是炼油工业中最重要的一种二次加工工艺，是重油轻质化和改质的重要手段之一，已成为当今石油炼制的核心工艺之一。,特点：汽油产率高（占30%-60%）辛烷值高(可达到80),主要作用：重质油晶转化成高质量的汽油,催化裂化,具体工艺流程,提升管催化裂化工艺流程,主要内容,1.流化原理与催化剂,2.反应再生系统,3.分馏系统,4.吸收稳定系统,5.能量回收系统,催化裂化,催化裂化,2.1流化催化裂化与催化剂,1、流化原理由气固两相流动理论可知，当气体垂直向上通过由细小固体颗粒堆积而成的床层时，若气速很低，则气体不能将固体颗粒带起，床层内的颗粒基本固定不动。这种床层称为固定床。当气速增大到一定值后，床层内固体颗粒会被气流带动，并能像液体一样自由流动，即产生“流化”。若气流只是使固体颗粒活动加剧，固体颗粒始终悬浮于气流中，这种床层称为流化床。当气速继续增大至某一值后，固体颗粒就会被气流带走。气速越大，被带走的颗粒越多，甚至可将颗粒全部带走。提升管催化裂化反应器是一根直立管，叫提升管。由于分子筛催化剂活性高，所以采用稀相输送方式，使油气和催化剂高速通过提升管。,催化裂化,2.1流化催化裂化与催化剂,2、催化剂催化剂在催化裂化中起着十分重要的作用。在流化床反应器中，使用人工合成的硅酸铝作催化剂。颗粒直径大约有20-100m。每颗催化剂中微孔体积约占颗粒体积的1/2。分子筛催化剂是60年代发展起来的一种新型催化剂，也叫结晶型泡沸石，是一种具有晶格结构的硅铝酸盐。这种催化剂是一种多孔颗粒，具有很大的比表面积(新鲜分子筛催化剂一般在600-800m2/g)，而且这种孔穴排列规则，大小均匀，只允许大小相当的分子进入而不允许更大的分子进入。分子筛催化剂的活性要比无定型硅酸铝高100多倍。,主要内容,1.流化原理与催化剂,2.反应再生系统,3.分馏系统,4.吸收稳定系统,5.能量回收系统,催化裂化,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,反应系统原料油经加热炉加热到约400左右进入提升管反应器，与回炼油混合并与高温再生催化剂相遇，迅速汽化并发生反应。提升管底部吹入水蒸气起预提升作用。催化裂化反应在提升管内发生，经过几秒钟的反应后油气与催化剂由提升管顶部离开反应器。反应器内的温度约500；上部的沉降器起气固分离作用。在沉降器内，反应产物经旋风分离器分离出夹带的催化剂后离开反应器去分馏塔。而积有焦炭的催化剂（称待生催化剂）被旋风分离器捕集后由沉降器落人下面的汽提段。汽提段装有多层人字形挡板并在底部通人过热水蒸气，用水蒸气将吸附在催化剂上的油气吹回沉降器。经汽提后的待生催化剂则经待生斜管进入再生器。,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,再生系统分子筛催化剂要求再生后的含炭量很低，故需采用高效再生技术。再生器的主要作用是烧去催化剂上的积炭，使其活性得以恢复。再生器下部为一烧焦罐，从其底部送人空气使待生催化剂处于流化床状态。催化剂上的绝大部分积炭在罐内烧去，然后再生烟气和催化剂一起以高速通过输送管。烧焦罐中流出的烟气中所含的CO在管中完全燃烧成CO2。由输送管出来的催化剂和烟气经过分离后，催化剂落在上部再生器的流化床层，再经汽提后通过再生斜管送回反应器循环使用，再生烟气则从再生器顶部排出。,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,设备1、三器：提升管反应器、沉降器及再生器2、三阀：单动滑阀、双动滑阀、塞阀3、三机：主风机、气压机和增压机,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,提升管反应器,提升管反应器是一根长30-40m的管道，介质是油气和催化剂，提升管下端油气速度一般为6-l0m/s，出口油气速度为16-30m/s，操作温度，500-550。油气停留时间2-4s提升管的上端出口处设有气-固快速分离机构，用于使催化剂与油气快速分离以及抑制反应的继续进行,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,沉降器,沉降器的作用是使来自提升管的油气和催化剂分离，油气经旋风分离器分出所夹带的催化剂后经集气室去分馏系统；由提升管快速分离器出来的催化剂靠重力在沉降器中向下沉降落入汽提段。,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,再生器,主要作用是烧去结焦剂上的焦炭以恢复其活性，同时也提供裂化反应所需的热量。再生器内安装有旋风分离器，用来回收烟气中的的催化剂细粉。,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,阀门,单动滑阀用于床层反应器催化裂化和高低并列式提升管催化裂化装置。其作用是：正常操作时用来调节催化剂在两器间的循环量，出现重大事故时用以切断再生器与反应沉降器之间的联系，以防造成更大事故。,催化裂化,2.2,2.2反应再生系统,三机主风机承担着向再生器提供烧焦用风的重要任务。气压机的作用是将分馏部分来的富气压力提升到吸收稳定部分操作所需的压力。增压机为外取热器提供提升风和流化风以及为待生套筒提供流化风。,主要内容,1.流化原理与催化剂,2.反应再生系统,3.分馏系统,4.吸收稳定系统,5.能量回收系统,催化裂化,催化裂化,2.3,2.3分馏系统,分馏系统分馏系统的作用是将反应再生系统的产物进行分离，得到部分产品和半成品。由反应再生系统来的高温油气进入催化分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段脱热后进入分馏段，经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。富气和粗汽油去吸收稳定系统；轻、重柴油经汽提换热或冷却后出装置，回炼油返回反应再生系统进行回炼。油浆的一部分送反应再生系统回炼，另一部分经换热后循环回分馏塔。为了取走分馏塔的过剩热量以使塔内气液相负荷分布均匀，在塔的不同位置分别设有4个循环回流：顶循环回流，一中段回流、二中段回流和油浆循环回流。,主要内容,1.流化原理与催化剂,2.反应再生系统,3.分馏系统,4.吸收稳定系统,5.能量回收系统,催化裂化,催化裂化,2.4,2.4吸收稳定系统,吸收稳定系统从分馏塔顶油气分离器出来的富气带有汽油组分，而粗汽油中则溶有C4、C3甚至C2组分。吸收稳定系统的作用就是利用吸收和精溜方法将富气和粗汽油分离成干汽（CC2）、液化气（C3、C4）和稳定汽油。富气经气压机升压、冷却并分出凝缩油后，由底部进入吸收塔；稳定汽油和粗气油则作为吸收液由塔顶进入，将富气中的C2、C3、C4等吸收后得到富吸收油。富吸收油则和凝缩油一起进入解吸塔顶部。吸收塔顶出来的贫气中夹带有汽油，可经再吸收塔用轻柴油回收。,催化裂化,2.4,2.4吸收稳定系统,吸收稳定系统富吸收油中含有的C2组分不利于稳定塔操作，所以需在解吸塔中先将C2解吸出来。脱去C2的油送人稳定塔（实质上是精馏塔），通过精馏作用把液化气和稳定汽油分开。有时，塔顶要排出部分不凝气(也称气态烃)，它主要是C2，并夹带有C3和C4。排出不凝气的目的是为了控制稳定塔的操作压力。主要由吸收塔、解吸塔、再吸收塔及稳定塔组成。吸收塔和解吸塔的操作压力为1.02.0MPa。稳定塔实质上是个精馏塔，操作压力为1.0-1.5MPa,催化裂化,2.4,吸收稳定系统具体工艺流程,吸收稳定系统工艺流程,主要内容,1.流化原理与催化剂,2.反应再生系统,3.分馏系统,4.吸收稳定系统,5.能量回收系统,催化裂化,催化裂化,2.5,2.5能量回收系统,由于催化剂再生时产生的烟气携带有大量热能和压力能，回收这部分能量，可以降低生产成本和能耗，提高经济效益。对于大型装置，一般都是采用烟气轮机回收压力能，用作驱动主风机的动力和带动薄电机发电；用余热锅炉进行热能回收，以产生蒸汽，供汽轮机使用或外输。由再生器来的烟气，含有微量的催化剂粉尘，它将会造成烟气轮机叶片的磨损，所以在烟气进入烟气轮机前，需要经过三级旋风分离器再次净化。净化分离下来的催化剂粉尘，排出装置；输送粉尘的泄料烟气(约占烟气总量的23)，经四级旋风分离器和临界流量孔板通过烟道进人烟囱放空。,主要内容,1.温度测量仪表,2.压力测量仪表,3.液位测量仪表,4.流量测量仪表,催化裂化,参数调节,三、主要测量仪表,在实际生产过程中，参数调节尤为重要。尤其是温度、压力、流量、液位等参数。控制好工艺参数是安全高效生产的必要条件。因此测量仪表必不可少。,三、主要测量仪表,反应系统参数调节(一)反应压力反应压力是指沉降器顶压力，是生产中主要控制参数。重油催化裂化装置一般将压力检测点设在分馏塔顶，正常操作反应压力仅作为指示。反应压力控制手段有分馏塔顶油气管道蝶阀、富气压缩机转数、反飞动阀、压缩机入口放火炬阀等，根据装置的不同阶段加以选择控制。(二)反应温度提升管装置反应温度指提升管出口温度。反应温度是催化裂化过程一个至关重要的独立变量，是生产中主要控制参数。提升管催化裂化装置反应温度主要影响因素有原料油流量、预热温度、催化剂循环量、再生剂温度等。原料油流量采用定值控制；原料油预热温度选定一合理值，也采用定值控制；再生器温度基本也恒温控制。反应温度通过改变再生单动滑阀（或再生塞阀）开度，调节再生催化剂的循环量来控制。,参数调节,反应系统参数调节(三)原料油预热温度原料油预热温度是指原料油进提升管反应器前的温度，是调节两器热平衡和剂油比的一个手段。原料油预热温度控制。对于有原料油加热炉的装置，采用原料油预热温度定值控制燃料油量方案，加热炉各支路应有流量指示。对于没有加热炉或不开加热炉的装置，原料油预热温度通过控制换热器三通阀或旁路阀。(四)原料油及雾化蒸汽进料控制一般原料油分多路进入提升管。总管设置流量调节阀，原料油总流量定值控制，每支路进料管道对称布置并设流量指示。,三、主要测量仪表,参数调节,再生系统参数调节(一)再生温度再生温度是影响烧焦速率的重要因素。提高再生温度可大幅度提高烧焦速率，是降低再生催化剂含碳的重要手段。再生温度也是影响催化剂失活和剂油比的主要因素。一般调节外取热器取热量控制再生温度。(二)再生压力提高再生压力可提高烧焦速率。再生器与反应器是一个相互关联的系统，再生压力还是影响两器压力平衡的重要参数。再生器压力大幅度波动直接影响再生效果及催化剂跑损，也将影响到装置的安全运行。再生压力一般采用双动滑阀和烟机入口蝶阀分程控制方案。用烟机入口蝶阀小幅度调节再生器压力，再生器压力大幅度升高，烟机入口蝶阀全开后，自动切换为用双动滑阀控制。,三、主要测量仪表,参数调节,再生系统参数调节(三)稀密相温差与二次燃烧稀密相温差是CO在密相、稀相燃烧程度的一个反映。运转良好的再生器CO应该在密相床燃烧成CO2，再生器稀密温差很小。常规再生时稀密相一般为负温差。在采用CO助燃剂的再生过程中，CO基本在密相床烧尽。这时采用直接调节主风总流量方式控制。(四)两器压力平衡两压力平衡解决不好，两器系统就无法正常操作，压力平衡又是装置安全运行的关键。两器压力平衡状况很大成分是装置设计决定的。已有装置所能做的工作是平稳操作，调整好催化剂管道各松动点使催化剂密度适宜、流动通畅。调整两器压力使各滑阀或塞阀压力降均衡；将单、双动滑阀或塞阀投入自动控制状态，自动联锁保护系统投入运行。,三、主要测量仪表,参数调节,分馏系统参数调节分馏塔分馏效果的标志是分馏精度。分馏精度除与分馏塔结构有关外，还受操作温度、压力、回流量、水蒸气量等操作参数影响。随着分馏塔操作条件的改变，适当调节回流量和回流温度是调节热平衡的手段，并可达到调节产品质量的目的。一般以调节返塔温度为主，以减少对分馏塔分馏效果的影响。液位平稳是物料平衡的标志。平稳操作首先就要使各液位稳定。分馏系统控制的液位有分馏塔底、轻柴油汽提塔、原料油缓冲罐、塔顶油气分离器和封油罐等。,三、主要测量仪表,参数调节,吸收稳定系统参数调节稳定塔压力控制有两种方案。一种是用塔顶油气管道上的调节阀直接控制塔顶压力。常用于塔顶冷却采用空冷器，安装位置高于回流罐的场合。通过调节调节阀开度直接控制塔顶压力。另一种是热旁路控制，应用于安装位置低于回流罐的浸没式冷凝冷却器场合。该方案设有冷凝器热旁路（从塔顶油气线到回流罐的连接线），通过调节热旁路调节阀开度，来改变塔顶与回流罐压差，从而改变冷凝器中液位、管束的浸没而积、冷凝器的冷却负荷、改变冷后温度，从而达到控制稳定塔顶压力的目的。,三、主要测量仪表,参数调