原油加工方案及流程(第一章2012)

现代油气加工技术

1第1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

元素组成C、H、O、S、N、微量元素石油的化学组成

烃类组成烷烃、环烷烃、芳香烃非烃类组成含S、N、O化合物

单体烃烃类组成表示方法族组成结构族组成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51、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61、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72、含氮化合物氮在石油中的存在形态含氮化合物非碱性氮：吡咯、吲哚咔唑、卟啉类化合物碱性氮：吡啶、喹啉、氮杂蒽、氮杂菲82、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1/4~1/3一般来说，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92、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103、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含氧化合物中性氧化物：酮、醛、酯，含量极少酸性氧化物：环烷酸、芳香酸、脂肪酸和酚类，总称石油酸113、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%）123、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134、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144、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154、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1000ppm以上；其次是镍，最高可达100ppm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164、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175、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185、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：1.4～1.5受热时熔化，对热不稳定，能转化成沥青质195、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：1.1～1.3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20二、石油产品基本性质要求汽油：低硫、低烯烃、低芳烃、低苯、低蒸汽压、高辛烷值柴油：低硫、低芳烃、低凝点、低密度、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21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22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23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24一、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25二、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26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27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 11.5～12.1 中间基原油特性因数K 10.5～11.5 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28一、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29二、关键馏分特性分类法第一关键馏分：常压蒸馏250～275℃的馏分；第二关键馏分：常压渣油在40mmHg下减压蒸馏，切取275～300℃馏分（常压下395～425℃）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30二、关键馏分特性分类法关键馏分石蜡基中间基环烷基第一关键馏分d420<0.8210APIº>40D420=0.8210-0.8562APIº=33-40D420>0.8562APIº<33第二关键馏分d420<0.8726APIº>30d420<0.8723-0.9305APIº=20-30D420>0.9305APIº<20关键馏分的分类指标31二、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32二、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胶质和沥青质，可生产高质量沥青33三、商品分类法原油密度，g/cm3APIO轻质原油<0.852>34常规原油0.852~0.93120~34重质原油0.931~0.99810~20特稠原油>0.998<101、按密度分类34三、商品分类法2、按硫含量分类原油类型硫含量，wt%低硫原油<0.5含硫原油0.5~2.0高硫原油>2.035我国主要原油的基属原油大庆胜利孤岛辽河华北中原新疆鲁宁管输大港属性

低硫、石蜡基含硫、中间基含硫、中间－环烷基低硫、中间基低硫、石蜡基含硫、石蜡基低硫、石蜡－中间基含硫、中间基低硫、中间基原油吉林南阳长庆江汉江苏青海玉门延长四川属性低硫、石蜡基低硫、石蜡基低硫、中间－石蜡基含硫、石蜡基低硫、石蜡基低硫、石蜡基低硫、石蜡－中间基低硫、石蜡基低硫、石蜡基36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37原油润滑油溶剂脱沥青溶剂精制溶剂脱蜡补充精制重油轻质化工艺高辛烷值汽油生产工艺润滑油老三套工艺油品精制工艺延迟焦化催化裂化加氢裂化加氢精制溶剂精制燃料异构化烷基化醚化齐聚化工原料催化重整催化裂解蒸汽裂解化工原料生产工艺常减压蒸馏38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39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40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41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42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市场需求经济效益投资力度原油特性原油综合评价燃料型燃料-润滑油型燃料-化工型内容因素确定依据43一、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44一、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90～120，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45一、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VGOVR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46二、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47二、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48二、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49三、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50三、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51四、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52四、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53四、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54四、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55四、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56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57一、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58二、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59二、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60二、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61三、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62商品汽油的调和组分商品汽油直馏汽油催化裂化汽油催化重整汽油加氢裂化汽油焦化汽油裂解汽油异构化汽油烷基化汽油醚化汽油齐聚汽油辛烷值低，硫含量偏高烯烃、硫氮含量高，辛烷值高芳烃含量高，辛烷值高辛烷值不高，硫氮含量很低烯烃、硫氮含量高，辛烷值低辛烷值较高，烯烃、硫氮含量很低辛烷值高，烯烃、硫氮含量很低辛烷值高，氧含量高辛烷值高，烯烃含量高，需加氢烯烃、芳烃含量高，辛烷值高63生产低硫清洁汽油的方案64商品柴油的调和组分商品柴油直馏柴油催化裂化柴油加氢裂化柴油焦化柴油裂解柴油十六烷值高芳烃、硫氮含量高，十六烷值低十六烷值高十六烷值中等，硫氮含量高芳烃含量高，十六烷值低65生产低硫清洁柴油的方案66清洁燃料型炼厂加工流程模式67三、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68常规独立的炼厂与裂解装置的示意流程69炼油-化工一体化模式Atofina-BASF公司的PortArthur炼厂70石油化工联合装置的示意流程71三、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72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73三、新世纪炼油厂的生产模式4、气电一体化模式74理想的气电一体化模式减压蒸馏溶剂脱沥青延迟焦化部分氧化制氢气电联产催化裂化中压加氢裂化VGODAO加氢汽、煤、柴油焦化汽柴油催化汽柴油VR炼厂气裂解尾气脱油沥青焦炭电氢气高压蒸汽中压蒸汽氧气氮气硫磺焦化蜡油尾油AR75燃料－化工与气电一体化炼厂模式热、蒸汽常压蒸馏溶剂脱沥青减压蒸馏加氢精制催化重整加氢处理气化发电合成气加工DCCCPP气体加工加氢裂化AGO石脑油VGODAODOA柴油尾油氢气汽油柴油乙烯丙烯BTX氢气电化工产品ARVR原油76化工与气电一体化炼厂模式常压蒸馏减压蒸馏芳烃抽提蒸汽裂解DCCCPP中压加氢裂化AGO石脑油VGO尾油裂解汽油乙烯丙烯BTX溶剂脱沥青加氢处理气化发电合成气加工DAODOA热、蒸汽氢气电化工产品气体回收燃料气轻烃柴油石脑油汽油气体ARVR原油77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78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79一、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80一、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