第七章 石油炼制

第七章石油炼制第一页，共七十五页，编辑于2023年，星期四内容原油性质石油产品：主要产品性能与牌号蒸馏原理常减压车间：精馏塔、减压塔、加热炉催化裂化原理常用动力设备：旋风分离器、换热器第二页，共七十五页，编辑于2023年，星期四原油的性质第三页，共七十五页，编辑于2023年，星期四原油的组分TypicalOilGasolineC4toC10 27%KeroseneC11toC13 13%Diesel C14toC18 12%HeavygasoilC19toC25 10%LubricatingoilC26-C40 20%Residue >C40 18%第四页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第五页，共七十五页，编辑于2023年，星期四石油产品汽油：为汽油发动机燃料油。煤油：点灯照明、航空喷气发动机燃料。柴油：柴油发动机燃料。重油：部分热力发电厂燃料。润滑油：各种运动设备润滑。石蜡：包装材料、化妆品原料及蜡制品。沥青：高速公路、建筑第六页，共七十五页，编辑于2023年，星期四汽油的标号与性能汽车用油主要成分是C5H12~C12H26烃类混合物，当汽油蒸气在汽缸内燃烧时(活塞将汽油与空气混合压缩后，火花塞再点火燃烧)，常因燃烧急速而发生引擎不正常燃爆现象，称为爆震(震爆)。汽油一旦辛烷值过低，将使引擎内产生连续震爆现象，造成机件伤害连续的震爆容易烧坏气门，活塞等机件。第七页，共七十五页，编辑于2023年，星期四燃烧的抗震程度以辛烷值表示，辛烷值越高表示抗震能力愈高。其中燃烧正庚烷CH3(CH2)5CH3的震爆情形最严重，定义其辛烷值为０。异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)的辛烷值定义为100。辛烷值可为负，也可以超过100。当某种汽油之震爆性与90%异辛烷和10%正庚烷之混合物之震爆性相当时，其辛烷值定为90。如环戊烷之辛烷值为85，表示燃烧环戊烷时与燃烧85%异辛烷和15%正庚烷之混合物之震爆性相当。第八页，共七十五页，编辑于2023年，星期四汽油亦可再加入其它添加物而提升辛烷值。如普通汽油辛烷值约为50，加入四乙基铅(C2H5)4Pb时，其辛烷值提高至75左右，为除去铅在引擎内之沉积，再加入二溴乙烷，使产生PbBr2微粒排放出来，但造成环境之污染。一般无铅汽油不含四乙基铅，改用甲基第三丁基醚，甲醇，乙醇，第三丁醇等添加物。辛烷值只是一个相对指标，而不是真的只以正庚烷或异辛烷来混合，所以有些燃油再渗合其它添加剂时的辛烷值可以超过100，可以为负。第九页，共七十五页，编辑于2023年，星期四柴油性能分类：180℃~370℃轻，350℃~410℃重用途：小型高速柴油机；低速柴油机。轻柴油主要指标：燃烧性能、抗爆性能（十六烷值越高，抗爆性能越好）、凝固点和粘度牌号轻柴油的牌号就以凝固点的高低来规定，分别有10号、0号、-10号、-20号和-35号五种牌号第十页，共七十五页，编辑于2023年，星期四蒸馏操作的用途许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。蒸馏操作实例：石油炼制中使用的250万吨常减压装置第十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期四原油精馏常压塔Atmospherecolumn汽油、煤油、柴油减压塔Vacuumcolumn润滑油、油渣第十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期四减压塔流程减压塔的功能沸点在500℃以上的裂化原料和润滑油原料中所含有的大分子烃类在450℃以上发生裂解反应，生成焦炭，影响生产正常进行。减压塔工艺加热410℃，顶部2.7kPa～10.7kPa塔底吹入过热蒸气以降低塔内的油气分压第十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期四蒸馏的分类简单蒸馏或平衡蒸馏：用在分离要求不高的情况下。精馏：分离纯度要求很高时采用。特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离，借助某些特殊手段进行的精馏。间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。连续精馏：多用于大批量工业生产中。第十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期四常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混合物的沸点.多组分精馏：例如原油的分离。双组分精馏：如乙醇-水体系,苯-甲苯体系等。第十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期四蒸馏操作的用途许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。蒸馏操作实例：石油炼制中使用的250万吨常减压装置第十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第二十页，共七十五页，编辑于2023年，星期四石油精馏塔工艺特点有多个侧线出料口：分离精度不要求像纯化合物蒸馏那样高。提浓段很短，3～4块塔板；在塔底通入过热水蒸气中段回流。原油各馏分的平均沸点相差很大，为使负荷均匀并回收高温下的热量，采用中段回流取热（即在塔中部抽出液体，经换热冷却回收热量后再送回塔内）。第二十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期四蒸馏原理工作原理:利用液体混合物中各组分(component)挥发性(volatility)差异，以热能为媒介使其部分汽化从而在汽相富集轻组分液相富集重组分而分离的方法。闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液塔底产品Q减压阀第二十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期四t/Cx(y)01.0露点线泡点线露点泡点xAyAxf气相区液相区两相区汽液相平衡图在总压一定的条件下，将组成为xf

的溶液加热至该溶液的泡点tA，产生第一个气泡的组成为

yA。继续加热，随温度升高，物系变为互成平衡的汽液两相，两相温度相同组成分别为yA和xA。第二十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期四精馏原理若将第1级溶液部分气化所得气相产品在冷凝器中加以冷凝,然后再将冷凝液在第2级中部分气化,此时所得气相组成为y2，y2＞y1,这种部分气化的次数（级数）愈多,所得到的蒸汽浓度也愈高。多次部分气化的分离示意图第二十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期四精馏原理使上一级的液相回流与下一级的气相直接接触，就可以将上图所示的流程演变为右图所示的分离流程，从而省去了逐级使用的中间加热器和冷凝器。将每一级中间产品返回到下一级中，不仅可以提高产品的收率，而且是过程进行的必不可少条件。无中间产品的多次部分气化的分离示意图第二十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期四精馏原理同一层隔板上,自下而上的有较高温度的气相与反方向的较低温度的液相相遇.通过热交换,气相部分冷凝,液相则部分气化.若混合系统存在恒沸点,则只能得到一个纯组分和恒沸混合物x50.00.20.40.60.81.0lgC6H5CH3(A)C6H6(B)xBt/℃1401208010060y5y3y2y4y1x0x4x3t3t2t1t4t5精馏分离原理x2x1160往塔顶底塔往第二十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期四料液,xFFeed塔顶产品,xDOverheadproduct塔底产品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux再沸器Reboiler冷凝器condenser12mm+1N进料板精馏段提馏段精馏段作用：上升汽相中重组分向液相传递，液相中轻组分向汽相传递，完成上升蒸气轻组分精制。提馏段作用：下降液体中轻组分向汽相传递，汽相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。精馏与蒸馏的区别：汽相和液相的部分回流。精馏原理第二十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第二十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期四催化裂化在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程原料：原油蒸馏或其他炼油装置的350~540℃馏分的重质油C16H34→C8H18+C8H16十六烷辛烷辛烯C8H18→C4H10＋C4H8辛烷丁烷丁烯C4H10→C1H4＋C3H6辛烷甲烷丙烯第二十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期四重油的催化裂化重油催化裂化（residuefluidcatalyticcracking，即RFCC）工艺的产品是市场极需的高辛烷值汽油馏分，轻柴油馏分和石油化学工业需要的气体原料。采用分子筛催化剂、提升管反应器和钝化剂，产品分布接近一般流化催化裂化工艺典型的重油是馏程大于350℃的常压渣油或加氢脱硫常压渣油。第三十页，共七十五页，编辑于2023年，星期四重油的催化裂化工艺从加热炉或换热器出来的原料经大量蒸汽和喷嘴雾化后，进入输送管，与从再生器来的热再生催化剂混合，然后一道进入提升管反应器的催化剂床层进行反应，由此生成的气相产物经旋风分离器脱除其中的催化剂后进入分馏系统，分成干气（C1~C2）、液化气（C3~C4）、汽油、轻柴油（国外称轻瓦斯油）、重柴油（国外称重瓦斯油）和澄清油等。所生成的多碳粘稠产物附于催化剂上，随催化剂向下经汽提段，逐渐变成焦炭；附有焦炭的催化剂离开汽提段后，进入再生器再生。第三十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期四重油的催化裂化工艺再生采用两个互相独立的再生器进行两段再生。前一再生器控制在高的CO/CO2比下操作，焦炭中的绝大部分氢和一部分碳在此被烧掉，从而为后一再生器在无水存在的情况和高温下操作而不致使催化剂严重减活创造条件。后一再生器可在有利于完全再生的强化条件（温度达750℃）下操作。两个再生器的烟气分别通过各自的旋风分离器排出。该工艺是热平衡式的，所以，不需要象其他工艺那样有取热设施。第三十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第三十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第三十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期四塔设备塔结构必须满足下列条件：在塔的各段建立一个稳定的温度分布；向上运动的低沸点组分必须能充分与各温度层的液体进行传质传热；各馏分层的液体必须有一定的量与低沸点组分气体进行传质，以便保持温度的基本恒定。塔设备板式塔（浮阀、泡罩等），填料塔第三十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期四板式塔结构（1）错流塔板：塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。液面落差大时，能引起板上气体分布不均，降低分离效率。第三十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期四板式塔结构（2）逆流塔板亦称穿流板，板间不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。栅板、淋降筛板等都属于逆流塔板。这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层，操作范围较小，分离效率也低，工业上应用较少。第三十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期四塔的结构板式塔：多层塔板填料塔第三十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期四板式塔1－塔盘板3－拉杆5－塔盘圈7－螺栓9－压板11－石棉绳2－降液管4－定距管6－吊耳8－螺母10－压圈第三十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期四浮阀塔板第四十页，共七十五页，编辑于2023年，星期四泡帽塔板图1－7泡帽结构第四十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期四塔板效率的影响因素物系性质液体的粘度、密度直接影响板上液流的湍动程度，进而影响传质系数和气液接触面积。表面张力影响泡沫生成的数量、大小及其稳定性，因而也影响接触面积的大小。物系的分子扩散系数对传质系数有直接影响，而相对挥发度等相平衡常数的影响则体现在传质推动力和过程速率的控制因素之中。第四十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期四塔板型式与结构塔板结构因素主要包括板间距、堰高、塔径以及液体在板上的流径长度等。液体在塔板上的流径愈长，气液接触时间就愈长，有利于提高分离效果；但是液面落差也随之加大，不利于气体均匀分布，使分离效果降低。操作条件指温度、压强、气体上升速度、溢流强度、气液流量比等因素，其中气速的影响尤为重要。在避免大量雾沫夹带和避免发生淹塔现象的前提下，增大气速对于提高塔板效率一般是有利的第四十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期四填料塔结构填料作为气液两相间接触构件的传质设备，使气液交换更充分填料支承架液体收集器液体分布器填料压板第四十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期四(a)拉西环(b)鲍尔环(c)阶梯环(d)

环(e)矩鞍环(f)规整填料(g)压延孔波纹填料填料第四十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期四液体分布器第四十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期四填料塔的优缺点填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。第四十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期四动力设备泵离心泵，螺杆泵，水环泵，真空喷射泵压缩机空气压缩机，螺杆压缩机风机离心式鼓风机，罗茨鼓风机加热炉管式加热炉第四十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第四十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期四水环真空泵原理第五十页，共七十五页，编辑于2023年，星期四真空喷射泵水蒸汽作为动力介质的喷射泵形成真空是一个重要应用领域。其输送的高速喷射相当于声速的几倍，因此喷射泵也能够轻而易举地在真空中处理大容量的物质。单级喷射泵只能克服其有限的压缩比，当抽吸压力低时，几个喷射泵必须串联安装。多级水蒸汽喷射真空泵的抽吸压力可以达到低至0.01mbar。为了冷凝大部分的动力水蒸汽并使下一级的抽吸量减少到最小，一般在两个喷射泵中间安置一个冷凝器。根据应用场合，采用直接接触冷凝器或表面冷凝器。第五十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期四喷射真空泵原理第五十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期四多级喷射真空泵第五十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期四多级离心泵离心泵由叶轮、蜗壳等组成。它的基本原理是叶轮旋转带动液体运动，使液体在蜗壳产生压力，使液体从排出口排出，液体排出在叶轮中心产生负压，在外界压力作用下，液体从入口源源不断地流入叶轮中，因而离心泵可以连续地输送液体。多级离心泵由多级叶轮及定子流道组成，每一级提高一定压力，最后可达7～10MPa第五十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期四多级离心泵结构第五十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第五十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期四高速离心泵第五十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期四离心泵轴向力平衡进口压力要小于出口压力，将形成很大的轴向力，使轴承寿命缩短。平衡盘平衡轴向力。平衡鼓平衡轴向力。要点是在叶轮的背面有一个与离心泵入口相连的平衡室(Balancingchamber)，利用节流口与离心泵出口相连。第五十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期四罗茨鼓风机第五十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期四旋流分离器第六十页，共七十五页，编辑于2023年，星期四换热器第六十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期四列管式换热器管程第六十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第六十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第六十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期四列管式换热器类型第六十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第六十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期四第六十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期四热管式换热器原理在实际工作中，热量被导入热管，热管里的液体受热变成蒸汽，然后从热管中较热的一端向较冷的一端转移，散发热量后，蒸汽还原成液体并回流到热管中较热的一端。实际应用中，通过一种毛细现象，将液态水从低温端输送到高温端，实现循环。第六十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期四热管元件分类工作温度高温热管，范围400℃～800℃。中温热管，范围100℃～400℃。低温热管，范围0℃～100℃。超低温热管，范围-60℃～0℃。热管的功能普通热管（热虹吸管），工业应用热管式换热器。可变热导热管，可作为恒温控制，如化学反应器等。旋转热管，可作为旋转体的传热元件，如电机轴等。微型热管，可作为微型物体，如大规模电子集成块。第六十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期四热管换热器整体式热管换热器热管的蒸发段和冷凝段同处于一个整体的上、下两个