化学工艺学-5石油炼制

1、第5章 石油炼制,化学工业出版社,2,主要内容,5.1 原油加工方法及炼油厂类型 5.2 常减压蒸馏 5.3 催化裂化 5.4 催化重整,3,产品 沸点范围 碳数范围 石油气 350 C1624 石蜡（轻,重） 350 C1828 沥青 350 C28 石油焦 350 C28,5.1 原油加工方法及炼油厂类型,5.1.1 原油加工方法, 产品（直接使用）,4,（1）一次加工（物理过程）,原 油,预处理,常压蒸馏,直馏汽油,柴油,煤油,润滑油,石油气,减压蒸馏,减一,减二,减三,减四,减压渣油,5.1 原油加工方法及炼油厂类型,5,（2）二次加工,汽油,催化重整,气体,苯及其同系物,高辛烷值汽油

2、,渣油,焦化,气体,气油,柴油,焦炭,加氢,重整,加氢,5.1 原油加工方法及炼油厂类型,6,蜡油,催化裂化,加氢催化裂化,气体,汽油,柴油（要加氢改质再与直馏柴油 混合使用）,气体,石脑油（送化肥厂做化肥）,煤油（与直馏煤油混合后加添加剂作航煤）,柴油（与直馏柴油及催化裂化柴油混合）,5.1 原油加工方法及炼油厂类型,7,（3）三次加工,利用石油烃烷基化、异构化及烯烃叠合将二次加工产生的各种气体进一步加工以生产高辛烷值汽油调合组分和各种化学品等。,5.1 原油加工方法及炼油厂类型,8,5.1.2 炼油厂类型, 规划一个炼油厂应考虑如下因素： （1）待处理原油的性质、组成； （2）对石油产品的

3、要求，包括产品种类、质量和数量； （3）资源综合利用； （4）工艺装置对原料变更的适应性； （5）技术先进、能耗低、经济合理。,5.1 原油加工方法及炼油厂类型,9, 根据主要产品的类型，炼油厂可分为如下四种类型。 （1）燃料型炼油厂 以生产汽油、喷气燃料、柴油和燃料油，同时副产燃料气、芳烃和石油焦等。主要加工装置为常、减压蒸馏、催化重整、催化裂化、延迟焦化等。其特点是通过一次加工尽可能将石油中轻质油品抽出，得到汽油、煤油、柴油直溜产品，并利用二次加工工艺将原油中的重质油和石油气转化为轻质燃料油。由于国内燃料产品占石油产品总量的一半以上，故此类型炼厂的数量最多。,5.1 原油加工方法及炼油厂类

4、型,10,（2）燃料润滑油型炼油厂 在生产各种燃料油的同时，还生产各种润滑油原料。通过各种润滑油生产工艺制得润滑油组分，经调配方法制得各种润滑油。 （3）燃料化工型炼油厂 在生产各种燃料油的同时生产炼油气、液化石油气和芳烃等石油化工原料。除此之外，随着对石油化工产品需求的不断增长，一类以此生产化工产品为目的的化工型炼油厂也迅速发展起来。 （4）燃料润滑油化工型炼油厂 此类炼油厂既生产燃料、润滑油类石油产品，又生产石油化工原料。,5.1 原油加工方法及炼油厂类型,11,主要内容,5.1 原油加工方法及炼油厂类型 5.2 常减压蒸馏 5.3 催化裂化 5.4 催化重整,12,5.2 常减压蒸馏,原

5、油是一种液态烃类混合物，其中各组分的沸点和挥发度不同。组分的沸点越低，挥发度越大，在气相中的含量越高，而在液相中的含量就低。根据原油这种性质，利用常减压蒸馏把原油分成若干个沸点范围适于作不同燃料的馏分。 常压蒸馏是在大气下进行，在此条件下仅能分离出沸点较低的馏分，拔出率为2530%。常压蒸馏时，利用不同抽出侧线，将原油分割为拔顶气馏分（C4 及C4以下轻质烃）、直馏汽油、航空煤油、煤油、轻质油（沸点250300）等，剩下的大于350馏分由塔底引出进入减压蒸馏塔。 减压蒸馏在真空情况（8kPa）下进行，以防止烃类的裂解或炭化。减压塔顶分离出柴油或燃料油，塔中可截取不同粘度馏分，用以制造润滑油或作

6、裂解原料，塔底减压渣油可作为催化裂化掺炼及制沥青原料等。,13,5.2 常减压蒸馏,5.2.1 工艺流程,14,5.2 常减压蒸馏,原油蒸馏馏分分布及其用途,15,5.2 常减压蒸馏, 原油预处理（脱盐、脱水、脱硫化物）,（1）盐和水在原油中的状态 a）一小部分以结晶状态悬浮在油中； b）大部分溶于水并以微粒状态分散在油中形成稳定的W/O乳化液。,（2）盐和水的危害,a）油中含水会产生液泛，并且由于水的潜热油，消耗能量 b）盐水解会产生酸腐蚀设备 c）盐加热易结垢，使热阻增大，传热系数小 d）影响二次加工的产品质量,16,（3）脱水脱盐方法,沉降分离,第一电脱盐罐,第二电脱盐罐,沉降分离,原油

7、,破乳剂,盐水,含盐3mg/l 含水0.2%,5.2 常减压蒸馏,17,（4）含硫原油预处理, 脱盐脱水后加入： a）碱性中和剂 中和酸性物，避免化学腐蚀 b）缓蚀剂抑制铁离子，避免电化学腐蚀,5.2 常减压蒸馏,18, 初馏塔,（1）先将原油中的轻质油料汽化蒸出，减轻常压蒸馏塔的负担 （2）节约能耗：初馏塔热源来自再沸器，再沸器热载体可用减压塔的侧线油,5.2 常减压蒸馏, 减压塔,常压渣油中尚有可作为润滑油和裂化的馏分，Tb358，为了不使油品在高温下热分解而造成管道内结焦，使产品质量原油拔出率,19,5.2 常减压蒸馏,5.2.2 工艺操作条件,（1）操作压力,常压塔的塔顶压力主要有塔顶

8、冷凝系统压力决定，由于塔顶汽油馏分蒸汽在40左右即可冷凝，故在常压下操作，一般在140170kPa。塔内其它各层压力取决于蒸汽通过塔盘时的压力降，油汽由下而上流动，故塔内压力由下而上逐渐降低。,（2）操作温度,加热炉出口的最高温度应保证油料不至于发生显著的热裂解反应。对于常压加热炉，生产航空煤油时的最高温度为360365，生产一般产品为370；对于减压加热炉，生产润滑油型为400，生产染料型为410。,20,5.2 常减压蒸馏,加热炉出口的最高温度应保证油料不至于发生显著的热裂解反应。塔汽化段温度就是进料的绝热闪蒸温度。塔顶温度是塔顶产品在其分压下的露点温度。侧线温度是未经汽提的侧线产品在该处

9、油气分压下的泡点温度。,（3）回流比,a）取走全部剩余热量，使全塔进出热量平衡。 b）不仅使塔内各段的内回流量大于各段产品分馏需要的最小回流量，而且要使各段塔板上的汽、液负荷处于各塔板的适宜操作范围，以保证操作平稳。,21,5.2 常减压蒸馏,5.2.3 常减压蒸馏设备,（1）蒸馏塔,常压塔的内部结构一般分为塔顶冷凝换热段、分馏段、中段回流换热段和进料以下的提馏段。减压塔则多一个或两个洗涤段。减压塔馏分一般作为催化裂化或加氢裂化的原料，对相邻侧线馏分分离精度要求不高，故侧线、中段回流以及全塔塔板数少于常压塔。 原油蒸馏塔常采用浮阀塔板（V4型、条型、船型），泡帽塔板（圆型、伞型），浮动舌型塔板

10、及网孔塔板等。减压塔除采用以上塔板外，近年来还采用环矩鞍型、阶梯环型及栅格型填料，它们在传热和传质方面都表现出良好的性能。,22,5.2 常减压蒸馏,（2）加热炉,我国绝大多数炼油厂均采用管式加热炉。根据加热炉的外形及炉内管子的排列方式，可分成圆筒炉、卧管立式炉和立管箱式炉。,23,主要内容,5.1 原油加工方法及炼油厂类型 5.2 常减压蒸馏 5.3 催化裂化 5.4 催化重整,24, 原料： 减压侧线内（343565；300550）C18的烷烃、环烷烃和芳烃的混合物。可混入少量焦化蜡油和渣油。,5.3 催化裂化, 目的： 提高原油中汽、煤、柴油的收率和质量。, 分类： 热裂化 催化裂化 加

11、氢裂化,25,5.3 催化裂化, 热裂化是在热作用下裂化重质油，生产轻质油品，直至60年代中期一直是我国炼油厂生产轻质油品的主要手段。但热裂化汽油和柴油的质量差，安定性不好。, 催化裂化是在热和催化剂作用下裂解重质油，产生裂解气、汽油和柴油等轻质馏分。此过程使汽油的生产在质量与产率方面均优于热裂化。, 加氢裂化采用具有裂化和加氢两种作用的双功能催化剂，加入纯净氢气后，使重质油进行催化裂化及加氢反应，具有所用原料范围广及可以灵活调整产品品种、数量等优点。但是加氢裂化必须在高温、高压下进行，设备需要较多的合金钢。,26,5.3 催化裂化,5.3.1 催化裂化反应,催化裂化反应是按正碳离子机理进行的

12、，它包括异构化、裂化、环化、烷基化、氢转移和缩合等反应。,（1）异构化：通过氢原子和碳原子的变位而发生的重排反应。氢原子的变位导致烯烃的双键异构化，氢变位加上甲基变位产生骨架异构化。,烯烃双键异构化反应：,27,5.3 催化裂化,烯烃骨架异构化反应：,28,5.3 催化裂化,（2）裂化：直链的仲正碳离子在位断裂生成一个烯烃和一个伯正碳离子。,由于仲正碳离子比伯正碳离子更稳定，生成的伯正碳离子很快发生氢转移而生成仲正碳离子：,29,5.3 催化裂化,（3）环化：烯烃正碳离子按下列路线转化成环状正碳离子。,生成的环状正碳离子能获取一个阴离子生成环烷烃，或失去质子生成环烯烃。环烯烃还可继续失去阴氢离

13、子和质子，直至生成芳烃。,30,5.3 催化裂化,（4）烷基化： 正碳离子可与烯烃或芳烃进行烷基化反应。,31,5.3 催化裂化,（5）氢转移：烯烃能接受一个质子酸中心形成正碳离子，此正碳离子又从“供氢”分子中获取一个阴氢离子生成烷烃，“供氢”分子则形成新的正碳离子，并可继续反应下去。,（6）缩合：缩合是新的CC键生成及分子量增加的反应，叠合也是一种缩合反应。焦炭生成就是一种缩合反应。单烯烃生成焦炭的途径是经环化、脱氢生成芳烃，芳烃再和其它芳烃缩合成焦炭。,32,5.3 催化裂化,5.3.2 催化剂,（1）无定形硅酸铝催化剂（普通硅铝催化剂） 催化裂化早期催化剂为处理过的天然活性白土，其主要成

14、分为硅酸铝。而人工合成的硅酸铝具有较高的稳定性，其主要成分为氧化硅和氧化铝。氧化铝含量为1013%的为低铝催化剂，氧化铝含量为2225%的高铝催化剂。高铝催化剂活性较高。每克新鲜催化剂表面积（比表面积）达500700m2。流化床反应器所用催化剂的粒径为20100m。,33,5.3 催化裂化,（2）结晶型硅铝盐催化剂（分子筛催化剂） 分子筛催化剂是60年代开发的一种新型催化剂，它比普通硅铝催化剂的活性和选择性高、稳定性好，抗毒能力强，再生性能好，是现代炼油厂广泛采用的一种催化剂。,分子筛催化剂一般含分子筛515%，其余为担体，一般为低铝硅酸铝和高铝硅酸铝。目前工业所用的分子筛主要为X和Y型及ZS

15、M-5沸石分子筛。,34,5.3.3 工艺流程,5.3 催化裂化,35,（1）催化剂活性及类型 催化剂活性的影响 （原料：直馏馏分油，K=11.84，操作条件相同）,5.3.4 工艺参数,5.3 催化裂化,36,（2）反应温度,基本上为不可逆反应 反应温度只影响反应速度，由 知： ET对K影响 即：TK转化速度（反应时间一定为前提）,5.3 催化裂化,37,（3）反应时间和空速,空速是停留时间的倒数。 重时空速=,5.3 催化裂化,38,（4）反应压力,p不能克服烟气能量回收设备的阻力 p 反应时间 转化率 但如果p 焦炭 汽油、烯烃产率 结合原料油的生焦趋势和烟气能量回收装置的设施,5.3

16、催化裂化,（5）剂油比,剂油比= T一定：剂油比相当于反应时间，一般剂油比受装置总热平衡特别是反应温度所控制。 生产装置上，T不变时，剂油比也不变,39,5.3.5 装置型式,5.3 催化裂化, 流化床催化裂化装置可分为两大类： （1）床层裂化反应装置 早期我国采用的流化催化装置型式都是流化床反应器和再生器成通告并列式。催化剂为无定形硅酸铝微球催化剂，采用U型管密相输送。 （2）提升管裂化反应装置 a）高低并列式 b）同轴式 c）同高并列式改造成的提升管反应装置,40,5.3 催化裂化,同轴式提升管催化裂化反应器和再生器简图,同高并列式催化裂化床层反应器改成提升管反应器的两器示意图,41,主要

17、内容,5.1 原油加工方法及炼油厂类型 5.2 常减压蒸馏 5.3 催化裂化 5.4 催化重整,42, 催化重整是以C6-C11石脑油馏分（或轻汽油）为原料，在加热和催化剂、氢气作用下，烃分子发生重排，转变为芳烃和异构烷烃的一种工艺过程。它用来生产高辛烷值汽油和芳烃（苯、甲苯、二甲苯，简称BTX），同时副产氢气和液化气，氢气可作为加氢装置的原料。,5.4 催化重整,芳烃来源构成,43,5.4.1 催化重整反应,（1）环烷烃脱氢芳构化反应 为重整反应的最基本反应 有H2 生成油收率芳烃产率Tp对反应有利。,5.4 催化重整,44,（2）烷烃脱氢环化反应 烷烃脱氢转变为环烷烃，环烷烃进一步脱氢成为

18、芳烃，为吸热反应。,5.4 催化重整,45,（3）异构化,a）五元环烷烃异构化 b）直链烷烃异构化 K意味着T、p的影响不大。 只是分子重排而分子量未变 生成油收率可达100%，汽油的RON ,5.4 催化重整,46,4）烷烃脱氢环化,T p 有利于反应速度 有H2 H2收率生成油收率 烷烃脱氢环化为重整反应的重要反应。,5.4 催化重整,47,5）加氢裂化,由于重整反应有氢气存在，当大分子烃裂解成小分子烯烃时，可能加氢生成小分子饱和烃。为放热反应。,5.4 催化重整,48,6）脱烷基反应,在一定条件下，新鲜催化剂或刚再生后的催化剂会使烃类发生脱烷基反应，放出大量的热。,5.4 催化重整,49

19、,7）积炭反应（次要反应）,烷烃脱氢生成烯烃只作为中间产物出现，在重整生成油中很少。最终结碳会使催化剂失活。,5.4 催化重整,50,5.4.2 催化剂, Pt-Re：双金属催化剂，构成活性中心，促进芳构化，脱氢环化。铂含量：0.251.0% 卤素FeCl3：提供酸性中心，促进异构化，加氢裂化，脱氢环化。氟和氯含量：约1% 载体Al2O3：除了为催化剂提供大的表面积，增加铂的作用，使催化剂具有较高的机械强度外，还可减轻铂对毒物的敏感性,5.4 催化重整,51,5.4 催化重整, 重整产物中芳烃的来源： （1）原料油中固有的 （2）原料油中相应的环烷烃转化的 （3）直链烃转化的,芳烃潜含量指原料

20、油中C6、C7、C8环烷烃能全部转化为苯、甲苯、二甲苯等相应芳烃的百分含量。如重整转化率超过100%，则说明原料油除了所有的C6C8环烷烃已转化为芳烃外，另有一部分直链烷烃也转变为芳烃。,重整芳烃转化率 = （芳烃产率/芳烃潜含量）100%, 重整芳烃转化率：,52,5.4.3 工艺流程,（1）原料油预处理,5.4 催化重整,原料与预分馏塔底物料换热后进入预分馏塔，塔顶分出80以下的轻组分，塔底得80180馏分，其中水分含量降至30ppm。,a）预分馏,b）预脱砷,c）预加氢,砷能使铂催化剂中毒，要求原料油中砷含量1ppb。,目的是脱除原料油中对重整催化剂有害的杂质，其中包括砷、铅、铜、氧、硫、氮和水分等，并使烯烃饱和。,53, 预处理过程,预分馏塔,吸附脱砷,加氢脱砷,预加氢,油气分离,气提塔,轻质油,精制油去重整,燃烧气(80oC),H2,H2,NH3、H2S、H2O气体,富H2,5.4 催化重整,54,（2）催化重整,5.4 催化重整,55,5.4.4 工艺参数,5.4 催化重整,a）环烷烃脱氢平衡常数最大，反应速度也最快。 b）提高温度对吸热反应有利，降低压力对生成芳烃有利。从增加芳烃产率的角度看，高温低压有利 c）