第七章 石油煉制

第七章石油煉制第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容原油性質(zhì)石油產(chǎn)品：主要產(chǎn)品性能與牌號蒸餾原理常減壓車間：精餾塔、減壓塔、加熱爐催化裂化原理常用動力設(shè)備：旋風(fēng)分離器、換熱器第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月原油的性質(zhì)第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月原油的組分TypicalOilGasolineC4toC10 27%KeroseneC11toC13 13%Diesel C14toC18 12%HeavygasoilC19toC25 10%LubricatingoilC26-C40 20%Residue >C40 18%第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月石油產(chǎn)品汽油：為汽油發(fā)動機(jī)燃料油。煤油：點(diǎn)燈照明、航空噴氣發(fā)動機(jī)燃料。柴油：柴油發(fā)動機(jī)燃料。重油：部分熱力發(fā)電廠燃料。潤滑油：各種運(yùn)動設(shè)備潤滑。石蠟：包裝材料、化妝品原料及蠟制品。瀝青：高速公路、建筑第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油的標(biāo)號與性能汽車用油主要成分是C5H12~C12H26烴類混合物，當(dāng)汽油蒸氣在汽缸內(nèi)燃燒時(活塞將汽油與空氣混合壓縮后，火花塞再點(diǎn)火燃燒)，常因燃燒急速而發(fā)生引擎不正常燃爆現(xiàn)象，稱為爆震(震爆)。汽油一旦辛烷值過低，將使引擎內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)震爆現(xiàn)象，造成機(jī)件傷害連續(xù)的震爆容易燒壞氣門，活塞等機(jī)件。第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒的抗震程度以辛烷值表示，辛烷值越高表示抗震能力愈高。其中燃燒正庚烷CH3(CH2)5CH3的震爆情形最嚴(yán)重，定義其辛烷值為０。異辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)的辛烷值定義為100。辛烷值可為負(fù)，也可以超過100。當(dāng)某種汽油之震爆性與90%異辛烷和10%正庚烷之混合物之震爆性相當(dāng)時，其辛烷值定為90。如環(huán)戊烷之辛烷值為85，表示燃燒環(huán)戊烷時與燃燒85%異辛烷和15%正庚烷之混合物之震爆性相當(dāng)。第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油亦可再加入其它添加物而提升辛烷值。如普通汽油辛烷值約為50，加入四乙基鉛(C2H5)4Pb時，其辛烷值提高至75左右，為除去鉛在引擎內(nèi)之沉積，再加入二溴乙烷，使產(chǎn)生PbBr2微粒排放出來，但造成環(huán)境之污染。一般無鉛汽油不含四乙基鉛，改用甲基第三丁基醚，甲醇，乙醇，第三丁醇等添加物。辛烷值只是一個相對指標(biāo)，而不是真的只以正庚烷或異辛烷來混合，所以有些燃油再滲合其它添加劑時的辛烷值可以超過100，可以為負(fù)。第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油性能分類：180℃~370℃輕，350℃~410℃重用途：小型高速柴油機(jī)；低速柴油機(jī)。輕柴油主要指標(biāo)：燃燒性能、抗爆性能（十六烷值越高，抗爆性能越好）、凝固點(diǎn)和粘度牌號輕柴油的牌號就以凝固點(diǎn)的高低來規(guī)定，分別有10號、0號、-10號、-20號和-35號五種牌號第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸餾操作的用途許多生產(chǎn)工藝常常涉及到互溶液體混合物的分離問題，如石油煉制品的切割，有機(jī)合成產(chǎn)品的提純，溶劑回收和廢液排放前的達(dá)標(biāo)處理等等。分離的方法有多種，工業(yè)上最常用的是蒸餾或精餾。蒸餾操作實例：石油煉制中使用的250萬噸常減壓裝置第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月原油精餾常壓塔Atmospherecolumn汽油、煤油、柴油減壓塔Vacuumcolumn潤滑油、油渣第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月減壓塔流程減壓塔的功能沸點(diǎn)在500℃以上的裂化原料和潤滑油原料中所含有的大分子烴類在450℃以上發(fā)生裂解反應(yīng)，生成焦炭，影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。減壓塔工藝加熱410℃，頂部2.7kPa～10.7kPa塔底吹入過熱蒸氣以降低塔內(nèi)的油氣分壓第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸餾的分類簡單蒸餾或平衡蒸餾：用在分離要求不高的情況下。精餾：分離純度要求很高時采用。特殊精餾：混合物中各組分揮發(fā)性相差很小，難以用普通精餾分離，借助某些特殊手段進(jìn)行的精餾。間歇精餾：多用于小批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場合。連續(xù)精餾：多用于大批量工業(yè)生產(chǎn)中。第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月常壓蒸餾：蒸餾在常壓下進(jìn)行。減壓蒸餾：常壓下物系沸點(diǎn)較高或熱敏性物質(zhì)不能承受高溫的情況加壓蒸餾：常壓下為氣體的物系精餾分離，加壓提高混合物的沸點(diǎn).多組分精餾：例如原油的分離。雙組分精餾：如乙醇-水體系,苯-甲苯體系等。第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸餾操作的用途許多生產(chǎn)工藝常常涉及到互溶液體混合物的分離問題，如石油煉制品的切割，有機(jī)合成產(chǎn)品的提純，溶劑回收和廢液排放前的達(dá)標(biāo)處理等等。分離的方法有多種，工業(yè)上最常用的是蒸餾或精餾。蒸餾操作實例：石油煉制中使用的250萬噸常減壓裝置第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月石油精餾塔工藝特點(diǎn)有多個側(cè)線出料口：分離精度不要求像純化合物蒸餾那樣高。提濃段很短，3～4塊塔板；在塔底通入過熱水蒸氣中段回流。原油各餾分的平均沸點(diǎn)相差很大，為使負(fù)荷均勻并回收高溫下的熱量，采用中段回流取熱（即在塔中部抽出液體，經(jīng)換熱冷卻回收熱量后再送回塔內(nèi)）。第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸餾原理工作原理:利用液體混合物中各組分(component)揮發(fā)性(volatility)差異，以熱能為媒介使其部分汽化從而在汽相富集輕組分液相富集重組分而分離的方法。閃蒸罐塔頂產(chǎn)品yAxA加熱器原料液塔底產(chǎn)品Q減壓閥第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月t/

Cx(y)01.0露點(diǎn)線泡點(diǎn)線露點(diǎn)泡點(diǎn)xAyAxf氣相區(qū)液相區(qū)兩相區(qū)汽液相平衡圖在總壓一定的條件下，將組成為xf

的溶液加熱至該溶液的泡點(diǎn)tA，產(chǎn)生第一個氣泡的組成為

yA。繼續(xù)加熱，隨溫度升高，物系變?yōu)榛コ善胶獾钠簝上啵瑑上鄿囟认嗤M成分別為yA和xA。第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月精餾原理若將第1級溶液部分氣化所得氣相產(chǎn)品在冷凝器中加以冷凝,然后再將冷凝液在第2級中部分氣化,此時所得氣相組成為y2，y2＞y1,這種部分氣化的次數(shù)（級數(shù)）愈多,所得到的蒸汽濃度也愈高。多次部分氣化的分離示意圖第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月精餾原理使上一級的液相回流與下一級的氣相直接接觸，就可以將上圖所示的流程演變?yōu)橛覉D所示的分離流程，從而省去了逐級使用的中間加熱器和冷凝器。將每一級中間產(chǎn)品返回到下一級中，不僅可以提高產(chǎn)品的收率，而且是過程進(jìn)行的必不可少條件。無中間產(chǎn)品的多次部分氣化的分離示意圖第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月精餾原理同一層隔板上,自下而上的有較高溫度的氣相與反方向的較低溫度的液相相遇.通過熱交換,氣相部分冷凝,液相則部分氣化.若混合系統(tǒng)存在恒沸點(diǎn),則只能得到一個純組分和恒沸混合物x50.00.20.40.60.81.0lgC6H5CH3(A)C6H6(B)xBt/℃1401208010060y5y3y2y4y1x0x4x3t3t2t1t4t5精餾分離原理x2x1160往塔頂?shù)姿?6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月料液,xFFeed塔頂產(chǎn)品,xDOverheadproduct塔底產(chǎn)品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux再沸器Reboiler冷凝器condenser12mm+1N進(jìn)料板精餾段提餾段精餾段作用：上升汽相中重組分向液相傳遞，液相中輕組分向汽相傳遞，完成上升蒸氣輕組分精制。提餾段作用：下降液體中輕組分向汽相傳遞，汽相中重組分向液相傳遞，完成下降液體重組分提濃。精餾與蒸餾的區(qū)別：汽相和液相的部分回流。精餾原理第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月催化裂化在熱和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹?、汽油和柴油等的過程原料：原油蒸餾或其他煉油裝置的350~540℃餾分的重質(zhì)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29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月重油的催化裂化重油催化裂化（residuefluidcatalyticcracking，即RFCC）工藝的產(chǎn)品是市場極需的高辛烷值汽油餾分，輕柴油餾分和石油化學(xué)工業(yè)需要的氣體原料。采用分子篩催化劑、提升管反應(yīng)器和鈍化劑，產(chǎn)品分布接近一般流化催化裂化工藝典型的重油是餾程大于350℃的常壓渣油或加氫脫硫常壓渣油。第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月重油的催化裂化工藝從加熱爐或換熱器出來的原料經(jīng)大量蒸汽和噴嘴霧化后，進(jìn)入輸送管，與從再生器來的熱再生催化劑混合，然后一道進(jìn)入提升管反應(yīng)器的催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，由此生成的氣相產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器脫除其中的催化劑后進(jìn)入分餾系統(tǒng)，分成干氣（C1~C2）、液化氣（C3~C4）、汽油、輕柴油（國外稱輕瓦斯油）、重柴油（國外稱重瓦斯油）和澄清油等。所生成的多碳粘稠產(chǎn)物附于催化劑上，隨催化劑向下經(jīng)汽提段，逐漸變成焦炭；附有焦炭的催化劑離開汽提段后，進(jìn)入再生器再生。第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月重油的催化裂化工藝再生采用兩個互相獨(dú)立的再生器進(jìn)行兩段再生。前一再生器控制在高的CO/CO2比下操作，焦炭中的絕大部分氫和一部分碳在此被燒掉，從而為后一再生器在無水存在的情況和高溫下操作而不致使催化劑嚴(yán)重減活創(chuàng)造條件。后一再生器可在有利于完全再生的強(qiáng)化條件（溫度達(dá)750℃）下操作。兩個再生器的煙氣分別通過各自的旋風(fēng)分離器排出。該工藝是熱平衡式的，所以，不需要象其他工藝那樣有取熱設(shè)施。第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔設(shè)備塔結(jié)構(gòu)必須滿足下列條件：在塔的各段建立一個穩(wěn)定的溫度分布；向上運(yùn)動的低沸點(diǎn)組分必須能充分與各溫度層的液體進(jìn)行傳質(zhì)傳熱；各餾分層的液體必須有一定的量與低沸點(diǎn)組分氣體進(jìn)行傳質(zhì)，以便保持溫度的基本恒定。塔設(shè)備板式塔（浮閥、泡罩等），填料塔第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月板式塔結(jié)構(gòu)（1）錯流塔板：塔內(nèi)氣液兩相成錯流流動，即流體橫向流過塔板，而氣體垂直穿過液層，對整個塔來說，兩相基本上成逆流流動。錯流塔板降液管的設(shè)置方式及堰高可以控制板上液體流徑與液層厚度，以期獲得較高的效率。流體橫過塔板時要克服各種阻力，因而使板上液層出現(xiàn)位差，此位差稱之為液面落差。液面落差大時，能引起板上氣體分布不均，降低分離效率。第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月板式塔結(jié)構(gòu)（2）逆流塔板亦稱穿流板，板間不設(shè)降液管，氣液兩相同時由板上孔道逆向穿流而過。柵板、淋降篩板等都屬于逆流塔板。這種塔板結(jié)構(gòu)雖簡單，板面利用率也高，但需要較高的氣速才能維持板上液層，操作范圍較小，分離效率也低，工業(yè)上應(yīng)用較少。第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔的結(jié)構(gòu)板式塔：多層塔板填料塔第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月板式塔1－塔盤板3－拉桿5－塔盤圈7－螺栓9－壓板11－石棉繩2－降液管4－定距管6－吊耳8－螺母10－壓圈第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月浮閥塔板第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月泡帽塔板圖1－7泡帽結(jié)構(gòu)第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔板效率的影響因素物系性質(zhì)液體的粘度、密度直接影響板上液流的湍動程度，進(jìn)而影響傳質(zhì)系數(shù)和氣液接觸面積。表面張力影響泡沫生成的數(shù)量、大小及其穩(wěn)定性，因而也影響接觸面積的大小。物系的分子擴(kuò)散系數(shù)對傳質(zhì)系數(shù)有直接影響，而相對揮發(fā)度等相平衡常數(shù)的影響則體現(xiàn)在傳質(zhì)推動力和過程速率的控制因素之中。第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔板型式與結(jié)構(gòu)塔板結(jié)構(gòu)因素主要包括板間距、堰高、塔徑以及液體在板上的流徑長度等。液體在塔板上的流徑愈長，氣液接觸時間就愈長，有利于提高分離效果；但是液面落差也隨之加大，不利于氣體均勻分布，使分離效果降低。操作條件指溫度、壓強(qiáng)、氣體上升速度、溢流強(qiáng)度、氣液流量比等因素，其中氣速的影響尤為重要。在避免大量霧沫夾帶和避免發(fā)生淹塔現(xiàn)象的前提下，增大氣速對于提高塔板效率一般是有利的第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月填料塔結(jié)構(gòu)填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，使氣液交換更充分填料支承架液體收集器液體分布器填料壓板第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)拉西環(huán)(b)鮑爾環(huán)(c)階梯環(huán)(d)

環(huán)(e)矩鞍環(huán)(f)規(guī)整填料(g)壓延孔波紋填料填料第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月液體分布器第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月填料塔的優(yōu)缺點(diǎn)填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月動力設(shè)備泵離心泵，螺桿泵，水環(huán)泵，真空噴射泵壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)，螺桿壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)離心式鼓風(fēng)機(jī)，羅茨鼓風(fēng)機(jī)加熱爐管式加熱爐第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月水環(huán)真空泵原理第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月真空噴射泵水蒸汽作為動力介質(zhì)的噴射泵形成真空是一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。其輸送的高速噴射相當(dāng)于聲速的幾倍，因此噴射泵也能夠輕而易舉地在真空中處理大容量的物質(zhì)。單級噴射泵只能克服其有限的壓縮比，當(dāng)抽吸壓力低時，幾個噴射泵必須串聯(lián)安裝。多級水蒸汽噴射真空泵的抽吸壓力可以達(dá)到低至0.01mbar。為了冷凝大部分的動力水蒸汽并使下一級的抽吸量減少到最小，一般在兩個噴射泵中間安置一個冷凝器。根據(jù)應(yīng)用場合，采用直接接觸冷凝器或表面冷凝器。第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月噴射真空泵原理第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月多級噴射真空泵第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月多級離心泵離心泵由葉輪、蝸殼等組成。它的基本原理是葉輪旋轉(zhuǎn)帶動液體運(yùn)動，使液體在蝸殼產(chǎn)生壓力，使液體從排出口排出，液體排出在葉輪中心產(chǎn)生負(fù)壓，在外界壓力作用下，液體從入口源源不斷地流入葉輪中，因而離心泵可以連續(xù)地輸送液體。多級離心泵由多級葉輪及定子流道組成，每一級提高一定壓力，最后可達(dá)7～10MPa第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月多級離心泵結(jié)構(gòu)第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月高速離心泵第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月離心泵軸向力平衡進(jìn)口壓力要小于出口壓力，將形成很大的軸向力，使軸承壽命縮短。平衡盤平衡軸向力。平衡鼓平衡軸向力。要點(diǎn)是在葉輪的背面有一個與離心泵入口相連的平衡室(Balancingchamber)，利用節(jié)流口與離心泵出口相連。第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月羅茨鼓風(fēng)機(jī)第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月旋流分離器第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q熱器第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月列管式換熱器管程第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月列管式換熱器類型第65頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月熱管式換熱器原理在實際工作中，熱量被導(dǎo)入熱管，熱管里的液體受熱變成蒸汽，然后從熱管中較熱的一端向較冷的一端轉(zhuǎn)移，散發(fā)熱量后，蒸汽還原成液體并回流到熱管中較熱的一端。實際應(yīng)用中，通過一種毛細(xì)現(xiàn)象，將液態(tài)水從低溫端輸送到高溫端，實現(xiàn)循環(huán)。第68頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月熱管元件分類工作溫度高溫?zé)峁?，范?00℃～800℃。中溫?zé)峁?，范?00℃～400℃。低溫?zé)峁?，范?℃～100℃。超低溫?zé)峁?，范?60℃～0℃。熱管的功能普通熱管（熱虹吸管），工業(yè)應(yīng)用熱管式換熱器?？勺儫釋?dǎo)熱管，可作為恒溫控制，如化學(xué)反應(yīng)器等。旋轉(zhuǎn)熱管，可作為旋轉(zhuǎn)體的傳熱元件，如電機(jī)軸等。微型熱管，可作為微型物體，如大規(guī)模電子集成塊。第69頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月熱管換熱器整體式熱管換熱器熱管的蒸發(fā)段和冷凝段同處于一個整體的上、下兩個空間