石油煉制【完整版】

第七章石油煉制內(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備：旋風分離器、換熱器原油的性質(zhì)原油的組分TypicalOilGasolineC4toC10 27%KeroseneC11toC13 13%Diesel C14toC18 12%HeavygasoilC19toC25 10%LubricatingoilC26-C40 20%Residue >C40 18%石油產(chǎn)品汽油：為汽油發(fā)動機燃料油。煤油：點燈照明、航空噴氣發(fā)動機燃料。柴油：柴油發(fā)動機燃料。重油：部分熱力發(fā)電廠燃料。潤滑油：各種運動設備潤滑。石蠟：包裝材料、化妝品原料及蠟制品。瀝青：高速公路、建筑汽油的標號與性能汽車用油主要成分是C5H12~C12H26烴類混合物，當汽油蒸氣在汽缸內(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，造成機件傷害連續(xù)的震爆容易燒壞氣門，活塞等機件。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，也可以超過100。當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。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，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。用途：小型高速柴油機；用途：小型高速柴油機；其中燃燒正庚烷CH3(CH2)5CH3的震爆情形最嚴重，定義其辛烷值為０。Vaporreflux提濃段很短，3～4塊塔板；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，造成機件傷害連續(xù)的震爆容易燒壞氣門，活塞等機件。離心泵，螺桿泵，水環(huán)泵，真空噴射泵原料：原油蒸餾或其他煉油裝置的350~540℃餾分的重質(zhì)油若將第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。十六烷辛烷辛烯兩個再生器的煙氣分別通過各自的旋風分離器排出。作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設備，使氣液交換更充分后一再生器可在有利于完全再生的強化條件（溫度達750℃）下操作。GasolineC4toC10 27%提濃段很短，3～4塊塔板；柴油性能分類：180℃~370℃輕，350℃~410℃重用途：小型高速柴油機；低速柴油機。輕柴油主要指標：燃燒性能、抗爆性能（十六烷值越高，抗爆性能越好）、凝固點和粘度牌號輕柴油的牌號就以凝固點的高低來規(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，有機合成產(chǎn)品的提純，溶劑回收和廢液排放前的達標處理等等。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250萬噸常減壓裝置原油精餾常壓塔Atmospherecolumn汽油、煤油、柴油減壓塔Vacuumcolumn潤滑油、油渣減壓塔流程減壓塔的功能沸點在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，生成焦炭，影響生產(chǎn)正常進行。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。常壓蒸餾：蒸餾在常壓下進行。減壓蒸餾：常壓下物系沸點較高或熱敏性物質(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.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。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，有機合成產(chǎn)品的提純，溶劑回收和廢液排放前的達標處理等等。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250萬噸常減壓裝置石油精餾塔工藝特點有多個側(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相差很大，為使負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)）。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t/

Cx(y)0露點線泡點線露點泡點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?，兩相溫度相同組成分別為yA和xA。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,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弦?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，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工業(yè)需要的氣體原料。采用分子篩催化劑、提升管反應器和鈍化劑，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。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，進入輸送管，與從再生器來的熱再生催化劑混合，然后一道進入提升管反應器的催化劑床層進行反應，由此生成的氣相產(chǎn)物經(jīng)旋風分離器脫除其中的催化劑后進入分餾系統(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，進入再生器再生。重油的催化裂化工藝再生采用兩個互相獨立的再生器進行兩段再生。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重減活創(chuàng)造條件。后一再生器可在有利于完全再生的強化條件（溫度達750℃）下操作。兩個再生器的煙氣分別通過各自的旋風分離器排出。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施。塔設備塔結(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；向上運動的低沸點組分必須能充分與各溫度層的液體進行傳質(zhì)傳熱；各餾分層的液體必須有一定的量與低沸點組分氣體進行傳質(zhì)，以便保持溫度的基本恒定。塔設備板式塔（浮閥、泡罩等），填料塔板式塔結(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。板式塔結(jié)構(gòu)（2）逆流塔板亦稱穿流板，板間不設降液管，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)上應用較少。塔的結(jié)構(gòu)板式塔：多層塔板填料塔板式塔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－壓圈浮閥塔板泡帽塔板圖1－7泡帽結(jié)構(gòu)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。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、氣體上升速度、溢流強度、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(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液體分布器填料塔的優(yōu)缺點填料塔具有生產(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。填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當液體負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)線進料和出料等復雜精餾不太適合等。動力設備泵離心泵，螺桿泵，水環(huán)泵，真空噴射泵壓縮機空氣壓縮機，螺桿壓縮機風機離心式鼓風機，羅茨鼓風機加熱爐管式加熱爐普通熱管（熱虹吸管），工業(yè)應用熱管式換熱器。簡單蒸餾或平衡蒸餾：用在分離要求不高的情況下。可變熱導熱管，可作為恒溫控制，如化學反應器等。精餾：分離純度要求很高時采用。汽車用油主要成分是C5H12~C12H26烴類混合物，當汽油蒸氣在汽缸內(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)。液面落差大時，能引起板上氣體分布不均，降低分離效率。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。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。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。C16H34→C8H18+C8H16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。水環(huán)真空泵原理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用領域。其輸送的高速噴射相當于聲速的幾倍，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)應用場合，采用直接接觸冷凝器或表面冷凝器。噴射真空泵原理多級噴射真空泵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7～10MPa多級離心泵結(jié)構(gòu)高速離心泵離心泵軸向力平衡進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。羅茨鼓風機旋流分離器換熱器列管式換熱器管程列管式換熱器類型熱管式換熱器原理在實際工作中，熱量被導入熱管，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。實際應用中，通過一種毛細現(xiàn)象，將液態(tài)水從低溫端輸送到高溫端，實現(xiàn)循環(huán)。熱管元件分類工作溫度高溫熱管，范圍400℃～800℃。中溫熱管，范圍100℃～400℃。低溫熱管，范圍0℃～100℃。超低溫熱管，范圍-60℃～0℃。熱管的功能普通熱管（熱虹吸管），工業(yè)應用熱管式換熱器?？勺儫釋峁?，可作為恒溫控制，如化學反應器等。旋轉(zhuǎn)熱管，可作為旋轉(zhuǎn)體的傳熱元件，如電機軸等。微型熱管，可作為微型物體，如大規(guī)模電子集成塊。熱管換熱器整體