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         石油煉化七種常用工藝流程


      2016-05-26 總公司技術部 興豐高科實業XF

      從原油到石油要經過多種工藝流程,不同的工藝流程會將同樣的原料生產出不同的產品,從原料、產品、基本概念到生產工藝和生產設備,了解每一個工藝流程。


      從原油到石油的基本途徑一般為:

      ①將原油先按不同產品的沸點要求,分割成不同的直餾餾分油,然后按照產品的質量標準要求,除去這些餾分油中的非理想組分;

      ②通過化學反應轉化,生成所需要的組分,進而得到一系列合格的石油產品。


      石油煉化常用的工藝流程為常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、加氫裂化、溶劑脫瀝青、加氫精制、催化重整。



      (一)常減壓蒸餾



      1.原料:原油等。


      2.產品:石腦油、粗柴油(瓦斯油)、渣油、瀝青、減一線。


      3.基本概念:

      常減壓蒸餾是常壓蒸餾和減壓蒸餾的合稱,基本屬物理過程:原料油在蒸餾塔里按蒸發能力分成沸點范圍不同的油品(稱為餾分),這些油有的經調合、加添加劑后以產品形式出廠,相當大的部分是后續加工裝置的原料。


      常減壓蒸餾是煉油廠石油加工的第一道工序,稱為原油的一次加工,包括三個工序:a.原油的脫鹽、脫水;b.常壓蒸餾;c.減壓蒸餾。


      4.生產工藝:

      原油一般是帶有鹽份和水,能導致設備的腐蝕,因此原油在進入常減壓之前首先進行脫鹽脫水預處理,通常是加入破乳劑和水。


      原油經過流量計、換熱部分、沏餾塔形成兩部分,一部分形成塔頂油,經過冷卻器、流量計,最后進入罐區,這一部分是化工輕油(即所謂的石腦油);一部分形成塔底油,再經過換熱部分,進入常壓爐、常壓塔,形成三部分,一部分柴油,一部分蠟油,一部分塔底油;剩余的塔底油在經過減壓爐,減壓塔,進一步加工,生成減一線、蠟油、渣油和瀝青。


      各自的收率:石腦油(輕汽油或化工輕油)占1%左右,柴油占20%左右,蠟油占30%左右,渣油和瀝青約占42%左右,減一線約占5%左右。


      常減壓工序是不生產汽油產品的,其中蠟油和渣油進入催化裂化環節,生產汽油、柴油、煤油等成品油;石腦油直接出售由其他小企業生產溶劑油或者進入下一步的深加工,一般是催化重整生產溶劑油或提取萃類化合物;減一線可以直接進行調劑潤滑油。


      5.生產設備:

      常減壓裝置是對原油進行一次加工的蒸餾裝置,即將原油分餾成汽油、煤油、柴油、蠟油、渣油等組分的加工裝置。原油蒸餾一般包括常壓蒸餾和減壓蒸餾兩個部分。


      a.常壓蒸餾塔

      所謂原油的常壓蒸餾,即為原油在常壓(或稍高于常壓)下進行的蒸餾,所用的蒸餾設備叫做原油常壓精餾塔(或稱常壓塔)。


      常壓蒸餾剩下的重油組分分子量大、沸點高,且在高溫下易分解,使餾出的產品變質并生產焦炭,破壞正常生產。因此,為了提取更多的輕質組分,往往通過降低蒸餾壓力,使被蒸餾的原料油沸點范圍降低。這一在減壓下進行的蒸餾過程叫做減壓蒸餾。


      b.減壓蒸餾塔

      減壓蒸餾是在壓力低于100KPa的負壓狀態下進行的蒸餾過程。減壓蒸餾的核心設備是減壓塔和它的抽真空系統。


      減壓塔的抽真空設備常用的是蒸汽噴射器(也稱蒸汽吸射泵)或機械真空泵。其中機械真空泵只在一些干式減壓蒸餾塔和小煉油廠的減壓塔中采用,而廣泛應用的是蒸汽噴射器。



      (二)催化裂化



      一般原油經過常減壓蒸餾后可得到的汽油,煤油及柴油等輕質油品僅有10~40% ,其余的是重質餾分油和殘渣油。如果想得到更多輕質油品,就必須對重質餾分和殘渣油進行二次加工。催化裂化是最常用的生產汽油、柴油生產工序,汽油柴油主要是通過該工藝生產出來。這也是一般石油煉化企業最重要的生產的環節。


      1.原料:

      渣油和蠟油70%左右,催化裂化一般是以減壓餾分油和焦化蠟油為原料,但是隨著原油日益加重以及對輕質油越來越高的需求,大部分石煉化企業開始在原料中攙加減壓渣油,甚至直接以常壓渣油作為原料進行煉制。


      2.產品:

      汽油、柴油、油漿(重質餾分油)、液體丙烯、液化氣;各自占比汽油占42%,柴油占21.5%,丙烯占5.8%,液化氣占8%,油漿占12%。


      3.基本概念:

      催化裂化是在有催化劑存在的條件下,將重質油(例如渣油)加工成輕質油(汽油、煤油、柴油)的主要工藝,是煉油過程主要的二次加工手段。屬于化學加工過程。


      4.生產工藝:

      常渣和臘油經過原料油緩沖罐進入提升管、沉降器、再生器形成油氣,進入分餾塔。


      一部分油氣進入粗汽油塔、吸收塔、空壓機進入凝縮油罐,經過再吸收塔、穩定塔、最后進行汽油精制,生產出汽油。


      一部分油氣經過分餾塔進入柴油汽提塔,然后進行柴油精制,生產出柴油。一部分油氣經過分餾塔進入油漿循環,最后生產出油漿。


      一部分油氣經分餾塔進入液態烴緩沖罐,經過脫硫吸附罐、砂濾塔、水洗罐、脫硫醇抽提塔、預堿洗罐、胺液回收器、脫硫抽提塔、緩沖塔,最后進入液態烴罐,形成液化氣。


      一部分油氣經過液態烴緩沖罐進入脫丙烷塔、回流塔、脫乙烷塔、精丙稀塔、回流罐,最后進入丙稀區球罐,形成液體丙稀。液體丙稀再經過聚丙稀車間的進一步加工生產出聚丙稀。


      5.生產設備:

      a.再生器

      再生器的主要作用是燒去結焦催化劑上的焦炭以恢復催化劑的活性,同時也提供裂化所需的熱量。再生器由殼體、旋風分離器、空氣分布器、輔組燃燒室和取熱器組成


      b.提升管反應器

      直管式:多用于高低并列式反再系統,特點是從沉降器底部直接插入,結構簡單,壓降小。

      折疊式:多用于同軸式式反再系統。


      c.沉降器

      沉降器的作用是使來自提升管的反應油氣和催化劑分離,油氣經旋風分離器分出夾帶催化劑后經集氣室去分餾系統;由快速分離器出來的催化劑靠重力在沉降器中向下沉降,落入氣體段。


      d.三機

      主風機:供給再生器燒焦用空氣。

      氣壓機:用于給分餾系統來的富氣升壓,然后送往吸收穩定系統。

      增壓機:供給Ⅳ型反應再生裝置密相提升管調節催化劑循環量。


      e.三閥

      單動滑閥: 在Ⅳ型催化裂化裝置中,正常操作時全開,緊急情況下關閉,切斷兩器聯系,防止催化劑倒流;在提升管催化裂化裝置中調節兩器催化劑循環量。

      雙動滑閥:安裝在再生器出口和放空煙囪之間,調節再生器的壓力,保持兩器壓力平衡。

      塞閥:在同軸式催化裂化裝置中調節催化劑的循環量。



      (三)延遲焦化



      焦炭化(簡稱焦化)是深度熱裂化過程,也是處理渣油的手段之一。它又是唯一能生產石油焦的工藝過程,是任何其他過程所無法代替的。尤其是某些行業對優質石油焦的特殊需求,致使焦化過程在煉油工業中一直占據著重要地位。


      1.原料:

      延遲焦化與催化裂化類似的脫碳工藝以改變石油的碳氫比,延遲焦化的原料可以是重油、渣油甚至是瀝青,對原料的品質要求比較低。渣油主要的轉化工藝是延遲焦化和加氫裂化。


      2.產品:

      主要產品是蠟油、柴油、焦碳、粗汽油和部分氣體,各自比重分別是:蠟油占23-33%,柴油22-29%,焦碳15-25%,粗汽油8-16%,氣體7-10%,外甩油1-3%。


      3.基本概念

      焦化是以貧氫重質殘油(如減壓渣油、裂化渣油以及瀝青等)為原料,在高溫(400~500℃)下進行深度熱裂化反應。通過裂解反應,使渣油的一部分轉化為氣體烴和輕質油品;由于縮合反應,使渣油的另一部分轉化為焦炭。一方面由于原料重,含相當數量的芳烴,另一方面焦化的反應條件更加苛刻,因此縮合反應占很大比重,生成焦炭多。


      4.生產工藝

      延遲焦化裝置的生產工藝分為焦化和除焦兩部分,焦化為連續操作,除焦為間隙操作。由于工業裝置一般設有兩個或四個焦炭塔,所以整個生產過程仍為連續操作。


      a.原油預熱,焦化原料(減壓渣油)先進入原料緩沖罐,再用泵送入加熱爐對流段升溫至340~350 ℃ 左右。


      b.經預熱后的原油進入分餾塔底,與焦炭塔產出的油氣在分餾塔內(塔底溫度不超過400℃)換熱。


      c.原料油和循環油一起從分餾塔底抽出,用熱油泵打進加熱爐輻射段,加熱到焦化反應所需的溫度(500 ℃ 左右),再通過四通閥由下部進入焦炭塔,進行焦化反應。


      d.原料在焦炭塔內反應生成焦炭聚積在焦炭塔內,油氣從焦炭塔頂出來進入分餾塔,與原料油換熱后,經過分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。塔底循環油和原料一起再進行焦化反應。


      5.生產設備

      a.焦炭塔

      焦炭塔是用厚鍋爐鋼板制成的空筒,是進行焦化反應的場所。


      b.水力除焦設備

      焦炭塔是輪換使用的,即當一個塔內焦炭聚結到一定高度時,通過四通閥將原料切換到另一個焦炭塔.聚結焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷卻,然后進行水力除焦。


      c. 無焰燃燒爐

      焦化加熱爐是本裝置的核心設備,其作用是將爐內迅速流動的渣油加熱至500℃左右的高溫。因此,要求爐內有較高的傳熱速率以保證在短時間內給油提供足夠的熱量,同時要求提供均勻的熱場,防止局部過熱引起爐管結焦。為此,延遲焦化通常采用無焰爐。



      (四)加氫裂化



      重油輕質化基本原理是改變油品的相對分子質量和氫碳比,而改變相對分子質量和氫碳比往往是同時進行的。改變油品的氫碳比有兩條途徑,一是脫碳,二是加氫。


      1.原料:重質油等


      2.產品:輕質油(汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烴的原料)


      3.基本概念

      加氫裂化屬于石油加工過程的加氫路線,是在催化劑存在下從外界補入氫氣以提高油品的氫碳比。


      加氫裂化實質上是加氫和催化裂化過程的有機結合,一方面能使重質油品通過裂化反應轉化為汽油、煤油和柴油等輕質油品,另一方面又可防止像催化裂化那樣生成大量焦炭,而且還可將原料中的硫、氯、氧化合物雜質通過加氫除去,使烯烴飽和。


      4.生產流程

      按反應器中催化劑所處的狀態不同,可分為固定床、沸騰床和懸浮床等幾種型式。


      (1)固定床加氫裂化

      固定床是指將顆粒狀的催化劑放置在反應器內,形成靜態催化劑床層。原料油和氫氣經升溫、升壓達到反應條件后進入反應系統,先進行加氫精制以除去硫、氮、氧雜質和二烯烴,再進行加氫裂化反應。反應產物經降溫、分離、降壓和分餾后,目的產品送出裝置,分離出含氫較高  (80%,90%)的氣體,作為循環氫使用。


      未轉化油(稱尾油)可以部分循環、全部循環或不循環一次通過。


      (2)沸騰床加氫裂化

      沸騰床(又稱膨脹床)工藝是借助于流體流速帶動具有一定顆粒度的催化劑運動,形成氣、液、固三相床層,從而使氫氣、原料油和催化劑充分接觸而完成加氫反應過程。


      沸騰床工藝可以處理金屬含量和殘炭值較高的原料(如減壓渣油).并可使重油深度轉化;但反應溫度較高,一般在400~450℃范圍內。


      此種工藝比較復雜,國內尚未工業化。


      (3)懸浮床(漿液床)加氫工藝

      懸浮床工藝是為了適應非常劣質的原料而重新得到重視的一種加氫工藝。其原理與沸騰床相類似,其基本流程是以細粉狀催化劑與原料預先混合,再與氫氣一向進入反應器自下而上流動,催化劑懸浮于液相中,進行加氫裂化反應,催化劑隨著反應產物一起從反應器頂部流出。


      該裝置能加工各種重質原油和普通原油渣油,但裝置投資大。該工藝目前在國內尚屬研究開發階段。


      5.生產設備

      加氫工藝生產裝置的主要設備是在高溫、高壓及有氫氣和硫化氫存在的條件下運行的,故其設計、制造和材料的選用等要求都很高,對生產操作的控制也極嚴格。


      高壓加氫反應器是裝置中的關鍵設備,工作條件苛刻,制造困難,價格昂貴。


      根據介質是否直接接觸金屬器壁,分為冷壁反應器和熱壁反應器兩種結構。反應器由筒體和內部結構兩部分組成。


      a.加氫反應器筒體

      反應器筒體分為冷壁筒和熱壁筒兩種。


      b.加氫反應器內件

      加氫反應是在高溫高壓及有腐蝕介質(H2、H2S)的條件下操作,除了在材質上要注意防止氫腐蝕及其他介質的腐蝕以外,加氫反應器還應保證:反應物(油氣和氫)在反應器中分布均勻,保證反應物與催化劑有良好的接觸;及時排除反應熱,避免反應溫度過高和催化劑過熱.以保證最佳反應條件和延長催化劑壽命;在反應物均勻分布的前提下,反應器內部的壓力降不致過大,以減少循環壓縮機的負荷,節省能源。


      為此,反應器內部需設置必要的內部構件,以達到氣液均勻分布為主要目標。典型的反應器內構件包括:入口擴散器、氣液分配盤、去垢籃筐、催化劑支持盤、急冷氫箱及再分配盤、出口集合器等。



      (五)溶劑脫瀝青



      溶劑脫瀝青是一個劣質渣油的預處理過程。用萃取的方法,從原油蒸餾所得的減壓渣油(有時也從常壓渣油)中,除去膠質和瀝青,以制取脫瀝青油同時生產石油瀝青的一種石油產品精制過程。


      1.原料:減壓渣油或者常壓渣油等重質油


      2.產品:脫瀝青油等


      3.基本概念

      溶劑脫瀝青是加工重質油的一種石油煉制工藝,其過程是以減壓渣油等重質油為原料,利用丙烷、丁烷等烴類作為溶劑進行萃取,萃取物即脫瀝青油可做重質潤滑油原料或裂化原料,萃余物脫油瀝青可做道路瀝青或其他用途。


      4.生產流程

      包括萃取和溶劑回收。萃取部分一般采取一段萃取流程,也可采取二段萃取流程。


      瀝青與重脫瀝青油溶液中含丙烷少,采用一次蒸發及汽提回收丙烷,輕脫瀝青油溶液中含丙烷較多,采用多效蒸發及汽提或臨界回收及汽提回收丙烷,以減少能耗。


      臨界回收過程,是利用丙烷在接近臨界溫度和稍高于臨界壓力(丙烷的臨界溫度96.8℃、臨界壓力4.2MPa)的條件下,對油的溶解度接近于最小以及其密度也接近于最小的性質,使輕脫瀝青油與大部分丙烷在臨界塔內沉降、分離,從而避免了丙烷的蒸發冷凝過程,因而可較多地減少能耗。


      國內的溶劑脫瀝青工藝流程主要有沉降法二段脫瀝青工藝、臨界回收脫瀝青工藝、超臨界抽提溶劑脫瀝青工藝。


      (1)沉降法二段脫瀝青工藝

      沉降法兩段脫瀝青是在常規一段脫瀝青基礎上發展起來的。在研究大慶減壓渣油的特有性質的基礎上,注意到常規的丙烷脫瀝青不能充分利用好該資源,而開發出的一種新脫瀝青工藝


      (2)臨界回收脫瀝青工藝

      溶劑對油的溶解能力隨溫度的升高而降低,當溫度和壓力接近到臨界條件時,溶劑對油的溶解能力已降到很低,這時,該丙烷溶劑經冷卻后可直接循環使用,不必經過蒸發回收。


      (3)超臨界抽提溶劑脫瀝青工藝

      超臨界流體抽提是利用抽提體系在臨界區附近具有反常的相平衡特性及異常的熱力學性質,通過改變溫度、壓力等參數,使體系內組分間的相互溶解度發生劇烈變化,從而實現組分分離的技術


      5.生產設備


      a.抽提塔

      抽提塔的作用有:在渣油進口和主溶劑進口之間為抽提區,渣油進口以上部分為分餾區,主溶劑進口以下為瀝青沉降區。


      b.溶劑臨界/超臨界回收塔

      脫瀝青油溶液分離器又稱為超臨界塔或臨界塔,它實際上是一個可在溶劑臨界壓力以上操作的液—液分離器,用以回收脫瀝青油溶液中的溶劑。


      c.增壓泵

      脫瀝青油溶液增壓泵是實現超臨界溶劑回收工藝的關鍵設備,它需要具有1.5Mpa 以上的揚程,入口能承受高的壓力和溫度,泵的作用是能保證實現溶劑在系統內循環。



      (六)加氫精制



      加氫精制一般是指對某些不能滿足使用要求的石油產品通過加氫工藝進行再加工,使之達到規定的性能指標。


      1.精制原料:

      含硫、氧、氮等有害雜質較多的汽油、柴油、煤油、潤滑油、石油蠟等。


      2.精制產品:

      精制改質后的汽油、柴油、煤油、潤滑油、石油蠟等產品。


      3.基本概念

      加氫精制工藝是各種油品在氫壓力下進行催化改質的一個統稱。它是指在一定的溫度和壓力、有催化劑和氫氣存在的條件下,使油品中的各類非烴化合物發生氫解反應,進而從油品中脫除,以達到精制油品的目的。


      加氫精制主要用于油品的精制,其主要目的是通過精制來改善油品的使用性能。


      4.生產流程

      加氫精制的工藝流程一般包括反應系統、生成油換熱、冷卻、分離系統和循環氫系統三部分。


      a.反應系統

      原料油與新氫、循環氫混合,并與反應產物換熱后,以氣液混相狀態進入加熱爐(這種方式稱爐前混氫),加熱至反應溫度進入反應器。


      反應器進料可以是氣相(精制汽油時),也可以是氣液混相(精制柴油或比柴油更重的油品時)。反應器內的催化劑一般是分層填裝,以利于注冷氫來控制反應溫度。循環氫與油料混合物通過每段催化劑床層進行加氫反應。


      b.生成油換熱、冷卻、分離系統

      反應產物從反應器的底部出來,經過換熱、冷卻后,進入高壓分離器。


      在冷卻器前要向產物中注入高壓洗滌水,以溶解反應生成的氨和部分硫化氫。


      反應產物在高壓分離器中進行油氣分離,分出的氣體是循環氫,其中除了主要成分氫外,還有少量的氣態烴(不凝氣)和未溶于水的硫化氫;分出的液體產物是加氫生成油,其中也溶解有少量的氣態烴和硫化氫;


      生成油經過減壓再進入低壓分離器進一步分離出氣態烴等組分,產品去分餾系統分離成合格產品。


      c.循環氫系統

      從高壓分離器分出的循環氫經儲罐及循環氫壓縮機后,小部分(約30%)直接進入反應器作冷氫,其余大部分送去與原料油混合,在裝置中循環使用。為了保證循環氫的純度,避免硫化氫在系統中積累,常用硫化氫回收系統。一般用乙醇胺吸收除去硫化氫,富液(吸收液)再生循環使用,解吸出來的硫化氫送到制硫裝置回收硫磺,凈化后的氫氣循環使用。


      5.生產設備


      a.加熱爐

      原料油與新氫、循環氫混合,并與反應產物換熱后,以氣液混相狀態進入加熱爐加熱至反應溫度進入反應器。


      b.反應器

      換熱、爐后混氫進入反應器。


      在反應器催化劑床層反應,硫、氧、氮和金屬化合物等即變為易于除掉的物質(通過加氫變為硫化氫、水及氨等),烯烴同時被飽和。


      c.高壓低壓分離器

      加氫生成油經過換熱和水冷后依次進入高壓,低壓分離器。


      d. 汽提塔

      從低壓分離器來的加氫生成油與汽提過的加氫生成油換熱,并進入加熱爐加熱,然后進入汽提塔,其作用是把殘留在油中的氣體及輕餾分汽提掉。汽提塔底出來的生成油經過換熱和水冷卻后,為加氫精制產品。



      (七)催化重整



      1.主要原料:

      石腦油(輕汽油、化工輕油、穩定輕油),其一般在煉油廠進行生產,有時在采油廠的穩定站也能產出該項產品。質量好的石腦油含硫低,顏色接近于無色。


      2.主要產品:

      高辛烷值的汽油、苯、甲苯、二甲苯等產品(這些產品是生產合成塑料、合成橡膠、合成纖維等的主要原料)、還有大量副產品氫氣。


      3.基本概念


      重整:烴類分子重新排列成新的分子結構。


      催化重整裝置:用直餾汽油(即石腦油)或二次加工汽油的混合油作原料,在催化劑(鉑或多金屬)的作用下,經過脫氫環化、加氫裂化和異構化等反應,使烴類分子重新排列成新的分子結構,以生產C6~C9芳烴產品或高辛烷值汽油為主要目的,并利用重整副產氫氣供二次加工的熱裂化、延遲焦化的汽油或柴油加氫精制。4.生產流程


      根據催化重整的基本原理,一套完整的重整工業裝置大都包括原料預處理和催化重整兩部分。以生產芳烴為目的的重整裝置還包括芳烴抽提和芳烴精餾兩部分。


      a.原料預處理

      將原料切割成適合重整要求的餾程范圍和脫去對催化劑有害的雜質。

      預處理包括:預脫砷、預分餾、預加氫三部分。


      b.催化重整

      催化重整是將預處理后的精制油采用多金屬(鉑錸、鉑銥、鉑錫)催化劑在一定的溫度、壓力條件下,將原料油分子進行重新排列,產生環烷脫氫、芳構化、異構化等主要反應,以增產芳烴或提高汽油辛烷值為目的。


      工業重整裝置廣泛采用的反應系統流程可分為兩大類:固定床反應器半再生式工藝流程和移動床反應器連續再生式工藝流程。


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