7化工工艺学-第七章-石油炼制.pptx

第第7章章 石油炼制石油炼制 Petroleum-refine process 7.1 原油的组成与一般性质原油的组成与一般性质 7.2 燃料油的生产燃料油的生产 7.3 润滑油的生产润滑油的生产 7.1 原油的组成与一般性质原油的组成与一般性质 7.1.1 原油的元素组成原油的元素组成 原油是成份极其复杂的有机矿物质。原油是成份极其复杂的有机矿物质。主要元素：主要元素：C、H、S、O、N 其它金属及非金属元素其它金属及非金属元素 产地不一，各元素的比例也不同。具体情况见表产地不一，各元素的比例也不同。具体情况见表7.1.表表7.1 原油的元素组成原油的元素组成 产地产地 比重比重 元素组成元素组成 d420 C 大庆大庆 0.8615 85.74 13.31 0.11 0.15 胜利胜利 86.88 11.11 0.90 0.32 孤岛孤岛 0.9640 84.24 11.74 2.20 0.47 大港大港 0.8896 85.82 12.70 0.14 0.09 新疆新疆 86.13 13.30 0.12 0.28 美国美国 0.8740 84.90 13.70 0.50 -0.90 俄国俄国 83.90 12.30 2.67 0.33 0.74 7.1.2 原油的馏分和馏分组成原油的馏分和馏分组成 石油蒸馏时，低沸点成分先被蒸发出来。蒸馏出第一石油蒸馏时，低沸点成分先被蒸发出来。蒸馏出第一滴油时的气相温度称滴油时的气相温度称初馏点初馏点。蒸馏出。蒸馏出10%,20%油时油时的气相温度分别称为石油的的气相温度分别称为石油的10%,20%馏点。蒸馏到馏点。蒸馏到最后的气相最高温度叫最后的气相最高温度叫终馏点终馏点或或干点干点。蒸馏出来的成。蒸馏出来的成分称为分称为馏分馏分。初馏点初馏点 干点干点 42 C 馏程馏程 500 C 如航空汽油的馏程约为如航空汽油的馏程约为40 180 C 车用汽油的馏程约为车用汽油的馏程约为35 200 C 馏分的温度范围馏分的温度范围 石油馏分一般必须石油馏分一般必须再加工再加工后才能真正成为汽油、煤油等后才能真正成为汽油、煤油等产品。产品。200 C 汽油馏分或低沸馏分汽油馏分或低沸馏分 200 250 C 煤油、柴油馏分或中沸馏分煤油、柴油馏分或中沸馏分 350 500 C 润滑油馏分或高沸馏分润滑油馏分或高沸馏分 馏分馏分沸点升高沸点升高，C原子数原子数和和平均分子量平均分子量均增加。较详细均增加。较详细的馏分及沸点与的馏分及沸点与C原子数关系如表原子数关系如表7.2.表表 7.2 原油馏分的沸点与原油馏分的沸点与C原子数关系原子数关系 馏分馏分 沸点沸点 C数数 分子量分子量 航空汽油航空汽油 40 180 C C5 C10 100 120 车用汽油车用汽油 80 205 C C5 C11 100 120 溶剂油溶剂油 160 200 C C8 C11 100 120 灯用煤油灯用煤油 200 300 C C11 C17 180 200 轻柴油轻柴油 200 350 C C15 C20 210 240 低粘度润滑油低粘度润滑油 C20 300 360 高粘度润滑油高粘度润滑油 370 470 7.1.3 原油的烃类组成 n原油中烃类包括分子量为16的甲烷到分子量为2000左右的大分子化合物，甚至还有C125H234烃类。n原油中烷烃烷烃含量多。常温下C1C4为气体，C5C15为液体，C16以上为固体。n环烷烃环烷烃中主要有五元环五元环和六元环六元环的环烷烃。n芳香烃芳香烃有单环单环、双环双环和多环芳香烃多环芳香烃。n天然石油中一般不含不饱和烃不饱和烃，二次加工产品中才含有不饱和烃。n非烃类：含S、O、N的化合物，沥青质。n 元素量不多，但组成的化合物量多。特性因数特性因数 沸点高比重大沸点高比重大，但化学组成不同时，同沸点范围的馏，但化学组成不同时，同沸点范围的馏分其比重也不同。由实验总结出下列经验关系来表示分其比重也不同。由实验总结出下列经验关系来表示组成与比重的关系。组成与比重的关系。定义特性因数定义特性因数 烃类特性因数烃类特性因数K 烃类烃类 沸点沸点 C 相对密度相对密度 K 甲苯甲苯 110.6 0.867 10.03 甲基环已烷甲基环已烷 100.9 0.769 11.35 正庚烷正庚烷 98.4 0.684 12.77 6.156.153/1216.1dTK 平均沸点平均沸点 相对密度相对密度 烃类族组成烃类族组成 烃类族组成烃类族组成是指各族烃类的含量多少。是指各族烃类的含量多少。汽油馏分中主要有烷烃、环烷烃和芳香烃。一些原油的汽油馏分中主要有烷烃、环烷烃和芳香烃。一些原油的汽油馏分的烃类族组成见表汽油馏分的烃类族组成见表7.3和和7.4.一般规律：一般规律：环烷烃环烷烃含量随含量随沸点升高而下降沸点升高而下降，芳香烃芳香烃含量含量随沸点随沸点升高而增加升高而增加。沸点范围沸点范围/C 烷烃烷烃 环烷烃环烷烃 芳香烃芳香烃 6095 56.8 41.1 2.1 95122 56.2 39.0 4.3 122150 60.5 32.6 6.9 150200 65.0 25.3 9.7 表7.3 大庆及中原重整原料的烃族组成 大 庆 油 田 碳数 烷烃/%环烷烃/%芳香烃/%总计/%C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 总计 0.05 1.43 6.33 10.98 14.60 16.27 13.19 1.51 64.36 1.24 7.89 12.48 6.31 5.96 0.25 34.13 0.26 0.92 0.32 1.51 0.05 1.43 7.57 19.13 27.08 23.50 19.47 1.76 100.00 中 原 油 田 碳数 烷烃/%环烷烃/%芳香烃/%总计/%C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 总计 0.10 1.21 5.91 13.97 17.35 9.87 0.75 49.16 0.21 5.39 9.50 8.31 4.99 0.22 28.62 5.87 8.87 6.93 0.55 22.22 0.10 1.42 17.17 32.34 32.59 15.41 0.97 100.00 表7.4 大庆200500馏分的烃族组成 实沸点范围/200250 250300 300350 350400 400450 450500 烷烃/%正构烷烃 异 构 烷 烃 环烷烃/%一环烷烃 二环烷烃 三环烷烃 四环烷烃 五环烷烃 六环烷烃 55.7 32.6 23.1 36.6 25.6 9.7 1.3 62.0 40.2 21.8 27.6 18.2 6.9 2.5 64.5 45.1 19.4 25.6 17.1 5.7 2.8 6.3.1 41.1 22.0 24.8 11.8 6.8 2.6 2.9 0.7 52.8 23.7 29.1 33.2 13.6 8.4 5.3 3.3 1.8 0.8 44.7 15.7 29.0 39.0 17.4 10.6 7.3 3.1 0.6 结构族组成结构族组成 概念：石油组成复杂，有些分子中既有芳香环又有环烷概念：石油组成复杂，有些分子中既有芳香环又有环烷环还有烷基侧链。如环还有烷基侧链。如 是由一芳香环、一环烷环加一烷基侧链组成。所以石油是由一芳香环、一环烷环加一烷基侧链组成。所以石油中一些复杂分子很难说是一种烃类。可以将其看成一种中一些复杂分子很难说是一种烃类。可以将其看成一种平均分子，从它是由多少平均分子，从它是由多少芳香烃芳香烃、环烷烃环烷烃和和烷基侧链烷基侧链组组成来分析组成。具体可用各结构单元成来分析组成。具体可用各结构单元C原子数占总原子数占总C数的数的比例来表示。如前例：比例来表示。如前例：C总总20，C芳芳6 C环环4 C侧侧10 -C10H21 用用CA、CN、CP分别表示分别表示芳香芳香、环烷环烷和和烷基侧链烷基侧链C原子数原子数占总占总C数的百分比。前例有数的百分比。前例有 CA=6/20=30%CN=4/20=20%CP=10/20=50%再用再用RT表示总环数，表示总环数，RA、RN分别表示分别表示芳香环芳香环和和环烷环环烷环的环数。的环数。RT=2,RA=1,RN=1。由实验测出由实验测出平均分子量平均分子量和和元素组成元素组成后，就可以写出这些后，就可以写出这些馏分的平均分子式。如大庆原油馏分的平均分子式。如大庆原油376 400 C窄馏分饱和窄馏分饱和烃的分子式为烃的分子式为C22.8H44.1,CnH2n-1.5.表表7.5是我国主要原油润滑油馏分的结构族组成。是我国主要原油润滑油馏分的结构族组成。表 7.5 7.1.4 原油中的非烃化合物原油中的非烃化合物 原油中的非烃类主要有含原油中的非烃类主要有含S、N、O等杂原子的化合物，等杂原子的化合物，虽然这些元素含量少，但组成的化合物含量大。这些物虽然这些元素含量少，但组成的化合物含量大。这些物质一般由大分子化合物组成，且随沸点升高非烃类增多。质一般由大分子化合物组成，且随沸点升高非烃类增多。绝大部分非烃类都集中在重油、渣油及胶状沥青物质中。绝大部分非烃类都集中在重油、渣油及胶状沥青物质中。1.含硫化合物含硫化合物 通常称含通常称含S2的为高硫石油，的为高硫石油，0.5 2.0%为含硫石油，为含硫石油，520 23 38(或23)58(或810)710 710 约30 3550 7.2.2.4 常减压蒸馏常减压蒸馏设备防腐蚀设备防腐蚀 原油虽经脱盐脱水，但仍含有少量无机盐，可引起设备腐原油虽经脱盐脱水，但仍含有少量无机盐，可引起设备腐蚀。蚀。主要腐蚀反应主要腐蚀反应 CaCl2+2H2O Ca(OH)2+2HCl(g)MgCl2+2H2O Mg(OH)2+2HCl(g)HCl遇水则可引起腐蚀。遇水则可引起腐蚀。Fe+2HCl(aq)FeCl2+H2 H2S+Fe F2S +H2 FeS+2HCl(aq)FeCl2+H2S 预防腐蚀措施预防腐蚀措施 (1)控制原油电控制原油电脱盐脱盐标准。标准。(2)脱盐后的原油脱盐后的原油注碱注碱，将氯化钙和氯化镁转化为氯化，将氯化钙和氯化镁转化为氯化钠，中和氯化氢、硫化氢等。钠，中和氯化氢、硫化氢等。(3)塔顶馏出线塔顶馏出线注氨注氨，中和残存氯化氢、硫化氢，调节，中和残存氯化氢、硫化氢，调节PH值。值。(4)塔顶馏出线塔顶馏出线注缓蚀剂注缓蚀剂，吸附在金属表面形成抗水性，吸附在金属表面形成抗水性保护膜。保护膜。(5)塔顶馏出线塔顶馏出线注碱性水注碱性水，冲洗注氨生成的铵盐，中和，冲洗注氨生成的铵盐，中和冷凝的酸性水。冷凝的酸性水。“一脱四注”工艺“一脱四注”工艺 7.2.2.5 常减压蒸馏系统的换热网络及节能措施（常减压蒸馏系统的换热网络及节能措施（略略）提高热回收率是原油蒸馏设备节能的关键提高热回收率是原油蒸馏设备节能的关键。通常采用下列通常采用下列措施来提高原油换热终温：措施来提高原油换热终温：1分馏塔取热合理分配分馏塔取热合理分配，增加高温热源的热量增加高温热源的热量 适当减少塔顶回流适当减少塔顶回流，从塔的中下部取出高温位热源从塔的中下部取出高温位热源.2充分利用中充分利用中、低温热源低温热源 3优化换热流程优化换热流程 应用夹点设计技术应用夹点设计技术,用计算机计算优化的换热系统可使原油用计算机计算优化的换热系统可使原油换热后的终温由过去的换热后的终温由过去的230240提高到提高到285310，减少减少常压炉的热负荷常压炉的热负荷，燃料消耗量降低约燃料消耗量降低约36%48%。7.2.3 延迟焦化延迟焦化 原油经常压减压精馏后，剩余大部分是原油经常压减压精馏后，剩余大部分是重质馏分重质馏分和和残渣油残渣油，若不二次加，若不二次加工，汽油、柴油、煤油的产量少，远远不能满足国民经济的需要。此外，工，汽油、柴油、煤油的产量少，远远不能满足国民经济的需要。此外，直馏汽油辛烷值低，不符合汽油发动机的要求。所以余油要经化学加工直馏汽油辛烷值