石油煉化的工藝流程研究

呂光賢（延安大學 化學與化工學院，陜西 延安 716000）

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石油煉化的工藝流程研究

呂光賢
（延安大學 化學與化工學院，陜西 延安 716000）

摘 要：煉油工藝通常由幾個精煉技術(shù)設(shè)備及其支持系統(tǒng)組成.煉油技術(shù)設(shè)備主要作用是將原油進行加工，更加容易的獲取輕燃料油、潤滑油和其它液體、氣體以及固體.本文根據(jù)現(xiàn)代化煉油廠的工作流程進行分析，現(xiàn)代化的煉油工藝流程所積累的經(jīng)驗及科學驗證為日后同行業(yè)工作提供參考.

關(guān)鍵詞：煉油化工裝置；工藝流程

1 引言

煉廠包括以下兩個部分：煉油工藝以及配套的煉油設(shè)備.我國煉油化工設(shè)備行業(yè)無論在生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，還是產(chǎn)品開發(fā)和國產(chǎn)化成果方面都取得了較好的成績.然而，盡管我國裝備制造業(yè)整體規(guī)模已經(jīng)可觀，在重大項目研究上取得了不少成果，但達到國際先進水平的石油石化技術(shù)裝備僅占1/3，國產(chǎn)裝備的國內(nèi)市場滿足率不到60%，在重大技術(shù)裝備領(lǐng)域中比例較低，行業(yè)高端裝備和制造技術(shù)大都依靠進口.本文主要研究了煉油化工裝置的工藝流程，促進煉油技術(shù)的發(fā)展.

2 石油煉化常用的工藝流程

從原油到石油的基本途徑一般為：①將原油先按不同產(chǎn)品的沸點要求，分割成不同的直餾餾分油，然后按照產(chǎn)品的質(zhì)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(yīng)轉(zhuǎn)化，生成所需要的組分，進而得到一系列合格的石油產(chǎn)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.

2.1 常減壓蒸餾

2.1.1 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(fā)能力分成沸點范圍不同的油品（稱為餾分），這些油有的經(jīng)調(diào)合、加添加劑后以產(chǎn)品形式出廠，相當大的部分是后續(xù)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.

2.1.2 生產(chǎn)工藝

原油一般是帶有鹽份和水，能導致設(shè)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(jīng)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(jīng)過冷卻器、流量計，最后進入罐區(qū)，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(jīng)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(jīng)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(chǎn)汽油產(chǎn)品的，其中蠟油和渣油進入催化裂化環(huán)節(jié)，生產(chǎn)汽油、柴油、煤油等成品油；石腦油直接出售由其他小企業(yè)生產(chǎn)溶劑油或者進入下一步的深加工，一般是催化重整生產(chǎn)溶劑油或提取萃類化合物；減一線可以直接進行調(diào)劑潤滑油.

2.2 催化裂化

一般原油經(jīng)過常減壓蒸餾后可得到的汽油，煤油及柴油等輕質(zhì)油品僅有10～40%，其余的是重質(zhì)餾分油和殘渣油.如果想得到更多輕質(zhì)油品，就必須對重質(zhì)餾分和殘渣油進行二次加工.

2.2.1 基本概念

催化裂化是在有催化劑存在的條件下，將重質(zhì)油（例如渣油）加工成輕質(zhì)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.

2.2.2 生產(chǎn)工藝

常渣和臘油經(jīng)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(jīng)過再吸收塔、穩(wěn)定塔、最后進行汽油精制，生產(chǎn)出汽油.一部分油氣經(jīng)過分餾塔進入柴油汽提塔，然后進行柴油精制，生產(chǎn)出柴油.一部分油氣經(jīng)過分餾塔進入油漿循環(huán)，最后生產(chǎn)出油漿.一部分油氣經(jīng)分餾塔進入液態(tài)烴緩沖罐，經(jīng)過脫硫吸附罐、砂濾塔、水洗罐、脫硫

2.3 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(chǎn)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(yè)對優(yōu)質(zhì)石油焦的特殊需求，致使焦化過程在煉油工業(yè)中一直占據(jù)著重要地位.

2.3.1 基本概念

焦化是以貧氫重質(zhì)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(yīng).通過裂解反應(yīng)，使渣油的一部分轉(zhuǎn)化為氣體烴和輕質(zhì)油品；由于縮合反應(yīng)，使渣油的另一部分轉(zhuǎn)化為焦炭.一方面由于原料重，含相當數(shù)量的芳烴，另一方面焦化的反應(yīng)條件更加苛刻，因此縮合反應(yīng)占很大比重，生成焦炭多.

2.3.2 生產(chǎn)工藝

延遲焦化裝置的生產(chǎn)工藝分為焦化和除焦兩部分，焦化為連續(xù)操作，除焦為間隙操作.由于工業(yè)裝置一般設(shè)有兩個或四個焦炭塔，所以整個生產(chǎn)過程仍為連續(xù)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(jīng)預熱后的原油進入分餾塔底，與焦炭塔產(chǎn)出的油氣在分餾塔內(nèi)（塔底溫度不超過400℃）換熱.

c.原料油和循環(huán)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(yīng)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(yīng).

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

2.4 加氫裂化

重油輕質(zhì)化基本原理是改變油品的相對分子質(zhì)量和氫碳比，而改變相對分子質(zhì)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.

2.4.1 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(zhì)上是加氫和催化裂化過程的有機結(jié)合，一方面能使重質(zhì)油品通過裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)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(zhì)通過加氫除去，使烯烴飽和.

2.4.2 生產(chǎn)流程

按反應(yīng)器中催化劑所處的狀態(tài)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(yīng)器內(nèi)，形成靜態(tài)催化劑床層.原料油和氫氣經(jīng)升溫、升壓達到反應(yīng)條件后進入反應(yīng)系統(tǒng)，先進行加氫精制以除去硫、氮、氧雜質(zhì)和二烯烴，再進行加氫裂化反應(yīng).反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)降溫、分離、降壓和分餾后，目的產(chǎn)品送出裝置，分離出含氫較高（80%，90%）的氣體，作為循環(huán)氫使用.

未轉(zhuǎn)化油（稱尾油）可以部分循環(huán)、全部循環(huán)或不循環(huán)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(yīng)過程.沸騰床工藝可以處理金屬含量和殘?zhí)恐递^高的原料（如減壓渣油）.并可使重油深度轉(zhuǎn)化；但反應(yīng)溫度較高，一般在400～450℃范圍內(nèi).此種工藝比較復雜，國內(nèi)尚未工業(yè)化.

（3）懸浮床（漿液床）加氫工藝 懸浮床工藝是為了適應(yīng)非常劣質(zhì)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(yīng)器自下而上流動，催化劑懸浮于液相中，進行加氫裂化反應(yīng)，催化劑隨著反應(yīng)產(chǎn)物一起從反應(yīng)器頂部流出.該裝置能加工各種重質(zhì)原油和普通原油渣油，但裝置投資大.該工藝目前在國內(nèi)尚屬研究開發(fā)階段.

2.5 溶劑脫瀝青

瀝青是一個劣質(zhì)渣油的預處理過程.

2.5.1 基本概念

溶劑脫瀝青是加工重質(zhì)油的一種石油煉制工藝，其過程是以減壓渣油等重質(zhì)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(zhì)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.

2.5.2 生產(chǎn)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(fā)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(fā)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(zhì)，使輕脫瀝青油與大部分丙烷在臨界塔內(nèi)沉降、分離，從而避免了丙烷的蒸發(fā)冷凝過程，因而可較多地減少能耗.國內(nèi)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(guī)一段脫瀝青基礎(chǔ)上發(fā)展起來的.在研究大慶減壓渣油的特有性質(zhì)的基礎(chǔ)上，注意到常規(guī)的丙烷脫瀝青不能充分利用好該資源，而開發(fā)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(jīng)冷卻后可直接循環(huán)使用，不必經(jīng)過蒸發(fā)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(qū)附近具有反常的相平衡特性及異常的熱力學性質(zhì)，通過改變溫度、壓力等參數(shù)，使體系內(nèi)組分間的相互溶解度發(fā)生劇烈變化，從而實現(xiàn)組分分離的技術(shù).

2.6 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(chǎn)品通過加氫工藝進行再加工，使之達到規(guī)定的性能指標.

2.6.1 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(zhì)的一個統(tǒng)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(fā)生氫解反應(yīng)，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.

2.6.2 生產(chǎn)流程

加氫精制的工藝流程一般包括反應(yīng)系統(tǒng)、生成油換熱、冷卻、分離系統(tǒng)和循環(huán)氫系統(tǒng)三部分.

a.反應(yīng)系統(tǒng) 原料油與新氫、循環(huán)氫混合，并與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后，以氣液混相狀態(tài)進入加熱爐（這種方式稱爐前混氫），加熱至反應(yīng)溫度進入反應(yīng)器.反應(yīng)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(yīng)器內(nèi)的催化劑一般是分層填裝，以利于注冷氫來控制反應(yīng)溫度.循環(huán)氫與油料混合物通過每段催化劑床層進行加氫反應(yīng).

b.生成油換熱、冷卻、分離系統(tǒng) 反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器的底部出來，經(jīng)過換熱、冷卻后，進入高壓分離器.在冷卻器前要向產(chǎn)物中注入高壓洗滌水，以溶解反應(yīng)生成的氨和部分硫化氫.反應(yīng)產(chǎn)物在高壓分離器中進行油氣分離，分出的氣體是循環(huán)氫，其中除了主要成分氫外，還有少量的氣態(tài)烴（不凝氣）和未溶于水的硫化氫；分出的液體產(chǎn)物是加氫生成油，其中也溶解有少量的氣態(tài)烴和硫化氫；生成油經(jīng)過減壓再進入低壓分離器進一步分離出氣態(tài)烴等組分，產(chǎn)品去分餾系統(tǒng)分離成合格產(chǎn)品.

c.循環(huán)氫系統(tǒng) 從高壓分離器分出的循環(huán)氫經(jīng)儲罐及循環(huán)氫壓縮機后，小部分（約30%）直接進入反應(yīng)器作冷氫，其余大部分送去與原料油混合，在裝置中循環(huán)使用.為了保證循環(huán)氫的純度，避免硫化氫在系統(tǒng)中積累，常用硫化氫回收系統(tǒng).一般用乙醇胺吸收除去硫化氫，富液（吸收液）再生循環(huán)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(huán)使用.

2.7 催化重整

2.7.1 基本概念

重整：烴類分子重新排列成新的分子結(jié)構(gòu).

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(jīng)過脫氫環(huán)化、加氫裂化和異構(gòu)化等反應(yīng)，使烴類分子重新排列成新的分子結(jié)構(gòu)，以生產(chǎn)C6～C9芳烴產(chǎn)品或高辛烷值汽油為主要目的,并利用重整副產(chǎn)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.

2.7.2 生產(chǎn)流程

根據(jù)催化重整的基本原理，一套完整的重整工業(yè)裝置大都包括原料預處理和催化重整兩部分.以生產(chǎn)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(zhì).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(chǎn)生環(huán)烷脫氫、芳構(gòu)化、異構(gòu)化等主要反應(yīng)，以增產(chǎn)芳烴或提高汽油辛烷值為目的.工業(yè)重整裝置廣泛采用的反應(yīng)系統(tǒng)流程可分為兩大類：固定床反應(yīng)器半再生式工藝流程和移動床反應(yīng)器連續(xù)再生式工藝流程.

3 結(jié)束語

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，不斷出現(xiàn)石油短缺的現(xiàn)象，這很大的原因是因為能源生產(chǎn)受到了一定的限制.在世界經(jīng)濟發(fā)展的今天，尋求新能源來代替不可再生的能源已經(jīng)成為必然的趨勢，但根據(jù)目前的發(fā)展來看，短時間內(nèi)并不可能出現(xiàn)新能源代替石油的情況，因此，改善煉油工藝也成為了當今時代一個非常重要的課題.煉油是一個非常復雜的過程，雖然目前的科學技術(shù)已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，但煉油技術(shù)還是有著很大的提高空間.本文研究了煉油化工裝置的工藝流程，詳細介紹了每一個工藝相關(guān)的流程與設(shè)備，希望我的研究能夠讓更多想了解相關(guān)的知識或訓練理論的人得到幫助.

參考文獻：

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〔3〕盛健祥.煉油化工裝置的工藝流程［J］.科技傳播,2012（01）：37-36.

中圖分類號：TE624

文獻標識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）05-0052-03

收稿日期：2016-02-23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(tài)烴罐，形成液化氣.一部分油氣經(jīng)過液態(tài)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(qū)球罐，形成液體丙稀.液體丙稀再經(jīng)過聚丙稀車間的進一步加工生產(chǎn)出聚丙稀.