化工工艺学课件第7章石油炼制.ppt

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1、化工工艺学Chemical engineering technics,化学工程与工艺专业,化工工艺学Chemical engineering tec,第7章 石油炼制Petroleum-refine process,7.1 原油的组成与一般性质7.2 燃料油的生产7.3 润滑油的生产,第7章 石油炼制Petroleum-refine pro,7.1 原油的组成与一般性质,7.1.1 原油的元素组成原油是成份极其复杂的有机矿物质。主要元素：C、H、S、O、N 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7.1.,7.1 原油的组成与一般性质7.1.1 原油的元素组成,表7.1

2、原油的元素组成产地 比重 元素组成 d420 C 大庆 0.8615 85.74 13.31 0.11 0.15 胜利 86.88 11.11 0.90 0.32孤岛 0.9640 84.24 11.74 2.20 0.47大港 0.8896 85.82 12.70 0.14 0.09新疆 86.13 13.30 0.12 0.28美国 0.8740 84.90 13.70 0.50 - 0.90俄国 83.90 12.30 2.67 0.33 0.74,表7.1 原油的元素组成,7.1.2 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。蒸馏出第一滴油时的气相温度称初馏点。蒸馏出1

3、0%,20%油时的气相温度分别称为石油的10%,20%馏点。蒸馏到最后的气相最高温度叫终馏点或干点。蒸馏出来的成分称为馏分。 初馏点 干点 42C 馏程 500C如航空汽油的馏程约为40180 C 车用汽油的馏程约为35200 C,7.1.2 原油的馏分和馏分组成石油蒸馏时，低沸点成,馏分的温度范围,石油馏分一般必须再加工后才能真正成为汽油、煤油等产品。200C 汽油馏分或低沸馏分200250C 煤油、柴油馏分或中沸馏分350500C 润滑油馏分或高沸馏分馏分沸点升高，C原子数和平均分子量均增加。较详细的馏分及沸点与C原子数关系如表7.2.,馏分的温度范围石油馏分一般必须再加工后才能真正成为汽

4、油、煤油,表 7.2 原油馏分的沸点与C原子数关系馏分 沸点 C数 分子量航空汽油 40180C C5 C10 100 120车用汽油 80205C C5 C11 100 120溶剂油 160200C C8 C11 100 120灯用煤油 200300C C11 C17 180 200轻柴油 200350C C15 C20 210 240低粘度润滑油 C20 300 360高粘度润滑油 370 470,表 7.2 原油馏分的沸点与C原子数关系,7.1.3 原油的烃类组成,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。原油中烷烃含量多。常温下

5、C1C4为气体，C5C15为液体，C16以上为固体。环烷烃中主要有五元环和六元环的环烷烃。芳香烃有单环、双环和多环芳香烃。天然石油中一般不含不饱和烃，二次加工产品中才含有不饱和烃。非烃类：含S、O、N的化合物，沥青质。 元素量不多，但组成的化合物量多。,7.1.3 原油的烃类组成原油中烃类包括分子量为16的,特性因数,沸点高比重大，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组成与比重的关系。定义特性因数 平均沸点 相对密度 烃类特性因数K烃类 沸点C 相对密度 K甲苯 110.6 0.867 10.03 甲基环已烷 100.9 0.769 11.35正庚烷

6、98.4 0.684 12.77,特性因数沸点高比重大，但化学组成不同时，同沸点范围的馏分其比,烃类族组成烃类族组成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的烃类族组成见表7.3和7.4.一般规律：环烷烃含量随沸点升高而下降， 芳香烃含量随沸点升高而增加。 沸点范围/C 烷烃 环烷烃 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,烃类族组成,表7.3 大庆及中原重整原料的烃族组成,表7.3 大庆及中原重整原料的烃族组成碳数 烷烃/%

7、环烷,表7.4 大庆200500馏分的烃族组成,表7.4 大庆200500馏分的烃族组成 实沸点范围/,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，从它是由多少芳香烃、环烷烃和烷基侧链组成来分析组成。具体可用各结构单元C原子数占总C数的比例来表示。如前例：C总20，C芳6 C环4 C侧10,-C10H21,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环,用CA、CN、CP分别表示芳香、环烷和烷基侧链C原子数占总C数的百分比。前例有 CA =

8、6/20=30% CN =4/20=20% CP = 10/20=50%再用RT表示总环数， RA、 RN分别表示芳香环和环烷环的环数。 RT =2, RA =1, RN =1。由实验测出平均分子量和元素组成后，就可以写出这些馏分的平均分子式。如大庆原油376400C窄馏分饱和烃的分子式为C22.8H44.1, CnH2n-1.5.表7.5是我国主要原油润滑油馏分的结构族组成。,用CA、CN、CP分别表示芳香、环烷和烷基侧链C原子数占总C,表 7.5,表 7.5,7.1.4 原油中的非烃化合物,原油中的非烃类主要有含S、N、O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。这些物质

9、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。1. 含硫化合物通常称含S2的为高硫石油，0.52.0%为含硫石油，0.5%为低硫石油。我国的石油除胜利、江汉、孤岛石油外，均为低硫石油。,7.1.4 原油中的非烃化合物原油中的,原油中硫的存在形式及危害,硫在原油中多以元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚等形式存在。元素硫和硫醇因能直接腐蚀金属设备而称活性硫；其余不能直接腐蚀金属设备的称非活性硫。硫的危害除腐蚀设备外，还可使润滑油积炭等而加大摩擦，缩短润滑油寿命。硫是很多催化剂的毒物。,原油中硫的存在形式及危害硫在原油中多以元素硫、硫化氢、硫醇、,2. 含

10、氧化合物,90以上含氧化合物集中在胶状沥青质中，故重质石油含氧量较高。除胶状沥青外，含氧化合物可分为酸性和中性两大类。酸性的有环烷酸、脂肪酸及酚类，总称为石油酸。中性的有醛、酮等，含量极微。环烷酸约占石油酸的95%,一般中沸点馏分含环烷酸最多，低沸点和高沸点馏分都较低。不同馏分中的环烷酸无论分子量大小都有一羧基。环烷酸能腐蚀金属。一般用碱洗的方法可除去。,2. 含氧化合物90以上含氧化合物集中在胶状沥青质中，故重,3. 含氮化合物,氮也主要在胶状沥青物质中，其含量随着馏分沸点升高而增加，90%集中在渣油中。含氮化合物绝大部分是杂环化合物，可分为碱性和非碱性两类。碱性含氮化合物：吡啶、喹啉、异喹

11、啉及吖啶同系物。非碱性含氮化合物：吡咯、吲哚、咔唑及金属卟啉化合物。石油中微量钒、镍、铁等都在金属卟啉化合物中。简单金属卟啉化合物具有一定挥发性，在煤油及中间馏分中就有。碱性氮化物和金属卟啉化合物是硅铝催化剂的毒物，还会使油品变质、变色等，除去这些物质对改进油品质量具有重要意义。,3. 含氮化合物氮也主要在胶状沥青物质中，其含量随着馏分沸点,7.1.5 原油中的胶状沥青状物质,石油中S、N、O绝大部分都以胶状沥青物质形式存在。分子量很大，分子中杂原子多，但结构还不清楚。 石油馏分中胶质性质馏分 胶质 馏分 胶质 元素组成 量 分子量 分子量 C H O(N) S煤油 0.07 188 290

12、77.9 9.97 10.33 1.80柴油 0.57 237 298 80.92 9.92 7.60 1.56轻润滑油 5.81 392 466 82.29 10.22 6.23 1.26 中润滑油 7.36 450 471 82.62 10.06 6.15 1.17渣油 21.30 688 757 84.75 9.75 4.99 0.51,7.1.5 原油中的胶状沥青状物质石油中S、N、O绝大部,胶质受热或氧化可转化为沥青质或油焦质。油品中含有胶质使用时会生成炭渣，从而加大磨损使油路堵塞等。沥青质是中性物质，其比重稍高于胶质，不溶于石油醚和酒精，在苯中形成胶状溶液。沥青质无挥发性，都集中在

13、渣油中。沥青质加热到300C以上会分解成焦炭状物质和气体。胶质缩合生成沥青质，沥青质受热或氧化可进一步缩合成半油焦质和油焦质。石油高度减压蒸馏所余的渣油为人造沥青。沥青用途：道路、油漆、建筑、绝缘材料。,胶质受热或氧化可转化为沥青质或油焦质。油品中含有胶质使用时会,7.1.6 原油中的固体烃,C16以上正构烷烃为固体，但在石油中是溶解于石油的。温度降低时可能有部分固体烃类结晶析出，析出的称为蜡。蜡分为石蜡和地蜡。石蜡常从柴油、润滑油馏分中分离出来，地蜡从减压渣油中分出。石蜡和地蜡都是混合物。蜡的存在使油品低温流动性降低，对输送加工不利。 表7.6 我国几种原油的含蜡量原油 大庆 胜利 孤岛 大

14、港 任丘 克拉玛依凝点C 23 20 -2 20 36 -50含蜡量 17.9 17.1 7.0 14.0 22.8 2.04蜡熔点C 5152.4 5254 50,7.1.6 原油中的固体烃C16以上正构烷烃为固体，但在石,7.2 燃料油的生产Production of the fuel oils,7.2.1 原油的预处理原油采出后要脱盐和脱水。原油所含无机盐一般溶解在水中以乳化液形式存在。脱盐和脱水同时进行。由于在原油中水是以微滴形式分散于连续的油相中，并被原油含的天然乳化剂稳定，所以仅用加热不能将水脱除。工业上普遍采用电化学脱盐脱水法。原理是：在破乳剂和高压电场作用下进行破乳化过程，使水

15、凝聚沉降分离。,7.2 燃料油的生产Production of the,破乳剂一般为非离子型表面活性剂2070等，用量极少。电压一般为1635kV.典型脱盐脱水工艺流程如图7.2.注意：注水的目的是溶解结晶盐。,二级脱盐罐,一次注水破乳剂,二次注水,含盐废水,破乳剂一般为非离子型表面活性剂2070等，用量极少。电压一般,化工工艺学课件第7章石油炼制,混合设施油、水、破乳剂进脱盐罐前应充分混合，使水和破乳剂在原油中尽量分散到合适程度。一般来说，分散细，脱盐率高.,电脱盐罐交直流电脱盐罐的结构简图如图7.1所示。,防爆高阻抗变压器必须限流式供电，要用可控硅交流自动调压变压器，而且必须有良好的防爆性

16、能。,混合设施 电脱盐罐防爆高阻抗变压器,7.2.2 原油的精馏,原油成份复杂，需要通过精馏将其分离成不同的沸点相近油品。原油精馏塔一般为带外部汽提装置的复杂塔。原油由第一段中部进入，塔底分出重油，汽油、柴油、煤油在这一段被蒸出。然后在塔的第二段被分离成沸点不同的重柴油、轻柴油等油品。提馏段操作是在外部塔中进行的。第三段底部分离出煤油，汽油从塔顶蒸出。,7.2.2 原油的精馏原油成份复杂，需要通过精馏将其分离成,7.2.2.1 常减压精馏装置及流程,1. 工艺流程一般分为三段：初馏、常压精馏和减压精馏。工艺流程如图7.4.插入图7.4.,图 7.4 燃料型原油蒸馏典型工艺流程图,7.2.2.1

17、 常减压精馏装置及流程1. 工艺流程图 7.4,工艺过程,初馏：塔顶130C,分出重整原料或重汽油。侧线不出产品，塔底液进入常压塔继续蒸馏。常压精馏：初馏塔底原油经常压炉加热到360 370C进入常压塔，塔顶温度90110 C,塔顶出汽油。侧线出重柴油、轻柴油、煤油；塔底液到减压精馏。减压精馏：常压塔塔底经减压炉加热到410C左右进入减压分馏塔，塔顶不出产品只分出不凝气和水蒸气，经冷凝冷却抽出不凝气使塔内保持减压状态。侧线分出润滑油或裂化原油，塔底为减压渣油，也用过热蒸汽汽提出轻组分后出塔。,工艺过程初馏：塔顶130C,分出重整原料或重汽油。侧线不,2. 主要操作条件,温度/C 压力汽化塔：进

18、料215230 塔顶130 塔顶.12.20MPa 塔底210220常压塔：进料350365 塔顶90110 塔顶.12.20MPa 回流3040 侧1线150180 侧2线230260 侧3线300320 塔底 350360减压塔：进料390400 塔顶60100 塔顶48kPa 减1线170180减2线240270 减3线280310减4线350360 塔底 370380过热蒸汽420450,2. 主要操作条件 温,7.2.2.2 常减压蒸馏操作影响因素及调节,常压系统：温度温度控制要平稳，波动的温度影响分馏效果。T 各部分产品变重。 T 各部分产品变轻。压力压力 沸点 蒸汽消耗量 压力

19、沸点 蒸汽消耗量 体积减少，提高处理量。,在操作过程中若压力变高，可能是原油含水、塔顶回流带水或处理量增大，容易造成冲油事故。回流比影响塔顶温度和分馏效果。一般增大回流比可改善分馏效果。但过大也可造成雾沫夹带反而对分馏不利，且加大蒸汽消耗量和冷却水量。,7.2.2.2 常减压蒸馏操作影响因素及调节常压系统：温度,汽流速度汽流速度过高，产生雾沫夹带。 过低，处理量下降，分馏效果不好， 甚至发生漏液。水蒸气量蒸汽主要作汽提,降低油气分压以除去轻组分，还作侧线热源。减压系统：特点对馏分组成要求不高，主要提高拔出率，减少渣油量。减压精馏过程保证真空度是最关键条件。可采取的措施：塔板压力降小时，对塔板数

20、要求不高，可以少些。塔顶气体导出管压力降要小。抽真空设备效果要好。,塔内、塔顶压力降减小，可减小真空设备负荷。,汽流速度汽流速度过高，产生雾沫夹带。塔内、塔顶压力降减小，,调节方法,(1)原油含水量增大时，要补充热源，保证原油换热后的温度，尽量使水分在预馏塔内蒸出。(2)原油品种变化应改变操作条件。(3)产品头轻时，初馏品本应是较重产品，若轻了则应加大蒸汽量赶出轻组分,或减小上一侧线回流以提高本段馏出温度。(4)产品尾重时，原因是重组分带上来了。应降低本线馏出量，加大回流或减少下一线蒸汽量以减少带上来的重组分。,调节方法(1)原油含水量增大时，要补充热源，保证原油换热后的,7.2.2.3 常减

21、压蒸馏产品(略),表7.8 常减压蒸馏产物,7.2.2.3 常减压蒸馏产品(略)表7.8 常减压,7.2.2.4 常减压蒸馏设备防腐蚀,原油虽经脱盐脱水，但仍含有少量无机盐，可引起设备腐蚀。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。 Fe + 2HCl(aq) FeCl2 + H2 H2S + Fe F2S + H2 FeS + 2HCl(aq) FeCl2 + H2S,7.2.2.4 常减压蒸馏设备防腐蚀原油虽经脱盐脱水，但仍,预防腐蚀措施,(1)控制原油电脱盐标准。(2)脱

22、盐后的原油注碱，将氯化钙和氯化镁转化为氯化钠，中和氯化氢、硫化氢等。(3)塔顶馏出线注氨，中和残存氯化氢、硫化氢，调节PH值。(4)塔顶馏出线注缓蚀剂，吸附在金属表面形成抗水性保护膜。(5)塔顶馏出线注碱性水，冲洗注氨生成的铵盐，中和冷凝的酸性水。,预防腐蚀措施(1)控制原油电脱盐标准。,7.2.2.5 常减压蒸馏系统的换热网络及节能措施,提高热回收率是原油蒸馏设备节能的关键。通常采用下列措施来提高原油换热终温：1分馏塔取热合理分配，增加高温热源的热量适当减少塔顶回流，从塔的中下部取出高温位热源.2充分利用中、低温热源3优化换热流程应用夹点设计技术,用计算机计算优化的换热系统可使原油换热后的终

23、温由过去的230240提高到285310，减少常压炉的热负荷，燃料消耗量降低约36 %48 %。,7.2.2.5 常减压蒸馏系统的换热网络及节能措施提高热回收,7.2.3 延迟焦化,原油经常压减压精馏后，剩余大部分是重质馏分和残渣油，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，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以提供更多汽油和高辛烷值的汽油。辛烷值的概念：辛烷值是表示汽油抗爆性的指标。将汽油样与异辛烷(规定辛烷值为100)和正庚烷(规定辛烷值为0)的混合溶液在标准试验汽油机中比较。当油样的抗爆性与某一浓度溶液抗爆性相同时，溶液中异辛烷的

24、体积百分浓度就是该汽油的辛烷值。辛烷值越大，汽油抗爆性越好。,7.2.3 延迟焦化原油经常压减压精馏后，剩余大部分是重质,原油的化学加工可分为热加工和催化加工。热加工：主要有热裂化、减粘裂化和延迟焦化等工艺。经这些化学加工都可提高轻质油收率。本节主要讨论延迟焦化工艺。1.延迟焦化基本原理将渣油高速通过温度为500505的加热炉，由于高速渣油在这里来不及反应，而是到后续设备焦炭塔中再进行裂化、缩合反应，转化为气体、汽油、柴油及焦炭。这一过程称为延迟焦化。其主要反应有： 裂解反应吸热，产生小分子 缩合反应放热，生成大分子。,原油的化学加工可分为热加工和催化加工。,2. 延迟焦化的工艺流程,延迟焦化

25、工艺流程如图7.5.过程：原料经加热炉对流室预热管预热至350C进入焦化分馏塔下部与来自焦炭塔顶的高温油气换热，可同时将轻质油蒸出。换热后原料油温度约390395C，再与循环油一起泵入加热炉炉管，迅速加热到500C再进入焦炭塔底。为了防止炉管结焦，需向炉管内注水以加大流速。渣油在焦炭塔内停留足够长时间以完成裂化、缩合反应，生成的焦炭留在焦炭塔内。高温油气从塔顶通入分馏塔下部；经换热后分馏得到产品气、汽油、柴油等。焦炭塔轮流使用。,2. 延迟焦化的工艺流程延迟焦化工艺流程如图7.5.,图 7.5 延迟焦化工艺流程图,图 7.5 延迟焦化工艺流程图,3. 延迟焦化主要操作条件,加热炉出口温度：50

26、0C左右 太低，反应不完全 太高，汽油、柴油继续裂解，结焦增多。压力：分馏塔顶油气分离器压力略高于大气压(0.150.17MPa).分馏塔底温度：375 395C，过高易结焦。分馏塔顶温度：100 110C柴油输出线温度：275 285C,3. 延迟焦化主要操作条件加热炉出口温度：500C左右,4. 焦化产品(略),焦化汽油安定性差，必须再处理精制才能作为汽油调合组分。焦化柴油也要加工后才能使用。,表7.9 几种减压渣油延迟焦化产品分布,4. 焦化产品(略)焦化汽油安定性差，必须再处理精制才能作为,5. 针状焦的生产,针状焦是20世纪60年代末发展起来的一种新型炭素材料。用它制成的炭素制品具有

27、高结晶度、高纯度、低烧蚀量、低热膨胀系数等特点。重油在液相碳化过程中，其中稠环芳香烃逐渐经热解及缩聚并定向排列成不溶于母液的球状塑性物，即中间相小球体，小球体内部有层次地聚集着很多稠环芳香烃分子。图7.6为典型中间相小球体的结构示意图。,5. 针状焦的生产针状焦是20世纪60年代末发展起来的一种新,生产针状焦必须创造一个有利于中间相小球体出生、长大、融并、定向、固化的条件，即慢速、低温、长停留时间的液相焦化反应，以达到分子有序排列而使中间相小球体充分长大；以后再快速升温，在气相流动的外力作用下，使中间相小球体定向变形，最后转变成细纤维结构的针状焦。,图 7.4 中间相小球体的结构示意图,生产针

28、状焦必须创造一个有利于中间相小球体出生、长大、融并、定,7.2.4 催化裂化,催化裂化是与延迟焦化并行的重油加工方法，主要反应与延迟焦化差不多，但由于催化裂化有催化剂存在，反应选择性好，轻质油收率高，汽油安定性好，辛烷值高。催化裂化过程在催化剂表面仍有结焦，所以催化剂使用一段时间后必须再生。再生反应为放热反应，而裂化反应为吸热反应，反应装置必须处理好这一矛盾。,1. 催化裂化的化学反应,7.2.4 催化裂化催化裂化是与延迟焦化并行的重油加工方法,(1)催化剂上反应的特点扩散吸附反应脱附再扩散吸附能力顺序：稠环芳香烃稠环环烷烃烯烃单烷基侧链单环芳香烃环烷烃烷烃 同类烃分子量越大越易吸附反应速度顺

29、序：烯烃异构烷烃与烷基环烷烃正构烷烃烷基苯稠环芳香烃,(1)催化剂上反应的特点,平行连串反应,反应深度(裂化后反应进行的程度)对产品分率分配影响大，必须适当控制反应深度。,重质石油馏分,中间馏分,汽油,气体,缩合产物,焦炭,平行连串反应反应深度(裂化后反应进行的程度)对产品分率分配影,(2)反应种类,裂化反应：主反应。 裂化速率顺序：叔碳仲碳伯碳 C7H16 C3H6 + C4H10 异构化反应： C C C H-C=C-H H-C=C-H C,-C,-C,-C,+,(2)反应种类裂化反应：主反应。-C-C-CC C=C-CC,氢转移反应： + C-C=C-C + C-C-C-C 芳构化反应：

30、叠合反应： 烯烃与烯烃加合成大烯烃的反应。烷基化反应：,-C,-C,-C,-C,C7H14,6H,-C,+C=C-C-C,-C,-C-C-C,C,氢转移反应：-C-C-C-CC7H146H-C+C=C-C,3. 催化剂,催化裂化反应用催化剂主要有两大类： 无定形硅酸铝和结晶型硅铝酸盐(分子筛型)。(1)无定形硅酸铝用Na2SiO3和Al2(SO4)3溶液按一定比例配合生成凝胶，再经水洗、过滤、成型、干燥、活化等步骤制成合成硅酸铝催化剂。 主要成份：SiO2Al2O3 MgONa2O少量,3. 催化剂催化裂化反应用催化剂主要有两大类：,(2)结晶型硅酸铝催化剂目前大多数催化裂化反应用这种催化剂。

31、这种催化剂是一种立方型晶格结构的硅铝酸盐。通常用硅酸钠和偏铝酸钠在强碱性水溶液中合成晶体。主要成份：金属氧化物、氧化硅、氧化铝和水。晶体结构具有整齐均匀孔隙，孔隙大小为分子尺寸级。分子筛的化学组成通式 Me2/nOAl2O3xSiO2yH2O不同类型的分子筛主要是硅铝比不同，结合的金属离子不同。,(2)结晶型硅酸铝催化剂,人工合成的分子筛还需用离子置换法得到各种类型活性分子筛。如H-Y，Re-Y, Re-H-Y, 应用最多的是用稀土元素置换得到的Re-Y型催化剂，其活性很高，通常比硅酸铝催化剂高出百倍。优点：裂化活性高，氢转移活性高，选择性好，稳定性好，抗重金属能力强。缺点：允许含C量低(0.

32、2%) 含C量每增加0.1%，转化率就降34%,人工合成的分子筛还需用离子置换法得到各种类型活性分子筛。如H,(3)催化剂的性质,物理性质：密度、孔隙率、比表面积、孔径催化性质：活性、稳定性、选择性。(4) 催化剂的中毒和污染碱、硫、氮都可使催化剂永久中毒。焦炭可使催化剂中毒，但可烧焦后恢复。催化剂的重金属污染主要是由镍等在催化剂表面沉积引起，降低了催化剂选择性，对其活性影响不大。 措施：用抗污染的分子筛，除去原料油中的硫和重金属。,(3)催化剂的性质物理性质：密度、孔隙率、比表面积、孔径,4. 操作因素分析,(1)基本概念回炼比：循环油(回炼油)与新鲜原料油之比。藏量：反应器内经常保持的催化

33、剂量。空间速度V0：单位时间内原料量与催化剂藏量之比。常以空速的倒数来表示时间。催化剂的对油比(剂油比)：催化剂循环量与总进料量之比，记为C/O.它反映了反应时与原料油接触的催化剂的活性。,4. 操作因素分析(1)基本概念,强度系数： 定义为 该值不变，转化率基本不变；C/O提高使催化剂活性提高，但V0上升，反应时间缩短，反应减少。强度系数越大，转化率越高。(2) 操作因素分析原料油性质 环烷烃多为好，吸附力强、反应快、选择性好、气体和汽油产率高、焦炭少。含重金属应尽可能少，以减少对催化剂的污染。,强度系数：,反应温度 温度升高，反应速度快，转化率上升。(注意不是平衡转化率！)在460470C

34、较低温度，高回炼比可得较多柴油；在较高温度500530 C,低回炼比操作时可多得汽油；温度更高，可多得气体。根据油品需要，调节温度可调节产品结构。 反应压力 提高压力相当于延长反应时间，可提高转化率。但焦炭生成多，汽油产率略降。通常压力为0.170.02MPa,提升管催化裂化可提高压力到0.20.3MPa.,反应温度,空速和反应时间 反应时间常为24 秒。催化剂对油比 提高对油比，减少积炭量，增加活性，可提高转化率。回炼比 回炼比大，转化率下降，处理能力降。但反应条件温和，单程转化率低，二次反应少，汽油和轻质油的总产率高。,空速和反应时间,5. 催化裂化工艺流程,(1) 流化床催化裂化工艺流程

35、流化床催化裂化使用无定形硅酸铝催化剂，普遍采用反应再生型吸收稳定系统。催化剂循环采用密相输送方式。反应再生系统和吸收稳定系统流程如图7.8, 7.9。反应再生系统过程 原料油加热雾化反应器提升管反应器床层旋风分离分馏塔 积炭催化剂下降到汽提段汽提吸附的油通过U形管增压风作用下进入再生器再生。催化剂在再生器内烧去积炭进入溢流管、U形管反应器循环使用。,5. 催化裂化工艺流程(1) 流化床催化裂化工艺流程,图7.8 同高并列式催化裂化反应-再生及分馏系统流程,图7.8 同高并列式催化裂化反应-再生及分馏系统流程,图79 双塔吸收稳定工艺流程 1吸收塔；2脱吸塔；3再吸收塔；4脱丁烷塔；5平衡罐；6

36、冷凝器；7换热器；8重沸塔；9回流罐,图79 双塔吸收稳定工艺流程,催化裂化产品分馏系统过程反应器出来的裂化气体进入分馏塔底部，经分馏后可得气体、汽油、轻柴油、重柴油、最后剩下重油渣。过程与前面原料精馏相似。注意：油浆循环以尽可能利用。吸收稳定系统过程 作用：将粗油品变成稳定实用产品。 粗油品吸收解吸塔(用稳定汽油吸收C3、C4组分) 贫气 柴油吸收塔干气。 次油品 稳定塔稳定油品。,催化裂化产品分馏系统过程,吸收-稳定系统操作压力为1.02.0MPa，主要设备是吸收-解吸塔、再吸收塔和脱丁烷塔。吸收-解吸塔以稳定汽油为吸收剂，富气由塔的中部进入与吸收剂逆流接触，富气中C2，C3，C4组分被吸

37、收。在解吸段，汽油与来自塔底的高温气流(塔底有再沸器)相遇，C2被解吸出来。最后塔顶馏出物基本上是脱除了C3的贫气。 贫气中夹带的汽油经来自分馏塔的柴油馏分再吸收塔吸收后，干气由塔顶引出。 脱丁烷塔操作压力一般在0.81.0MPa。吸收了C3, C4的汽油自塔中部进入，塔底产品是合格的稳定汽油，塔顶产品经冷凝后分为液态烃(主要是C3, C4)和气态烃(C2)。,吸收-稳定系统操作压力为1.02.0MPa，主要设,(2) 分子筛提升管催化裂化工艺流程,催化剂不同，用稀土高活性催化剂。分馏、吸收稳定系统相同，只是反应再生系统不同。关键是催化剂及其输送方式不同。高低并列式提升管催化裂化工艺如图7.1

38、0,同轴式提升管催化裂化工艺如图7.11.特点：高温、短接触时间(1.54s)，轻质油收率高，油品质量改善，抗重金属污染力强。再生温度也相应提高。,(2) 分子筛提升管催化裂化工艺流程催化剂不同，用稀土高活,图7.10 高低并列式提升管催化裂化反应再生系统流程,图7.10 高低并列式提升管催化裂化反应再生系统流程,反应进料,反应产物,主风,再生烟气,图7.11 同轴式提升管催化裂化反应再生系统流程,图7.12 逆流两段再生流程,反应进料反应产物主风再生烟气图7.11 同轴式提升管催化裂,6. 催化剂再生技术及动力回收,(1)催化剂再生技术的发展 催化剂再生质量对催化剂活性影响很大，目前除提高再

39、生温度来降低催化剂残炭量外，还采用了单器两段再生和快速床再生、两器错流两段再生、逆流两段再生和烟气串联两段再生等新技术。目前再生技术发展的总趋势是提高烧焦温度、降低再生催化剂含碳量及系统中催化剂藏量，实际使用的以两段高效再生方式为主。逆流两段再生流程如图7.12所示。约20%的焦炭在第二再生器被烧掉,第二再生器的烟气进入第一再生器继续烧焦，离开第一再生器的烟气含4%6%的CO和1%O2。该流程可使再生催化剂含碳量降到0.05%。,6. 催化剂再生技术及动力回收(1)催化剂再生技术的发展,快速床再生由快速床(又称前置烧焦罐)、稀相管和鼓泡床组成。两段再生流程如图7.13所示。烧焦罐实际上是快速流

40、化床，其中高流速、高温度、高氧含量和低催化剂藏量的条件，使烧焦强度提高到500kg/(ht) ,辅以CO燃烧可使管内温度高达700，约90%焦炭在高速床被烧掉。再生催化剂含碳量可降低到0.1%左右。 烟气串联高速床两段再生流程如图7.14所示。该工艺采用了烧焦罐、湍流床的烟气串联布局。一段再生与二段再生的分界有一个大孔径、低压降的分布板。这样不仅使第一段达到快速床条件，而且使第二段达到高速湍流床条件，两段烧焦都得到强化，总烧焦强度提高。该工艺可将反应再生系统的总催化剂藏量降低到25kg/(dt)，再生催化剂碳含量0.1%。,快速床再生由快速床(又称前置烧焦罐)、稀相管和鼓泡床,(2) 烟气轮机

41、动力回收技术的应用,随着催化剂再生技术的发展，再生烟气温度和压力都越来越高，再生器顶部烟气温度可达730以上，压力达0.36MPa左右。再生器高温烟气所带走的能量约占全装置能耗的1/4。因此，如何有效利用这部分能量是提高全装置能量利用率的关键。 图7.15是一种典型烟气轮机动力回收工艺流程。热烟气从再生器进入三级旋风分离器，除去烟气中绝大部分催化剂微粒后进入烟气轮机。烟气在烟气轮机中推动机械做功后，温度大约降低120180，排出的烟气可以进入CO锅炉或余热锅炉回收剩余的热能。 一些运行良好的装置回收的能量除能满足主风机动力需要外，还可向外输出电力。,(2) 烟气轮机动力回收技术的应用 随着催化

42、剂再生技术,1再生器；2三级旋风分离器；3闸阀；4调节蝶阀；5烟气轮机；6轴流风机；7汽轮机；8变速箱；9电机发电机；10主旁路阀；11小旁路阀；12余热锅炉；13烟囱,图 7.15 再生烟气能量回收系统流程图,1再生器；2三级旋风分离器；3闸阀；4调节蝶阀；5,7.2.5 加氢裂化,加氢裂化目的:普通裂化后大分子变为小分子,轻质油产率不高,重要原因是元素H不够。所以加H裂化可使部分裂解物变成轻烃类，提高轻油产率。优点：适用原料广泛，可根据需要生产汽油、柴油等。产品收率高、质量好、流程简单。缺点：操作温度较高300450C,压力也较高10 20MPa，投资大、操作费用高。,7.2.5 加氢裂化

43、加氢裂化目的:普通裂化后大分子变为小分,与催化裂化不同之处：采用固定床，未反应的H要循环。由于操作压力高，采用高、低压分离器。,图7.16 单段串联一次通过加氢裂化原则工艺流程,与催化裂化不同之处：采用固定床，未反应的H要循环。由于操作压,图7.17 单段串联全循环加氢裂化反应部分工艺流程图1精制反应器；2裂化反应器；3循环氢加热炉；4循环氢压缩机；5高压分离器；6低压分离器；7分馏塔,图7.17 单段串联全循环加氢裂化反应部分工艺流程图,7.2.6 加氢精制,精制目的：除去油品中的某些杂质或不理想组分，改善油品质量。十六烷值:代表柴油在发动机中发火性能的一个约定量值。在规定条件下的标准发动机

44、试验中，采用和被测定燃料具有相同发火滞后期的标准燃料中十六烷值的体积百分数表示。精制一般采取加氢精制和电化学精制两种。加氢精制特点：可同时脱除硫、氮、氧等杂原子，使烯烃和某些稠环芳烃加氢饱和。适用范围广泛，精制油质量好，收率高。加氢精制和加氢裂化的主要区别是催化剂不同，操作条件较温和，反应深度较浅。,7.2.6 加氢精制精制目的：除去油品中的某些杂质或不理想,加氢精制基本原理,通常使用的催化剂：氧化铝为担体的钼酸钴或钼酸镍、硫化钨硫化镍。主要化学反应： 硫化物硫化氢 RSH + H2 RH + H2S RSR +2H2 RH+RH+H2S + 4H2 + H2S 氮NH3 +5H2 C5H12

45、 + NH3,R-,S,C-C-C-C,R,N,加氢精制基本原理通常使用的催化剂：氧化铝为担体的钼酸钴或钼酸,加氢精制工艺流程,与加氢裂化不同之处：加碱洗除去H2S。,图 7.18,加氢精制工艺流程与加氢裂化不同之处：加碱洗除去H2S。图 7,7.2.7 电化学精制,电化学精制基本原理：将硫酸和氢氧化钠加入油品，在高压电场作用下使其与油品中杂质反应生成酸渣、碱渣，并迅速沉降分离，以改善油品质量。主要反应： H2S + 2 NaOH Na2S + 2H2O RSH + NaOH RSNa + H2O OH ONa + NaOH + H2O,7.2.7 电化学精制电化学精制基本原理：将硫酸和氢氧,

46、电化学精制工艺流程,特点：工艺简单、投资和操作费用低，适应性广。但精制油收率低、质量不高，设备腐蚀较严重。大量酸渣、碱渣的处理较难。,图 7.19,电化学精制工艺流程特点：工艺简单、投资和操作费用低，适应性,7.3 润滑油的生产Production of lubricating oil,7.3.1 润滑油的分类和使用要求1. 分类一般分为轻馏分的喷气机润滑油类，重馏分的航空润滑油类，电气类润滑油，特种润滑油等。按粘度规定润滑油牌号：除内燃机和车辆齿轮油外，以40C时运动粘度中心值的厘斯(mm2/s)数的整数表示。,7.3 润滑油的生产Production of lubr,2. 使用要求汽车发动

47、机润滑油需耐高温，且在高温下粘度也要足够大。一般润滑油要求抗氧化能力强，有较好的安定性。对严寒地区的润滑油要求有较好的低温流动性。各种润滑油都要腐蚀性小。特殊油品有特殊要求：如变压器油要有良好的绝缘性，汽轮机油需要很强的抗乳化能力，压缩机油要求有良好的安定性和较高的闪点。一般要求：适当的粘度，良好的粘温性、低温流动性、抗氧化安定性，腐蚀性小、残炭少等。,2. 使用要求,7.3.2 润滑油使用性能与化学组成的关系,1. 粘度与粘温性能润滑油馏分的沸点升高，粘度增大。烷烃和少环烃粘度低，多环烃粘度大。粘温特性：粘度随温度变化的特性称粘温特性。粘温特性好就是粘度随温度变化而变化的幅度小。通常所说的优

48、质润滑油的主要指标即粘温特性好。粘度指数：粘度随温度变化程度与标准油粘度变化值的比较。 粘度指数越大，粘温特性好。,7.3.2 润滑油使用性能与化学组成的关系1. 粘度与粘温性,粘度指数顺序：正构烷烃异构烷烃环烷烃芳香烃分子量大的组分粘度指数大环数多的组分粘度指数随环数增加急剧降低。侧链长侧链多且近中央的异构烷烃的粘度指数小。胶质、沥青质是多环及杂环的非烃化合物，粘度大，粘度指数很低。因此，高粘度指数的润滑油必须除去胶质、沥青、多环短侧链环烃。烷烃虽粘度指数高，但粘度小、凝固点高、低温流动性差，也应在生产润滑油时除去。总之，少环长侧链烃类才是润滑油的理想组分。,粘度指数顺序：正构烷烃异构烷烃环

49、烷烃芳香烃,2. 低温流动性,粘温凝固：在低温时润滑油的粘度大到使其失去流动性的现象称粘温凝固。 粘温凝固主要是由胶质及多环短侧链环状烃的粘度大、粘温特性差引起的。 结构凝固是由油中高凝固点的正构烷烃、异构烷烃及长烷基链的环状烃即固体蜡引起的。措施：除去胶质和多环短侧链环烃，除去固体烃。,2. 低温流动性粘温凝固：在低温时润滑油的粘度大到使其失去流,3. 抗氧化安定性,润滑油与空气接触时发生化学反应称润滑油的氧化。润滑油本身的耐氧化能力称抗氧化安定性。组分的抗氧化顺序：芳香烃环烷烃高温时的烷烃。混合物顺序十分复杂。混合物中芳香烃不能太多，因它在抗氧化过程中要生成酚类沉淀。胶质有抗氧化作用，但胶

50、质含量不能高，因其粘温性差，氧化后要生成沉积物。,3. 抗氧化安定性润滑油与空气接触时发生化学反应称润滑油的氧,7.3.3 润滑油的一般生产过程,一般生产过程经历减压蒸馏、丙烷脱沥青、精制、脱蜡、白土补充精制或加氢精制等过程。如图7.20.,减压蒸馏,精制,脱蜡,白土补充精制或加氢精制,丙烷脱沥青,减一线,减二线,减三线,减四线,不同种类的润滑油,7.3.3 润滑油的一般生产过程一般生产过程经历减压蒸馏、丙,7.3.4 丙烷脱沥青,1. 原理以丙烷为溶剂，在一定温度压力下，利用丙烷对减压渣油中润滑油组分和蜡有较大溶解度的特性，将渣油和丙烷在抽提塔内进行逆流抽提。沥青不溶于丙烷而使沥青沉降下来。