原油分離過程的分析與研究

1、2016.3.25,原油分離過程的分析與研究,一、研究背景,二、催化裂化工藝簡介,三、主要測量儀表,研究背景,1.1,,,一、研究背景—石油組成及應用,83%,研究背景,1.1,,,一、研究背景—石油主要產(chǎn)品,主要內(nèi)容,1.常減壓蒸餾,2.催化裂化,3.催化重整,4.加氫精制,5.延遲焦化,分離工藝,,常減壓蒸餾,,,一、研究背景—石油分離工藝,概念：常減壓蒸餾是原油進入煉油廠后必須經(jīng)過的第一道工序。原油的第一個加工裝置就是蒸餾裝置。

2、借助于蒸餾過程，可以將原油分割成相應的汽油、煤油、柴油等燃料，還可以得到供其它煉油裝置加工的原料。常減壓蒸餾也稱為原油的一次加工。常減壓蒸餾得到的成品和半成品叫做直餾產(chǎn)品。,催化裂化,,,概念：催化裂化是指高分子烴類在高溫且采用催化劑的條件下裂解的化學反應。催化裂化裝置的原料通常是常壓餾分、減壓餾分或焦化蠟油等重質(zhì)餾分油。對燃料-滑油型煉油廠還可用丙烷脫瀝青油、潤滑油脫蠟得到的蠟膏作原料。通過催化裂化，這些重質(zhì)油裂解為輕質(zhì)油晶。,特點：

3、汽油產(chǎn)率高（占30%-60%）辛烷值高(可達到80),主要作用：重質(zhì)油晶轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量的汽油,一、研究背景—石油分離工藝,催化重整,,,在有催化劑存在的條件下，對直餾汽油餾分進行重整叫催化重整。重整汽油的辛烷值很高（一般在90以上），烯烴含量少，安定性好，同時也是生產(chǎn)芳烴的重要手段。此外，重整還副產(chǎn)純度很高的氫氣（含氫75%-90%），可直接用于加氫精制和加氫裂化。 催化重整廣泛采用以鉑作為主要活性組分的催化劑，這種催化劑可分為鉑催化

4、劑和雙金屬(或多金屬)催化劑。雙金屬(或多金屬)催化劑也是以鉑作為主要活性成分，另加入一種或幾種其它金屬(如錸、銥、錫等)，以改進催化劑的性能。,一、研究背景—石油分離工藝,加氫精制,,,加氫精制是催化加氫工藝中的一種。催化加氫過程是石油餾分在有氫氣存在的條件下催化加工過程的通稱。它包括加氫精制、加氫裂化、臨氫降凝、潤滑油加氫等，其主要目的是提高原油的加工深度、充分利用石油資源、改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高輕油收率及減少環(huán)境污染。在石油煉制工業(yè)中

5、，它是除催化裂化、催化重整以外應用最廣泛的催化加工過程。,一、研究背景—石油分離工藝,延遲焦化,,,延遲焦化是一種熱破壞加工方法。它主要以貧氫的重質(zhì)油如減壓渣油為原料，在高溫下進行深度熱裂化和縮合反應，加工生產(chǎn)出輕質(zhì)燃料油，同時得到大量石油焦（也稱焦炭）供冶金工業(yè)作電極或石墨制品。目前，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油焦已成為焦化過程的重要目的之一。 延遲焦化約生成70%的液體產(chǎn)品，其中汽油10%-20%，柴油25%-35%，裂化原料（或

6、稱含蠟油）25%-35%，此外還生成6%-8%的石油氣和15%-20%的焦炭。焦化所得的氣體烴和液體油品中含較多的烯烴，安定性較差，故往往作為其它裝置的原料或經(jīng)加氫精制等處理后成為產(chǎn)品。,一、研究背景—石油分離工藝,研究背景,1.1,,,一、研究背景—石油分離工藝,催化裂化,,,二、催化裂化工藝,概念：催化裂化是指高分子烴類在高溫且采用催化劑的條件下裂解的化學反應。催化裂化裝置的原料通常是常壓餾分、減壓餾分或焦化蠟油等重質(zhì)餾分油。對燃料

7、-滑油型煉油廠還可用丙烷脫瀝青油、潤滑油脫蠟得到的蠟膏作原料。通過催化裂化，這些重質(zhì)油裂解為輕質(zhì)油晶。催化裂化是煉油工業(yè)中最重要的一種二次加工工藝，是重油輕質(zhì)化和改質(zhì)的重要手段之一，已成為當今石油煉制的核心工藝之一。,特點：汽油產(chǎn)率高（占30%-60%）辛烷值高(可達到80),主要作用：重質(zhì)油晶轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量的汽油,催化裂化,,,具體工藝流程,提升管催化裂化工藝流程,主要內(nèi)容,1.流化原理與催化劑,2.反應再生系統(tǒng),3.分餾系統(tǒng),4.吸收

8、穩(wěn)定系統(tǒng),5.能量回收系統(tǒng),催化裂化,催化裂化,,,2.1 流化催化裂化與催化劑,1、流化原理由氣固兩相流動理論可知，當氣體垂直向上通過由細小固體顆粒堆積而成的床層時，若氣速很低，則氣體不能將固體顆粒帶起，床層內(nèi)的顆?；竟潭ú粍?。這種床層稱為固定床。當氣速增大到一定值后，床層內(nèi)固體顆粒會被氣流帶動，并能像液體一樣自由流動，即產(chǎn)生“流化”。若氣流只是使固體顆?；顒蛹觿。腆w顆粒始終懸浮于氣流中，這種床層稱為流化床。當氣速繼續(xù)增大至某

9、一值后，固體顆粒就會被氣流帶走。氣速越大，被帶走的顆粒越多，甚至可將顆粒全部帶走。提升管催化裂化反應器是一根直立管，叫提升管。由于分子篩催化 劑活性高，所以采用稀相輸送方式，使油氣和催化劑高速通過提升管。,催化裂化,,,2.1 流化催化裂化與催化劑,2、催化劑催化劑在催化裂化中起著十分重要的作用。在流化床反應器中，使用人工合成的硅酸鋁作催化劑。顆粒直徑大約有20-100μm。每顆催化劑中微孔體積約占顆粒體積的1/2。分子篩催

10、化劑是60年代發(fā)展起來的一種新型催化劑，也叫結(jié)晶型泡沸石，是一種具有晶格結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽。這種催化劑是一種多孔顆粒，具有很大的比表面積(新鮮分子篩催化劑一般在600-800m2/g)，而且這種孔穴排列規(guī)則，大小均勻，只允許大小相當?shù)姆肿舆M入而不允許更大的分子進入。分子篩催化劑的活性要比無定型硅酸鋁高100多倍。,主要內(nèi)容,1.流化原理與催化劑,2.反應再生系統(tǒng),3.分餾系統(tǒng),4.吸收穩(wěn)定系統(tǒng),5.能量回收系統(tǒng),催化裂化,催化裂化,2.2,

11、,,2.2 反應—再生系統(tǒng),反應系統(tǒng) 原料油經(jīng)加熱爐加熱到約400℃左右進入提升管反應器，與回煉油混合并與高溫再生催化劑相遇，迅速汽化并發(fā)生反應。提升管底部吹入水蒸氣起預提升作用。催化裂化反應在提升管內(nèi)發(fā)生，經(jīng)過幾秒鐘的反應后油氣與催化劑由提升管頂部離開反應器。反應器內(nèi)的溫度約500℃；上部的沉降器起氣固分離作用。 在沉降器內(nèi)，反應產(chǎn)物經(jīng)旋風分離器分離出夾帶的催化劑后離開反應器去分餾塔。而積有焦炭的催化劑（稱待生催化劑）

12、被旋風分離器捕集后由沉降器落人下面的汽提段。汽提段裝有多層人字形擋板并在底部通人過熱水蒸氣，用水蒸氣將吸附在催化劑上的油氣吹回沉降器。經(jīng)汽提后的待生催化劑則經(jīng)待生斜管進入再生器。,催化裂化,2.2,,,2.2 反應—再生系統(tǒng),再生系統(tǒng) 分子篩催化劑要求再生后的含炭量很低，故需采用高效再生技術(shù)。再生器的主要作用是燒去催化劑上的積炭，使其活性得以恢復。再生器下部為一燒焦罐，從其底部送人空氣使待生催化劑處于流化床狀態(tài)。催化劑上的

13、絕大部分積炭在罐內(nèi)燒去，然后再生煙氣和催化劑一起以高速通過輸送管。燒焦罐中流出的煙氣中所含的CO在管中完全燃燒成CO2。由輸送管出來的催化劑和煙氣經(jīng)過分離后，催化劑落在上部再生器的流化床層，再經(jīng)汽提后通過再生斜管送回反應器循環(huán)使用，再生煙氣則從再生器頂部排出。,催化裂化,2.2,,,2.2 反應—再生系統(tǒng),設備1、三器：提升管反應器、沉降器及再生器2、三閥：單動滑閥、雙動滑閥、塞閥3、三機：主風機、氣壓機和增壓機,催化裂化,

14、2.2,,,2.2 反應—再生系統(tǒng),提升管反應器,提升管反應器是一根長30-40m的管道，介質(zhì)是油氣和催化劑，提升管下端油氣速度一般為6-l0m/s，出口油氣速度為16-30m/s，操作溫度，500-550℃。油氣停留時間2-4s提升管的上端出口處設有氣-固快速分離機構(gòu)，用于使催化劑與油氣快速分離以及抑制反應的繼續(xù)進行,催化裂化,2.2,,,2.2 反應—再生系統(tǒng),沉降器,沉降器的作用是使來自提升管的油氣和催化劑分離，油氣經(jīng)旋風分離器分

15、出所夾帶的催化劑后經(jīng)集氣室去分餾系統(tǒng)；由提升管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汽提段。,,,催化裂化,2.2,,,2.2 反應—再生系統(tǒng),再生器,主要作用是燒去結(jié)焦劑上的焦炭以恢復其活性，同時也提供裂化反應所需的熱量。再生器內(nèi)安裝有旋風分離器 ，用來回收煙氣中的的催化劑細粉。,,,催化裂化,2.2,,,2.2 反應—再生系統(tǒng),閥門,單動滑閥用于床層反應器催化裂化和高低并列式提升管催化裂化裝置。其作用是：正常操作時用來調(diào)

16、節(jié)催化劑在兩器間的循環(huán)量，出現(xiàn)重大事故時用以切斷再生器與反應沉降器之間的聯(lián)系，以防造成更大事故。,催化裂化,2.2,,,2.2 反應—再生系統(tǒng),三機主風機承擔著向再生器提供燒焦用風的重要任務。氣壓機的作用是將分餾部分來的富氣壓力提升到吸收穩(wěn)定部分操作所需的壓力。增壓機為外取熱器提供提升風和流化風以及為待生套筒提供流化風。,主要內(nèi)容,1.流化原理與催化劑,2.反應再生系統(tǒng),3.分餾系統(tǒng),4.吸收穩(wěn)定系統(tǒng),5.能量回收系統(tǒng),催化

17、裂化,催化裂化,2.3,,,2.3分餾系統(tǒng),分餾系統(tǒng) 分餾系統(tǒng)的作用是將反應¾再生系統(tǒng)的產(chǎn)物進行分離，得到部分產(chǎn)品和半成品。由反應¾再生系統(tǒng)來的高溫油氣進入催化分餾塔下部，經(jīng)裝有擋板的脫過熱段脫熱后進入分餾段，經(jīng)分餾后 得到富氣、粗汽油、輕柴油、重柴油、回煉油和油漿。富氣和粗汽油去吸收穩(wěn)定系統(tǒng)；輕、重柴油經(jīng)汽提換熱或冷卻后出裝置，回煉油返回反應––再生系統(tǒng)進行回煉。油漿的一部分送反應再生系統(tǒng)回煉，

18、另一部分經(jīng)換熱后循環(huán)回分餾塔。為了取走分餾塔的過剩熱量以使塔內(nèi)氣液相負荷分布均勻，在塔的不同位置分別設有4 個循環(huán)回流：頂循環(huán)回流，一中段回流、二中段回流和油漿循環(huán)回流。,主要內(nèi)容,1.流化原理與催化劑,2.反應再生系統(tǒng),3.分餾系統(tǒng),4.吸收穩(wěn)定系統(tǒng),5.能量回收系統(tǒng),催化裂化,催化裂化,2.4,,,2.4吸收—穩(wěn)定系統(tǒng),吸收—穩(wěn)定系統(tǒng) 從分餾塔頂油氣分離器出來的富氣帶有汽油組分，而粗汽油中則溶有C4、C3甚至C2

19、組分。吸收—穩(wěn)定系統(tǒng)的作用就是利用吸收和精溜方法將富氣和粗汽油分離成干汽（C≤C2）、液化氣（C3、C4）和穩(wěn)定汽油。 富氣經(jīng)氣壓機升壓、冷卻并分出凝縮油后，由底部進入吸收塔；穩(wěn)定汽油和粗氣油則作為吸收液由塔頂進入，將富氣中的C2、C3、C4等吸收后得到富吸收油。富吸收油則和凝縮油一起進入解吸塔頂部。吸收塔頂出來的貧氣中夾帶有汽油，可經(jīng)再吸收塔用輕柴油回收。,催化裂化,2.4,,,2.4吸收—穩(wěn)定系統(tǒng),吸收—穩(wěn)定系統(tǒng)

20、 富吸收油中含有的C2組分不利于穩(wěn)定塔操作，所以需在解吸塔中先將C2解吸出來。脫去C2的油送人穩(wěn)定塔（實質(zhì)上是精餾塔），通過精餾作用把液化氣和穩(wěn)定汽油分開。有時，塔頂要排出部分不凝氣(也稱氣態(tài)烴)，它主要是C2，并夾帶有C3和C4。排出不凝氣的目的是為了控制穩(wěn)定塔的操作壓力。主要由吸收塔、解吸塔、再吸收塔及穩(wěn)定塔組成。吸收塔和解吸塔的操作壓力為1.0～2.0MPa。 穩(wěn)定塔實質(zhì)上是個精餾塔，操作壓力為1.0-1.

21、5MPa,催化裂化,2.4,,,吸收穩(wěn)定系統(tǒng)具體工藝流程,吸收—穩(wěn)定系統(tǒng)工藝流程,主要內(nèi)容,1.流化原理與催化劑,2.反應再生系統(tǒng),3.分餾系統(tǒng),4.吸收穩(wěn)定系統(tǒng),5.能量回收系統(tǒng),催化裂化,催化裂化,2.5,,,2.5 能量回收系統(tǒng),由于催化劑再生時產(chǎn)生的煙氣攜帶有大量熱能和壓力能，回收這部分能量，可以降低生產(chǎn)成本和能耗，提高經(jīng)濟效益。對于大型裝置，一般都是采用煙氣輪機回收壓力能，用作驅(qū)動主風機的動力和帶動薄電機發(fā)電；用余熱鍋爐進行熱

22、能回收，以產(chǎn)生蒸汽，供汽輪機使用或外輸。由再生器來的煙氣，含有微量的催化劑粉塵，它將會造成煙氣輪機葉片的磨損，所以在煙氣進入煙氣輪機前，需要經(jīng)過三級旋風分離器再次凈化。凈化分離下來的催化劑粉塵，排出裝置；輸送粉塵的泄料煙氣(約占煙氣總量的2～3％)，經(jīng)四級旋風分離器和臨界流量孔板通過煙道進人煙囪放空。,主要內(nèi)容,1.溫度測量儀表,2.壓力測量儀表,3.液位測量儀表,4.流量測量儀表,催化裂化,參數(shù)調(diào)節(jié),,,三、主要測量儀表,在實際生產(chǎn)

23、過程中，參數(shù)調(diào)節(jié)尤為重要。尤其是溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)?？刂坪霉に噮?shù)是安全高效生產(chǎn)的必要條件。因此測量儀表必不可少。,,,三、主要測量儀表,反應系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié) (一)反應壓力 反應壓力是指沉降器頂壓力，是生產(chǎn)中主要控制參數(shù)。重油催化裂化裝置一般將壓力檢測點設在分餾塔頂，正常操作反應壓力僅作為指示。反應壓力控制手段有分餾塔頂油氣管道蝶閥、富氣壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)、反飛動閥、壓縮機入口放火炬閥等，根據(jù)裝置的不同階段加以選擇控制。

24、(二) 反應溫度提升管裝置反應溫度指提升管出口溫度。反應溫度是催化裂化過程一個至關(guān)重要的獨立變量，是生產(chǎn)中主要控制參數(shù)。提升管催化裂化裝置反應溫度主要影響因素有原料油流量、預熱溫度、催化劑循環(huán)量、再生劑溫度等。原料油流量采用定值控制；原料油預熱溫度選定一合理值，也采用定值控制；再生器溫度基本也恒溫控制。反應溫度通過改變再生單動滑閥（或再生塞閥）開度，調(diào)節(jié)再生催化劑的循環(huán)量來控制。,參數(shù)調(diào)節(jié),,,反應系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié) (三) 原料油預

25、熱溫度原料油預熱溫度是指原料油進提升管反應器前的溫度，是調(diào)節(jié)兩器熱平衡和劑油比的一個手段。原料油預熱溫度控制。對于有原料油加熱爐的裝置，采用原料油預熱溫度定值控制燃料油量方案，加熱爐各支路應有流量指示。對于沒有加熱爐或不開加熱爐的裝置，原料油預熱溫度通過控制換熱器三通閥或旁路閥。(四) 原料油及霧化蒸汽進料控制一般原料油分多路進入提升管?？偣茉O置流量調(diào)節(jié)閥，原料油總流量定值控制，每支路進料管道對稱布置并設流量指示。,三、主要測

26、量儀表,參數(shù)調(diào)節(jié),,,再生系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)(一) 再生溫度再生溫度是影響燒焦速率的重要因素。提高再生溫度可大幅度提高燒焦速率，是降低再生催化劑含碳的重要手段。再生溫度也是影響催化劑失活和劑油比的主要因素。一般調(diào)節(jié)外取熱器取熱量控制再生溫度。(二) 再生壓力提高再生壓力可提高燒焦速率。再生器與反應器是一個相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，再生壓力還是影響兩器壓力平衡的重要參數(shù)。再生器壓力大幅度波動直接影響再生效果及催化劑跑損，也將影響到裝置的安全運行

27、。再生壓力一般采用雙動滑閥和煙機入口蝶閥分程控制方案。用煙機入口蝶閥小幅度調(diào)節(jié)再生器壓力，再生器壓力大幅度升高，煙機入口蝶閥全開后，自動切換為用雙動滑閥控制。,三、主要測量儀表,參數(shù)調(diào)節(jié),,,再生系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)(三)稀密相溫差與二次燃燒稀密相溫差是CO在密相、稀相燃燒程度的一個反映。運轉(zhuǎn)良好的再生器CO應該在密相床燃燒成CO2，再生器稀密溫差很小。常規(guī)再生時稀密相一般為負溫差。在采用CO助燃劑的再生過程中，CO基本在密相床燒盡。這時

28、采用直接調(diào)節(jié)主風總流量方式控制。(四) 兩器壓力平衡兩壓力平衡解決不好，兩器系統(tǒng)就無法正常操作，壓力平衡又是裝置安全運行的關(guān)鍵。兩器壓力平衡狀況很大成分是裝置設計決定的。已有裝置所能做的工作是平穩(wěn)操作，調(diào)整好催化劑管道各松動點使催化劑密度適宜、流動通暢。調(diào)整兩器壓力使各滑閥或塞閥壓力降均衡；將單、雙動滑閥或塞閥投入自動控制狀態(tài)，自動聯(lián)鎖保護系統(tǒng)投入運行。,三、主要測量儀表,參數(shù)調(diào)節(jié),,,分餾系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié) 分餾塔分餾效

29、果的標志是分餾精度。分餾精度除與分餾塔結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還受操作溫度、壓力、回流量、水蒸氣量等操作參數(shù)影響。隨著分餾塔操作條件的改變，適當調(diào)節(jié)回流量和回流溫度是調(diào)節(jié)熱平衡的手段，并可達到調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的目的。一般以調(diào)節(jié)返塔溫度為主，以減少對分餾塔分餾效果的影響。液位平穩(wěn)是物料平衡的標志。平穩(wěn)操作首先就要使各液位穩(wěn)定。分餾系統(tǒng)控制的液位有分餾塔底、輕柴油汽提塔、原料油緩沖罐、塔頂油氣分離器和封油罐等。,三、主要測量儀表,參數(shù)調(diào)節(jié),,,吸收—穩(wěn)定

30、系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié) 穩(wěn)定塔壓力控制有兩種方案。一種是用塔頂油氣管道上的調(diào)節(jié)閥直接控制塔頂壓力。常用于塔頂冷卻采用空冷器，安裝位置高于回流罐的場合。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開度直接控制塔頂壓力。另一種是熱旁路控制，應用于安裝位置低于回流罐的浸沒式冷凝冷卻器場合。該方案設有冷凝器熱旁路（從塔頂油氣線到回流罐的連接線），通過調(diào)節(jié)熱旁路調(diào)節(jié)閥開度，來改變塔頂與回流罐壓差，從而改變冷凝器中液位、管束的浸沒而積、冷凝器的冷卻負荷、改變冷后溫度，

31、從而達到控制穩(wěn)定塔頂壓力的目的。,三、主要測量儀表,參數(shù)調(diào)節(jié),熱電偶,,,3.1 溫度測量儀表,熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、測量準確度較高、裸絲熱容最小、材料的互換性好等優(yōu)點。利用熱電偶作為傳感器的熱電偶溫度計測溫范圍低溫可至4K,高溫可達2800℃. 熱電偶能進行多點溫度測量，其輸出信號能夠遠距離傳送.便于檢測和控制。因此熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)及科學研究中得到了廣泛的應用。,熱電偶,壓差變送器,,,3.2 壓力測量儀表,測量變送器兩端壓力之差的變送

32、器。所測量的結(jié)果是壓力差，差壓變送器與一般的壓力變送器不同的是它們均有2個壓力接口， 差壓變送器一般分為正壓端和負壓端，一般情況下， 差壓變送器正壓端的壓力應大于負壓段壓力才能測量。測量介質(zhì)正負兩端的壓力差，轉(zhuǎn)化成可以反應壓力差的標準電流信號（4-20mA）。差壓變送器用于測量液體、氣體和蒸汽的液位、密度和壓力，然后將其轉(zhuǎn)變成4- 20mADC的電流信號輸出。,差壓變送器,雙法蘭液位計,,,3.3 液位測量儀表,由法蘭松套伸縮接頭和短

33、管法蘭、傳力螺桿等構(gòu)件組成，能降低被連接件的壓力推力和補償管路安裝誤差，雙法蘭液位傳感器傳力接頭不能吸收軸向位移。雙法蘭傳力接主要用于泵、閥門等附件的松套連接。雙法蘭松套傳力接頭是有松套伸縮接頭和短管法蘭、傳力螺桿等構(gòu)件組成，它能傳遞被連接件的壓力推力和補償管路誤差，不能吸收軸向位移。主要用于泵、閥門、管路等附件的松套連接。,雙法蘭液位計,渦街流量計,,,3.4 流量測量儀表,渦街流量計是基于流體振動發(fā)展起來的，根據(jù)旋渦的不同，檢測方