小学石油校本教材.doc

第一章 绪 论（2课时）由课程名称知,本课程研究的对象是“石油”。一、石油是什么？u 石油（Petroleum）是一种从地下深处开采出来的呈黄色、褐色甚至黑色的可燃性粘稠液体，常与天然气共存（从石油的外观、来源、最基本特性）u 石油是由远古海洋或湖泊中的生物在地下经过漫长的地球化学演化而形成的烃类和非烃类的复杂混合物（从地球化学角度）u 石油工业经过100多年发展以后，对“石油”才有了比较科学的命名。1983年第11届世界石油大会正式提出对石油、原油、天然气等名词的定义：石油(Petroleum)：指气态、液态和固态的烃类混合物，具有天然性状原油(Crude Oil)：指石油的基本类型，常压下呈液态，其中也包括一些液态非烃类组分（天然的液态烃类混合物）天然气(Natural Gas)：指石油的主要类型，常温常压下呈气态，在地层条件下溶解于原油中因此，石油这一概念实际上包括了人们习惯上所说的原油、天然气、伴生气、凝析油等。二、什么是石油炼制？u 石油炼制是我国石油化学工业的组成之一 u 石油化学工业分为两类：l 石油炼制：以石油为原料生产各种石油产品l 石油化工：以乙烯、丙烯为原料生产三大合成材料及基本有机原料。三、石油炼制工业（即炼油工业）：1.把原油蒸馏分为几个不同的沸点范围(即馏分)叫一次加工；一次加工装置；常压蒸馏或常减压蒸馏。 2.将一次加工得到的馏分再加工成商品油叫二次加工；二次加工装置：催化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整、烷基化、加氢精制等。 3.将二次加工得到的商品油制取基本有机化工原料的工艺叫三次加工。三次加工装置：裂解工艺制取乙烯、芳烃等化工原料。四、石油对人类的贡献· 被誉为“工业血液”，是重要的能源和优质的化工原料。石油能左右世界经济，对世界经济产生全方位、多层次的重大影响。同时又是不可再生的宝贵资源· 石油产品与人们的衣食住行息息相关· 石油工业是国家的基础工业(或支柱产业)、举足轻重。中国石油、中国石化两大集团公司拥有的资产占全国总资产的十分之一，所缴税款占全国总税收的四分之一· 目前石油在我国能源消费结构中约占20%（煤炭占70%）。据国际能源机构预测，未来二十年中国对石油及其产品的需求将呈快速增长趋势。预计到2020年，石油在我国总能源消费结构中的比例将上升至26% ,世界仍将保持目前38%水平· 近10年来，我国石油消费年均增长5.77%，而石油供应年均增长仅1.67%· 1993年，成为石油产品净进口国，1996年，成为原油净进口国，2002年进口原油、成品油超过7000万吨，今年已经超过10000万吨· 据统计，中国对进口石油的依存度已由1995年的6.6%上升为2000年的25%，预计2005年进口原油占国内总需求的比例将提高到33.5%直到今天，仍然没有哪一种产品或产业，能像石油那样持久地影响着全球的政治、经济、军事战略和国家安全五、国内外炼油工业的发展与现状石油作为一个工业的发展始于19世纪中叶(1859年)，在140多年的发展中，石油工业经历了三个时期：l 石油主要用作照明的“灯油”时代19世纪末l 石油主要用作发动机燃料的“动力燃油”时代20世纪中叶l 石油既作燃料、又作化工原料的“综合利用”时代，即当今的石油化工时代20世纪后半叶开始石油消费水平现已成为一个国家综合国力和经济发展程度的重要标志，是国家安全、经济繁荣的关键和社会文明的基础。我国是最早发现和利用石油的国家之一，在古代曾一度处于世界领先地位。北宋科学家沈括在梦溪笔谈中第一次使用“石油”这一名称：“夫延境内有石油，生于水际沙石，与泉水相杂，颇似淳漆，燃之如麻，但烟甚浓”，并预言“此物后必大行于世”。解放前，由于长期封建、半封建、半殖民地统治，石油的开发及加工生产发展极为缓慢。49年以前，全国石油累计生产67.7万吨，炼油能力只有17万吨。我国石油工业1949年后发展迅速。发现了以大庆、胜利为代表的342个油田(储量1亿吨以上的有26个)，110个气田(储量100亿立方米的有17个)。2002年我国原油产量1.6475亿吨（世界第四）。我国炼油工业1965年后发展突飞猛进。目前两大集团公司共有95个炼油厂，炼油能力已达22641万吨，仅次于美国(82822)、俄罗斯(27177)和日本(23932)，居世界第四。中国现已成为世界产油大国和炼油大国第二章 石油的化学、物理性质（2课时）一、石油的一般性状1颜色及密度 Ø 石油通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体。Ø 多数原油的密度集中在800980kg/m3之间，但也有个别原油的相对密度在1000kg/m3以上或800kg/m3以下。2我国主要原油的特点Ø 大多数原油的相对密度（d204）>0.86，属较重原油； Ø 凝点(CP)高，含蜡量高； Ø 含硫量较低；Ø 含氮量偏高，大部分原油N>0.3%。二、石油的元素组成Ø 原油中的主要元素是碳C（8387% ）、氢H（1114% ）。Ø 原油中除C、H外，还有S、N、O及其他微量元素(15%) Ø 原油中的微量金属元素有V、Ni、Fe、Cu、As等 Ø 石油中的非碳氢原子称为杂原子。与国外原油相比，我国原油的含硫低、含氮量高 碳氢比：是用来反映原油的属性的一个参数，与原油的化学结构有关系。各种烃类碳氢原子比大小顺序是：烷烃<环烷烃<芳香烃 三、石油的馏分组成1.馏分：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围的组分。 Ø 石油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自不同的沸点。Ø 用分馏的方法，可以把石油馏分分成不同温度段，如<200、200350等，称为石油的一个馏分。Ø 馏分不等同于产品。l 基础知识：什么是蒸馏？蒸馏一种热力学的分离工艺，是利用混合物中各组分的沸点不同，在蒸馏过程中，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。蒸馏有两种形式：一是简单蒸馏，水经一次蒸馏去除水中溶解的杂质制造蒸馏水； 二是精馏，也叫分馏，在一个设备中进行多次部分蒸发和部分冷凝，以分离液态混合物，如将石油经过分馏可以分离出汽油、柴油、煤油和重油等多种组分。2.馏分与产品的区别：石油产品是石油的一个馏分，但馏分并不等同于产品。石油产品要满足油品的规格要求，馏分要变成产品还必须对其进一步加工。3.直馏馏分：从原油直接分馏得到的馏分。它基本保留了石油化学组成的本来面目，如：不含不饱和烃，在化学组成中含有烷烃、环烷烃、芳香烃等 4.石油中含有的馏分，一般规定： Ø 小于180的馏分为汽油馏分（也称为低沸点馏分，轻油或石脑油馏分）。Ø 180350的馏分为煤、柴油馏分（也称中间馏分，AGO）。Ø 350500的馏分为减压馏分（也称高沸点馏分或润滑油,VGO）。Ø 大于500的馏分为减渣馏分(VR)。 四、石油的蒸发性能石油和石油产品的蒸发性能是反映其汽化、蒸发难易的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。 1.蒸汽压定义：蒸汽压是在某一温度下一种物质的液相与其上方的气相呈平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于气化。q 对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的蒸气压较小。q 对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。 2.馏程(沸程) 定义：石油馏分的沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸程。同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同。其馏程数据也有差别。在油品的质量标准中，大都采用条件性的馏程测定法恩氏蒸馏。 恩氏蒸馏(ASTM蒸馏)：将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定条件加热，流出第一滴冷凝液时的气相温度称为初馏点，馏出物为10%、20%90%时的气相温度别别称为10%、20%90%点，蒸馏到最后所能达到的最高气相温度称为终馏点或干点。从初馏点到干点（终馏点）的温度范围称为馏程。 · 馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对含量，所以在原油评价中常用。· 馏程是发动机燃料等的重要质量指标。五、油品的燃烧性能 石油和石油产品大都是易燃易爆、作为重要燃料来使用，研究其燃烧性能，对于安全使用燃料和了解燃料的使用性能均非常重要，主要用闪点、燃点和自燃点来描述。1.油品的闪点 爆炸上限和下限：在加热油品时，随着油品温度的升高，油品上方空气中的油气浓度逐渐增大，当用外来火源去引燃油气混合气时，发现在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火或爆炸现象。当油气浓度低于这一范围，油气不足，而高于这一范围，则空气不足，都不能闪火爆炸，因此称这一油气浓度范围为爆炸范围。其下限浓度称为爆炸下限，上限浓度称为爆炸上限。因此在储存油品时，应使油品上方的油气浓度在爆炸范围之外，这样在有外来火源时，才不至于发生闪火爆炸事故。闪点是指油品在常压下油气混合气相当于爆炸下限或上限时的油品温度。因此闪点可以认为是一个温度范围。而平时我们使用爆炸下限温度或者爆炸上限温度来作为油品的闪点。关于闪点有以下几点说明： · 汽油的闪点是相当于爆炸上限的油品温度，而煤、柴油和润滑油等的闪点是相当于爆炸下限时的油品温度。 · 石油产品的馏程越轻，蒸汽压越大，闪点越低。 · 闪点越低表明其着火危险性越大。因此石油产品 以其闪点作为着火危险等级的分级标准。 · 闪点是一个严格的条件性试验参数，实验时的条件不同，闪点也不同。轻质油品采用闭口杯法测定（GB/T261）；重质油品和润滑油采用开口杯法（GB/T267）。同一油品的闪点：开口杯>闭口杯 · 重质油品中混入少量轻质油时，闪点大大下降，而且开口杯闪点与闭口杯闪点的差别也大大增大。可以通过某种油品闪点的大小来判断其是否掺杂了其他油品。例如润滑油中混入了少量低沸点油品，则其闪点会大大降低。· 通过油品闪点的大小来确定油品储存或使用时应采用的温度。从防火角度来看，敞开装油容器或倾倒油品时的温度应比油品的闪点低至少17。· 混合油品的闪点不具备加和性，其闪点总是低于按可加性计算的混合油闪点。2.燃点和自燃点 燃点：油品在规定条件下加热到能被外部火源引燃并连续燃烧不少于5秒钟时的最低温度。自燃点：把油品预热到很高温度，然后使其与空气接触，则不需引火，油品即可能因剧烈氧化而产生火焰自行燃烧，能产生自燃的最低温度称为自燃点。通过定义我们可以看到，测闪点与燃点时需外部火源引燃；而自燃点却不需要，但它也有条件，就是油品在具有高温时才会出现自燃。象炼厂高温法兰处漏油时发生的火灾就属于油品的自燃。3.闪点、燃点和自燃点与油品的组成的关系 Ø 同族烃中，分子量增大，闪点增高，燃点增高，自燃点降低 Ø 油品越轻，闪点越低，燃点越低，自燃点越高 Ø 烷烃比芳烃易于自燃，所以烷烃的自燃点低(芳香烃比烷烃稳定)，但烷烃的闪点却比粘度相同而含环烷烃和芳香烃较多的油品高 从安全防火的角度来说，轻质油品防明火，以防外界火源而引燃爆炸，重质油品应防止高温泄露，遇空气自燃。第三章 炼油厂的构成和工艺流程（4课时）一、炼油厂的构成炼油厂主要由两大部分组成，即：炼油过程和辅助设备。从原油生产出各种石油产品一般需经过多个物理的及化学的炼油过程。通常，每个炼油过程相对独立的组成一个炼油生产装置。 1、炼油生产装置按生产目的分为以下几类： Ø 原油分离装置 (龙头装置、加工能力）原油加工的第一步是把原油分离为多个馏分油和残渣油，因此，每个炼油厂都有原油常压蒸馏装置或原油常减压蒸馏装置。在此装置中，还设有原油脱盐脱水设施。 Ø 重油轻质化装置 为了提高轻质油收率，需将部分或全部减压馏分油和渣油转化为轻质油，这一任务主要由裂化反应过程来完成，如催化裂化、加氢裂化、焦化等。 Ø 油品改质及油品精制装置 此类装置的作用是提高油品的质量已达到质量指标要求，如催化重整、加氢精制、电化学精致、溶剂精致、氧化沥青等。加氢处理、减粘裂化等也归入此类。 Ø 油品调合装置 为了达到产品质量要求，通常需要进行馏分油直接的调合，并且加入各种提高油品性能的添加剂。油品调合方案的优化对提高现代炼厂的效益也能起到重要作用。Ø 气体加工装置如气体分离、气体脱硫、烷基化、C5/C6异构化、合成甲基叔丁基醚（MTBE)等。Ø 制氢装置在现代炼厂，由于加氢过程的耗氢量大，催化重整装置的副产氢气不敷使用，有必要建立专门的制氢装置。 Ø 化工产品生产装置 如芳烃分离、含H2S气体制硫、某些聚合物单体的合成等。Ø 产品分析中心 为了保证产品的出厂质量。由于生产方案不同，炼厂中所包含的炼油过程的种类和多少，或者说复杂程度都有所不同。一般来说，规模大的炼厂其复杂程度会高些，但也有一些大规模的炼厂的复杂程度并不高。 2、辅助设施辅助设施是维持炼厂正常运转生产所必需的，主要的辅助设施有： Ø 供电系统 Ø 供水系统 Ø 供水蒸气系统 Ø 原油和产品储运系统 Ø 三废处理系统二、炼油装置工艺流程简介 下面以燃油的生产系统为例，简要介绍炼油装置工艺。炼油厂燃料油生产流程图<1>、常减压装置常减压装置几乎是每个炼油厂炼油加工的第一道工序，也是最基本的石油炼制过程。该装置通常由电脱盐，初馏、常压和减压蒸馏等工序组成。电脱盐工序进入炼油厂的原油含有不等量的盐和水分，盐类除小部分呈结晶状悬浮在原油中外，大部分溶于水中。水分大都以微粒状分散在油中，形成较稳定的油包水型乳状液。原理：原油中的盐大部分溶于水中，所以脱水的同时，盐也被脱除。常用的脱盐脱水过程是向原油中注入部分含氯低的新鲜水，以溶解原油中的结晶盐类，并稀释原有盐水，形成新的乳状液，然后在一定温度、压力和破乳剂及高压电场作用下，使微小的水滴，聚集成较大水滴，因密度差别，借助重力水滴从油中沉降、分离，达到脱盐脱水的目的。这称为电化学脱盐脱水，简称电脱盐过程。原油二级电化学脱盐脱水流程图流程说明：原油按比例加入淡水、破乳剂后经原油泵混合，并经换热器加热到预定温度，从底部进入一级电脱盐罐，通过高压电场后，脱水原油从罐顶引出；再次注入新鲜水，经混合阀混合后进入二级电脱盐罐底部，再次通过高压电场脱水，脱水后原油从罐顶流出即为脱水原油。从二级脱盐罐中脱出的水含盐较少，将其作为一级脱盐前所加的水注入原油，以节约新鲜水。从一级脱盐缸脱出的水，从罐底排出后出装置。常减压装置生产流程图初馏、常压和减压蒸馏初馏、常压和减压蒸馏均采用蒸馏的方法，反复地通过冷凝与汽化将原油分割成不同沸点范围的油品或半成品，得到各种燃料和润滑油馏分。这些馏分有的可直接作为产品出厂，但大部是为下一道工序提供原料。u 基础知识：什么是蒸馏？蒸馏一种热力学的分离工艺，是利用混合物中各组分的沸点不同，在蒸馏过程中，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。u 基础知识：蒸馏有两种形式：1、简单蒸馏，水经一次蒸馏去除水中溶解的杂质制造蒸馏水； 2、精馏，也叫分馏，在一个设备中进行多次部分蒸发和部分冷凝，以分离液态混合物，如将石油经过分馏可以分离出汽油、柴油、煤油和重油等多种组分。<2>、催化裂化装置催化裂化是重质油轻质化的最重要的二次加工生产装置。它以常压重油或减压馏分油掺入减压渣油为原料，与再生催化剂接触在480500的条件下进行裂化反应，生产出优质汽油、轻柴油、液化石油气及干气(作炼油厂自用燃料)。反应后的催化剂经700左右高温烧焦再生后循环使用。催化裂化装置生产流程图u 基础知识：什么叫裂解（裂化）反应？石油烃（裂解原料）在隔绝空气和高温下，分子发生脱氢、断链而生成烯烃或炔烃的过程，称为裂解反应。<3>、加氢裂化 装置加氢裂化是重质油轻质化的一种工艺方法。以减压馏分油为原料，与氢气混合在温度400左右，压力约17MPa和催化剂作用下进行裂化反应，生产出干气、液化石油气、轻石脑油、重石脑油、航空煤油、轻柴油等产品。其生产方案灵活性大，产品质量稳定性好，但由于该装置对设备要求高，工艺条件苛刻，投资高，因而加氢裂化总加工量远不如催化裂化装置。加氢裂化、加氢精制装置生产流程图<4>、催化重整装置 由常减压蒸馏初馏塔、常压塔顶来的直馏轻汽油馏分，经预分馏切出肋以前的馏分，将60180轻烃组分与氢气混合后，加热至280340进行预加氢，以去除硫、氮、氧等杂质，再与氢气混合加热至490510进入重整反应器，在催化剂（铂）的作用下，进行脱氢芳构化反应和其他反应生成含芳烃量较高的高辛烷值汽油(重整汽油)，可直接用作汽油的调和组分，也可经芳烃抽提，分离提取苯，甲苯、二甲苯等化工产品。副产品有液化石油气和氢气。氢气可作为加氢精制和氢裂化装置用氢的主要来源。因而加氢精制往往与重整组成联合生产装置催化重整加氢精制。催化重整装置生产流程图<5>、延迟焦化装置 以减压渣油为原料，经加热至500左右，进入焦炭塔底部，在塔内进行较长时间的深度分解和缩合等反应。反应后的油气自焦炭塔顶逸出，经分馏得到气体、汽油、柴油、蜡油、重质馏分油等产品。焦化反应生成的焦炭则聚集在焦炭塔内，经大量吹入蒸汽和水冷后，用高压水(压力1315MPa，流量140m3/h)进行水力切割，变为块状石油焦成品。焦化所产汽油、柴油很不稳定，含胶质高、颜色易变深并且含杂质多，必须进一步精制才能作为成品出厂。焦化重质馏分油作为催化裂化原料。石油焦可广泛用于冶金或作为化工生产的原料。焦化装置生产流程图<6>、气体分馏装置气体分馏装置是以脱硫后的液化石油气为原料，用精馏的方法分离制取丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等组分，为石油化工生产提供原料的生产过程。其工艺大都采用五塔流程。精馏塔在122MPa的压力和稍高于常温条件下操作。