第一章 校內(nèi)拆裝實習(xí)及中試基地參觀第一節(jié) 多極泵1.1多級泵的工作原理：離心泵運轉(zhuǎn)之前，泵殼內(nèi)先要灌滿液體，稱為灌泵。在灌滿液體的泵中，原動機通過泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片強迫液體隨之轉(zhuǎn)動，液體在離心力作用下向四周甩出至蝸殼，再沿排出管流出。與此同時在葉輪入口中心形成低壓，于是，在吸人罐液面與泵葉輪人口壓力差的推動下，從吸入管吸入罐中的液體流進泵內(nèi)。這樣，泵軸不停地轉(zhuǎn)動，葉輪源源不斷地吸人和排出液體。圖1.1多級泵機構(gòu)圖1.2主要零部件： 1.葉輪 葉輪是離心泵中唯一的能量傳遞元件。葉輪和軸以及固定于軸上的所有零件統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子。當(dāng)原動機帶動泵軸旋轉(zhuǎn)時，固定于軸上的葉輪也隨之旋轉(zhuǎn)，通過葉片把原動機的能量傳給液體，使液體提高壓力。通過泵后液體壓力的升高值p（Pa)，與揚程H(J/Kg)和液體的密度p(kg/m3)有關(guān)，即p=pH(Mpa) 。 葉輪通常由輪盤、葉片和輪蓋三部分組成。根據(jù)三者的組合情況可有閉式、半開式、開式及雙吸葉輪等結(jié)構(gòu)，如圖3-8所示。葉輪多數(shù)情況下用鑄造或精密鑄造法整體制成。當(dāng)流道很窄不易鑄造時，可采用在輪盤上銑出葉片后與輪蓋焊接或鉚接的結(jié)構(gòu)。圖1.2離心泵葉輪形式(a)閉式葉輪;b)半開式葉輪;(c)開式葉輪。(d)雙吸葉輪 2.吸入室 吸人室位于葉輪人口之前，其作用是將吸人管中液體以最小的能t損失導(dǎo)人葉輪。吸人室一般有三種形式，如圖3-10所示。錐形吸人室用于小型單級懸臂式離心泵中。螺旋形吸人室目前多用于懸臂式離心油泵和中開式多級蝸殼泵中。環(huán)形吸人室常用于多級分段式離心泵中。3.泵體泵體主要是壓液室，壓液室的作用是收集液體和轉(zhuǎn)換能量，即把從葉輪排出的液體收集起來導(dǎo)向排出管，同時降低液體的速度，使動能轉(zhuǎn)化為壓力能。壓液室是指葉輪出口到泵出口法蘭(對分段式多級泵是到下一級葉輪人口)的過流部分，常見的有蝸殼和導(dǎo)葉(也稱導(dǎo)輪)兩種型式。蝸殼因流道做成螺旋形而得名，如圖1.3所示。液體沿螺旋線流動，隨著流道截面的增加而降低速度。螺殼后有一擴壓段，在該段主要起降速擴壓作用。對分段式多級泵，為了使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，每級葉輪和下一級葉輪之間的能量轉(zhuǎn)換采用導(dǎo)葉(導(dǎo)輪)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)葉有徑向?qū)~和流道式導(dǎo) 葉兩種，如圖1.4所示。圖1.3 蝸殼圖 圖1.4導(dǎo)葉圖 4.軸向力平衡裝置 離心泵運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子受到一個與軸心線平行的軸向力，其產(chǎn)生原因可作如下解釋:液體流經(jīng)葉輪后壓力升高，因此在葉輪前后兩側(cè)壓力的分布不同，如圖3-13所示。在輪蓋側(cè)r1范圍內(nèi)的壓力為P1，輪盤側(cè)r2范圍內(nèi)為P2且呈拋物線分布。顯然輪蓋側(cè)壓力低，掄盤側(cè)壓力高，這就是產(chǎn)生軸向力主要 圖1.5葉輪兩側(cè)壓力分布圖 原因。軸向力一般自葉輪背面指向葉輪人口。 第二節(jié) 閘板閥閘板閥是最常用的截斷閥之一，主要用來接通或截斷管路中的介質(zhì)，不運用于調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。運用的壓力、溫度及直徑范圍很大，尤其運用于中、大直徑的管道。閘板閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.6所示閘板閥的主要特點 （1） 流體阻力小。閘體內(nèi)部介質(zhì)通孔是直通的，介質(zhì)流經(jīng)時不改變其流動方向，因而流動阻力較小。 圖1.6閘板閥 （2）啟閉較省力。啟閉時閥板運動方向與介質(zhì)流動方向相垂直。與相比，的啟閉較為省力。 （3）介質(zhì)流動方向一般不受限制。介質(zhì)可從兩側(cè)任意方向流過，均能達(dá)到接通或截斷的目的。便于安裝，運用于介質(zhì)的流動方向可能改變的管路中。閘板閥的結(jié)構(gòu)型式 按閥桿結(jié)構(gòu)和運動方式分為明桿和。明桿的閥桿帶動閥板一起升降，閥桿上的傳動內(nèi)螺紋在殼體外部，因此，可根據(jù)閥桿的運動方向和位置直觀地判斷閥板的啟閉和位置，而且傳動內(nèi)螺紋便于潤滑和不受流體腐蝕，但它要求有較大的安裝空間。暗桿的傳動內(nèi)螺紋位于殼體內(nèi)部，在啟閉過程中，閥桿只做旋轉(zhuǎn)運動，閥板在殼體內(nèi)升降。因此，的高度尺寸小。暗桿閥閘，通常在上蓋上方裝設(shè)啟閉位置指示器，以運用于船舶、管溝等空間較小和粉塵含量大的環(huán)境 第三節(jié) 單螺桿泵蛇泵也稱單螺桿泵，但與前面所講單螺桿泵的結(jié)構(gòu)和密封原理不同。這種泵是一種較新的水力機械，目前在石油鉆采及石油輸送中得到了越來越廣泛的應(yīng)用. 圖1.7是一個單螺桿泵的結(jié)構(gòu)簡圖。這種單螺桿泵中最重要的元件是襯套2和螺桿3組成的襯套螺桿副。由于螺桿在襯套中進行復(fù)雜的行星運動，所以在螺桿與中間傳動軸之間有一個偏心聯(lián)軸節(jié)9，也可以用萬向聯(lián)軸節(jié)或撓性軸代替偏心聯(lián)軸節(jié)。圖1.7單螺桿泵示意圖這種泵也是靠一根螺桿的旋轉(zhuǎn)向前推擠液體。但是它的高、低壓腔并不相通，特殊結(jié)構(gòu)的螺桿和具有內(nèi)螺旋面的專門襯套相配合，螺桿與襯套把液體沿軸向分開，同時又在徑向把液流一分為二，形成一個個密封腔。所以，在每個螺桿襯套副中，螺桿是單螺旋面，而襯套內(nèi)表面是雙螺旋面.兩者的旋向相同，即同為右旋或左旋。螺桿的任一斷面都是半徑為R的圖，如圖1.8所示。整個螺桿的形狀可看成是由很多半徑為IZ的極薄圓盤組成.不過這些圓盤的中心D以偏心距e繞螺桿本身的軸線EZ一邊旋轉(zhuǎn)，一邊按一定螺距t向前移動形成的螺旋面。 圖1.8 蛇泵的螺桿 襯套的材料是橡膠，它的斷面是由兩個半徑為R(等于螺桿斷面半徑)的半圓和兩條長度為4e的直線段組成的長圓形，如圖1.9所示.襯套的雙線內(nèi)螺旋面就是由上述斷面繞襯套的軸線02旋轉(zhuǎn)的同時按一定的導(dǎo)程T=2t向前移動而產(chǎn)生的。圖1.9 襯套橫斷面形狀及螺旋面的形成第四節(jié) 中試基地參觀中試基地，存在進行中間試驗的專業(yè)實驗基地；通過必要的資金，裝備條件及技術(shù)支持，對科技成果經(jīng)行成熟化處理和工業(yè)化考驗。中試基地一般可分為專業(yè)中試基地配套基地和綜合性中試配套基地兩大類。專業(yè)中試配套基地是專門從事某個進行項目的中試配套基地；綜合性中試配套基地是以生產(chǎn)加工一般性工業(yè)產(chǎn)品為主要經(jīng)營業(yè)務(wù)。同時承擔(dān)同類技術(shù)項目中試和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化配套協(xié)作的基地。中國石油大學(xué)（北京）中試基地屬于綜合性中試配套基地。參觀的主要工藝：重油催化裂化裝置；烷基化工藝流程裝置；CH4制油流程裝置以及重油催化裂化催化劑性能和分離測試裝置。重油催化裂化裝置主要是經(jīng)典三部分：反應(yīng)再生系統(tǒng)，分餾系統(tǒng)，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。中試基地的重油催化裂化裝置測試的是較重的原料（主要VGO）在催化劑作用下在提升管中的催化裂化成輕質(zhì)汽，煤，柴的效率，它主要的部分為反應(yīng)再生系統(tǒng)。烷基化裝置是使用異構(gòu)烷烴和輕烯烴生產(chǎn)高辛烷至汽油的裝置，所采用的方法是硫酸烷基化。CH4制油裝置主要是CH4裂解和CO,H2合成汽油的過程。除此以外，中試基地還有一些流化床性能測試實驗裝置，催化劑性能測試實驗裝置，旋風(fēng)分離器性能測試實驗裝置。第二章 煉油廠生產(chǎn)實習(xí)煉油廠簡介中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司，地處北京西南，是中國石化直屬的特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)。目前擁有63套主要生產(chǎn)裝置、68套輔助生產(chǎn)裝置，原油加工能力超過1000萬噸/年，乙烯生產(chǎn)能力超過80萬噸/年，可生產(chǎn)94個品種、431個牌號的石油化工產(chǎn)品，是我國最大的合成橡膠、合成樹脂、苯酚丙酮和高品質(zhì)成品油生產(chǎn)基地之一。公司始建于1967年，1970年成為我國第一家煉化一體化企業(yè)，截至2011年底，累計加工原油2.7億噸，生產(chǎn)乙烯1616萬噸，實現(xiàn)銷售收入8236億元，利稅989億元，為國家建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展做出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。燕山分公司是我國第一家生產(chǎn)歐標(biāo)準(zhǔn)成品油的千萬噸級煉油基地，是保證首都能源安全的骨干企業(yè)，每年為市場提供汽油、柴油、航空煤油以及潤滑油基礎(chǔ)油、石蠟、硫磺等多種產(chǎn)品。公司致力于提供清潔能源，帶動了中國的油品質(zhì)量升級。從1997年率先實現(xiàn)汽油無鉛化，到2004年歐、2005年歐、2007年歐，在全國一路領(lǐng)跑，用10年時間走完了發(fā)達(dá)國家20多年的油品升級之路。公司不斷提升自主創(chuàng)新能力，積極承擔(dān)中國石化重大科研攻關(guān)項目，在清潔油品生產(chǎn)、節(jié)能減排、合成橡膠新膠種研發(fā)等關(guān)鍵領(lǐng)域達(dá)到了國內(nèi)先進水平，形成了一批國內(nèi)“獨一無二”、“數(shù)一數(shù)二”的特色高端產(chǎn)品。合成樹脂包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、EVA、聚丙烯以及改性專用樹脂等產(chǎn)品，年產(chǎn)量超過100萬噸，專用料比例達(dá)82%以上，能夠充分滿足客戶需求。合成橡膠包括順丁橡膠、SBS、溶聚丁苯橡膠、丁基橡膠等，其中順丁橡膠處于國際先進水平，榮獲國家科技進步獎，連續(xù)三次獲得國家質(zhì)量金獎；丁基橡膠、溴化丁基橡膠填補國內(nèi)空白?；居袡C化工原料包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯酚、丙酮、苯、乙二醇、苯乙烯等多種產(chǎn)品，間苯二甲酸PIA、間二甲苯MX、1-己烯等替代進口、旺銷全國。第一節(jié) 原油的蒸餾 在某些條件下，原油常壓蒸餾也采用兩段汽化流程。在這種流程中，在常壓塔之前再設(shè)置一個初餾塔(亦稱預(yù)汽化塔)。原油經(jīng)換熱升振至一定溫度(約200250)即進人初溜塔，在初餾塔中分餾出原抽中的最輕餾分(國內(nèi)一般占原油的510),由初餾塔底抽出的液相部分再經(jīng)進一步換熱和在加熱爐中加熱至規(guī)定的溫度，例如約370，再進人常壓塔。通常在初餾塔只取出一個塔頂產(chǎn)品，即輕汽油溜分或重整原料。也有的初餾塔除塔頂產(chǎn)品外，還出一個側(cè)線產(chǎn)品。如果蒸餾裝置中還有減壓蒸餾部分，則此蒸餾流程即為三段汽化流程，即包括初餾塔、常壓塔和減壓塔。圖2.1是這種三段汽化的原油蒸餾流程。圖2.1 燃料型常減壓蒸餾工藝流程圖(1)原油初餾。其主要作用是拔出原油中的輕汽油餾分。從罐區(qū)來的原油先經(jīng)過換熱(熱源一般是本裝置內(nèi)的熱源)，溫度達(dá)到80120左右進入電脫鹽罐進行脫鹽、脫水。脫后原油再經(jīng)過換熱，溫度達(dá)到210250，這時較輕的組分一起進人初餾塔，塔頂出輕汽油餾分(初頂油)，塔底為拔頭原油。(2)常壓蒸餾。其主要作用是分出原油中沸點低于350輕質(zhì)餾分油。拔頭原油經(jīng)換熱、常壓爐加熱至360370，形成的氣液混合物進人常壓塔，塔頂壓力一般為130170kPa。塔頂出汽油(常頂油)，經(jīng)冷凝冷卻至40左右，一部分作塔頂回流，一部分作汽油餾分。各側(cè)線餾分油經(jīng)汽提塔汽提、換熱、冷卻后出裝置。各側(cè)線之間一般設(shè)12個中段循環(huán)回流。塔底是沸點高于350的常壓重油。圖2.2是常壓蒸餾的工藝流程圖。圖2.2 原油常壓蒸餾的流程示意圖(3)減壓蒸餾。其作用是從常壓重油中分出沸點低于500的高沸點餾分油和渣油。常壓重油(也叫常壓渣油)的溫度為350左右，用熱油泵從常壓塔底部抽出送到減壓爐加熱。溫度達(dá)390 400進入減壓精餾塔。減壓塔頂?shù)膲毫σ话闶?5kPa。為了減小管線壓力降和提高減壓塔頂?shù)恼婵斩?，減壓塔頂一般不出產(chǎn)品或出少量產(chǎn)品(減頂油)，直接與抽真空設(shè)備聯(lián)接，并采用頂循環(huán)回流方式(即從塔頂以下幾塊塔板處或減一線抽出口引出一部分熱流，經(jīng)換熱或冷卻后返回到塔頂，這種回流方式可減小塔頂冷凝冷卻器負(fù)荷，降低塔頂管線壓力降等)。側(cè)線各餾分油經(jīng)換熱、冷卻后出裝置，作為二次加工的原料。各側(cè)線之間也設(shè)12個中段循環(huán)回流。塔底減壓渣油經(jīng)換熱、冷卻后出裝置，也可稍經(jīng)換熱或直接送至下道工序如焦化、溶劑脫瀝青等，作為熱進料。圖2.3是減壓蒸餾的工藝流程圖。圖2.3減壓蒸餾的工藝流程示意圖第二節(jié) 催化裂化2.1催化裂化的原料和產(chǎn)品 催化裂化是最重要的重質(zhì)油輕質(zhì)化過程之一，在汽油和柴油等輕質(zhì)油品的生產(chǎn)中占有很重要的地位。 傳統(tǒng)的催化裂化原料是重質(zhì)餾分油，主要是直餾減壓餾分油(VGO )，也包括焦化重餾分油(CGO，通常須經(jīng)加氫精制)。由于對輕質(zhì)油品的需求不斷增長及技術(shù)進步，近20年來，更重的油料也作為催化裂化的原料，例如減壓渣油、脫瀝青的減壓渣油、加氫處理重油等。一般都是在減壓餾分油中摻入上述重質(zhì)原料，其摻入的比例主要受制于原料的金屬含量和殘?zhí)贾?。對于一些金屬含量很低的石蠟基原油也可以直接用常壓重油作為原料。?dāng)減壓餾分油中摻人更重質(zhì)的原料時則通稱為重油催化裂化。 原料油在500左右、2 4atm及與裂化催化劑接觸的條件下，經(jīng)裂化反應(yīng)生成氣體、汽油、柴油、重質(zhì)油(可循環(huán)作原料)及焦炭。反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率與原料性質(zhì)、反應(yīng)條件及催化劑性能有密切的關(guān)系。在一般工業(yè)條件下，氣體產(chǎn)率約1020 ,其中主要是C3、C4，且其中的烯烴含量可達(dá)50%左右;汽油產(chǎn)率約3060，其研究法辛烷值約8090，安定性也較好;柴油產(chǎn)率約040，由于含有較多的芳香烴，其十六烷值較直餾柴油低，由重油催化裂化所得的柴油的十六烷值更低，而且其安定性也較差;焦炭產(chǎn)率約57,原料中摻人渣油時的焦炭產(chǎn)率則更高些，可達(dá)8%10。焦炭是裂化反應(yīng)的縮合產(chǎn)物，它的碳?xì)浔群芨?，其原子比約為1: (0.31)，它沉積在催化劑的表面上，只能用空氣燒去而不能作為產(chǎn)品分離出。圖2.4是催化裂化的工藝流程圖。圖2.4 催化裂化裝置工藝流程2.2工藝流程概述催化裂化裝置一般由三個部分組成，即:反應(yīng)一再生系統(tǒng)，分餾系統(tǒng)，吸收一穩(wěn)定系統(tǒng)。在處理量較大、反應(yīng)壓力較高(例如0. 25MPa)的裝置，常常還有再生煙氣的能量回收系統(tǒng)。上圖是一個高低并列式提升管催化裂化裝置的工藝流程。1.反應(yīng)一再生系統(tǒng) 新鮮原料油經(jīng)換熱后與回?zé)捰突旌?，?jīng)加熱爐加熱至200 400后至提升管反應(yīng)器下部的噴嘴，原料油由蒸汽霧化并噴人提升管內(nèi)，在其中與來自再生器的高溫催化劑( 600 750 )接觸，隨即汽化并進行反應(yīng)。油氣在提升管內(nèi)的停留時間很短，一般只有幾秒鐘。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出夾帶的催化劑后離開反應(yīng)器去分餾塔。圖2.5是反應(yīng)再生系統(tǒng)的工藝流程圖。圖2.5 催化裂化反應(yīng)再生系統(tǒng)的工藝流程圖積有焦炭的催化劑(稱待生催化劑)由沉降器落人下面的氣提段。氣提段內(nèi)裝有多層人字形擋板并在底部通人過熱水蒸氣。待生催化劑上吸附的油氣和顆粒之間的空間的油氣被水蒸氣置換出而返回上部。經(jīng)氣提后的待生劑通過待生斜管進人再生器。再生器的主要作用是燒去催化劑上因反應(yīng)而生成的積炭，使催化劑的活性得以恢復(fù)。再生用空氣由主風(fēng)機供給，空氣通過再生器下面的輔助燃燒室及分布管進入流化床層。對于熱平衡式裝置，輔助燃燒室只是在開工升溫時才使用，正常運轉(zhuǎn)時并不燒燃燒油。再生后的催化劑(稱再生催化劑)落人淹流管，再經(jīng)再生斜管送回反應(yīng)器循環(huán)使用。再生煙氣經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出夾帶的催化劑后，經(jīng)雙動滑閥排人大氣。在加工生焦率高的原料時，例如加工含渣油的原料時，因焦炭產(chǎn)率高，再生器的熱量過剩，須在再生器設(shè)取熱設(shè)施以取走過剩的熱量。再生煙氣的溫度很高，不少催化裂化裝置設(shè)有煙氣能量回收系統(tǒng)，利用煙氣的熱能和壓力能(當(dāng)設(shè)能量回收系統(tǒng)時，再生器的操作壓力應(yīng)較高些)做功，驅(qū)動主風(fēng)機以節(jié)約電能，甚至可對外輸出剩余電力。對一些不完全再生的裝置，再生煙氣中含有5%10%的CO,可以設(shè)CO鍋爐使CO完全燃燒以回收能量。在生產(chǎn)過程中，催化劑會有損失及失活，為了維持系統(tǒng)內(nèi)的催化劑的藏量和活性，需要定期地或經(jīng)常地向系統(tǒng)補充或置換新鮮催化劑。為此卸催化劑時采用稀相輸送的方法，裝置內(nèi)至少應(yīng)設(shè)兩個催化劑儲罐。裝卸催化劑時采用稀相輸送的方法，輸送介質(zhì)為壓縮空氣。在流化床催化裂化裝置的自動控制系統(tǒng)中，除了有與其他煉油裝置相類似的溫度、壓力、流量等自動控制系統(tǒng)外，還有一整套維持催化劑正常循環(huán)的自動控制系統(tǒng)和在流化失常時起作用的自動保護系統(tǒng)。此系統(tǒng)一般包括多個自保系統(tǒng)，例如反應(yīng)器進料低流量自保、主風(fēng)機出口低流量自保、兩器差壓自保，等等。以反應(yīng)器低流量自保系統(tǒng)為例:當(dāng)進料量低于某個下限值時，在提升管內(nèi)就不能形成足夠低的密度，正常的兩器壓力平衡被破壞，催化劑不能按規(guī)定的路線進行循環(huán)，而且還會發(fā)生催化劑倒流并使油氣大量帶人再生器而引起事故。此時，進料低流量自保就自動進行以下動作:切斷反應(yīng)器進料并使進料返回原料油罐(或中間罐)，向提升管通人事故蒸汽以維持催化劑的流化和循環(huán)。2分餾系統(tǒng)典型的催化裂化分餾系統(tǒng)見圖2.6，由反應(yīng)器來的反應(yīng)產(chǎn)物油氣從底部進人分餾塔，經(jīng)底部的脫過熱段后在分餾段分割成幾個中間產(chǎn)品:塔頂為汽油及富氣，側(cè)線有輕柴油、重柴油和回?zé)捰?，塔底產(chǎn)品是油漿。輕柴油和重柴油分別經(jīng)氣提后，再經(jīng)換熱、冷卻后出裝置。催化裂化裝置的分餾塔有幾個特點: 進料是帶有催化劑粉塵的過熱油氣，因此，分餾塔底部設(shè)有脫過熱段，用經(jīng)過冷卻的油漿把油氣冷卻到飽和狀態(tài)并洗下夾帶的粉塵以便進行分餾和避免堵塞塔盤。 全塔的剩余熱量大而且產(chǎn)品的分離精確度要求比較容易滿足。因此一般設(shè)有多個循環(huán)回流:塔頂循環(huán)回流、一至兩個中段循環(huán)回流、油漿循環(huán)。 塔頂回流采用循環(huán)回流而不用冷回流，其主要原因是:進人分餾塔的油氣含有相當(dāng)大數(shù)量的惰性氣體和不凝氣，它們會影響塔頂冷凝冷卻器的效果;采用循環(huán)回流代替冷回流可以降低從分餾塔頂至氣壓機入口的壓降，從而提高了氣壓機的人口壓力、降低氣壓機的功率消耗。圖2.6 催化裂化的分餾系統(tǒng)的流程示意圖3.吸收一穩(wěn)定系統(tǒng) 吸收一穩(wěn)定系統(tǒng)主要由吸收塔、再吸收塔、解吸塔及穩(wěn)定塔組成。從分餾塔頂油氣分離器出來的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有C3,C4組分。吸收一穩(wěn)定系統(tǒng)的作用就是利用吸收和精餾的方法將富氣和粗汽油分離成干氣(C2)、液化氣(C3,C4)和蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油。圖2.7是該系統(tǒng)的流程圖。圖2.7催化裂化的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的工藝流程圖第三節(jié) 加氫裂化3.1加氫裂化的基本原理(一)加氫裂化過程的化學(xué)反應(yīng) 石油烴類在高溫、高壓及催化劑存在條件下，可通過一系列化學(xué)反應(yīng)，使重質(zhì)油品轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品，主要反應(yīng)包括:裂化反應(yīng)、加氫反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、環(huán)化以及脫硫、脫氮和脫金屬等反應(yīng)。1.烷烴(1)直鏈烷烴。以十六烷為例: 除上述反應(yīng)之外，烷烴也發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，從而使產(chǎn)物中異構(gòu)烷烴和正構(gòu)烷烴比值增高，而且C3，C4餾分中異構(gòu)物含量很高。(2)環(huán)烷烴。在加氫裂化過程中，環(huán)烷烴受環(huán)數(shù)多少、側(cè)鏈長短及催化劑酸性強弱影響而反應(yīng)歷程各不相同。其中單環(huán)環(huán)烷烴發(fā)生異構(gòu)化、斷鏈、脫烷基側(cè)鏈和不明顯的脫氫反應(yīng)如:雙環(huán)環(huán)烷烴和多環(huán)環(huán)烷烴首先異構(gòu)化生成五元環(huán)的衍生物然后再斷鏈。反應(yīng)產(chǎn)物主要由環(huán)戊烷、環(huán)己烷和烷烴組成。2.烯烴烷烴分解和帶側(cè)鏈環(huán)狀烴斷鏈都會生成烯烴。在加氫裂化條件下，烯烴加氫變?yōu)轱柡蜔N，反應(yīng)速度最快。除此之外，還進行聚合、環(huán)化反應(yīng)。如:3芳烴 單環(huán)芳烴的加氫裂化不同于單環(huán)環(huán)烷烴，若側(cè)鏈上有三個碳原子以上時，首先不是異構(gòu)化而是斷側(cè)鏈，生成相應(yīng)的烷烴和芳烴。除此之外，少部分芳烴還可能進行加氫飽和生成環(huán)烷烴，然后再按環(huán)烷烴的反應(yīng)規(guī)律繼續(xù)反應(yīng)。 雙環(huán)、多環(huán)和稠環(huán)芳烴加氫裂化是分步進行的，通常一個芳香環(huán)首先加氫變?yōu)榄h(huán)烷芳烴，然后環(huán)烷環(huán)斷開變成單烷基芳烴，再按單環(huán)芳烴規(guī)律進行反應(yīng)。在氫氣存在下，稠環(huán)芳烴的縮合反應(yīng)被抑制，因此不易生成焦炭產(chǎn)物。4.非烴類化合物 非烴類化合物系指原料油中的硫、氮、氧化合物，在加氫裂化條件下，含硫化合物進行加氫反應(yīng)生成相應(yīng)的烴類及硫化氫;含氧化合物加氫生成相應(yīng)的烴類和水;含氮化合物加氫生成相應(yīng)的烴類及氨。硫化氫、水和氨易于除去。因此，加氫產(chǎn)品無需另行精制?；瘜W(xué)反應(yīng)如下:3.2 工藝流程兩段加氫裂化流程。兩段加氫裂化流程中有兩個反應(yīng)器，分別裝有不同性能的催化劑。第一個反應(yīng)器中主要進行原料油的精制，第二個反應(yīng)器中主要進行加氫裂化反應(yīng)，形成獨立的兩段流程體系。流程如圖2.8所示。圖2.8 兩段加氫裂化工藝原理流程 原料經(jīng)高壓油泵升壓并與循環(huán)氫及新氫混合后首先與第一段生成油換熱，經(jīng)第一段加熱爐加熱至反應(yīng)溫度，進人第一段加氫反應(yīng)器，在高活性加氫催化劑上進行脫硫、脫氮反應(yīng)，原料中的微量金屬也同時被脫除，反應(yīng)生成物經(jīng)換熱、冷卻后進人第一段高壓分離器，分出循環(huán)氫。生成油進人汽提塔，脫去3和瓏S后作為第二段進料。在汽提塔中用氫氣吹掉溶解氣、氨和硫化氫。第二段進料與循環(huán)氫混合后進人第二段加熱爐，加熱至反應(yīng)溫度，在裝有高酸性催化劑的第二段加氫反應(yīng)器內(nèi)進行加氫、裂解和異構(gòu)化等反應(yīng)。反應(yīng)生成物經(jīng)換熱、冷卻、分離，分出循環(huán)氫和溶解氣后送至穩(wěn)定分餾系統(tǒng)。第四節(jié) 加氫精制4.1加氫精制的基本原理 加氫精制過程中的主要化學(xué)反應(yīng)是加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧、烯烴的加氫飽和以及加氫脫金屬等。 (1)含硫、含氮、含氧等非烴化合物與氫發(fā)生氫解反應(yīng)，分別生成相應(yīng)的烴和硫化氫、氨和水，很容易從油品中除去。這些氫解反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，但這幾種非烴化合物的反應(yīng)能力是不同的，其中含硫化合物的加氫分解能力為最大，含氮化合物的為最小，含氧化合物的居中，要達(dá)到相同的脫硫率和脫氮率，則脫氮所要求的精制條件比脫硫要苛刻得多。例如： (2)在各類烴中，烷烴和環(huán)烷烴很少發(fā)生反應(yīng)，而大部分的烯烴與氫反應(yīng)生成烷烴。 (3)幾乎所有的金屬有機化合物在加氫精制條件下都被加氫和分解，生成的金屬沉積在催化劑表面上，會造成催化劑的活性下降，并導(dǎo)致床層壓降升高。所以加氫精制催化劑要周期性地進行更換。 由此可見，加氫精制產(chǎn)品的特點:質(zhì)量好，包括安定性好、無腐蝕性，以及液體收率高等，都是由加氫精制反應(yīng)所決定的。 加氫精制的工藝過程多種多樣，按加工原料的輕重和目的產(chǎn)品的不同，可分為汽油、煤油、柴油和潤滑油等餾分油的加氫精制，其中包括直餾餾分和二次加工產(chǎn)物，此外，還有渣油的加氫脫硫。4.2 工藝流程加氫精制的工藝流程雖因原料不同和加工目的不同而有所區(qū)別，但其化學(xué)反應(yīng)的基本原理是相同的。如圖2.9所示，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。圖2.9加氫精制工藝流程1.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)進人加熱爐(這種方式稱爐前混氫，也有在加熱爐后混氫的，稱為爐后混氫)，加熱至反應(yīng)溫度進人反應(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(加氫精制是放熱反應(yīng))。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)。 加氫精制反應(yīng)器可以是一個，也可以是兩個。前者叫一段加氫法，后者叫兩段加氫法。兩段加氫法適用于某些直餾煤油的精制，以生產(chǎn)高密度噴氣燃料。此時第一段主要是加氫精制，第二段是芳烴加氫飽和。2.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。 3.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，流程如下圖所示，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。如圖2.10是循環(huán)氫脫H2S工藝流程。為了保證循環(huán)氫中氫的濃度，用新氫壓縮機不斷往系統(tǒng)內(nèi)補充新鮮氫氣。圖2.10循環(huán)氫脫H2S工藝流程第五節(jié) 潤滑油基礎(chǔ)油裝置（煉油三廠）常減壓裝置，減二線 減三線用于制潤滑油。該裝置屬于燃料-潤滑油型的煉廠。5.1燃料一潤滑油型這種類型的原油常減壓蒸餾工藝流程如圖2.11所示，其流程特點如下:(1)常壓系統(tǒng)在原油和產(chǎn)品要求方面與燃料型相同時，其流程亦相同。(2)減壓系統(tǒng)流程較燃料型復(fù)雜。減壓塔要出各種潤滑油餾分，其分餾效果的優(yōu)劣直接影響到后面的加工過程和潤滑油產(chǎn)品的質(zhì)量，所以各側(cè)線餾分餾程要窄，塔的分餾精確度要求較高。為此，減壓塔一般是采用板式塔或塔板-填料混合式減壓塔，塔板數(shù)較燃料型多，側(cè)線一般是45個，而且有側(cè)線汽提塔以滿足對潤滑油餾分閃點的要求，并改善各餾分的餾程范圍。(3)控制減壓爐出口最高油溫不大于395，以免油料因局部過熱而裂解，進而影響潤滑油質(zhì)量。(4)減壓蒸餾系統(tǒng)一般采用在減壓爐管和減壓塔底注人水蒸氣的操作工藝。注入水蒸氣的目的在于改善爐管內(nèi)油的流動情況，避免油料因局部過熱裂解;降低減壓塔內(nèi)油氣分壓，提高減壓餾分油的拔出率。圖2.11原油常減壓蒸餾工藝流程(燃料一潤滑油型)5.2糠醛精制工藝流程 如圖2.12是糠醛精制的工藝原理流程。整個流程主要分為三部分:抽提;提余液及提取液中的溶劑回收;糠醛一水溶液的處理。1.抽提部分原料油經(jīng)換熱后從抽提塔的下部進入，循環(huán)溶劑糠醛則從塔的上部進人，兩者在塔內(nèi)進行逆流連續(xù)抽提。抽提塔一般在約0.5MPa壓力下操作，使提余液和提取液自動流入溶劑回收系統(tǒng)。在有些裝置，抽提塔的下部設(shè)有抽出油循環(huán)，有的還在塔的中部使用中間冷卻。2.提余液和提取液中溶劑的回收 一般情況下，提余液中的溶劑量較少，而提取液中的溶劑量約占總?cè)軇┗厥樟康?0。在溶劑的蒸發(fā)回收過程中多采用多效蒸發(fā)方法以減少能耗。從抽提塔上部流出的提余液經(jīng)換熱及加熱爐加熱至約220后進入提余液汽提塔進行閃蒸和汽提，脫去溶劑后的提余油從塔底抽出送出裝置。塔頂?shù)目啡┱魵馀c水蒸氣經(jīng)冷凝冷卻后進人糠醛一水分層罐。提取液從抽提塔底流出，與由高壓蒸發(fā)塔來的糠醛蒸氣換熱后進人低壓蒸發(fā)塔進行第一次蒸發(fā)，然后經(jīng)加熱爐加熱后進人高壓蒸發(fā)塔進行第二次蒸發(fā)。低壓蒸發(fā)塔的操作壓力稍高于常壓，高壓蒸發(fā)塔的操作壓力約為0.25MPa(絕。提取液中的溶劑約有3545%是在低壓蒸發(fā)塔脫除，其余的溶劑則在高壓蒸發(fā)塔脫除。從高壓蒸發(fā)塔塔底出來的提取液中還含有少量溶劑，因此還須經(jīng)汽提除去。脫除溶劑后的提取油從汽提塔塔底抽出送出裝置。提余液汽提塔和提取液汽提塔都是在減壓下操作，壓力約為13Kpa。圖2.12糠醛精制工藝原理流程3.糠醛一水溶液的處理 糠醛與水部分互溶，而且能生成共沸物，因此不能用簡單的沉降分離或精餾方法來處理。工業(yè)上一般用雙塔流程來回收糠醛水溶液中的糠醛。圖13-27示出了雙塔回收流程及其原理。 從氣液平衡關(guān)系圖2.13中可以看出，有含糠醛35(質(zhì))的共沸物存在。含糠醛小于35的混合物進行蒸餾時可以分成水和共沸物，而大于35%時則可以分成共沸物和糠醛。用簡單的蒸餾方法是不能將共沸物分開的。從溶解度圖中可以看出含糠醛35%的共沸物冷凝后冷卻到接近常溫時就會分成兩相。例如冷到40時就分成一相為含糠醛約6.5%的水溶液，另一相為含糠醛93以上的糠醛液，這兩相又可以分別送回精餾塔進行精餾，分出水和糠醛。圖中的虛線和箭頭表示這個分離過程。具體的工業(yè)流程如下:由汽提塔來的水蒸氣和糠醛蒸氣經(jīng)冷凝冷卻后進人分層罐。上層含水多，稱水液，送人水溶液脫糠醛塔，糠醛以共沸物的組成從塔頂分出，冷凝后回到分層罐又分成兩層。水從塔底排出。分層罐的下層主要是糠醛，送入糠醛脫水塔，水以共沸物組成從塔頂蒸出，冷凝后進人分層罐。塔底得到含水小于0.5%的干糠醛，可以循環(huán)回抽提塔使用。圖2.13 糠醛潤滑油體系的平衡關(guān)系圖5.3溶劑脫蠟工藝流程溶劑脫蠟過程包括以下各系統(tǒng): 結(jié)晶系統(tǒng):它的作用是將原料油和溶劑混合后的溶液冷到所需的溫度，使蠟從溶劑中結(jié)晶出來，并供給必要的結(jié)晶時間，使蠟形成便于過濾的狀態(tài)。冷凍系統(tǒng):它的作用是制冷，取出結(jié)晶時放出的熱量。 右圖2.14是結(jié)晶系統(tǒng)的原理流程。 原料油先經(jīng)蒸汽加熱(熱處理)，目的是使原來的結(jié)晶全部熔化，再在控制的有利的條件下重新結(jié)晶。對殘渣油原料，通常是在熱處理前加人一次溶劑稀釋，對餾分油原料則可以直接在第一臺結(jié)晶器的中部 圖2.14 溶劑脫蠟過程原理流程注人溶劑稀釋，稱為“冷點稀釋”。通常在前面的結(jié)晶器用濾液作冷源以回收濾液的冷量，后面的結(jié)晶器則用氨冷。原料油在進人氨冷結(jié)晶器之前先與二次稀釋溶劑混 去濾機進料罐。三次稀釋溶劑是經(jīng)過冷卻的由蠟系統(tǒng)回收的濕溶劑。由于濕溶劑含水，在冷凍時會在傳熱表面結(jié)冰，因此在冷卻時也利用結(jié)晶器。若使用普通的管殼式換熱器則需要用幾臺切換使用。氨冷結(jié)晶器的溫度通過控制液氨罐的壓力來調(diào)節(jié)。在大型的溶劑脫蠟裝置，需使用多臺結(jié)晶器，為了減小壓降，這些結(jié)晶器采用多路并聯(lián)。酮苯脫蠟過程的結(jié)晶器一般都用套管式結(jié)晶器。它是由直徑不同的兩根同心管組成。通常外殼直徑為2Omm，內(nèi)殼直徑為ISUmrn。原料油從內(nèi)管通過，冷凍劑走夾層空間。內(nèi)管中心有貫通全管的旋轉(zhuǎn)鋼軸，軸上裝有刮刀來刮掉結(jié)在冷卻表面上的蠟。一般每根套管長13m, 若干根組成一組，例如有16根、2根、10根等幾種。的停留時間以便使混合物的冷卻速度不致太快。原料油和溶劑在套管結(jié)晶器內(nèi)有一定有可供實用的準(zhǔn)確的傳熱計算公式由于油一蠟一溶劑混合物是個復(fù)雜體系.沒有準(zhǔn)確的傳熱計算公式，工業(yè)設(shè)計中一般都采用經(jīng)驗的總包傳熱系數(shù)，其值大體上是4152W/(時)仁3545kca1/(時)。設(shè)計時，在計算出傳熱面積之后還應(yīng)核算在套管內(nèi)的冷卻速度是否在允許范圍之內(nèi)。套管結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)對結(jié)晶過程的進一步改進有一定的局限性。在套管結(jié)晶器內(nèi)，析出蠟晶是從內(nèi)管的冷內(nèi)壁處局部開始的，因而油料溶液中的蠟組分不能按熔點的高低順序均勻地擴散到已有的蠟晶表面使蠟晶均勻生長。刮刀與套管內(nèi)壁上的蠟晶相互碰撞還會助長蠟晶破碎和新晶核的生成，使蠟晶粒度更不勻。此外，套管結(jié)晶器的傳熱系數(shù)較低，需要大的傳熱面積，造價較高，維修保養(yǎng)費用也高。過濾系統(tǒng):它的作用是將已冷卻好的溶液通過此系統(tǒng)將油和蠟分開。 過濾系統(tǒng)的主要功能是通過過濾使蠟與油進行分離。過濾系統(tǒng)的主要設(shè)備是過濾機。從結(jié)晶系統(tǒng)來的低溫的油一蠟一溶劑混合物進人高架的濾機進料罐后，自流入并聯(lián)的各臺過濾機的底部。濾機裝有自動控制儀表控制進料速度。圖2.15是鼓式真空過濾機的示意圖。過濾機的主要部分是裝在殼內(nèi)的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓蒙以濾布，部分浸沒于冷凍好的原料油溶劑混合物中(浸沒深度約為濾鼓直徑的1 /3左右)。濾鼓分成許多格子，每格都有管道通到中心軸部。軸與分配頭緊貼，但分配頭不轉(zhuǎn)動。當(dāng)某一格子轉(zhuǎn)到浸人混合物時，該格與分配頭吸出濾液部分接通，于是以殘圖2.15 鼓式真空過濾機示意圖 200400mmHg的真空度將濾液吸出。蠟餅留在濾布上，經(jīng)受冷洗，當(dāng)?shù)焦蔚恫糠謺r接通惰性氣反吹，濾餅即落入輸蠟器，用螺旋攪刀送到濾機的一端落入下面的蠟罐。我國目前通用的濾機每臺有50m2過濾面積。濾機的抽濾和反吹都用情性氣體循環(huán)。濾機殼內(nèi)維持13kPa(表壓)以防空氣漏人。惰性氣體中含氧量達(dá)到5%時應(yīng)立即排空換氣，以保證安全。反吹壓力一般為0.030.045MPa(表壓)。 過濾后的蠟餅經(jīng)冷洗后落人蠟罐，然后送去溶劑回收系統(tǒng)。冷洗液中含油量很少，經(jīng)中間罐后可作稀釋溶劑，這樣可以減小溶劑回收系統(tǒng)的負(fù)荷。濾液被送回結(jié)晶系統(tǒng)進行換冷后進入溶劑回收系統(tǒng)。過濾機在操作一段時間后，濾布就會被細(xì)小的蠟結(jié)晶或冰堵塞，需要停止進料，待過濾機中的原料和溶劑混合物濾空后，用4060的熱溶劑沖洗濾布，此操作稱為溫洗。溫洗可以改善過濾速度，又可減少蠟中帶油，但溫洗次數(shù)多及每次溫洗時間長則占用過多的有效生產(chǎn)時間。溶劑回收系統(tǒng):它的作用是把蠟和油中的溶劑分離出來，包括從蠟、油和水回收溶劑。由過濾系統(tǒng)出來的濾液(油和溶劑)和蠟液(蠟和溶劑)進人溶劑回收系統(tǒng)回收其中的溶劑。圖2.16是溶劑回收系統(tǒng)的工藝原理流程。圖2.16 溶劑回收系統(tǒng)工藝原理流程 在此流程中，濾液和蠟液是分別進行溶劑回收的?；厥盏姆椒ǘ际遣捎谜舭l(fā)一汽提方法。在溶劑蒸發(fā)部分都是依次進行低壓蒸發(fā)、高壓蒸發(fā)，然后又進行低壓蒸發(fā)。高壓蒸發(fā)塔的操作壓力和溫度分別為0.30.35MPa及180 210，低壓蒸發(fā)塔在稍高于常壓下操作，蒸發(fā)溫度為90 100。為了減小能耗，蒸發(fā)過程都采用多效蒸發(fā)方式。由汽提塔底得到的脫蠟油和蠟中含溶劑量一般可低于0.1。由濾液蒸發(fā)塔出來的溶劑蒸汽經(jīng)冷凝后進入溶劑罐，可作為循環(huán)溶劑使用。由蠟液蒸發(fā)塔出來的氣體含有水分，經(jīng)冷凝后進入溶劑分水罐。兩個汽提塔頂出來的氣體經(jīng)冷凝后都進人溶劑分水罐。在分水罐內(nèi)，上層為含水約34的濕溶劑，下層為含溶劑(主要是酮)約10%的水。由于甲基乙基酮（丁酮）與水會形成共沸物，因此溶劑與水的分離可以采用雙塔分溜方法，最后得到基本上不含溶劑的水和含水低于0.5%的溶劑。安全氣系統(tǒng):它的作用是為了防爆，在過濾系統(tǒng)中及溶劑罐用安全氣封閉。5.4白土精制裝置有些油品經(jīng)過酸堿精制、溶劑精制后還殘留有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、環(huán)烷酸、磺酸鹽、硫酸酯、酸堿渣及抽提溶劑，這些雜質(zhì)均為極性物質(zhì)，很容易被活性白土吸附而除掉。硫酸也把油品中影響色度的物質(zhì)以及光安定性很差的物質(zhì)除掉，以保證油品色度良好。就是用活性白土在一定溫度下處理油料，降低油品顏色及安定性。在此同時自土精制的殘?zhí)恐导八嶂?或酸度)，改著油品的白土是一種結(jié)晶或無定型物質(zhì)，它具有許多微孔，形成很大的表面積。白土有天然的和活化的兩種。天然白土就是風(fēng)化的長石?；钚园淄潦菍淄劣?15%的稀硫酸活化、水洗、干燥、粉碎而得。它的比表面可達(dá)450m2/g，其活性比天然白土大410倍;所以工業(yè)上多采用活性白土。在白土精制條件下，白土對膠質(zhì)和瀝青質(zhì)有很好的吸附作用，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的分子量越大，越易被吸附。氧化物和硫酸醋也容易被吸附。在烴類中，吸附順序是:芳香烴>環(huán)烷烴>烷烴。圖2.17為白土精制流程圖。圖2.17 白土精制工藝流程圖原料油經(jīng)加熱后進人混合器與白土混合約2030min,然后用泵送人加熱爐。加熱溫度至270280。加熱以后進人蒸發(fā)塔，塔頂有抽真空設(shè)備，一般用噴射泵抽真空。從蒸發(fā)塔頂蒸出在加熱爐中裂化產(chǎn)生的輕組分和殘余溶劑，然后進人中間罐。從中間罐先打人史式過濾機，濾掉絕大部分白土。但是這種濾機較粗，有些細(xì)小顆粒仍能透過，所以需通過板框式過濾機再過濾一次，以保證產(chǎn)品無固體顆粒存在。第三章 化工產(chǎn)的生產(chǎn)實習(xí)第一節(jié) 乙烯裝置（化工一廠） 乙烯生產(chǎn)技術(shù)是石油化工的核心技術(shù)，乙烯裝置是石油化工的核心裝置。乙烯的技術(shù)水平、產(chǎn)量、規(guī)模標(biāo)志著一個國家石油化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平。乙烯裝置生產(chǎn)的三烯-乙烯、丙烯、丁二烯。燕山石化化工一廠主要從事乙烯及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)，現(xiàn)年產(chǎn)乙烯71萬噸和8萬噸的乙二醇，其設(shè)備及產(chǎn)品的產(chǎn)量都處于全國領(lǐng)先地位?；ひ粡S的乙烯裝置的主要原料為二蒸餾的石腦油，加氫裝置的加氫尾油以及輕烴（主要組成為C2，C3），原料經(jīng)過高溫裂解，急冷，壓縮，分離等工藝過程，生產(chǎn)高純的乙烯，丙烯等產(chǎn)品，同時為下游的制苯和橡膠的生產(chǎn)提供原材料。如圖3.1為制乙烯的工藝流程圖：圖3.1 化工一廠制乙烯流程圖(1)原料預(yù)熱 輕烴來自全壓力罐區(qū)輕烴緩沖罐的輕烴加熱到60，送到閃蒸罐10-V-2531。罐底部的液相混合到新鮮的石腦油管線。罐頂部的氣相經(jīng)壓控閥并入到氣相進料管線。 石腦油新鮮的石腦油來自界區(qū)外的石腦油罐，與循環(huán)回的加氫碳五混合后，經(jīng)急冷水預(yù)熱加熱到43，與來自輕烴閃蒸罐10-V-2531的重組分混合后，經(jīng)換熱器10-E-2512進一步加熱到80送到爐區(qū)。加氫尾油新鮮的加氫尾油原料來自界區(qū)外的加氫尾油罐，界區(qū)溫度70,壓力1.1Mpa。在尾油預(yù)熱器10-E-2515預(yù)熱到80后送到加氫尾油爐。(2) 裂解裂解爐采用“雙輻射段”即通過采用兩個輻射室共用一個對流段（雙爐膛）來容納雙倍數(shù)量的爐管。本項目采用的Pyrcrack 1-1型爐管，具有高選擇性，給定原料下乙烯收率更高；壓降小；操作周期長等特點。使用文丘里分配器，使所有的輻射段流速一致，最終每根爐管有相同的停留時間。線性急冷換熱器（LQE）的設(shè)計使其不受焦粒的沖刷，避免結(jié)焦。保證長周期運行，最大限度減少檢修工作。對流段設(shè)計，使其適應(yīng)原料的多樣性，加氫尾油為達(dá)到相應(yīng)的氣化率和流動形式，采用特殊設(shè)計。利用對流段回收的廢熱，產(chǎn)生最大限度的過熱超高壓蒸汽，對于加氫尾油爐，采用專有的混合注汽噴嘴設(shè)計，避免結(jié)焦 原料在對流段預(yù)熱，氣化、與稀釋蒸汽混合，經(jīng)橫跨段分配至輻射段。所有的平行進口管線連接到一對進料總管，通過文丘里噴嘴（Laval）重新分配進到輻射段爐管。這種對流段物料出來和再分配使進入輻射段使各流股達(dá)到相同的溫度和壓力,使得所有流股的流速相同、停留時間相同。進入輻射段后，通過控制輻射段的反應(yīng)溫度，即底部和側(cè)壁燒嘴輸出的熱量，來控制裂解反應(yīng)深度。裂解爐的熱效率與排煙溫度密切相關(guān)，通過回收煙道氣熱量，加熱原料、超高壓蒸汽和鍋爐給水，提高熱效率。對流段由幾組平行布置的爐管構(gòu)成，按照一定順序合理布置不同管束，達(dá)到最大的熱回收，使裂解爐高效穩(wěn)定長周期運行。圖3.2 裂解裝置的示意圖(3)急冷 1)油洗 來自裂解爐急冷器200到250的裂解氣進入油洗塔（10-C-2701），通過和急冷油逆流接觸進一步冷卻，并最大地實現(xiàn)熱量回收?；厥盏臒崃勘挥糜诎l(fā)生稀釋蒸汽和其他加熱器。塔上部精餾段用水洗塔（10-C-2801）底部循環(huán)回來的裂解汽油作為回流。急冷油塔底210的急冷油通過急冷油泵（10-P-2771 A-C/S）送至急冷油旋風(fēng)分離過濾器10-V-2732A-E分離出焦粒然后分成兩部分，一部分作為裂解燃料油產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送出界區(qū)；另一部分與中油混合作為熱源送至稀釋蒸汽發(fā)生器2號再沸器10-E-3012A-L。冷卻后的急冷油一部分送油洗塔的下部，另一部分送到裂解爐急冷器，直接急冷裂解氣。為了調(diào)節(jié)急冷油塔中急冷油的粘度，一部中油送至裂解燃料油汽提塔10-C-2702用中壓蒸汽進行汽提。汽提出的輕組分返回急冷油塔；汽提后的塔底裂解柴油一部分作為裂解柴油產(chǎn)品送出，另一部分作為汽提塔的回流。2)水洗 水洗塔10-C-2801通過大量循環(huán)急冷水，進一步將裂解氣冷卻至環(huán)境溫度，同時重汽油和稀釋蒸汽也被冷凝。凈化和冷卻后的38左右的裂解氣由塔頂送往壓縮單元。83的循環(huán)急冷水從水洗塔底采出，用泵送往多個低溫?zé)崃炕厥沼脩?。并在返回塔前在板式換熱器10-E-2811A-F和10-E-2812A/B中最終冷卻，返回塔的頂部和中部。在急冷水泵10-P-2871A/B入口，注入堿液嚴(yán)格控制急冷水的PH值，以防止急冷水乳化。另外從水洗塔下部抽出的水和汽油通過油水分離，分離出的工藝水經(jīng)過工藝水聚結(jié)器后，送往稀釋蒸汽系統(tǒng)；分離出的裂解汽油，一部分送往油洗塔10-C-2701作回流，另一部分作為抽提汽油到汽油廢堿分離罐10-V-3532；其余部分直接去汽油加氫單元。(4)裂解氣壓縮 壓縮機為五段離心壓縮機。裂解氣由入口壓力約0.13MPaA壓至出口壓力約3.8MPaA。每段壓縮后，裂解氣分別由段間冷卻器10-E-311110-E-3115冷卻。裂解氣中的水和重組分在這些冷卻器中冷凝。少量的鍋爐給水被注入到裂解氣壓縮機缸內(nèi)。同時，碳九餾分作為壓縮機的洗油。以降低壓縮過程的溫度，防止聚合。酸性氣體脫除在裂解氣壓縮機四段和五段之間進行(5)預(yù)冷和干燥 來自裂解氣壓縮機的裂解氣經(jīng)冷分離產(chǎn)品（氫氣、甲烷）和丙烯冷劑逐級冷卻至所需的溫度。進入分離罐中，裂解氣經(jīng)氣液分離后進入裂解氣干燥器10-D-3741A/S，在干燥器中水的含量降低至所需的露點。干燥后的裂解氣通過循環(huán)乙烷、冷甲烷和氫氣餾分、丙烯冷劑冷卻至約-17。經(jīng)分離罐10-V-3733進行氣/液分離后，液體餾分在10-E-3713中部分蒸發(fā)，進入脫乙烷塔10-C-3802的下部。(6)脫乙烷 脫乙烷為不同壓力下的雙塔系統(tǒng)。來自10-V-3733含有碳三的輕組份進入高壓碳三吸收塔10-C-3801 (3.7MPaA) ，碳三留在10-C-3801塔底液相中，然后送入脫乙烷塔上段。不含碳三以上的輕組份從10-C-3801塔頂送去碳二加氫。脫乙烷塔10-C-3802在較低的壓力下操作（約2.6MPaA）。它以干燥器10-D-3742的凝液為進料。10-C-3802塔頂氣體經(jīng)冷凝后送至-52的脫乙烷塔回流罐10-V-3831。塔底產(chǎn)品被送至脫丙烷塔作進一步的分離。圖3.3 脫乙烷工藝流程圖(7) 碳二加氫 來自碳三吸收塔10-C-3801頂?shù)奶级疤级韵螺p組份在碳二加氫反應(yīng)器中將乙炔轉(zhuǎn)化為乙烯和乙烷。由于氫氣還沒有從中分離出來，所以不用另外補充氫氣（前加氫）。乙炔加氫反應(yīng)在等溫管式反應(yīng)器中進行。反應(yīng)器的管中填充鈀系催化劑。反應(yīng)器中發(fā)生如下的放熱反應(yīng)： C2H2 + H2 = C2H4 (1) C2H2 + 2 H2 = C2H6 (2) C2H4 + H2 = C2H6 (3)當(dāng)反應(yīng)器在等溫條件下操作時，飛溫工況幾乎不可能發(fā)生。不含乙炔的裂解氣從反應(yīng)器的底部出來，在進入低溫部分前，先進入保護干燥器10-D-3941除去殘余的水，以確保低溫部分的長期運行。(8)冷分離 低溫段 在低溫段，碳二及輕組分經(jīng)過逐級冷凝，所有的乙烯、乙烷和幾乎所有的甲烷被冷凝，剩下的氣體是富氫氣。低溫部分收集的凝液送入脫甲烷塔10-C-4101。氣體流股分離出的凝液直接送到脫甲烷塔10-C-4101。自10-V-4032的裂解氣冷凝到-110，壓力為3.326 MPaG。從脫甲烷塔10-C-4101的頂部采出的液態(tài)產(chǎn)品作為碳二吸收塔10-C-4001的回流。10-C-4001的塔底產(chǎn)品進入脫甲烷塔10-C-4101; 塔頂氣相組份包括甲烷、氫氣和痕量CO，在氫氣分離罐10-V-4033中的氣相流股中包含95mol的氫氣。脫甲烷塔頂氣體加熱后送到燃料氣系統(tǒng)和再生氣系統(tǒng)。從10-V-4033的頂部得到氫氣流股，進入CO甲烷化單元。(9) 脫甲烷 10-V-4032的凝液和10-C-4001的塔底物流送至脫甲烷塔10-C-4101，脫甲烷塔塔頂組分包括甲烷、CO、氫氣，塔底的C2組分送入乙烯精餾塔10-C-4301。(10)乙烯精餾 乙烯精餾塔的操作基于熱泵系統(tǒng)，即乙烯精餾塔塔頂氣體在乙烯壓縮機10-K-4401的三段壓縮和返回塔作為回流之前進入乙烯塔再沸器10-E-4311中液化。氣體在乙烯壓縮機10-K-4401三段壓縮后，加入到塔回流中。大部分流股進入乙烯塔再沸器10-E-4311中冷凝。冷凝的凝液被分成兩股，大部分流股循環(huán)到乙烯精餾塔作為回流，剩下的流股送到乙烯收集罐10-V-4431。乙烯精餾塔10-C-4301的塔底乙烷流股被蒸發(fā)和加熱后循環(huán)回裂解爐。(11)乙烯制冷系統(tǒng) 乙烯制冷系統(tǒng)是開環(huán)循環(huán)系統(tǒng)。為乙烯精餾塔提供回流、為低溫部分和脫甲烷塔提供乙烯冷劑和提供界區(qū)條件下氣態(tài)和液態(tài)乙烯產(chǎn)品。乙烯制冷系統(tǒng)提供三個制冷級別的乙烯冷劑：-101，-80，-57。乙烯氣在五級離心壓縮機10-K-4401中壓縮。所需要的-80和-101的液態(tài)乙烯來自乙烯收集罐10-V-4431。從用戶返回的蒸發(fā)的低壓乙烯在乙烯過冷器10-E-4412中加熱后返回到乙烯壓縮機10-K-4401的一段，中壓乙烯在10-E-4312中過熱后返回乙烯壓縮機的二段。氣態(tài)乙烯在壓縮機4段中進一步壓縮到3.812MPaG之后冷卻到35。一部分乙烯被送往界區(qū)作為3.706MPaG的氣相乙烯產(chǎn)品，剩下的部分在壓縮機5段中繼續(xù)壓縮到5.406MPaG，用冷卻水冷卻到35后，被送往界區(qū)作為5.206 MPaG的高壓氣相乙烯產(chǎn)品。正常操作時作為氣相產(chǎn)品送出界區(qū)；如果氣相產(chǎn)品不能全部送出界區(qū)，不能送出的部分乙烯產(chǎn)品液化后作為液相產(chǎn)品送到界區(qū)外的罐區(qū)。如果由于事故原因乙烯裝置停車出事故或者減負(fù)荷操作，從罐區(qū)來的液態(tài)乙烯在乙烯汽化器10-E4422中汽化后作為氣相乙烯的產(chǎn)品。(12) 丙烯制冷系統(tǒng) 丙烯制冷系統(tǒng)提供冷卻水和乙烯冷劑之間的中間級的冷劑。丙烯制冷系統(tǒng)提供下列三個制冷級別的丙烯冷劑：-38，-19，+10。丙烯氣體在三段壓縮機10-K-4601中壓縮。離開壓縮機三段被壓縮的丙烯用冷卻水冷卻后，液態(tài)丙烯送往丙烯收集罐10-V-4634。液化的丙烯膨脹到高壓丙烯冷劑的壓力提供給用戶大約10的丙烯冷劑。(14) 熱分離 1) 脫丙烷 來自脫乙烷塔10-C-3802塔底的碳三及重組分進入脫丙烷塔10-C-5101。塔頂氣相被冷凝后，一部分回流，其余部分送碳三加氫系統(tǒng)。脫丙烷塔塔底的碳四及重組分（約為80）送往碳四/碳五分離系統(tǒng)。2) 碳三加氫 脫丙烷塔塔頂物料送往碳三加氫系統(tǒng)，使物料中的甲基乙炔和丙二烯轉(zhuǎn)化為丙烯和丙烷。碳三物料進入碳三加氫反應(yīng)器10-R-5201 A/S。加氫反應(yīng)在固定床反應(yīng)器系統(tǒng)中進行。加氫后的碳三物料送入丙烯汽提塔10-C-5401。丙烯汽提塔用于除去加氫后的碳三組分中溶解的氫氣和甲烷。塔底出料送至丙烯精餾塔3)丙烯精餾 丙烯與丙烷在丙烯精餾塔10-C-5501 A/B中進行分離。丙烯精餾塔采用雙塔系統(tǒng)，并聯(lián)操作。聚合級丙烯產(chǎn)品從塔頂排出。塔底排出餾份為循環(huán)丙烷、痕量的MAPD和痕量的重組分。塔底丙烷返回裂解爐作裂解原料。4）脫丁烷 由碳四及重組分組成的脫丙烷塔釜液進入脫丁烷塔10-C-5701。脫丁烷塔塔頂氣相被冷凝液化后，部分液體送回脫丁烷塔作為回流，其余作為混合碳四產(chǎn)品送出界區(qū)。第二節(jié) 苯酚丙酮裝置（化工三廠） 2.1車間簡介一套是年產(chǎn)20萬噸的苯酚丙酮裝置，這套裝置是日本承建的；另一套是年產(chǎn)10萬噸的苯酚丙酮裝置，這套裝置是70年代美國承建的。這一改造是在三廠東區(qū)苯酚丙酮裝置廢棄異構(gòu)單元處新建一套年生產(chǎn)能力為26.5萬噸的異丙苯單元，改造后新的異丙苯單元生產(chǎn)能力不僅能夠滿足該廠東、西區(qū)兩套苯酚丙酮裝置的生產(chǎn)需要，而且能耗降低20%以上，大大降低苯酚丙酮的生產(chǎn)成本原料與能耗生產(chǎn)苯酚的主要原料為苯和丙烯，這兩種原料都是由北京燕化廠內(nèi)部供應(yīng)的，直接用管道輸送至生產(chǎn)廠區(qū)。生產(chǎn)中需要的空氣有空氣壓縮機直接獲取。生產(chǎn)所需的能量由燕山石化鍋爐廠提供，提供的是40公斤（370）的水蒸氣。由北京燕華建安公司承擔(dān)的燕山石化化工三廠苯酚丙酮裝置異丙苯單元節(jié)能改造項目，這一改造是在三廠東區(qū)苯酚丙酮裝置廢棄異構(gòu)單元處新建一套年生產(chǎn)能力為26.5萬噸的異丙苯單元，改造后新的異丙苯單元生產(chǎn)能力不僅能夠滿足該廠東、西區(qū)兩套苯酚丙酮裝置的生產(chǎn)需要，而且能耗降低20%以上，大大降低苯酚丙酮的生產(chǎn)成本。產(chǎn)品本廠獲得的主要產(chǎn)品是苯酚