煉油裝置入門知識

一、總加工流程

      總加工流程屬於(yú)煉油加工中提綱攜領的部分，認識煉廠(chǎng)要從這個宏觀角度入手。在總加工流程方面，主要包括總加工規模，全廠(chǎng)裝置構成、全廠(chǎng)物料平衡等内容。

      總加工流程是原油的加工路線的反映，相比較過去的傳統加工路線，當下比較流行的是全加氫路線、或是乙烯、芳烴路線，脫碳加工路線已漸成爲昨日黃花。

      確定加工路線之後，由重到輕的組份如渣油、蠟油、柴油、煤油、石腦油、液化氣的加工走向需要我們著重關注。同時還要關注的是每一類餾分油的加工採用的是什麽樣的技術，以及該技術的先進性。

      全廠五大平衡是煉廠在宏觀維度的另一個關注點：裝置總加工路線確定後，我們需要瞭解包括全廠物料平衡、全廠氫平衡、全廠硫平衡、全廠燃料平衡、蒸汽平衡以及全廠汽柴油調和組份的平衡是如何實現和運行的。

二、煉油裝置分類

      按照前述的從原油到各餾分油的加工走向，我們需要對各裝置進行分類闡述。具體包括以下：

1. 原油

      原油的選擇是煉廠設計的根本出發點，由於全球原油品種高達兩千餘種，不同品種的原油性質各異，因此對應不同的原油性質，其加工流程和設計要求也會有一定的差異，同時對全廠的産品結構、産品質量、設備防腐、公用工程的要求等帶來較大影響，因此我們在觀察一個煉廠時，首選需要確認，這個煉廠是基於何種或是哪幾種原油來設計的，以此來瞭解這個煉廠的加工特點。

 1） 原油加工裝置

      原油的加工裝置在選擇上非常簡單，無非是常壓蒸餾和常減壓蒸餾，一般而言常減壓裝置在設計時對原油的酸值和硫含量兩項内容都進行瞭設防。

      對於原油品質設計較重的企業，常減壓蒸餾是必然的選項，有的企業會更進一步，選擇帶有帶有減壓深拔功能的裝置，如青島煉化。

      常減壓裝置：常減壓裝置在生産上是一個純粹的物理過程，不使用任何催化劑。裝置由換熱部分、電脫鹽部分、初餾部分、常壓和減壓蒸餾部分組成，其産品基本是送往下遊的中間産品，如不凝氣、石腦油、煤油、柴油、蠟油和減壓渣油。石腦油和氣體送往輕烴回收裝置回收輕烴，同時将石腦油分離出輕重組份送往下一裝置。煤油、柴油送往加氫裝置，蠟油要麽送往催化裂化，要麽送往加氫裂化或是蠟油加氫。渣油也有不同的去向，按不同加工路線，分别送往渣油加氫或是延遲焦化。

2） 渣油加工裝置

      渣油的走向是區分煉廠不同加工路線的重要因素，要麽走加氫，要麽走脫碳，即焦化。

      從組成上，渣油分爲常壓渣油和減壓渣油。

      常壓渣油一般作爲催化裂化的原料摻雜加工，或者作爲渣油加氫的原料。

      減壓渣油可以去重油催化裂化、焦化、渣油加氫、溶劑脫瀝青等裝置。

      渣油加氫裝置：目前在重油輕質化的大潮中，渣油加氫成爲各企業重點關注的裝置。從工藝層面，渣油加氫分爲固定床、沸騰床和漿态床。其區别主要體現在反應部分。總體而言，裝置由反應部分、分餾部分和公用工程部分組成。原料爲減壓渣油及部分催化油漿，産品包括加氫渣油及部分石腦油、柴油，加氫渣油後續将送往催化裂化作爲原料再加工。

      渣油加氫在重油加工中具有重要地位，但也存在投資較大、操作費用較高的特點，同時對於設備有較爲苛刻的要求。

      焦化裝置：延遲焦化是一種主要的重油加工工藝，通過熱裂化和縮合反應使重質烴類輕質化。焦化裝置具有投資和操作費用低、流程簡單、技術成熟、原料适應性強、柴汽比高等優點，能處理包括直餾渣油、裂解焦油，脫油瀝青、煤焦油、澄清油、減粘渣油等多種重質、劣質原料，因此，在傳統的脫碳路線中，焦化裝置号稱煉廠的垃圾桶。常規延遲焦化裝置由焦化、分餾（有的包括氣體回收）、焦炭處理、放空系統和冷、切焦水處理等幾個部分所組成，在操作方面，焦化裝置可通過調節溫度、壓力和循環比等參數增加裝置的操作彈性。焦化産品包括焦炭、焦化蠟油、焦化柴油、焦化汽油以及焦化幹氣。

3） 蠟油加工裝置

      蠟油一般去往催化裂化、加氫裂化或蠟油加氫裝置。

      加氫裂化裝置：國内加氫裂化裝置以減壓蠟油和氫氣爲原料，是在煉廠内實現油化結合的重要裝置。在工藝路線上，大體分爲單段串聯、單段雙劑、平行進料、分段進料、反序串聯等。典型的産品包括：尾油、重石腦油、柴油、航煤、輕石腦油、液化氣、幹氣等。其中輕石腦油和尾油去乙烯作爲原料，尾油也可作爲潤滑油的原料。重石腦油去重整生産芳烴。航煤和加氫柴油可直接作爲産品，或者加氫柴油參與調和後出廠。

      催化裂化裝置：催化裂化與加氫裂化都是對蠟油進行加工的手段，其變化也均在裝置的前部，及反應和再生部分。圍繞反再工藝和對應的催化劑，發展出瞭非常多的種類。從裝置構成大類上，可以分爲反再系統、分餾、穩定系統和三機。從工藝路線劃分，衍生出FCC、RFCC、DCC、MGG、ARGG、MGD、FDFCC、HCC、MIP、MIO等豐富多彩的工藝路線。

      産品方面，包括輕柴油、穩定汽油、液化氣、幹氣、油漿等。輕柴油去往柴油加氫，穩定汽油去往汽油加氫或是S Zorb（汽油吸附脫硫），液化氣和幹氣去往對應的産品精制，催化油漿會有少部分回煉，下遊如有焦化裝置則去進行摻煉生焦，或是去往渣油加氫摻煉。

      近年來，由於環保的壓力，大部分催化裂化在煙氣處理方面基本都增加瞭煙氣脫硫脫銷技術，其中脫硫技術包括EDV鈉法、國産可再生胺法、國産鈉法等，脫硝技術以包括LoTOx臭氧、SCR等。

      蠟油加氫裝置：蠟油加氫裝置一般也叫做加氫處理，其作用是經過加氫脫硫、脫氮、烯烴飽和反應，生産硫含量小於0.2％的精制蠟油作爲催化原料，副産少量柴油，石腦油。工藝方面，包括反應部分（含壓縮機）、分餾部分和公用工程部分。

      蠟油加氫與催化裂化的組合，能顯著降低催化原料的雜質含量，提高催化原料的可裂化性，改善催化裂化裝置的運行性能，同時減少煙氣的SOX、NOX排放。

4） 石腦油加工裝置

      石腦油是煉油與化工結合的關鍵組份。石腦油可作爲乙烯原料和重整原料，也可作爲溶劑油和汽油調和組份。從來源上看，石腦油分爲直餾石腦油和二次加工的石腦油。直餾石腦油主要來自常減壓，二次加工石腦油則來自加氫裂化、重整、焦化、渣油加氫、蠟油加氫、柴油加氫等裝置。以石腦油爲原料的裝置包括催化重整、芳烴抽提、異構化等。

      催化重整裝置：催化重整是煉廠的重要生産裝置，是在一定溫度、壓力、臨氫和催化劑存在的條件下，使石腦油轉變成富含芳烴的重整生成油，並副産氫氣的過程。重整生成油可直接用作車用汽油的調合組分，也可經芳烴抽提制取苯、甲苯和二甲苯，副産的氫氣是煉油廠加氫裝置（加氫精制、加氫裂化等）用氫的主要來源之一。

      催化重整在工藝和催化劑方面的變化也非常多，工藝方面，分爲半再生重整和連續重整。在國外，有UOP的重疊式和AXENS的並列式。國内方面，有我國自主開發的低壓組合床重整工藝（非全部連續）、連續催化重整工藝、超低壓連續催化重整工藝以及逆流移動床連續重整工藝。

      近兩年，由於國内煉油産能過剩及國六升級的雙重壓力，不少煉化企業包括地煉，均在重整裝置上發力，爲産業升級做準備。

      芳烴抽提裝置：芳烴抽提是目前在化工領域分離芳烴和非芳烴的最主要方法，主要用於從重整生成油、裂解加氫汽油等汽油餾分中分離制取高純度BTX芳烴産品。工藝方面包括原料分餾部分、芳烴抽提部分、芳烴分離部分及公用工程部分。芳烴抽提技術包括液液抽提和抽提蒸餾兩種不同工藝，液液抽提工藝是依據溶劑對芳烴、非芳烴組分溶解能力的不同進行分離。抽提蒸餾工藝則通過選擇适宜的溶劑，改變非芳烴與芳烴組分的相對揮發度來實現精餾分離。芳烴抽提的産品包括抽餘油、甲苯産品、C8+重整生成油等，主要爲對二甲苯（PX）裝置提供所需的C8+重整油和甲苯原料。

      液液抽提工藝根據所使用溶劑的不同，可分爲Udex法、環丁砜法（Sulfolane）、N-甲基吡咯烷酮法（Arosolvan）、二甲基亞砜法（DMSO）及N-甲酰嗎啉法（Formex）等，其中應用最廣泛的是環丁砜法（Sulfolane）法。

      抽提蒸餾工藝包括MORPHYLANE工藝、環丁砜抽提蒸餾工藝。相對而言，環丁砜抽提蒸餾工藝應用更爲廣泛。環丁砜抽提蒸餾工藝以美國GTC公司、美國UOP公司和石科院（RIPP）的抽提蒸餾工藝爲代表。抽提蒸餾工藝具有流程短、操作簡便、投資省和占地少等特點，因此近些年新建的芳烴抽提裝置多採用抽提蒸餾工藝。

      C₅C₆異構化裝置：烷烴異構化是生産高辛烷值汽油組份的重要手段之一，其原理是通過将原料輕質石腦油中的C5、C6正構烷烴轉化爲相應的支鏈異構烴，從而提高汽油的前端辛烷值，使汽油具有均勻的抗爆性能。

      C₅、C₆正構烷烴的異構化工藝根據反應産物辛烷值的不同有多種工藝路線，從簡單一次通過式流程、預脫異戊烷一次通過式流程、nC₅循環流程到原料油完全脫異構烷烴流程等，可依據對異構化油辛烷值的要求而採用不同的工藝技術路線。工藝方面，有UOP的Penex異構化工藝、Axens的Isomerization工藝、石科院的RISO異構化技術以及華東理工大學、金陵石化和SEI聯合開發的異構化工藝、安耐吉的AISO異構化工藝等。

      C₅C₆異構化裝置主要産品爲高辛烷值的異構化油，作爲汽油調和組分參與出廠汽油的調和。

5） 産品精制裝置

      加氫精制裝置：加氫精制是指油品在催化劑、氫氣和一定的壓力、溫度條件下，含硫、氮、氧的有機化合物分子發生氫解反應，烯烴和芳烴分子發生加氫飽和反應的過程。産品精制主要包括汽油加氫精制、汽油吸附脫硫（S Zorb）、柴油加氫精制、航煤加氫精制等。除瞭汽油吸附脫硫（S Zorb）外，其它三類加氫精制在工藝上大同小異，裝置構成基本由反應部分，分餾部分、氫氣壓縮機、循環氫脫硫及公用工程部分組成。産品爲精制後的汽油、柴油及航煤。

      加氫精制方面，國内外均有相當多的工藝及催化劑技術，其中主要體現在催化劑方面，此處就不一一羅列。

      汽油吸附脫硫（S Zorb）裝置：S Zorb裝置由中石化當年買斷康菲石油公司專利發展而來。裝置主要由進料與脫硫反應、吸附劑再生、吸附劑循環、産品穩定部分、裝置内的公用工程部分組成。在工藝技術層面兼具催化裂化和催化重整的特點，可将汽油的硫含量輕松降至10PPM以下。

6） 液化氣加工裝置

      以液化氣爲原料的裝置主要包括氣體分餾、MTBE和烷基化。

      氣體分餾裝置：氣體分餾是利用各組分之間相對揮發度的不同而将不同組分分開的精餾過程，主要與催化裂化裝置相匹配。裝置主要包括脫丙烷部分、脫乙烷部分、精丙烯部分和公用工程部分，主要産品有精丙烯、丙烷餾分、混合碳四餾分和乙烷氣。

      MTBE裝置：MTBE曾經作爲一種非常好的高辛烷值汽油組份得到充分應用，主要由催化及焦化裝置的液化氣混合碳四組份與甲醇爲原料進行生産。MTBE生産工藝主要是醚化工藝，根據醚化反應器的不同，MTBE合成工藝主要有： 固定床反應技術、 膨脹床反應技術、 催化蒸餾反應技術、 膨脹床－催化蒸餾反應技術、 混相反應技術和混相反應蒸餾技術等。

      在汽油調和市場上，MTBE和烷基化曾經占據瞭高辛烷值調和汽油組份的大部分江山，但這一切在2017年9月13日發生瞭改變。9月13日，由國家發展改革委、國家能源局、财政部等十五部委聯合印發的《關於擴大生物燃料乙醇生産和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》，要求到2020年我國全國範圍将推廣使用車用乙醇汽油。由於國六汽油中氧含量的限制，因此随著乙醇汽油的推廣，導緻MTBE的好日子基本也快劃上瞭句号。

      烷基化裝置：烷基化油是一種優質汽油組分，辛烷值高，蒸汽壓低，含硫少，不含芳烴。與MTBE的凄冷不同，烷基化裝置近年來比較火熱。尤其是在中石化和中石油體系内，爲順利完成國六汽油的升級任務，兩大集團均大幅開展瞭烷基化裝置的建設。

      烷基化方面，根據不同的工藝路線和催化劑，演變出瞭十多家技術供應商。

      烷基化技術按催化劑相态可分爲液體酸烷基化和固體酸烷基化。根據所使用的催化劑不同，液體酸烷基化可分爲氫氟酸烷基化、硫酸烷基化和離子液烷基化。前兩種工藝非常成熟，已建成多套裝置運行。離子液法則是當前該領域的研究熱點，在國内已有工業案例，中石化在體系内已規劃瞭多套離子液法烷基化裝置的建設。

      烷基化裝置在技術層面，廢酸的處理是一個重要的課題，不同的工藝路線均要面臨這一問題。

7） 産氫裝置

      近兩年新建的煉化企業，均加大瞭加氫路線的投入。因此氫氣的來源成爲首先需要考慮的問題。目前在産氫方面，基本的來源爲催化重整、幹氣 / 天然氣制氫和煤制氫。

      幹氣/天然氣制氫裝置：幹氣及天然氣的制氫路線，主要採用輕烴蒸汽轉化技術和變壓吸附（PSA）淨化技術。輕烴蒸汽轉化工藝具有投資省、能耗低、操作可靠性、靈活性高等優點，並且具有許多成功的工業案例。其工藝單元主要包括：原料預處理、烴類水蒸氣轉化、餘熱回收、一氧化碳變換、氫氣提純五部分組成。

      在工業層面，常用的轉化流程可分爲常規轉化、預轉化、對流轉化流程三種。

      在淨化層面，可分爲常規淨化和PSA淨化。

      煤制氣裝置：煤制氫裝置的生産過程爲通過将煤漿和純氫，經氣化、淨化單元後生成純度達到97.5%左右的氫氣、酸性氣。國内外主要有代表性的先進煤氣化技術包括煤幹粉進料、水煤漿氣化、塊（碎）煤氣化等。

      煤幹粉進料技術包括殼牌SCGP技術、西門子GSP氣化技術、華東理工大學與中石化甯波技術研究院、中海石油化學股份有限公司共同研發的單噴嘴粉煤氣化技術、西安熱工院的兩段幹煤粉氣化技術等；

      濕法水煤漿進料包括美國GE單噴嘴水煤漿氣化技術、華東理工大學和兖礦共同研發的多噴嘴對置氣化技術、清華大學和達立科科技公司共同研發的分級氣流床氣化技術、西北化工院的多元料漿技術等；

      碎煤進料方面，有德國的Lurgi加壓氣化技術和英國BGC公司的BGL氣化技術。從目前已投産的煤氣化裝置運行情況來看，氣流床氣化技術的工業化發展速度最快，其中以濕法進料氣化技術更爲成熟。

8） 硫磺回收聯合裝置

      硫磺回收裝置是解決煉廠硫平衡的關鍵一環。原油中帶入的硫，除瞭出極少量由産品帶出或是經由加工過程中排放掉外，絕大部分硫磺被硫磺回收裝置捕獲。因此，硫磺裝置的規模與煉廠所設計加工的原油硫含量和加工過程息息相關。

      硫磺回收聯合裝置包括：酸性水汽提、溶劑再生、硫磺回收、尾氣處理、溶劑再生、液硫成型包裝等單元。

      在工藝方面，近些年主要的硫磺回收和尾氣處理工藝主要有：Super克勞斯、SCOT 、MCRC、RAR、HCR、LS-SCOT及Super-SCOT等。國内方面，齊魯石化公司研究院和西南天然氣研究院研發的硫磺回收催化劑技術和鎮海石化工程公司硫磺回收成套技術（ZHSR）均有很好的應用。

      酸性水汽提工藝，國内普遍應用較多的有單塔加壓側線抽出汽提、單塔低壓全吹出汽提、雙塔加壓汽提三種工藝流程。

三、儲運系統

      儲運系統是煉廠的重要組成部分，擔負著原油進廠及存儲、中間産品與最終産品的存儲及輸轉。儲運系統一般包括原油罐區、中間原料罐區、成品罐區、污油管區、泵房、低壓燃料氣回收設施、火炬設施、罐車洗滌設施、鐵路裝車設施及洗滌設施、化學藥劑系統等。

      近些年新建的煉化一體化企業，由於建設起點高，過去在儲運系統中容易被忽視的自動化系統，由於企業生産優化和管理精細化方面的要求不斷提高而得以加強。尤其是在原油進廠的調度、調和安排以及汽柴油等産品出廠的在線調和方面，逐漸採取瞭一些相應的技術手段予以優化。

四、公用工程

      公用工程系統中的水、電、汽、風，是維持煉廠正常運轉的重要脈絡。

      除鹽水、除氧水、凝結水主要供給動力站和各裝置的鍋爐、産汽設備使用，也有一部分用於工藝過程。生産給水系統負責供給全廠生産用水、循環水用水、消防用水、化驗室用水、綠化用水及沖洗地面用水等。循環水由循環水場進行管理，負責爲大部分煉油裝置及動力系統提供循環冷卻水，各裝置使用過的循環熱水，直接返回循環水場冷卻塔進行冷卻再使用。循環水使用過程中，可採用新鮮水或是污水處理場的回用水進行補充。

      爲確保煉廠生産的穩定運行，在供電方面，一般會採用兩個獨立的電源進行供電，同時每一個獨立電源都能保證負擔起煉廠主要裝置、主要設備的用電，部分企業具備自有發電功能，以確保企業在異常情況下的應急用電。

      煉廠在生産過程中需要用到大量不同等級的蒸汽，因此一般在煉廠的蒸汽管網中均規劃瞭3.5MPa、1.0MPa、0.5MPa的蒸汽等級，部分企業也有更高的9.8MPa級别的高壓蒸汽。煉廠蒸汽的來源是多方面的，包括動力站生産的蒸汽和部分裝置餘熱鍋爐、蒸汽發生器生産的不同等級蒸汽。

      生産裝置使用的淨化風和非淨化風主要由空壓站提供，一般用於裝置生産過程和儀表用風、吹掃用風等。生産及檢修用的氧氣和氮氣則由空分站提供。

五、化驗系統

      中心化驗系統承擔瞭全廠生産過程中大部分物料和物性的檢驗工作。主要檢測儀器包括色譜儀、蒸餾儀、光譜儀、硫分析儀、密度儀、傾點、濁點、凝點、冷濾點測定儀、閃點儀、運動粘度儀、核磁共振儀、酸值、酸度測定儀等近百種分析檢測儀器。根據生産裝置的要求，依照分析作業計劃進行物料的分析化驗，爲裝置生産提供決策依據。

六、自動控制與信息化

      現代化的煉化企業，自動控制系統和相關信息化系統是必不可少的内容。

自動控制和信息化系統，可以從操作控制層(céng)、生産(chǎn)執行層(céng)、生産(chǎn)管理層(céng)、企業經營層(céng)進行劃分。

      在操作控制層，包括每套裝置的DCS系統和各個相關單元的自動控制系統，這類系統主要解決生産過程的自動化和操作效率的提升。控制的時間粒度爲秒級。DCS和相關自動控制系統之上，不少企業應用瞭先進控制系統，也就是我們簡稱的APC。APC解決的是穩定操作和在某種程度上優化操作的問題，在APC這個層面，優化的概念開始得到貫徹，APC操作的時間粒度是分鍾級。

      在APC層面之上，近幾年有企業開始實施實時優化系統，即RTO。RTO是介於生産執行層和操作控制層之間的優化，其輸入來自於生産執行層，其輸出直接下發至APC，将生産執行層的優化策略通過RTO和APC，最終轉化爲控制信号作用於對應的控制閥上，RTO的時間粒度爲小時。除瞭用於生産裝置的RTO，在儲運單元，還有應用於原油在線調和與成品油在線調和的系統，分别負責原油的調和優化與成品油的出廠質量控制。在其它生産單元，也有類似的應用，這裏不一一闡述。

      在生産執行層面，主要的系統就是生産執行系統，即MES，負責對全廠生産執行層面進行管理，其主要任務是確保從班組到裝置再到全廠的物料平衡和能源管理，其時間粒度爲每天。對應的企業業務部門用戶，就是生産管理處。同時在企業計劃排産和調度排産層面，有對應的計劃優化應用和調度優化軟件系統。

在經(jīng)營管理層(céng)面，則是ERP系統包打天下。

七、小結

      《2017年國内外油氣行業發展報告》顯示，2017年中國煉油能力達7.7億噸/年。2018年，将首次突破8億噸/年，煉油能力過剩問題更趨嚴重。包括中石油、中石化、中海油以及中國化工、中化集團、延長石油和國内地方煉廠在内的許多煉化企業都面臨著向油頭化尾以及新材料領域轉型的問題。

      伴随著煉油企業的轉型，過去在煉油舞台上曾經風光一時的許多煉油裝置也會慢慢的發生變化，不論這一步伐或慢或快，但把石油變爲化工原材料，煉油裝置這個序列在進行自我革新的同時，仍将在未來很長的時期内發揮積極的作用。

【上一篇：七大煉(liàn)化工藝，從(cóng)原油到成品油 】

【下一篇：化工新材料】