炼油装置入门知识

一、总加工流程

      总加工流程属于炼油加工中提纲携领的部分，认识炼厂要从这个宏观角度入手。在总加工流程方面，主要包括总加工规模，全厂装置构成、全厂物料平衡等内容。

      总加工流程是原油的加工路线的反映，相比较过去的传统加工路线，当下比较流行的是全加氢路线、或是乙烯、芳烃路线，脱碳加工路线已渐成为昨日黄花。

      确定加工路线之后，由重到轻的组份如渣油、蜡油、柴油、煤油、石脑油、液化气的加工走向需要我们着重关注。同时还要关注的是每一类馏分油的加工采用的是什么样的技术，以及该技术的先进性。

      全厂五大平衡是炼厂在宏观维度的另一个关注点：装置总加工路线确定后，我们需要了解包括全厂物料平衡、全厂氢平衡、全厂硫平衡、全厂燃料平衡、蒸汽平衡以及全厂汽柴油调和组份的平衡是如何实现和运行的。

二、炼油装置分类

      按照前述的从原油到各馏分油的加工走向，我们需要对各装置进行分类阐述。具体包括以下：

1. 原油

      原油的选择是炼厂设计的根本出发点，由于全球原油品种高达两千余种，不同品种的原油性质各异，因此对应不同的原油性质，其加工流程和设计要求也会有一定的差异，同时对全厂的产品结构、产品质量、设备防腐、公用工程的要求等带来较大影响，因此我们在观察一个炼厂时，首选需要确认，这个炼厂是基于何种或是哪几种原油来设计的，以此来了解这个炼厂的加工特点。

 1） 原油加工装置

      原油的加工装置在选择上非常简单，无非是常压蒸馏和常减压蒸馏，一般而言常减压装置在设计时对原油的酸值和硫含量两项内容都进行了设防。

      对于原油品质设计较重的企业，常减压蒸馏是必然的选项，有的企业会更进一步，选择带有带有减压深拔功能的装置，如青岛炼化。

      常减压装置：常减压装置在生产上是一个纯粹的物理过程，不使用任何催化剂。装置由换热部分、电脱盐部分、初馏部分、常压和减压蒸馏部分组成，其产品基本是送往下游的中间产品，如不凝气、石脑油、煤油、柴油、蜡油和减压渣油。石脑油和气体送往轻烃回收装置回收轻烃，同时将石脑油分离出轻重组份送往下一装置。煤油、柴油送往加氢装置，蜡油要么送往催化裂化，要么送往加氢裂化或是蜡油加氢。渣油也有不同的去向，按不同加工路线，分别送往渣油加氢或是延迟焦化。

2） 渣油加工装置

      渣油的走向是区分炼厂不同加工路线的重要因素，要么走加氢，要么走脱碳，即焦化。

      从组成上，渣油分为常压渣油和减压渣油。

      常压渣油一般作为催化裂化的原料掺杂加工，或者作为渣油加氢的原料。

      减压渣油可以去重油催化裂化、焦化、渣油加氢、溶剂脱沥青等装置。

      渣油加氢装置：目前在重油轻质化的大潮中，渣油加氢成为各企业重点关注的装置。从工艺层面，渣油加氢分为固定床、沸腾床和浆态床。其区别主要体现在反应部分。总体而言，装置由反应部分、分馏部分和公用工程部分组成。原料为减压渣油及部分催化油浆，产品包括加氢渣油及部分石脑油、柴油，加氢渣油后续将送往催化裂化作为原料再加工。

      渣油加氢在重油加工中具有重要地位，但也存在投资较大、操作费用较高的特点，同时对于设备有较为苛刻的要求。

      焦化装置：延迟焦化是一种主要的重油加工工艺，通过热裂化和缩合反应使重质烃类轻质化。焦化装置具有投资和操作费用低、流程简单、技术成熟、原料适应性强、柴汽比高等优点，能处理包括直馏渣油、裂解焦油，脱油沥青、煤焦油、澄清油、减粘渣油等多种重质、劣质原料，因此，在传统的脱碳路线中，焦化装置号称炼厂的垃圾桶。常规延迟焦化装置由焦化、分馏（有的包括气体回收）、焦炭处理、放空系统和冷、切焦水处理等几个部分所组成，在操作方面，焦化装置可通过调节温度、压力和循环比等参数增加装置的操作弹性。焦化产品包括焦炭、焦化蜡油、焦化柴油、焦化汽油以及焦化干气。

3） 蜡油加工装置

      蜡油一般去往催化裂化、加氢裂化或蜡油加氢装置。

      加氢裂化装置：国内加氢裂化装置以减压蜡油和氢气为原料，是在炼厂内实现油化结合的重要装置。在工艺路线上，大体分为单段串联、单段双剂、平行进料、分段进料、反序串联等。典型的产品包括：尾油、重石脑油、柴油、航煤、轻石脑油、液化气、干气等。其中轻石脑油和尾油去乙烯作为原料，尾油也可作为润滑油的原料。重石脑油去重整生产芳烃。航煤和加氢柴油可直接作为产品，或者加氢柴油参与调和后出厂。

      催化裂化装置：催化裂化与加氢裂化都是对蜡油进行加工的手段，其变化也均在装置的前部，及反应和再生部分。围绕反再工艺和对应的催化剂，发展出了非常多的种类。从装置构成大类上，可以分为反再系统、分馏、稳定系统和三机。从工艺路线划分，衍生出FCC、RFCC、DCC、MGG、ARGG、MGD、FDFCC、HCC、MIP、MIO等丰富多彩的工艺路线。

      产品方面，包括轻柴油、稳定汽油、液化气、干气、油浆等。轻柴油去往柴油加氢，稳定汽油去往汽油加氢或是S Zorb（汽油吸附脱硫），液化气和干气去往对应的产品精制，催化油浆会有少部分回炼，下游如有焦化装置则去进行掺炼生焦，或是去往渣油加氢掺炼。

      近年来，由于环保的压力，大部分催化裂化在烟气处理方面基本都增加了烟气脱硫脱销技术，其中脱硫技术包括EDV钠法、国产可再生胺法、国产钠法等，脱硝技术以包括LoTOx臭氧、SCR等。

      蜡油加氢装置：蜡油加氢装置一般也叫做加氢处理，其作用是经过加氢脱硫、脱氮、烯烃饱和反应，生产硫含量小于0.2％的精制蜡油作为催化原料，副产少量柴油，石脑油。工艺方面，包括反应部分（含压缩机）、分馏部分和公用工程部分。

      蜡油加氢与催化裂化的组合，能显著降低催化原料的杂质含量，提高催化原料的可裂化性，改善催化裂化装置的运行性能，同时减少烟气的SOX、NOX排放。

4） 石脑油加工装置

      石脑油是炼油与化工结合的关键组份。石脑油可作为乙烯原料和重整原料，也可作为溶剂油和汽油调和组份。从来源上看，石脑油分为直馏石脑油和二次加工的石脑油。直馏石脑油主要来自常减压，二次加工石脑油则来自加氢裂化、重整、焦化、渣油加氢、蜡油加氢、柴油加氢等装置。以石脑油为原料的装置包括催化重整、芳烃抽提、异构化等。

      催化重整装置：催化重整是炼厂的重要生产装置，是在一定温度、压力、临氢和催化剂存在的条件下，使石脑油转变成富含芳烃的重整生成油，并副产氢气的过程。重整生成油可直接用作车用汽油的调合组分，也可经芳烃抽提制取苯、甲苯和二甲苯，副产的氢气是炼油厂加氢装置（加氢精制、加氢裂化等）用氢的主要来源之一。

      催化重整在工艺和催化剂方面的变化也非常多，工艺方面，分为半再生重整和连续重整。在国外，有UOP的重叠式和AXENS的并列式。国内方面，有我国自主开发的低压组合床重整工艺（非全部连续）、连续催化重整工艺、超低压连续催化重整工艺以及逆流移动床连续重整工艺。

      近两年，由于国内炼油产能过剩及国六升级的双重压力，不少炼化企业包括地炼，均在重整装置上发力，为产业升级做准备。

      芳烃抽提装置：芳烃抽提是目前在化工领域分离芳烃和非芳烃的最主要方法，主要用于从重整生成油、裂解加氢汽油等汽油馏分中分离制取高纯度BTX芳烃产品。工艺方面包括原料分馏部分、芳烃抽提部分、芳烃分离部分及公用工程部分。芳烃抽提技术包括液液抽提和抽提蒸馏两种不同工艺，液液抽提工艺是依据溶剂对芳烃、非芳烃组分溶解能力的不同进行分离。抽提蒸馏工艺则通过选择适宜的溶剂，改变非芳烃与芳烃组分的相对挥发度来实现精馏分离。芳烃抽提的产品包括抽余油、甲苯产品、C8+重整生成油等，主要为对二甲苯（PX）装置提供所需的C8+重整油和甲苯原料。

      液液抽提工艺根据所使用溶剂的不同，可分为Udex法、环丁砜法（Sulfolane）、N-甲基吡咯烷酮法（Arosolvan）、二甲基亚砜法（DMSO）及N-甲酰吗啉法（Formex）等，其中应用最广泛的是环丁砜法（Sulfolane）法。

      抽提蒸馏工艺包括MORPHYLANE工艺、环丁砜抽提蒸馏工艺。相对而言，环丁砜抽提蒸馏工艺应用更为广泛。环丁砜抽提蒸馏工艺以美国GTC公司、美国UOP公司和石科院（RIPP）的抽提蒸馏工艺为代表。抽提蒸馏工艺具有流程短、操作简便、投资省和占地少等特点，因此近些年新建的芳烃抽提装置多采用抽提蒸馏工艺。

      C₅C₆异构化装置：烷烃异构化是生产高辛烷值汽油组份的重要手段之一，其原理是通过将原料轻质石脑油中的C5、C6正构烷烃转化为相应的支链异构烃，从而提高汽油的前端辛烷值，使汽油具有均匀的抗爆性能。

      C₅、C₆正构烷烃的异构化工艺根据反应产物辛烷值的不同有多种工艺路线，从简单一次通过式流程、预脱异戊烷一次通过式流程、nC₅循环流程到原料油完全脱异构烷烃流程等，可依据对异构化油辛烷值的要求而采用不同的工艺技术路线。工艺方面，有UOP的Penex异构化工艺、Axens的Isomerization工艺、石科院的RISO异构化技术以及华东理工大学、金陵石化和SEI联合开发的异构化工艺、安耐吉的AISO异构化工艺等。

      C₅C₆异构化装置主要产品为高辛烷值的异构化油，作为汽油调和组分参与出厂汽油的调和。

5） 产品精制装置

      加氢精制装置：加氢精制是指油品在催化剂、氢气和一定的压力、温度条件下，含硫、氮、氧的有机化合物分子发生氢解反应，烯烃和芳烃分子发生加氢饱和反应的过程。产品精制主要包括汽油加氢精制、汽油吸附脱硫（S Zorb）、柴油加氢精制、航煤加氢精制等。除了汽油吸附脱硫（S Zorb）外，其它三类加氢精制在工艺上大同小异，装置构成基本由反应部分，分馏部分、氢气压缩机、循环氢脱硫及公用工程部分组成。产品为精制后的汽油、柴油及航煤。

      加氢精制方面，国内外均有相当多的工艺及催化剂技术，其中主要体现在催化剂方面，此处就不一一罗列。

      汽油吸附脱硫（S Zorb）装置：S Zorb装置由中石化当年买断康菲石油公司专利发展而来。装置主要由进料与脱硫反应、吸附剂再生、吸附剂循环、产品稳定部分、装置内的公用工程部分组成。在工艺技术层面兼具催化裂化和催化重整的特点，可将汽油的硫含量轻松降至10PPM以下。

6） 液化气加工装置

      以液化气为原料的装置主要包括气体分馏、MTBE和烷基化。

      气体分馏装置：气体分馏是利用各组分之间相对挥发度的不同而将不同组分分开的精馏过程，主要与催化裂化装置相匹配。装置主要包括脱丙烷部分、脱乙烷部分、精丙烯部分和公用工程部分，主要产品有精丙烯、丙烷馏分、混合碳四馏分和乙烷气。

      MTBE装置：MTBE曾经作为一种非常好的高辛烷值汽油组份得到充分应用，主要由催化及焦化装置的液化气混合碳四组份与甲醇为原料进行生产。MTBE生产工艺主要是醚化工艺，根据醚化反应器的不同，MTBE合成工艺主要有： 固定床反应技术、 膨胀床反应技术、 催化蒸馏反应技术、 膨胀床－催化蒸馏反应技术、 混相反应技术和混相反应蒸馏技术等。

      在汽油调和市场上，MTBE和烷基化曾经占据了高辛烷值调和汽油组份的大部分江山，但这一切在2017年9月13日发生了改变。9月13日，由国家发展改革委、国家能源局、财政部等十五部委联合印发的《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，要求到2020年我国全国范围将推广使用车用乙醇汽油。由于国六汽油中氧含量的限制，因此随着乙醇汽油的推广，导致MTBE的好日子基本也快划上了句号。

      烷基化装置：烷基化油是一种优质汽油组分，辛烷值高，蒸汽压低，含硫少，不含芳烃。与MTBE的凄冷不同，烷基化装置近年来比较火热。尤其是在中石化和中石油体系内，为顺利完成国六汽油的升级任务，两大集团均大幅开展了烷基化装置的建设。

      烷基化方面，根据不同的工艺路线和催化剂，演变出了十多家技术供应商。

      烷基化技术按催化剂相态可分为液体酸烷基化和固体酸烷基化。根据所使用的催化剂不同，液体酸烷基化可分为氢氟酸烷基化、硫酸烷基化和离子液烷基化。前两种工艺非常成熟，已建成多套装置运行。离子液法则是当前该领域的研究热点，在国内已有工业案例，中石化在体系内已规划了多套离子液法烷基化装置的建设。

      烷基化装置在技术层面，废酸的处理是一个重要的课题，不同的工艺路线均要面临这一问题。

7） 产氢装置

      近两年新建的炼化企业，均加大了加氢路线的投入。因此氢气的来源成为首先需要考虑的问题。目前在产氢方面，基本的来源为催化重整、干气 / 天然气制氢和煤制氢。

      干气/天然气制氢装置：干气及天然气的制氢路线，主要采用轻烃蒸汽转化技术和变压吸附（PSA）净化技术。轻烃蒸汽转化工艺具有投资省、能耗低、操作可靠性、灵活性高等优点，并且具有许多成功的工业案例。其工艺单元主要包括：原料预处理、烃类水蒸气转化、余热回收、一氧化碳变换、氢气提纯五部分组成。

      在工业层面，常用的转化流程可分为常规转化、预转化、对流转化流程三种。

      在净化层面，可分为常规净化和PSA净化。

      煤制气装置：煤制氢装置的生产过程为通过将煤浆和纯氢，经气化、净化单元后生成纯度达到97.5%左右的氢气、酸性气。国内外主要有代表性的先进煤气化技术包括煤干粉进料、水煤浆气化、块（碎）煤气化等。

      煤干粉进料技术包括壳牌SCGP技术、西门子GSP气化技术、华东理工大学与中石化宁波技术研究院、中海石油化学股份有限公司共同研发的单喷嘴粉煤气化技术、西安热工院的两段干煤粉气化技术等；

      湿法水煤浆进料包括美国GE单喷嘴水煤浆气化技术、华东理工大学和兖矿共同研发的多喷嘴对置气化技术、清华大学和达立科科技公司共同研发的分级气流床气化技术、西北化工院的多元料浆技术等；

      碎煤进料方面，有德国的Lurgi加压气化技术和英国BGC公司的BGL气化技术。从目前已投产的煤气化装置运行情况来看，气流床气化技术的工业化发展速度最快，其中以湿法进料气化技术更为成熟。

8） 硫磺回收联合装置

      硫磺回收装置是解决炼厂硫平衡的关键一环。原油中带入的硫，除了出极少量由产品带出或是经由加工过程中排放掉外，绝大部分硫磺被硫磺回收装置捕获。因此，硫磺装置的规模与炼厂所设计加工的原油硫含量和加工过程息息相关。

      硫磺回收联合装置包括：酸性水汽提、溶剂再生、硫磺回收、尾气处理、溶剂再生、液硫成型包装等单元。

      在工艺方面，近些年主要的硫磺回收和尾气处理工艺主要有：Super克劳斯、SCOT 、MCRC、RAR、HCR、LS-SCOT及Super-SCOT等。国内方面，齐鲁石化公司研究院和西南天然气研究院研发的硫磺回收催化剂技术和镇海石化工程公司硫磺回收成套技术（ZHSR）均有很好的应用。

      酸性水汽提工艺，国内普遍应用较多的有单塔加压侧线抽出汽提、单塔低压全吹出汽提、双塔加压汽提三种工艺流程。

三、储运系统

      储运系统是炼厂的重要组成部分，担负着原油进厂及存储、中间产品与最终产品的存储及输转。储运系统一般包括原油罐区、中间原料罐区、成品罐区、污油管区、泵房、低压燃料气回收设施、火炬设施、罐车洗涤设施、铁路装车设施及洗涤设施、化学药剂系统等。

      近些年新建的炼化一体化企业，由于建设起点高，过去在储运系统中容易被忽视的自动化系统，由于企业生产优化和管理精细化方面的要求不断提高而得以加强。尤其是在原油进厂的调度、调和安排以及汽柴油等产品出厂的在线调和方面，逐渐采取了一些相应的技术手段予以优化。

四、公用工程

      公用工程系统中的水、电、汽、风，是维持炼厂正常运转的重要脉络。

      除盐水、除氧水、凝结水主要供给动力站和各装置的锅炉、产汽设备使用，也有一部分用于工艺过程。生产给水系统负责供给全厂生产用水、循环水用水、消防用水、化验室用水、绿化用水及冲洗地面用水等。循环水由循环水场进行管理，负责为大部分炼油装置及动力系统提供循环冷却水，各装置使用过的循环热水，直接返回循环水场冷却塔进行冷却再使用。循环水使用过程中，可采用新鲜水或是污水处理场的回用水进行补充。

      为确保炼厂生产的稳定运行，在供电方面，一般会采用两个独立的电源进行供电，同时每一个独立电源都能保证负担起炼厂主要装置、主要设备的用电，部分企业具备自有发电功能，以确保企业在异常情况下的应急用电。

      炼厂在生产过程中需要用到大量不同等级的蒸汽，因此一般在炼厂的蒸汽管网中均规划了3.5MPa、1.0MPa、0.5MPa的蒸汽等级，部分企业也有更高的9.8MPa级别的高压蒸汽。炼厂蒸汽的来源是多方面的，包括动力站生产的蒸汽和部分装置余热锅炉、蒸汽发生器生产的不同等级蒸汽。

      生产装置使用的净化风和非净化风主要由空压站提供，一般用于装置生产过程和仪表用风、吹扫用风等。生产及检修用的氧气和氮气则由空分站提供。

五、化验系统

      中心化验系统承担了全厂生产过程中大部分物料和物性的检验工作。主要检测仪器包括色谱仪、蒸馏仪、光谱仪、硫分析仪、密度仪、倾点、浊点、凝点、冷滤点测定仪、闪点仪、运动粘度仪、核磁共振仪、酸值、酸度测定仪等近百种分析检测仪器。根据生产装置的要求，依照分析作业计划进行物料的分析化验，为装置生产提供决策依据。

六、自动控制与信息化

      现代化的炼化企业，自动控制系统和相关信息化系统是必不可少的内容。

自动控制和信息化系统，可以从操作控制层、生产执行层、生产管理层、企业经营层进行划分。

      在操作控制层，包括每套装置的DCS系统和各个相关单元的自动控制系统，这类系统主要解决生产过程的自动化和操作效率的提升。控制的时间粒度为秒级。DCS和相关自动控制系统之上，不少企业应用了先进控制系统，也就是我们简称的APC。APC解决的是稳定操作和在某种程度上优化操作的问题，在APC这个层面，优化的概念开始得到贯彻，APC操作的时间粒度是分钟级。

      在APC层面之上，近几年有企业开始实施实时优化系统，即RTO。RTO是介于生产执行层和操作控制层之间的优化，其输入来自于生产执行层，其输出直接下发至APC，将生产执行层的优化策略通过RTO和APC，最终转化为控制信号作用于对应的控制阀上，RTO的时间粒度为小时。除了用于生产装置的RTO，在储运单元，还有应用于原油在线调和与成品油在线调和的系统，分别负责原油的调和优化与成品油的出厂质量控制。在其它生产单元，也有类似的应用，这里不一一阐述。

      在生产执行层面，主要的系统就是生产执行系统，即MES，负责对全厂生产执行层面进行管理，其主要任务是确保从班组到装置再到全厂的物料平衡和能源管理，其时间粒度为每天。对应的企业业务部门用户，就是生产管理处。同时在企业计划排产和调度排产层面，有对应的计划优化应用和调度优化软件系统。

在经营管理层面，则是ERP系统包打天下。

七、小结

      《2017年国内外油气行业发展报告》显示，2017年中国炼油能力达7.7亿吨/年。2018年，将首次突破8亿吨/年，炼油能力过剩问题更趋严重。包括中石油、中石化、中海油以及中国化工、中化集团、延长石油和国内地方炼厂在内的许多炼化企业都面临着向油头化尾以及新材料领域转型的问题。

      伴随着炼油企业的转型，过去在炼油舞台上曾经风光一时的许多炼油装置也会慢慢的发生变化，不论这一步伐或慢或快，但把石油变为化工原材料，炼油装置这个序列在进行自我革新的同时，仍将在未来很长的时期内发挥积极的作用。

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