中油原油炼制(轻油重油)
與實用性、以及工作環境與環保等等,做適當的選擇與合理的組合。以上石油煉製過程簡圖中只列出煉油 的過程,但實際上每一個煉製方法都還有許多不同的專利方法 (know-how) 可以選擇,所以說是相當複雜 的。
石油不是「油」?
「石油」的英文名稱為 Petroleum,是由 Petra Oleum 所得,原義為 Rock Oil,是岩油之意。 根據大英百科全書敘述「石油是烴類的複雜混合物,以液態、氣態、固態的形式存在於地球。」只是一般 多呈液體狀,因此,我們通常將這未加提煉前的液態石油,泛稱為「原油」 (Crude Oil)。 原油組成的物質並不固定,各地出產的原油成份差異頗大,因此,其顏色、重量也不相同,從白色、棕色、 綠色、黃色,以至於深黑色皆有,比重則由○‧八到一‧○。 不過原油主要由碳 (八三~八七%)、氫(一~一四%) 所組成,其他尚有少量的氮 (○‧一~二%)、氧 (○‧○五 ~一‧五%)、硫 (○‧○五~八%),以及金屬 (○‧○三)。
分餾塔是石油煉製的主要設備,負有將混合的油料分離,或將成品的純度提高的任務。它是怎樣達成這項 任務的呢?簡單的說明如下: 當油料被加熱後,油氣上昇與上一層的液體作一密切的接觸,在接觸中,油氣內較重成份凝結成液體往下 流,較輕的成份則又被汽化,繼續往上飛昇,如此不斷的凝結、汽化作用,就可達成分餾的任務了。分餾 塔依操作的角色可主要區分為五部份:塔頂成品部份、精餾段部份、汽提(加入蒸汽提出較輕質的碳氫化合 物)段部份、再沸器部份及塔底成品部份,較輕的油氣由塔頂出來,較重的油料由塔底流出。 分餾塔的設備結構外部是一座直立式圓筒型的鐵塔,高低大小不一,在塔身有人孔以便進入清理檢修,有 孔洞與管線連接以便油料的進出:內部則是多層的分餾板,板面上有許多孔洞或間隙,以便油氣上昇通過, 又依操作需要有很多種形式,例如泡罩式板、篩孔板及單一流向板等。
學品需用特殊的方法生產而外,一般仍是應用分餾板和精餾塔,來分離出油品中的不同成分。 由於原油成分複雜,我們不可能用直餾方法直接由一噸的原油中煉出一噸的汽油,其中只可能有 20~25% 的汽油成分,以及 7~17% 不等的煤油或柴油,其餘極大部份都是蒸餘油。 直餾蒸餘油中,含有高沸點的潤滑油成分以及石蠟等,可以在真空的環境中在作蒸餾 (Vacuum Distillation),以穫取重柴油、粗製潤滑原料油等,而餘下就是真空蒸餘油 (Vacuum Tar)。 分餾塔各部分解
●加氫脫硫 通常以觸媒使氫與油料反應,一方面可減低油料中所含的硫分,使油料變成高品質的飽和烴,同時還可脫 除其中的氮及金屬,並可生產副產品硫磺。
觸媒 觸媒是煉油工業的大英雄,因為它可使化學反應加速進行,或使不可能的反應變為可能,而本身在反應前 後卻沒有變化。
目前在煉油工業使用的觸媒種類非常多,僅舉數例說明如下:
原油煉製
石油是由地底下開採出來的,因為它是煉油的原料所以也稱為原油。由原油煉製出來的石油產品,有氣 體、有液體、也有固體。 由地底下開採出來的原油,多數都是帶有異臭的黑褐色液體,除燃燒外不具有實用價值,要經過一連串的 加工製造過程,這就是石油煉製或簡稱煉油。 石油煉製過程簡圖
煉油的目的簡單的說有以下幾個要點:
●溶劑萃取法 如果想從石油中除掉沒有用的成分,或提取特別的成分時,可使用溶劑萃取法來精煉。使用溶劑萃取出來 的叫做萃取油,剩餘的部分叫做萃餘油。溶劑萃取法最主要使用於芳香烴工場,從重組油、及裂解汽油翠 取並分離出苯、甲苯及混合二甲苯等帶有芳香味道的芳香族石油化學原料。 此外以溶劑萃取法製造潤滑油、及白土處理法 (Clay Treatment)、吸附法 (Absorption)、結晶過濾法等物理 分離方法,在石油工業界也都很常用。
●重油裂解 將蒸餘油或重油經減黏及焦化製程,轉製成較輕質及價值較高的產品,一般也是使用加熱裂解法。
●觸媒裂解 利用觸媒將製氣油裂解成汽油,以取得較多量的輕級油料。通常用矽鋁土或沸石為觸媒。
●重組
利用加熱、加壓、加氫或觸媒的作用,將汽油餾分中的分子結構改變,使其成為異烷烴、環烷烴或芳香烴, 以提高其辛烷值,就可以充分符合今日交通車輛的要求。經重組所得的汽油。稱為重組汽油又可分為熱重 組、聚合重組及觸媒重組等三種不同方式。
●異構化 就是不改變烴分子所具有的碳與氫原子數,但將分子重新加以排列成另一種結構來提高辛烷值,這個反應 叫做異構化。異構化也要使用觸媒來幫助產生反應。
●烷化 煉油工業的烷化,專指以低分子量的烯烴與異烷烴作用,形成高分子量異烷烴的反應,在高溫高壓且不使 用觸媒劑的情形下進行。如果利用硫酸或氫氟酸則可進行低溫烷化。烷化後的油料稱為烷化油,其辛婠質 很高,主要用來摻配航空汽油及高辛烷質值車用汽油。
石油副產品 1.硫磺: 原油中都含有硫份。不同產地的原油,其硫含量也不同。為了減低成品中的含硫量,防止設備腐蝕;必須 在煉製過程中,將其先變成硫化氫氣體加以回收,在送至硫磺回收工場產製硫磺。硫黃的主要用途包括製 造硫酸、化學肥料、漂白劑、橡膠工業、農藥或製造炮竹及煙火等。
2.合成氣與一氧化碳: 若將殘渣油在高溫、高壓下作部份氧化、氧化以生產氫氣時,會產生合成氣與一氧化碳副產品。合成氣主 要供應生產甲醇;一氧化碳主要供應醋酸原料用。
●分離 將混合原油中的多種石油產品,一樣一樣取出來。
●除去雜質將原來存在於原油中的雜質,或對個製品在利用上有妨礙的物質除去。
●改善性能 將石油產品處理改善,使其更具有實用性。
石油煉製的方法,是由工程師與研究人員應用化學和物理的原理、以及高度的機械技術,一步一步研究發 展出來的。可運用的煉製製程的方法雖然很多,但一個煉油場必需考慮原油的來源與性質、產品的經濟性
上,而成為一個較大分子的烷烴;如丙烯或丁烯與異丁烷會發生反應產生異庚烷或異辛烷,其辛烷值均非 常高;其目的為摻配航空汽油及高級車用汽油。主要成份為硫酸或氫氟酸。
一向騎的好好的腳踏車最近總覺得有點兒不對勁,小楷學爸爸在輪軸點了一些油以後,居然騎起來就輕很 多了,這就是潤滑油的妙用。 我們所用的各種交通工具如腳踏車、機車、汽車、飛機、輪船,以及各種家庭用或工業用機器,如電風扇、 縫衣機、馬達、發電機、蒸汽機、壓縮機、冷凍機、耕農機等等,都必需使用油來減低摩擦、增加潤滑, 而這些油我們就統稱之為潤滑油,也有人稱它做機油;如果是半固態的就稱為潤滑脂。
如果你把一個冷的飯碗覆在燒開的一鍋水上,水氣就會附在碗裏冷凝成為水滴,這是我們小時後都玩過的 一種遊戲。複雜的石油煉製其實基本上就是將這種理論反覆運用而已,因為將各種混合液體體加熱以後, 沸點 (Boiling Point) 較低的成分就會先蒸發,其蒸汽當然也會先被冷凝成液體。這就是蒸餾 (Distillation) 的最簡單原理。 原油分餾原理圖解
石油腦經去醇酸處理後,可作為汽油及航空燃料油使用;輕石油腦也可經媒組反應後產生高辛烷質的汽油 或石油化學原料,為苯、甲苯、二甲苯的主要來源;還可以經裂解反應產生乙烯、丙烯、丁烯、戊烷、芳 香烴及碳煙;或經過加氫裂解反應,生產汽油及液化石油氣。
重油一般指燃料油或燃料油與柴油混合而成的中間油料。
重油直接產品可概分為漁船用油及鍋爐用燃油兩種。經過處理後則可生產潤滑油、柏油、石油焦、汽油、 液化石油氣、一氧化碳、合成氣、氫氣及丙烯等。
1.重組煤油;使分子結構為直鏈式的烴發生脫氫、異構化、裂解、環化後產生重組油:其目的為增加芳香 烴的產量與摻配高級汽油。主要成份為鉑、錸金屬。
2.加氫脫硫觸媒:使油料中的硫份與氫氣發生反應,產生硫化氫使其容易除去;其目的為提高油品品質, 減少燃燒後硫化物對環境的不良影響。主要成份為鈷、鉬、鎳等金屬。
石油是一種很複雜的碳氫化合物,將原油經一連串煉製過程後,可產生不同用途的各種油料產品,蒸餾就 是應用最廣的一種煉製方法,也是煉油工業中最基本的物理分離方法。 原油經過蒸餾的過程可以依不同沸點分餾成燃料氣、汽油、煤油、柴油、重油等油料,再經過進一步的處 理,就可作為成品供應市場:也可送往相關的下游工場做為進料,生產各種石油產品。 其實,蒸餾仍然無法將原油內各種不同的成分完全分離,只是基於經濟上的原因,除了純度較高的石油化
根據美國石油學會的分類,由原油煉製出的石油產品,已達兩千多種,一般可以分為: 氣體類石油產品 如天然氣、液化石油氣、甲烷、乙烷、丁烯等。 燃料石油產品 如氣油、煤油、柴油、航空燃油、魚船用油、鍋爐用油、燃料油、以及石油焦等。
潤滑油脂類產品 如車用機油、齒輪油、家庭用機油、通用機油、冷凍機油、多效滑脂等。
●裂煉法 為使汽油的產量增加,可將重質的油料如柴油、蒸餘油等裂煉成汽油,也就是將分子量較高的分子分解成 較小的分子。石油裂煉的主要目的,一為增加汽油產量,一為製造石油化學工業的主要原料如乙烯、丙烯、 丁二烯等等。石油裂煉又可稱為石油裂解,一般又可分為三類:
●輕油裂解 以石油腦為原料,主要產品為乙烯、丙烯、丁二烯、芳香烴及裂解汽油。不使用觸媒,而是以水蒸汽加高 溫使其分子結構改變(裂解)。
除了蒸餾以外,煉製原油的方法中,還有幾種物理分離法,其中比較重要的如下: ●原油脫鹽法
由各地油田所採取的原油中,多少都含有一些無機鹽類,含量由每千桶原油含數磅到含一千多磅不等。這 些鹽分如果不先除去,會在蒸餾過程中沉積在加熱爐或熱交換器上,不但使加熱效果減低,而且可能使設 備腐蝕。一般脫鹽的方法是先將原油預先加熱,再加入一定量的水一起攪拌。當原油和水乳化以後,導入 高壓的電場,可使含有鹽類等不純物的水層和油層分離。如此便可以除去原油中的各種鹽類、雜物及金屬 等,脫鹽率可達九成以上,另外也可加入化學藥劑 (解乳化劑 De-emulsifier)以破壞乳化,使水層和油層分 離。
在「蒸餾」一節中,我們曾經說過,一般原油經直餾後約有五分之一到四分之一的汽油餾分,以及一定比 例的煤油餾分.....等等,但在汽車、飛機等交通事業發達的今天,汽油用量的需求越來越大,對品質的要求 也越來越高,相反的,某些油品的需求量卻越來越低。因此,石油工程師們就利用各種化學反應法,將利 用價值較低的油品改便成利用價值高的產品,或直接用來改良石油產品的品質。