Тип нефти обозначается тремя цифрами

Технологические процессы переработки нефти принято подразделять на две группы: физические и химические.

Физическими (массообменными) процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) без химических превращений и удаление из них нежелательных компонентов (полициклических ароматических углеводородов, асфальтенов, парафинов), неуглеводородных соединений. Физические процессы по типу массообмена можно подразделить на следующие типы:

● экстракционные (деасфальтизация, селективная очистка, депарафинизация, кристаллизация);

● адсорбционные (депарафинизация цеолитная, контактная очистка);

В химических процессах переработка нефтяного сырья осуществляется путем химических превращений с получением новых продуктов, несодержащихся в исходном сырье. Химические процессы применяемые на современных НПЗ по способу активации химических реакций подразделяются на:

Термические процессы по типу протекающих химических реакций можно подразделить на следующие типы:

● термодеструктивные (термический крекинг, висбрекинг, коксование, пиролиз, пекование, производство технического углерода и др.);

● термоокислительные (производство битума, газификация кокса, углей и др.).

В термодеструктивных процессах протекают преимущественно реакции распада (крекинга) молекул сырья на низкомолекулярные, а также реакции конденсации с образованием высокомолекулярных продуктов, например кокса, пека и др.

Каталитические процессы по типу катализа можно классифицировать на следующие типы:

● гетеролитические, протекающие по механизму кислотного катализа (каталитический крекинг, алкилирование, производство эфиров и др.);

● гомолитические, протекающие по механизму окислительно-восстановительного катализа (производство водорода, синтез-газа, метанола, элементной серы и др.)

● гидрокаталитические, протекающие по механизму бифункционального (сложного) катализа (гидроочистка, гидрообессеривание, гидрокрекинг, каталитический риформинг, изомеризация, гидроароматизация, селективная гидропарафинизация и др.).

Выбор процессов, которые будут проводиться при переработке нефти и типы получаемых продуктов зависят от профиля нефтеперерабатывающего завода (НПЗ). Существует три основных профиля [1]: топливный (рис. 2.1); топливно-маслянный (рис. 2.2); топливно-нефтехимический (рис. 2.3).

Рис.2.2. Блок-схема НПЗ топливно-маслянного профиля.

Рис.2.3. Блок-схема НПЗ топливно-нефтехимического профиля.

Контрольные вопросы к разделу 2.1 «Происхождение, состав и классификация нефтей»

2. Какие классы органических соединений могут содержаться в нефти?

5. Какие процессы переработки нефти относят к физическим?

6. Какие процессы переработки нефти относят к химическим?

7. Приведите блок — схему НПЗ топливного профиля.

8. Какие процессы переработки нефти относят к термическим?

9. Какие процессы переработки нефти относят к каталитическим?

10. Какие процессы переработки нефти относят к термодеструктивным?

Процессы переработки нефти могут быть разделены на первичные и вторичные.

К первичным относятся процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов.

На современных НПЗ основными первичными процессами является разделение нефти на фракции, т.е. ее перегонка.

К вторичным процессам относятся процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов. Процессы деструктивной переработки (термический и каталитический крекинг, каталитический риформинг, алкилирование и полимеризация на основе углеводородных газов, каталитическая изомеризация и пр.) предназначены для изменения химического состава нефти и фракций путем термического и каталитического воздействия. Целью деструктивной переработки является получение нефтепродуктов заданного качества и в б о льших количествах, чем при прямой перегонке нефти.

Процессы очистки нефтепродуктов основаны на освобождении их от нежелательных компонентов, например, сернистых соединений, парафинов (депарафинизация масел), ароматических углеводородов (при производстве реактивных и дизельных топлив), смолистых веществ и полициклических ароматических соединений с короткими боковыми цепями (очистка масел).

Промышленные установки по первичной переработке нефтей и мазутов

Первичной переработкой (прямой перегонкой) нефти называют процесс получения нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения, без термического распада компонентов, составляющих дистиллят.

Первые нефтеперегонные установки в России перерабатывали ~ 8-10 тыс. пудов нефти в год (100-160 т/год). Они состояли из вертикального куба емкостью 1,5-3 т и деревянного чана с вмонтированным змеевиком (холодильником). Таких установок в 70-х годах XIX века насчитывалось несколько сотен.

В 1885 году А.Ф. Инчиком в г. Баку была сооружена первая в мире непрерывно-действующая кубовая батарея. Она состояла более чем из 10 горизонтальных кубов, расположенных террасами, так что нефть самотеком перетекала из куба в куб. Перегонный куб снабжался жаровыми трубами и маточником для ввода в сырье водяного пара (до 20% на дистиллят). В кубах отгонялись легкие нефтяные фракции, пары их поступали в холодильники, где конденсировались и охлаждались. В последнем кубе поддерживалась температура ~ 320^оС. Четкость погоноразделения была низкой.

В СССР в годы восстановительного периода нефтяной промышленности кубовые установки были реконструированы и оснащены ректификационными колоннами, благодаря чему четкость разделения улучшилась, качество товарных продуктов повысилось.

Аналогично обстояло дело с перегонкой мазута для получения масляных дистиллятов. Масляные батареи были впервые разработаны инженером В.Г. Шуховым и И.И. Елиным. На них перегонка осуществлялась под вакуумом в присутствии водяного пара. Куб масляных батарей не имел жаровых труб, топка находилась под кубом.

Кубовые батареи имели низкую производительность, сложное аппаратурное оформление и были весьма опасны в пожарном отношении. Поэтому они были заменены на трубчатые.

Трубчатки были запатентованы в 1890-91 гг. Шуховым В.Г. и Гавриловым С.Г. Однако их строительство в России началось в 1925 г. в Баку и Грозном.

На современном НПЗ трубчатые установки (входят в состав) служат поставщиками, как товарных нефтепродуктов, так и сырья для вторичных процессов. Они являются неотъемлемой частью любого НПЗ. Мощность их достигла 10-12 млн. т/год.

В зависимости от давления в ректификационных колоннах трубчатые установки подразделяются на: атмосферные – АТ, вакуумные – ВТ, атмосферно-вакуумные – АВТ.

По числу ступеней испарения различают установки одно-, двух-, трех- и четырехкратного испарения.

На установках однократного испарения получают все дистилляты – от бензина до вязкого цилиндрового масла – в одной ректификационной колонне. Остатками является гудрон.

На установках двукратного испарения перегонка до гудрона осуществляется в 2 ступени: сначала в атмосферной колонне нефть перегоняется до мазута, который затем в вакууме разгоняется до гудрона (АВТ).

Двукратное испарение может осуществляться в двух ректификационных колоннах под атмосферным давлением. В первой отбирают только бензин, и остатком является отбензиненная нефть, во второй – перегонка до мазута (АТ).

На установках трехкратного испарения перегонка нефти осуществляется в трех колоннах: 2-х атмосферных и одной вакуумной.

Установка четырехкратного испарения снабжена атмосферной отбензинивающей колонной в головной части и доиспарительной вакуумной колонной для гудрона в концевой части.

Как указывалось ранее, нефть представляет из себя многокомпонентную смесь соединений различных классов. В состав нефти входят углеводороды, кипящие при атмосферном давлении вплоть до 400-500^оС. Термическая же стабильность их сохраняется только до 380-400^оС. При более высокой температуре начинается крекинг, при котором образуются непредельные углеводороды, являющиеся нежелательными компонентами большинства нефтепродуктов. Поэтому расфракционирование ведется в условиях, исключающих термический распад. Для этого пользуются следующими приемами:

Процесс однократного испарения обладает преимуществами перед постепенным испарением. При однократном испарении низкокипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате и снижают парциальное давление испаряющихся высококипящих фракций, что позволяет вести перегонку при более низких температурах. Применяя однократное испарение можно снизить температуру конца кипения перегоняемого сырья на 50-100^оС по сравнению с постепенным испарением.

При однократном испарении нефть нагревается в печи, причем в течение всего времени нагрева до конечной температуры, образующиеся пары не выводятся из системы и остаются в контакте с жидкостью.

В нижнюю часть ректификационной колонны, а также отпарных секций (стриппингов) для повышения содержания ВКК в остатке, подается испаряющий агент (водяной пар, нефтяной газ, пары бензина, лигроина, керосина). Чаще всего используется перегретый до 350-450^оС водяной пар, отработанный после паровых насосов и турбин. Применение испаряющего агента позволяет снизить температуру кипения компонентов.

Роль водяного пара заключается также в следующем:

1) интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению НКК;

2) создается большая поверхность испарения тем, что испарение происходит внутри множества пузырьков водяного пара.

Другими испаряющими агентами пользуются редко, т.к. инертные газы неудобны тем, что требуют громоздких подогревателей газа и конденсаторов парогазовой смеси (низкий коэффициент теплопередачи).

Использование "легких" нефтяных фракций заманчиво тем, что исключает применение открытого водяного пара при перегонке сернистого сырья. Однако, чем легче испаряющий агент, тем больше его теряется при перегонке. Применение же "тяжелых" испаряющих агентов менее эффективно, чем "легких".

При атмосферной перегонке остается мазут (t_кип > 350^оС); для перегонки его необходимо подобрать условия, исключающие крекинг и способствующие максимальному отбору дистиллятов. Применение Р_ост = 20-60 мм рт. ст. позволяет перегнать при 410-420^оС дистилляты, имеющие t кип ~ 500^оС при Р = 2 атм. Хотя нагрев мазута до таких температур сопровождается крекингом, однако если получаемые дистилляты подвергаются вторичной переработке, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает существенного влияния.

Чтобы увеличить отбор дистиллятов из мазутов в вакуумную колонну подают перегретый водяной пар или лигроин - керосиновую фракцию.

Ассортимент продуктов атмосферных и атмосферно-вакуумных установок

При перегонке под атмосферным давлением получают следующие продукты:

1. Сжиженный газ, состоящий в основном из пропана и бутана. Количество его зависит от того, насколько глубоко была стабилизирована нефть.

После очистки от сернистых соединений прямогонный сжиженный газ используется как бытовое топливо или как сырье для ГФУ.

Перегоняется в пределах 50-180^оС. Используется в качестве компонента товарного автобензина, как сырье для установок каталитического риформинга.

Узкие фракции прямогонного бензина полученные на установках и блоках вторичной перегонки, являются сырьем для выработки индивидуальных ароматических углеводородов – бензина, толуола, ксилолов.

3. Керосиновая фракция (С₉-С₁₆). Перегоняется в пределах от 120 до 315^оС, в зависимости от того, для какой цели применяется керосин: в качестве топлива реактивных авиационных двигателей, для освещения или как горючее для тракторных карбюраторных двигателей.

Перегоняется в пределах 180-350^оС; Ранее дизельная фракция называлась атмосферным газойлем. Фракция используется как топливо для дизельных двигателей (тепловозы, суды морского и речного флота).

5. Мазут (С₂₅-С₃₀). Перегоняется > 350^оС. Используется как котельное топливо, является сырьем термического крекинга.

Ассортимент продуктов вакуумной перегонки мазута зависит от выбранного варианта переработки нефти. Существуют две схемы перегонки мазута: масляная и топливная. При масляной схеме получают несколько фракций – вакуумных дистиллятов, при топливной – одну. В последнем случае отбирают фракцию 350-500^оС, которая называется вакуумным газойлем.

6. Гудрон - остаток от перегонки нефти, перегоняется > 500^оС. Это высоковязкий продукт, застывающий при 30-40^оС. Он используется как сырье установок термического крекинга, коксования, для производства битумов, высоковязких масел.

Перед первичной переработкой нефти проводят глубокое обезвоживание и обессоливание нефти до остаточного содержания солей не более 5 мг/л (из-за опасности гидролиза хлорида магния и образования коррозионно-активной соляной кислоты). Для этого используют электрохимический метод – 2-3-ступенчатая обработка в дегидраторах. Электрообессоливающие установки (ЭЛОУ) обычно комбинируют с атмосферно-вакуумными трубчатками (АВТ).

Основной аппарат ЭЛОУ – горизонтальный электродегидратор емкостью 160 м³,работающий под давлением 1,0-1,4 МПа и температуре 160-180 ⁰С. На входе нефти в электродегидратор подают деэмульгатор (поверхностно-активное вещество, разрушающее защитные оболочки глобул эмульгированной воды в нефти), а также свежую промывную воду, снижающую солесодержание в эмульгированной промысловой воде.

Расход эмульгатора в зависимости от природы и качества нефти составляет от 10 до 250 г/т, а количество подаваемой свежей промывной воды – 5-6 % на нефть.

Наиболее эффективными являются вертикальные электродегидраторы с камерными электродами. Их производительность в 4-5 раз выше, чем у горизонтальных, и при этом объем значительно меньше.

Подготовленная на блоке ЭЛОУ нефть обычно содержит 4-6 мг/л нефти хлоридов и 0,1-0,2 % воды. После подогрева в теплообменниках до 220-240 ⁰С нефть поступает на атмосферную ректификацию.

АВТ выполняют в основном диспетчерские функции. Это означает, что дистилляты АВТ идут на последующие вторичные процессы переработки (вторичную перегонку, риформинг, гидроочистку и т.д.) с целью получения готовых товарных продуктов.

Современные АВТ имеют максимальную мощность по нефти 3-8 млн. т/г, число получаемых дистиллятов – от 6 до 10. Процесс является одним из энергоемких – общие затраты на АВТ (считая электроэнергию, воду, воздух и др.) составляют 45-50 кг/т нефти, т.е. 4,5-5,0 % от перерабатываемой нефти. На рис. 2.4. показана схема типовой АВТ, состоящей из пяти блоков: ЭЛОУ, атмосферная перегонка, стабилизация, вторичная перегонка бензина и блок вакуумной перегонки, причем последний показан для случая получения топлив. В случае получения масел вакуумный блок может иметь одну или две вакуумные колонны, в которых получаются 2-3 масляные фракции.

Рис.2.4. Принципиальная схема типовой современной АВТ.

Потоки: I – сырая нефть; II – обессоленная нефть; III – отбензиненная нефть; IV,V – бензиновые фракции; VI – углеводородные газы; VII – сжиженный газ; VIII – фракция н.к.-85⁰С; IX – фракция 85-180⁰С; X – мазут; XI – газойлевая фракция; XII – легкий вакуумный газойль; XIII – вакуумный газойль; XIV – гудрон; XV – керосин; XVI – дизельное топливо.

Модернизации установок АВТ было посвящено много работ, направленных на совершенствование схем установок с целью углубления отбора дистиллятов и сокращения расхода топлива на перегонку. На рис. 2.5. показана одна из схем установки глубокой перегонки нефти как в атмосферной, так и в вакуумной частях. По сравнению со схемой установки, показанной на рис. 2.4, здесь три существенных изменения.

Во-первых, вместо отбензинивающей колонны 3, через которую проходит вся нагретая в теплообменниках нефть, в новой схеме – испаритель 13 с бензиновой колонной 14. В испарителе горячая нефть разделяется на паровую и жидкую фазы. Жидкая фаза направляется в печь 9 и далее – в атмосферную колонну 4, а паровая фаза поступает на разделение в бензиновую колонну 14, из которой остаток также направляется в атмосферную колонну. Во-вторых, после атмосферной колонны стоит вакуумный фракционирующий испаритель 15, в котором поддерживается остаточное давление около 80-100 мм рт. ст. (10-15 КПа) и в который дросселируется мазут (XVII) и тяжелая флегма с нижних укрепляющих тарелок (XVIII) (через дроссельные клапаны 16). За счет использования физического тепла потоков (XVII) и (XVIII) они испаряются, и в вакуумном фракционирующем испарителе доотбирается дизельная фракция (XIX), которая вместе с основным потоком дизельного (XVI) топлива образует общий поток (XXX). Таким образом, назначение вакуумного фракционирующего испарителя – отобрать от мазута (XVII) дополнительное количество дизельных фракций и утяжелить мазут так, чтобы свести до минимума количество в нем фракций, кипящих до 350 ⁰С.

В – третьих, чтобы утяжелить гудрон (XIV), он снизу вакуумной колонны направляется в вакуумный доиспаритель через дроссельный клапан 18. Доиспаритель 17 соединен с верхней вакуумсоздающей системой колонны 7. За счет снижения давления в доиспарителе 17 по сравнению с низом колонны, в нем доотбираются фракции, кипящие в интервале 450-550⁰С. Эти фракции добавляются к вакуумному газойлю (XIII), и вместе получается утяжеленный вакуумный газойль (XXII). А снизу доиспарителя 17 отбирается утяжеленный гудрон (обычно выше 510-520 ⁰С). Таким образом, при наличии тех же двух печей достигается существенное углубление отбора как светлых, так и вакуумных дистиллятов от нефти. Конечные продукты АВТ и их использование приводятся в табл.2.1.

Рис.2.5. Схема установки АВТ для углубленной переработки

1 – резервуар с нефтью; 2 – блок ЭЛОУ; 3 – отбензинивающая колонна; 4 – атмосферная колонна; 5 – колонна стабилизации; 6 – колонна вторичной перегонки бензина; 7 – вакуумная колонна; 8 – эжектор; 9 – печи; 10 – теплообменник; 11 – холодильники; 12 – насосы; 13 – испаритель нефти; 14 – бензиновая колонна; 15 – вакуумный фракционирующий испаритель; 16,18 – дроссельные клапаны; 17 – отгонный вакуумный доиспаритель; Потоки: I – сырая нефть; II – обессоленная нефть; III – отбензиненная нефть; IV,V – бензиновые фракции; VI – углеводородные газы; VII – сжиженный газ; VIII – фракция н.к.-85⁰С; IX – фракция 85-180⁰С; X – мазут; XI – газойлевая фракция; XII – легкий вакуумный газойль; XIII – вакуумный газойль; XIV – гудрон; XV – керосин; XVI – дизельное топливо; XVII – мазут; XVIII – тяжелая флегма с нижних тарелок укрепляющей части; XIX – дополнительно отобранный тяжелый компонент дизельного топлива; XX – общий поток дизельного топлива; XXI – тяжелый компонент вакуумного газойля; XXII – общий поток утяжеленного вакуумного газойля; XIII – утяжеленный гудрон; XXIV и XXV – вакуумсоздающие линии.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: