Нефть - сложная субстанция, состоящая из взаиморастворимых органических веществ (углеводородов). При этом у каждого отдельно взятого вещества есть собственный молекулярный вес и температура кипения.

Сырая нефть, в том виде, в каком ее добывают, бесполезна для человека, из нее можно извлечь лишь небольшое количество газа. Чтобы получить нефтепродукты иного рода, нефть неоднократно перегоняют через специальные устройства.

В процессе первой перегонки происходит разделение, входящих в состав нефти веществ на отдельные фракции, что в дальнейшем способствует появлению бензина, дизельного топлива, различных машинных масел.

Установки для первичной переработки нефти

Первичная переработка нефти начинается с ее поступления на установку ЭЛОУ-АВТ. Это далеко не единственная и не последняя установка, необходимая для получения качественного продукта, но от работы именно этой секции зависит эффективность остальных звеньев в технологической цепочке. Установки для первичной переработки нефти являются основой существования всех нефтеперерабатывающих компаний в мире.

Именно в условиях первичной перегонки нефти выделяются все компоненты моторного топлива, смазочные масла, сырье для вторичного процесса переработки и нефтехимии. От работы данного агрегата зависит и количеств, и качество топливных компонентов, смазочных масел, технико-экономические показатели, знание которых необходимо для последующих процессов очистки.

Стандартная установка ЭЛОУ-АВТ состоит из следующих блоков:

• электрообессоливающая установка (ЭЛОУ);


• атмосферного;


• вакуумного;


• стабилизационного;


• ректификационного (вторичная перегонка);


• защелачивающего.

Каждый из блоков отвечает за выделение определенной фракции.

Процесс переработки нефти

Только что добытая нефть разделяется на фракции. Для этого используется разница в температуре кипения отдельных ее компонентов и специальное оборудование - установка.

Сырую нефть переправляют в блок ЭЛОУ, где из нее выделяют соли и воду. Обессоленный продукт подогревают и направляют в блок атмосферной перегонки, в котором нефть частичным образом отбензинивается, подразделяясь на нижние и верхние продукты.

Отбензиненная нефть из нижней части перенаправляется в основную атмосферную колонну, где происходит выделение керосиновой, легкой дизельной и тяжелой дизельной фракций.

Если вакуумный блок не работает, то мазут, становится частью товарно-сырьевой базы. В случае включения вакуумного блока данный продукт подогревается, поступает в вакуумную колону, и из него выделяется легкий вакуумный газойль, тяжелый вакуумный газойль, затемненный продукт, гудрон.

Верхние продукты бензиновой фракции перемешиваются, освобождаются от воды и газов, передаются в стабилизационную камеру. Верхняя часть вещества охлаждается, после чего испаряется, как конденсат, или газ, а нижняя направляется на вторичную перегонку для разделения на более узкие фракции.

Технология переработки нефти

Чтобы понизить затраты на переработку нефти, связанные с потерями легких компонентов и износом аппаратов для переработки вся нефть подвергается предварительной обработке, суть которой заключается в разрушении нефтяных эмульсий механическим, химическим, или электрическим путем.

Каждое предприятие использует свою собственную методику переработки нефти, но общий шаблон остается единым для всех организаций, задействованных в данной области.

Процесс переработки чрезвычайно трудоемок и продолжителен, связано это, прежде всего, с катастрофическим снижением количества легкой (хорошо перерабатываемой) нефти на планете.

Тяжелая нефть подается переработке с трудом, но новые открытие в данной области совершаются ежегодно, поэтому число эффективных способов и методов работы с этим продуктом увеличивается.

Химическая переработка нефти и газа

Образовавшиеся фракции можно преобразовывать друг в друга, для этого достаточно:

• использовать метод крекинга - крупные углеводороды разбиваются на малые;


• унифицировать фракции - совершить обратный процесс, объединив маленькие углеводороды в крупные;


• произвести гидротермальные изменения - переставлять, замещать, объединять части углеводородов для получения нужного результата.

В процессе крекинга происходит разлом больших углеводов на малые. Этому процессу способствуют катализаторы и высокая температура. Для объединения малых углеводородов используется специальный катализатор. По завершению объединения выделяется газообразный водород также служащий для коммерческих целей.

Чтобы произвести другую фракцию или структуру, молекулы в остальных фракциях перестраивают. Делается это в ходе алкилирования - смешивании пропилена и бутилена (низкомолекулярные соединения) с фтористо-водородной кислотой (катализатор). В результате получаются высокооктановые углеводороды, используемые для повышения октанового числа в бензиновых смесях.

Технология первичной переработки нефти

Первичная переработка нефти способствует разделению ее на фракции, без затрагивания химических особенностей отдельных компонентов. Технология данного процесса направлена не на кардинальное изменение структурного строения веществ на разных уровнях, а на изучение их химического состава.

В ходе применения специальных приборов и установок из поступившей на производство нефти выделяются:

• бензиновые фракции (температура кипения устанавливается индивидуально, в зависимости от технологической цели - получения бензина для машин, самолетов, иного рода техники);


• керосиновые фракции (керосин применяется в качестве моторного топлива и систем освещения);


• газойлевые фракции (дизельное топливо);


• гудрон;


• мазут.

Разделение на фракции является первым этапом по очистке нефти от различного рода примесей. Чтобы получить действительно качественный продукт, необходима вторичная очистка и глубокая переработка всех фракций.

Глубокая переработка нефти

Глубокая переработка нефти предполагает включение в процесс переработки уже дистиллированных и химически обработанных фракций.

Цель обработки - удаление примесей, содержащих органические соединения, серу, азот, кислород, воду, растворенные металлы и неорганические соли. В ходе переработки фракции разбавляют серной кислотой, удаляемой из них при помощи сероводородных скрубберов, либо водородом.

Переработанные и охлажденные фракции смешивают и получают различные виды топлива. От глубины переработки зависит качество конечного продукта - бензина, дизельного топлива, машинных масел.

Техник, технолог по переработке нефти и газа

Нефтеперерабатывающая отрасль оказывает значительное воздействие на разные сферы жизни общества. Профессия технолог по переработке нефти и газа считается одной из самых престижных и одновременно опасных в мире.

Технологи непосредственно отвечают за процесс очистки, перегонки и дистилляции нефти. Технолог следит за то, чтобы качество продукции соответствовало существующим стандартам. Именно за технологом остается право выбора последовательности совершенных операций при работе с оборудованием, этот специалист отвечает за его настройку и выбор нужного режима.

Технологи постоянно:

• изучают новые методы;


• применяют на практике опытные технологии переработки;


• выявляют причины технических ошибок;


• ищут способы предотвращения возникших проблем.

Для работы технологом необходимы не только знания в нефтедобывающей отрасли, но и математический склад ума, находчивость, точность и аккуратность.

Новые технологии первичной и последующих переработок нефти на выставке

Использование ЭЛОУ установок во многих странах считается устаревшим способом переработки нефти.

Актуальным становится необходимость постройки специальных печей из огнеупорного кирпича. Внутри каждой такой печи имеются трубы, длиной в несколько километров. Нефть движется по ним со скоростью 2 метра в секунду при температуре до 325 градусов Цельсия.

Конденсация и охлаждение пара производится за счет ректификационных колонн. Конечный продукт поступает в серию резервуаров. Процесс непрерывен.

О современных методах работы с углеводородами можно узнать на выставке «Нефтегаз» .

В ходе работы выставки участники уделяют особое внимание вторичной переработке продукта и использованию таких методов, как:

• висбрекинг;
• коксование нефтяных остатков тяжелого типа;
• риформинг;
• изомеризация;
• алкилирование.

Технологии переработки нефти улучшаются с каждым годом. Последние достижения в отрасли можно увидеть на выставке.

Добытая нефть представляет собой смесь различных углеводов (парафиновых, нафтеновых и ароматических), имеющих различный молекулярный вес и температуру кипения.

Сущность переработки нефти

Сырая нефть, добытая из скважины, не используется в чистом виде.

Поэтому первичная переработка нефти выполняется на специализированных заводах. Именно на такой нефтеперерабатывающий завод доставляется сырье по трубопроводу, железной дороге либо с помощью морских танкеров. В результате получается авиационный керосин, бензин, мазут, парафин, смазочные масла, а также сырье для нефтехимического производства.

Этапы переработки

Из сырой нефти в современных условиях может быть получено различное топливо, нефтяные масла, битумы, парафины, керосины, смазки, растворители и прочие нефтепродукты, которые получаются после переработки сырья.

Добытая нефть – углеводородное сырье, которое на месторождении должно пройти долгий этап, до того как из данной смеси будут выделены ценные и важные компоненты, из которых потом получают продукт, пригодный к использованию.

Технология первичной переработки нефти является довольно сложным процессом, который должен начинаться с транспортировки сырья на завод, где оно проходит несколько этапов, а именно:

• подготовительный этап;
• вторичная переработка;
• этап очистки.

Подготовительный этап

Добытое сырье содержит такие примеси, как соль, вода, глина, песок и попутный газ.

У каждого месторождения есть свой срок эксплуатации, который зависит от толщины нефтяного пласта. Наличие в нефти воды и механических примесей очень мешает ее транспортированию по трубопроводам для подачи на переработку. При этом оно может вызвать образование каких-либо отложений в емкостях и теплообменных аппаратах, что существенно усложняет первичный процесс переработки нефти.

Добываемая нефть на первом этапе должна пройти комплексную (механическую) очистку, а уже потом тонкую очистку.

На подготовительном этапе проводится разделение сырья на газ и нефть в специальных сепараторах. Первичная переработка нефти и газа предусматривает отстаивание сырья на холоде в герметичных резервуарах. Также подогрев на определенное время способствует устранению значительного количества твердых частиц и воды. Установка первичной переработки нефти будет эффективно работать, есть сырье дополнительно подвергнуть обезвоживанию, а также обессоливанию на специальном оборудовании.

Иногда нефть в совокупности с водой может образовывать эмульсию, которая трудно растворяется. В ней зачастую мелкие частицы одной составляющей во взвешенном состоянии распределяются в другой.

На практике среди эмульсий можно выделить два основных их вида: нефть в воде (гидрофильная), вода в нефти (гидрофобная).

Способы разрушения эмульсий

Первичная переработка нефти не может обходиться без разрушения указанных выше эмульсий. Существует несколько таких способов: химический, механический и электрический.

Химический метод предполагает разрушение с использованием деэмульгаторов (поверхностно-активных веществ). Данные компоненты характеризуются высокой активностью в сравнении с «работающим эмульгатором». Они образуют противоположную эмульсию и могут успешно растворять адсорбционную пленку. Этот способ в основном применяется одновременно с электрическим, при котором с помощью воздействия тока на эмульсию нефти происходит объединение частиц воды, что способствует более быстрому расслоению с нефтью.

Механический способ разрушения подразделяется на отстаивание и центрифугирование. Разница в плотностях элементов эмульсии способствует легкому расслоению воды и нефти при нагревании жидкости до 160 градусов в течение трех часов (не должны допускаться испарения воды). При этом давление обязательно сохраняется на уровне 15 атмосфер.

При центрифугировании эмульсия разделяется с использованием специального оборудования (центрифуг). Количество оборотов должно достигать до 50000 раз в минуту.

Первичная переработка нефти

Данный этап переработки сырья заключается в разделении его на группы углеводородов и фракции. В процессе перегонки установка первичной переработки нефти получает широкий ассортимент полупродуктов и нефтепродуктов.

В основу данного процесса заложен принцип разности в температурах кипения составляющих добытого сырья. В результате нефть должна быть разложена на фракции: светлые нефтепродукты (мазут) и масло (гудрон).

В процессе получения готового продукта самой важной является именно первичная переработка нефти, схема которой может варьироваться и осуществляться одним из таких способов:

1. Однократное испарение – в подогревателе нефть прогревается до нужной температуры. В результате данного процесса образуются пары. С достижением необходимой температуры полученная парожидкостная смесь должна поступить в испаритель, который представляет собой цилиндр, где пар уже отделяется от жидкости.
2. Многократное испарение – процесс, который представлен последовательностью однократных испарений с постепенным повышением температуры при нагреве.
3. Постепенное испарение – это перегонка, которая представляет собой незначительное изменение нефти с каждым однократным испарением.

Оборудование

Основным оборудованием при первичной перегонке нефти являются: ректификационные колонны, трубчатые печи и теплообменные аппараты.

Сам процесс перегонки нефти осуществляется в ректификационных колонных. Так, добываемое сырье посредством использования насоса поступает в теплообменник, там прогревается и переходит в трубчатую печь, где уже подогревается до нужной температуры. Потом нефть как парожидкостная смесь поступает в испарительную часть указанной ректификационной колонны. Здесь осуществляется разделение жидкой и паровой фазы (жидкость перемещается вниз, а пар - вверх).

В зависимости от вида осуществляемого процесса (вида испарений) используются следующие типы трубчатых печей: атмосферные (далее - АТ), вакуумные (далее - ВТ) и атмосферно-вакуумные (далее - АВТ). В АТ осуществляется неглубокая переработка, в результате которой получаются керосиновые, бензиновые и дизельные фракции, а также мазут. С использованием установок ВТ происходит углубленная переработка сырья. В результате получаются масляные, газойлевые фракции и гудрон, впоследствии используемые при производстве кокса, смазочных масел и битума. В установках АВТ происходит комбинирование двух способов перегонки нефти.

Вторичная переработка нефти

По результатам определения у нефти ее физико-химических свойств, а также в зависимости от потребностей в готовом продукте, выбирается дальнейший способ деструктивной переработки добываемого сырья. Вторичная переработка – это проведение термического и каталитического воздействия на нефтепродукты, которые получены способом прямой перегонки. Осуществление воздействия на сырье может менять природу содержащихся в нем углеводородов.

Виды вторичной переработки

Для более полного определения сущности вторичной перегонки нефти необходимо подробнее остановиться на ее основных видах.

Так, первый способ (топливный) используется с целью получения автомобильных бензинов высокого качества, а также различных видов дизельного топлива и сырья для заправки реактивных двигателей. Данный метод предполагает использование меньшего количества технологических установок. Это процесс, в результате которого из нефтяных фракций можно получить моторные масла. К данному виду переработки сырья относится каталитический крекинг и риформинг, гидроочистка, гидрокрекинг и прочие термические процессы.

Результатами топливно-масляной переработки нефти являются асфальт и смазочные масла. В этом случае речь идет о процессах деасфальтизации и экстракции.

Однако самые разнообразные нефтепродукты получаются в процессе проведения нефтехимической переработки. Поэтому здесь используется и наибольшее количество различного технологического оборудования. По результатам такой обработки сырья получаются не только масла и топлива, но и синтетический каучук, азотные удобрения, пластмасса, моющие средства, фенол, спирт, ацетон и другие химикаты.

Вывод

Подытоживая изложенный в данной статье материал, необходимо отметить, что первичная и вторичная переработка нефти – это обязательные этапы перерабатывающего производства.

По той причине, что в описании используются наименования различных углеводородов, следует привести их описание и зависимость товарного сырья от содержания этих углеводородов.

Парафины – вещества, не обладающие устойчивыми двойными связями между атомами углерода. Такие парафины, имеющие линейное и разветвленное строение, именуют насыщенными. Парафины подразделяют на следующие виды:

• Нормальные. Обладают линейным строением, низким октановым числом и высокой температурой застывания. По этим причинам данные углеводороды при вторичной переработке подвергаются трансформации.
• Изопарафины. Имеют разветвленное строение, неплохие антидетонационные показатели и довольно низкой температурой застывания.
• Циклопарафины или нафтены обладают циклическим строением. Данные углеводороды положительным образом сказываются на качестве дизельного топлива и масел для смазки. Проведение риформинга продукта, содержащего нафтены в тяжелых фракциях бензина, располагает к высокому выходу и октановому числу.
• Ароматические углеводороды состоят из бензольных колец. Данные кольца имеют атом водорода, который связан с шестью атомами углерода. Имеют довольно высокое октановое число, но негативно сказываются на экологической составляющей топлива. По этой причине для повышения октанового числа углеводороды подвергают превращению в ароматические методом каталитического риформинга.
• Олефины могут обладать нормальным, разветвленным или циклическим строением. Нефтепродукты, получаемые после первичной переработки, данными углеводородами практически не обладают. Олефины оказывают негативное влияние на качество масел из-за химической агрессивности.

Процессы вторичной переработки нефтепродуктов:

Каталитический риформинг, каталитическая изомеризация и гидроочистка дистиллятов – технология, особенности процессов

1. Каталитический риформинг.

Данный процесс применяют в тех случаях, когда необходимо повысить октановое число за счет преобразований углеводородов. Значения октанового числа при этом могут составлять 92-100 позиций. Повышение данного значения осуществляется за счет увеличения доли ароматических углеводородов в смеси. Теоретические основы процесса были изложены в начале прошлого столетия Зелинским Н.Д.

При мощности установок от 300000 до 1000000 тонн/год объемная доля необходимого высококачественного сырья достигает 85-90 %. Сопутствующим компонентом риформинга является водород, который поступает на другие установки для дальнейшей переработки.

Самым лучшим сырьем является фракция бензина с температурой кипения от 85 до 180 0С. Перед риформингом нефтепродукт предварительно очищается от серы и азота, негативно сказывающихся на конечном результате.

Риформинг может происходить на установках двух видов: с периодической и постоянной регенерацией катализатора. В нашей стране на большинстве установок происходит периодическая регенерация. Относительно недавно в эксплуатацию введено несколько установок с постоянной регенерацией, которые значительно эффективнее. Однако, цена их также выше.

Рабочая температура в таких установках достигает значений в 500 – 530 0С, а давление – до 35 Атм. Для примера, в установках с непрерывной регенерацией давление составляет от двух до трех «атмосфер». Из-за того, что реакция риформинга поглощает значительное тепло, процесс протекает постепенно в трех-четырех отдельных камерах. Перед каждой секцией сырье предварительно подогревается. На выходе из последней камеры происходит отделение водорода, охлаждение готового продукта и вывод с установки.

На ряде нефтеперерабатывающих заводов данный технологический процесс применяется для получения ароматических углеводородов, которые являются сырьевой базой для многих продуктов химической промышленности.

2. Каталитическая изомеризация.

Данный процесс осуществляется также с целью повышения октанового числа. Сырьем для изомеризации являются легкие фракции бензина, температура которых колеблется в пределах от 62 до 85 0С. Повысить октановое число удается благодаря увеличению содержания изопарафинов. Весь процесс протекает в одной камере при температуре 160 – 380 0С и давлении до 35 Атм.

В практику ряда НПЗ вошло переоборудование устаревших установок риформинга в установки для изомеризации. Нередко также происходит объединение этих процессов под началом единого комплекса.

3. Гидроочистка дистиллятов.

Основной задачей данного процесса является устранение присутствия серы и азота в различных нефтепродуктах. Для этого применяют, как чистые дистиллянты, так и те, которые уже были использованы, то есть вторичные. Водород, который отделяется при риформинге, поступает также сюда.

Разрушение сернистых и азотосодержащих компонентов происходит после смешения сырья с газом, содержащим водород, нагрева до 280 – 340 0С и подачи смеси под давлением в 50 Атм. на катализаторы из никеля, кобальта или молибдена. На выходе получается небольшое количество низкооктанового бензина и дизельной фракции. Далее из смеси удаляется лишний водородосодержащий , и она поступает колонну ректификации. Результатом гидроочистки, например, может являться снижение содержания серы в дизельной фракции до 0,005 % при первоначальном значении в 1 %.

Гидрокрекинг и каталитический крекинг – технология, особенности процессов

4. Каталитический крекинг

Данный процесс вторичной переработки нефтепродуктов относится к числу самых значимых. От его осуществления зависит эффективность работы нефтеперерабатывающего завода. Суть процесса сводится к воздействию на нефтепродукт температурным режимом в присутствии катализатора. В результате этого, ряд углеводородов разлагается, а на выходной линии установки можно получить бензин с октановым числом более 90 позиций. Количество готовой продукции составляет 50-65 %. Каталитический крекинг включает в себя также изомеризацию. Этим объясняется высокое октановое число. Второстепенными продуктами переработки являются пропилен и бутилен, применяемые в нефтехимической промышленности, а также компоненты для производства дизельного топлива, сажи и мазута.

Средняя производительность большинства установок достигает 2,5 млн. тонн, но существуют системы, позволяющие производить и 4 млн. тонн продукции в год.

В основном блоке установки происходит нагревание сырья, крекинг и регенирация катализатора. В последнем случае происходит выжигание кокса, который выделяется после крекинга и осаждается на поверхностях. Циркуляция катализатора происходит по трубопроводам, которыми обвязаны все основные узлы установки.

В настоящее время можно сказать, что мощностей установок крекинга в России не хватает. Решение проблемы заключается не только в строительстве новых установок, но и реконструкции имеющихся систем нефтеперерабатывающих заводов.

Совсем недавно в нашей стране осуществили реконструкцию установок в Рязани и Ярославле, а в Нижнекамске введена в эксплуатацию новая установка крекинга. В нижнекамской установке применяется технология иностранных компаний.

Каталитический крекинг нередко включают в состав установок, позволяющих последовательно осуществлять гидроочистку сырья.

5. Гидрокрекинг

Назначение этого процесса связано с выработкой керосиновых и дизельных дистиллятов высочайшего качества. Достигается это за счет крекинга углеводородов нефтепродукта с одновременным присутствием водорода. Отличные показатели эксплуатации и влияния на экологию достигаются за счет качественной очистки сырья от серы, насыщения олефинов и ароматических углеводородов. Для примера можно отметить, что присутствие серы в конечном дизельном дистилляте после гидрокрекинга, составляет лишь миллионные доли процентов. Фракция бензина также характеризуется высоким показателем октанового числа, а тяжелая фракция может использоваться в качестве сырья для риформинга. Кроме того, гидрокрекинг применяется для получения моторных масел, которые по своим показателям близки к синтетическим продуктам.

Мощности установок гидрокрекинга, чаще всего, достигают значений в три-четыре млн. тонн в год.

Водорода, который поступает с установок риформинга, обычно недостаточно для осуществления гидрокрекинга. Для обеспечения потребностей в этом газе на заводах строят дополнительные установки. Водород на них производится благодаря паровой конверсии газов на основе углеводорода.

Технология процесса гидрокрекинга схожа с той, которая применяется на установках гидроочистки. Нефтепродукт, поступая в установку, смешивается с газом, содержащим водород. Далее он нагревается и поступает в реактор вместе с катализатором. Продукты, отделившиеся от газов, отправляются на ректификацию. Из-за того, что при гидрокрекинге происходит выделение тепла, водородосодержащий газ подается в охлажденном состоянии. Температура при этом регулируется объемом подаваемого газа. Из-за того, что контроль температуры значительно влияет на безопасность процесса, его осуществление относится к числу важнейших задач по недопущению вероятных аварий.

Установки гидрокрекинга, как любое другое сооружение, имеют различия, которые обусловлены различными конечными результатами и применяемым сырьем.

Давление до 80 Атм. и температура порядка 350 0 С в единственном реакторе позволяют получать вакуумный газойль с незначительным содержанием серы.

Для того, что получить максимум светлых фракций реакции проводят на двух реакторах. При таком процессе продукт из первого реактора отправляется на ректификацию. Там отделяются светлые фракции. Повторный гидрокрекинг проводится с остатками во втором реакторе. Гидрокрекинг вакуумного газойля осуществляют при давлении 180 Атм, мазута и гудрона – свыше 300. А температура при этом составляет, соответственно, 380 и 450 0 С.

Гидрокрекинг как таковой, в нашей стране появился относительно недавно. Такие установки в 2000-х годах появились в Перми, Уфе, Ярославле. На некоторых НПЗ проведена реконструкция имеющихся установок под установки гидрокрекинга.

Наличие современных установок гидрокрекинга позволяет проводить полноценную вторичную переработку с целью получения бензинов с высоким октановым числом и средних дистиллятов высокого качества.

Коксование и товарное производство – технология, особенности процессов

6. Коксование

Процесс коксования проводят с тяжелыми остатками нефти любой стадии переработки. Результатом этого является получение кокса, который используется в металлургии качестве сырья для изготовления электродов. Кроме того, из кокса получают определенное количество светлых фракций.

Основное отличие коксования от прочих процессов переработки второй стадии – отсутствие катализатора.

В России применяют установки коксования замедленного действия. Температура, при которой происходит этот процесс, достигает 500 0 С, а давление примерно равно атмосферному. Нефтепродукт, поступая по змеевикам в печи, подвергается термической обработке, и из него в соседних секциях выделяется кокс. На таких установках имеется четыре камеры с попеременным режимом работы. Процесс заполнения камеры коксом протекает в течение 24 часов. По истечении этого времени кокс выгружают и запускают следующий цикл работы установки.

Удаление кокса из камеры осуществляют при помощи гидравлического резака. Внешне он выглядит как бур, на конце которого имеются сопла. Через эти сопла струи воды под давлением 150 Атм. разбивают кокс. После этого происходит сортировка отбитых частиц кокса.

В верхней части камеры для коксования имеются каналы для отвода паров на установку по ректификации. Следует отметить, что светлые фракции, получаемые коксованием необходимо повторно перерабатывать, так как повышенное присутствие олефинов значительно снижает их качество.

Объемный выход светлых фракций достигает 35 %, а кокса (при коксовании гудрона) – 25 %.

7. Товарное производство

Вышеперечисленные процессы переработки позволяют получить составные компоненты различных видов топлив, которые обладают отличительными показателями эксплуатации и применения.

Для получения качественного продукта с конкретными показателями качества необходимо получить смесь данных компонентов. Этот процесс осуществляют также на нефтеперерабатывающих заводах.

Производственный комплекс любого направлен на осуществление смешения компонентов на основе конкретных математических моделей. Данный процесс зависит от различных факторов: планируемых остатков переработки нефтепродуктов, необходимых объемов поставок сырья и реализации готового нефтепродукта.

Нередко смешение происходит по привычным рецептурам, которые подвергаются корректировке при изменяющихся технологических процессах.

Процесс смешивания компонентов довольно прост: они подаются в определенную емкость в необходимом количестве. Сюда же могут быть добавлены определенные присадки. После перемешивания, товарный нефтепродукт подвергается контролю качества и перекачивается в резервуары для хранения и дальнейшей реализации.

Основные объемы готового нефтепродукта в нашей стране транспортируются по железным дорогам в . Налив нефтепродукта в цистерны осуществляется с помощью эстакад, расположенных на территории заводов. Определенная часть нефтепродуктов транспортируется также по , которые используют также для реализации топлива за границу. Менее распространенными видами транспорта являются речные и морские пути передвижения.

Прямая перегонка дает только тот выход светлых дистиллятов, который обусловлен природными свой­ствами нефти.

Вторичные процессы являются источником получения сырья для нефтехимии (газообразные и жидкие олефины, индиви­дуальные ароматические углеводороды высокой чистоты), на ос­нове которого производят пластические массы, синтетический кау­чук, синтетические волокна и другие материалы.

Четкая классификация вторичных процессов переработки неф­тяного сырья затруднительна. Ниже приводится краткая характе­ристика вторичных процессов, частично сгруппированных по род­ственным признакам.

2.2.1. Термические процессы

К этим процессам относятся:

а) термический крекинг при повышенном давлении (2,0-4,0 МПа) жидкого (в настоящее время в основном тяжелого) сырья с получением газа и жидких продуктов;

б) коксование тяжелых остатков или высокоароматизированных тяжелых дистиллятов при невысоком давлении (до 0,5 МПа) с получением кокса, газа и жидких продуктов;

в) пиролиз (высокотемпературный крекинг) жидкого или га­зообразного сырья при невысоком давлении (0,2-0,3 МПа) с по­лучением газа, богатого непредельными углеводородами и жидкого продукта.

Эта группа процессов характеризуется высокими температура­ми в зоне реакции 450-900 °С. Под действием высокой температуры нефтяное сырье разлагается (собственно крекинг). Этот процесс сопровождается вторичными реакциями уплотнения вновь образовавшихся углеводородных молекул.

Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в США. Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле. Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600 °С), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов расщепляются на более мелкие. Аппаратура та же, что и для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Сырье – мазут.

Мазут – остаток первичной перегонки – состоит из сложных и крупных молекул углеводородов. Когда на крекинг-установках мазут снова подвергается переработке, часть составляющих его углеводородов расщепляется на более мелкие. А из мелких углеводородов состоят лёгкие нефтяные продукты – бензин, керосин, лигроин.

Термический крекинг под давлением применяли для переработки различного сырья-лигроина, газойлей, ма­зутов с целью получения автомобильного бензина. При перера­ботке тяжелых нефтяных остатков (полугудроны, гудроны) целе­вым продуктом обычно является котельное топливо, получаемое за счет снижения вязкости исходного остатка. Такой процесс не­глубокого разложения сырья носит название легкого крекин­га, или висбрекинга. Висбрекинг проводят при Р = 2 МПа и температуре 450-500 °С. Процессы термического крекинга, разработанные в 1913 году, связаны с нагревом дистиллятных топлив тяжелой нефти под давлением в больших барабанах, до тех пор пока они не расщепляются в меньшие молекулы с лучшими антидетонационными характеристиками. Этот метод, который был связан с образованием большого количества твердого нежелательного кокса, эволюционировал в современные процессы термического крекинга, включая легкий крекинг, паровой крекинг и коксование.

Легкий крекинг – мягкая форма термического крекинга, которая уменьшает температуру текучести парафиновых остатков и значительно понижает вязкость компонента без воздействия на диапазон температур кипения. Остатки из колонны атмосферной перегонки мягко расщепляются в нагревателе при атмосферном давлении, затем охлаждаются холодным газойлем для предотвращения чрезмерно глубокого крекинга и испаряются в колонне перегонки. Термически крекированный оставшийся гудрон, который скапливается на дне колонны фракционирования, стабилизируется в вакууме в секции отпаривания, а дистиллят рециркулирует. Паровой крекинг производит олефины путем термического крекинга исходных материалов больших углеводородных молекул при давлениях, которые превышают атмосферные и при очень высоких температурах. Остаток парового крекинга смешивается с тяжелым топливом. Нафта, полученная в результате парового крекинга, обычно содержит бензол, который извлекается до гидроочистки. При крекинге нефть подвергается химическим изменениям, меняется строение углеводородов. В крекинг-установках происходят сложные химические реакции. Выход бензина из нефти значительно увеличивается (до 65-70 %) путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например, в мазуте, на углеводороды с меньшей молекулярной массой.

Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-550 °С) и давлении 2-7 МПа. Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью. Таким способом получают автомобильный бензин. Выход его из нефти достигает 70 %.

В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами содержится много непредельных углеводородов. Этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки, но в нем содержатся непредельные углеводороды, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.

Если в нагреваемую на сильном пламени трубку (заполненную железными стружками для улучшения теплопередачи) пускать из воронки по каплям керосин или смазочное масло, очищенные от непредельных углеводородов, то в U-образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилиндре над водой – газ. Полученная жидкость обесцвечивает бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Собранный газ хорошо горит и также обесцвечивает бромную воду. Результаты опыта объясняются тем, что при нагревании произошёл распад углеводородов, например:

С 16 Н 34 → С 8 Н 18 +С 8 Н 16 .

гексадекан октан октилен

Образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов с меньшими молекулярными массами, аналогичная бензину. Получившиеся жидкие вещества частично могут разлагаться далее, например:

С 8 Н 18 → С 4 Н 10 + С 4 Н 8 ;

октан бутан бутилен

С 4 Н 10 →С 2 Н 8 + С 2 Н 4 .

бутан этан этилен

Эти реакции приводят к образованию большого количества газообразных веществ. Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется в качестве сырья для химической промышленности: производства полиэтилена и этилового спирта.

Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму. Вначале образуются свободные радикалы:

СН 3 - (СН 2) 6 - СН 2:СН 2 - (СН 2) 6 - СН 3 → СН 3 - (СН 2) 6 - СН 2 + СН 2 -(СН 2) 6 -СН 3 .

Свободные радикалы химически очень активны и могут участвовать в различных реакциях. В процессе крекинга один из радикалов отщепляет атом водорода (а), а другой – присоединяет (б):

а) СН 3 - (СН 2) 6 - СН 2 → СН 3 - (СН 2) 5 – СН=СН 2 + Н + ;

б) СН 3 - (СН 2) 6 - СН 2 + Н + → СН 3 - (СН 2) 6 - СН 3 .

Технологическая схема установки термического крекинга приведена на рис. 6. Сырье подогревается в теплообменнике и делится на два потока. Один из них подается в нижнюю часть ректифи­кационной колонны, а второй – в верхнюю часть испарителя низкого дав­ления. Поступивший поток обогащается тяжелыми газойлевыми фракциями и переходит в ректификационную колонну. С низа колонны остаток подается в печь тяжелого сырья. Колонна разделена на две части «глухой» тарелкой. Скапливающаяся на этой тарелке жидкость поступает на глубокий крекинг в печь легкого сырья.

Продукты крекинга из печей объединяются и идут в выносную реакционную камеру, а затем в испаритель высокого давления. В нем от парожидкостной смеси отделяется крекинг-остаток, перетекающий в испаритель низкого давления, в котором из крекинг-остатка выделяются пары газойлевой фракции. Эта колонна также разделена на две части «глухой» тарелкой. В верхней части пары керосино-газойлевой фракции контактируют с движу­щимся им навстречу жидким сырьем. При этом контакте часть паров керосино-газойлевой фракции конденсируется. Несконденсировавшиеся пары керосино-газойлевой фракции уходят с верха, конденсируются в конденсаторе и собираются в емкость. Из нее уходит товарный продукт – керосино-газойлевая фракция. Поток паров из верхней части испарителя поступает на разделение в ректификацион­ную колонну, с верха которой уходят пары бензина и газ, с «глухой» тарелки – сырье в печь легкого сырья, с низа – сырье в печь тяжелого сырья. Верхний продукт охлаждается в конденсаторе-холодильнике и в газо­сепараторе разделяется на нестабильный бензин и газ. Газ подается на газофракционирующую установку, а бензин через теплообменник поступает в стабилизатор, в котором из бензина удаляются легкие углеводороды, которые уходят с верха. Они охлаждаются, после чего в сепараторе де­лятся на головку стабилизации и несконденсировавшийся газ. Газ и головка стабилизации поступают на ГФУ. С низа уходит стабильный бензин.

Коксование нефтяных остатков проводят в направлении их «декарбонизации», когда асфальто-смолистые вещества, содержа­щиеся в исходном сырье, концентрируются в твердом продукте – коксе; в результате получаются более богатые водородом продук­ты – газойль, бензин и газ. Обычно целью процесса является по­лучение кокса, но остальные продукты также находят квалифици­рованное применение. Коксование – сильная форма термического крекинга, используемая для получения бензина прямого погона (нефть установки коксования) и различных фракций среднего дистиллята, используемых в качестве исходного сырья каталитического крекинга. Этот процесс так полно восстанавливает водород из углеводородной молекулы, что остаток является формой почти чистого углерода, названного коксом. Два наиболее типичных процесса коксования – замедленное коксование и непрерывное (контактное или жидкое) коксование, которые, в зависимости от механизма реакции, времени, температуры и исходного сырья, производят три типа кокса – губчатый, пористый и игольчатый. При замедленном коксовании исходное сырье сначала загружается во фракционирующую колонну для отделения более легких углеводородов, а затем объединяется с тяжелой оборотной нефтью.

Н-1 Н-6 Н-4 Н-2 Н-7

Рис. 6. Схема установки термического крекинга:

П-1 – печь тяжелого сырья, П-2 – печь легкого сырья, К-1 – выносная реакционная камера, К-2 – испаритель высокого давления, К-3 – ректификационная колонна, К-4 – испаритель низкого давления, К-5 – стабилизатор, ХК-1-3 – конденсаторы-холодильники, Т-1-Т-3 – теплообменники, Т-2 – кипятильник, Е-1 - Е-3 – рефлюксные емкости, Н-1-Н-7 – насосы;

I – сырье, II – газ, III – головка стабилизации, IV – стабильный бензин, V – керосино-газойлевая фракция, VI – крекинг-остаток

Тяжелое исходное сырье подается в коксовую печь и нагревается до высоких температур при низком давлении с целью предотвращения преждевременного коксования в трубах нагревателя, производя частичное выпаривание и мягкий крекинг. Смесь жидкости/пара откачивается из нагревателя к одному или большему числу барабанов – установок для коксования, где горячий материал находится приблизительно 24 часа (замедление) при низком давлении до тех пор, пока он не расщепляется на более легкие продукты. После того как кокс достигает заранее определенного уровня в одном барабане, поток ответвляется к другому барабану для сохранения непрерывного процесса. Пары из барабанов возвращаются в установку фракционирования для разделения газа, нафты и газойлей и для рециркулирования более тяжелых углеводородов через печь. Полный барабан стерилизуется водяным паром для отпаривания некрекированных углеводородов, охлаждается посредством вбрызгивания воды и механически очищается от нагара с помощью сверла, поднимающегося со дна барабана, или гидравлически – путем разрыва пласта кокса с помощью высокого давления воды, выброшенной от вращающегося резца. Непрерывное (контактное или жидкое) коксование – процесс с движущимся слоем, который функционирует при более низких давлениях и более высоких температурах, чем замедленное коксование. При непрерывном коксовании термический крекинг происходит путем использования тепла, передаваемого от частиц горячего оборотного кокса к исходному сырью в радиальном смесителе, называемом реактором. Газы и пары берутся из реактора, охлаждаются с целью остановки дальнейшей реакции и фракционируются. После реактора кокс входит в барабан и поднимается к подающему устройству, где большие частицы кокса удаляются. Оставшийся кокс спускается в подогреватель реактора для рециркуляции вместе с исходным сырьем. Процесс является автоматическим, имеется непрерывный поток кокса и исходного сырья, а коксование происходит как в реакторе, так и в барабане.

Технологическая схема установки замедленного коксования дана на рис. 7. Нагре­тое в печах сырье поступает в нижнюю часть ректификационной ко­лонны на верхнюю каскадную тарелку. Под нижнюю каскадную тарелку подаются пары продуктов коксования из коксовых камер. Обогащенное рециркулятом и дополнительно нагретое сырье с низа колонны поступает в реакционные змеевики печей, а затем в камеры на коксование. Для предотвращения образования кокса в змеевиках печей в сырье подается турбулизатор – водяной пар. На установке имеются четыре камеры, работающие попарно. Пары продуктов из камер, работающих в режиме коксования, направляются в колонну. В верхней части, над «глухой» тарелкой, происходит разделение продуктов коксования на фракции. С верха уходят газ и пары бензина, в качестве боковых погонов – фракция 180-350 °С, фракция 350-450 °С, фракция выше 450 °С.

После конденсации и охлаждения верхний продукт поступает в газосепаратор. Здесь происходит сепарация воды и отделение газа от бензина. Нестабильный, содержащий легкие углеводороды бензин и газ самостоя­тельными потоками направляются в газовый блок, где в результате применения процессов абсорбции и стабилизации выделяются сухой газ, содержащий в основ­ном углеводороды С 1 -С 2 , головка стабилизации, содержащая углеводороды С 3 -С 4 , и стабильный бензин. Боковые погоны поступают в секции отпарной колонны, где из них удаляются легкие фракции, а затем через соответствую­щие теплообменники и холодильники выводятся с установки. Реакционные камеры установки работают по циклу: реакция - охлажде­ние кокса - выгрузка кокса - разогрев камеры.

Кокс из камеры удаляется при помощи гидравлической резки подачей струи воды под высоким давлением. Удаленный из камеры кокс попадает в дро­билку, где измельчается на куски размером не более 150 мм. Раздробленный кокс обезвоживается и элеватором подается на двухситовый грохот, с помощью которого сортируется на три фракции: 150-25; 25-6 и 6-0 мм. Камеру, из которой выгружен кокс, опрессовывают и прогревают сначала острым водяным паром, а затем горячими продуктами коксования из работающей камеры. Переключение камеры на режим реакции проводится, когда тем­пература в ней повысится до 360 °С.

Продолжительность операции (в ч); подача сырья – 24; переключение камер, пропаривание камер водяным паром и охлаждение кокса водой – 9; бурение отверстий в коксе, удаление кокса гидрорезаком – 6; испытание и разогрев камеры – 9.

Разновидность термического крекинга нефтяных остатков при невысоком давлении – деструктивная перегонка – на­правлена на получение максимального выхода соляровых фрак­ций при минимальном количестве тяжелого жидкого остатка. Коксование и деструктивную перегонку проводят при температуре 450-550 °С.

Рис. 7. Схема установки замедленного коксования:

Р-1-Р-4 – коксовые камеры; П-1, П-2-печи; К-1 – ректификационная колонна} К-2 – отпарная колонна; Т-1-Т4 – теплообменники; ХК-1 – конденсатор-холодильник; Е-1 – газосепаратор; Е-2 – емкость для воды;

I – сырье; II – сухой газ; III – головка стабилизации; IV – стабильный бензин; V – керосино-газойлевая фракция; VI – легкий газойль; VII – тяжелый газойль; VIII – водяной пар; IX – вода

Пиролиз - наиболее жесткая форма термического крекинга нефтя­ного и газового сырья, осуществляемая обычно при 700-900 °С с целью получения углеводородного газа с высоким содержанием непредельных. Режим может быть направлен на получение макси­мального выхода этилена, пропилена или бутиленов и бутадиена. Наряду с газом образуется некоторое количество жидкого про­дукта – смолы, содержащей значительные количества моноциклических (бензол, толуол, ксилолы) и полициклических ароматиче­ских углеводородов (нафталин, антрацен). Долгое время, пока не был разработан процесс каталитического риформинга, пиролиз яв­лялся практически единственным промышленным методом получе­ния ароматических углеводородов из нефти.

В настоящее время целевым продуктом пиролиза является газ, богатый непредельными, из которых основная роль принадлежит этилену. Области использования этилена весьма разнообразны. Более 40 % этилена расходуется на производство полиэтилена; значительную долю занимают производства этилового спирта и стирола (сырье для производства синтетического каучука). Все большее значение приобретают и другие газообразные не­предельные углеводороды. Пропилен используют для получения полипропилена, высокоокта­нового компонента бензина (алкилированием изобутана), жидких полимеров С 6 -С 12 , используемых в качестве топливных компонен­тов (полимербензин), моющих средств и др. Бутадиен (дивинил), используемый в производстве синтетического каучука, получают не только путем пиролиза жидких нефтепродуктов, но и каталитиче­ским дегидрированием н-бутана. Однако в последние годы доля бутадиена, вырабатываемого пиролизом, возросла, так как эконо­мически этот процесс более благоприятен.

Выход смолы пиролиза тем больше, чем тяжелее сырье. Сырье для пиролиза весьма различно. Пиролизу подвергают газообразные углеводороды (этан, пропан, бутан и их смеси) и жидкие (низкооктановые бензины, керосино-газойлевые фракции, нефтяные остатки). Выбор сырья определяется в первую очередь целью пиролиза. Для производства этиленсодержащего газа при­годно любое сырье, но наибольший выход этилена дает этан. Для получения высокой концентрации пропилена в газе пиролиз этана непригоден, так как этан в основном дегидрируется до этилена. Соответственно, для получения высоких выходов бутадиена не используют ни этан, ни пропан.

При выборе сырья учитывают также его ресурсы, связанные с направлением и уровнем развития нефтеперерабатывающей и га­зовой промышленности данной страны. Известно, что в США из-за большого парка легковых автомашин по­требление бензина наиболее значительно, поэтому преобладающим сырьем пиролиза в этой стране являлись природные газы. В это же время в России и странах Западной Европы глубина переработки нефти значительно ниже. Повышение требова­ний к моторным качествам бензинов дало возможность использо­вать как сырье пиролиза и газовый бензин, и низкооктановые бен­зины прямой гонки. Одновременно в качестве сырья использовали и газообразные углеводороды природных и заводских газов. Пиро­лиз газообразного сырья (особенно этана) дает более высокие вы­ходы этилена, чем пиролиз жидкого сырья.

С середины 70-х годов в связи с повсеместным углублением пе­реработки нефти и ростом цен на бензин возникает интерес к пи­ролизу более тяжелого сырья – керосино-газойлевых фракций, вакуумного газойля. Был также разработан пиролиз сырой нефти с использованием перегретого до 2000 °С водяного пара в качест­ве теплоносителя.

Наиболее распространенная форма промышленного процесса – пиролиз в трубчатых печах. Совершенствование конструкций печей позволило расширить фракционный состав сырья. Одновременно возвращаются к не получившим вначале широкого распростране­ния термоконтактным процессам пиролиза остаточного сырья и к пиролизу сырой нефти.

Следует иметь в виду, что наряду с максимальными выходами этилена использование газообразного сырья по­зволяет работать с рециркуляцией, т. е. с возвратом непревращен­ного этана или пропана (после установки газоразделения) в зону реакции. Для жидкого сырья это неприменимо, так как смола пи­ролиза является высокоароматизированным продуктом глубокого превращения, частично совпадающим по фракционному составу с сырьем, возврат ее на повторный пиролиз вызвал бы закоксовывание труб печи.

Теоретические основы процесса . Пиролизу присуще глубокое преобразование исходного сырья, при­водящее к образованию легких газообразных углеводородов, ароматических моно- и полициклических углеводородов, а также продуктов глубокого уплотнения (кокса и сажи). Реакции образования ароматических углеводородов при пиролизе весьма многообразны. В результате термической сополимеризации непредельных образуются циклоолефины, которые далее дегидрируются до ароматических углеводородов. Так протекает, например, взаимодействие бутадиена и этилена с образованием бензола:

НС СН 2

Эта и подобные ей реакции, относящиеся к так называемому ди­еновому синтезу, свойственны пиролизу и обусловливают аромати­зированный состав смолы.

Результаты пиролиза оценивают по выходу целевого продукта, например этилена. Поскольку основными факторами пиролиза яв­ляются температура и длительность реакции, каждой температуре соответствует некоторое оптимальное время контакта, при кото­ром выход целевого продукта максимален.

Сравнительные данные по пиролизу различного газообразного сырья показывают, что выход ароматических углеводородов наибо­лее высок при пиролизе олефинов; это подтверждает их роль в об­разовании ароматических углеводородов. Аналогичное явление можно наблюдать и при пиролизе бензинов, содержащих непредельные углеводороды.

Наличие ароматических углеводородов в сырье пиролиза сни­жает газообразование из-за высокой термической стабильности этих углеводородов, однако их состав может изменяться за счет термического деалкилирования при углублении процесса.

В связи с переходом на пиролиз утяжеленного сырья представ­ляет интерес влияние би- и полициклических ароматических углеводородов, присущих керосино-тазойлевым фракциям на процесс. Установлено, что эти углеводороды тормозят образование легких олефинов, причем тормозящее действие бициклических углеводородов слабее, чем полициклических. При частичном удалении полициклических углеводородов повышается выход этилена и суммы газообразных олефинов.

Для каждого вида сырья существует оптимальное сочетание температуры и продолжительности пиролиза. Выбор температуры на промышленной установке опреде­ляется и аппаратурным оформлением. Термоконтактный пиролиз можно осуществлять при более высоких температурах, а в трубчатых печах применение высоких температур (1000 °С и более) затрудняется из-за необходимости подбора жароупорных материалов, забивания труб сажей и коксом, а также сохранения малого времени контакта. Кроме того, имеет значение концентрация нежелательных компо­нентов в получаемом газе. Так, пиролиз углеводородного газа с получением этилена при 1000 °С сопровождается заметным обра­зованием ацетилена; избежать этого можно при более мягком режиме.

«Этиленовому» режиму пиролиза соответствует пониженный выход пропилена, так как он при этом частично превращается в этилен. Наиболее мягкие «бутиленовый» и «бутилен-бутадиено­вый» режимы из-за наименьшей термической стабильности этих уг­леводородов.

Значительное газообразование при пиролизе жидкого сырья и образование более легких, чем сырье, компонентов при пиролизе газообразного сырья вызывают большое увеличение (обычно в 1,5-2 раза) удельного объема паровой (газовой) фазы. Известно, что реакциям, протекающим с увеличением объема, способствует низкое давление в реакционной зоне или низкое парциальное давление продуктов. Для уменьшения роли реакций уплотнения пиролиз ведут при максимально низком давлении. В случае применения трубчатых реакционных аппаратов на входе в змеевик приходится поддерживать некоторое избыточное давление, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление в трубах печи и в последующей аппаратуре (обычно на выходе из печи давление 0,2-0,25 МПа).

Для компенсации отрицательного влияния давления, общего улучшения показателей процесса практикуется подача в печь вместе с сырьем перегретого водяного пара, снижающего парциальное давление паров продуктов пиролиза и препятствующего реакциям уплотнения.

На материальный баланс пиролиза благоприятно влияет легкий газообраз­ный разбавитель, поэтому было предло­жено проводить процесс в присутствии водорода. Он не только является разба­вителем, при увеличении концентрации он активно взаимодейст­вует с компонентами реакционной смеси, что объясняется смеще­нием равновесия реакции в сторону соединений, богатых водородом. До­стоинство водорода как разбавителя – повышение выхода этилена, снижение выхода ацетилена, тяжелой части смолы и кокса; недостатки процесса - увеличение объема газа и снижение выхо­да пропилена.

Промышленное оформление процесса пиролиза и закалки продуктов . В настоящее время промышленный пиролиз осуществляется почти исключительно в трубчатых печах (рис. 8). Этот способ имеет ряд существенных преимуществ: он хорошо изучен, его технология и аппаратурное оформление относительно просты и на­дежны, процесс легко поддается управлению и регулированию. Основные аппа­раты пиролизной установки: трубчатая пиролизная печь, состоящая из радиантной и конвекционной камер; закалочно-испарительный аппарат, в котором продукты пиролиза охлаждаются с большой скоростью; ряд аппаратов типа промывных колонн, в которых продукты подвергаются дальнейшему охлаждению, а тяжелая часть продукта конденсируется и отделяется от газообразной части, поступающей на компримирование и далее на газоразделение.

Основные трудности, связанные с промышленным оформлением пиролиза, таковы:

Необходимость четкого регулирования продолжительности реакции, которая при высоких температурах обычно составляет доли секунды;

Отложение кокса и сажи в реакционной зоне и при быстром охлаждении газа пиролиза (в «закалочном» аппарате);

Необходимость применения жароупорных материалов;

Ограничение пропускной способности установки вследствие значительного удельного объема реакционной смеси, обусловленного высокой температурой, низким давлением и разбавлением сырья водяным паром. Последнее заставляет на установках средней и высокой пропускной способности использовать несколько (иногда 8-10 печей).

Технологическая схема установки пиролиза бензина дана на рис.9 .Бензин из емкости подается насосами через теплообменник в трубчатую печь на пиролиз. В теплообменнике бензин нагревается до 80-110 °С за счет теплоты циркулирующего тяжелого масла (продукт пиролиза). Бензин разделяется перед печью на несколько потоков (на рис.- четыре потока). В каждый из потоков подается пар. Разбавление сырья паром используется для уменьшения скорости вторичных реакций и количества тяже­лых жидких продуктов и кокса, образующихся в результате протекания этих реакций. Смесь бензина и пара поступает в конвекционную камеру печи, где нагревается за счет теплоты дымовых газов. Смешение углеводородного сырья и пара осуществляется перед входом в печь. Однако может быть предусмотрено предварительное раздельное испарение не более 80 % сырья и перегрев пара в конвекционной камере, дальнейший нагрев смеси сырья и пара до 520-600 °С проводится в той же конвекционной камере. В некоторых печах в отдельных змеевиках конвекционной камеры ведется подогрев питательной воды для закалочно-испарительных аппаратов и перегрев пара высокого давления, получаемого в этих аппаратах. Нагретая смесь паров бензина и воды поступает в змеевик радиантной части печи, где происходит ее дополнительный подогрев и при температуре 810-870 °С проводится пиролиз. Теплота в радиантный змеевик подводится за счет сжигания газового топлива в горелках беспламенного горения, расположенных вертикально в стенках печи. На выходе из зоны радиации змеевики объединяются попарно, и пирогаз поступает на охлаждение в закалочно-испарительные аппа­раты. Теплота пирогаза используется в аппаратах для выработки пара давлением 11-13 МПа. Питательная вода подается в пароводяной сепаратор, а отсюда самотеком поступает в ЗИА. Пар высокого давления из барабана сепа­ратора направляется в конвекционную секцию печи или через регули­рующий клапан непосредственно в линию пара высокого давления.

Рис. 8. Печь для высокотемпературного пиролиза:

1 – газоходы; 2 – конвекционная камера и пароперегреватель; 3 – «закалочно»-испаритель­ные аппараты и паросборники; 4 – каркас; 5 – реакционный змеевик; 6 – металлический кожух и термоизоляция; 7 – радиантная камера; 8 – горелки; 9 – подвесные стены из ша­мотного кирпича

Рис. 9. Схема установки пиролиза бензина:

Е–1 – емкость; Н-1-Н-5 – насосы; Т-1-Т-3 – теплообменники; П-1 – печь; А-1 – закалочно-испарительный аппарат; А-2 – аппарат дозакалки; А-3 – испаритель; А-4 – отстойник; С-1 – сепаратор; К-1 – колонна первичного фракционирования; К-2 – колонна водной промывки; Ф-1 – фильтр

I – бензин со склада; II – пар-разбавитель; III – дымовые газы; IV – питательная вода; V – пар высокого давления; VI – пирогаз на компримирование; VII –паровой конденсат; VIII – вода на охлаждение; IX – пироконденсат с установки; X – вода в канализацию; XI – масло с установки; XII – пар; XIII – конденсат

Продукты пиролиза из аппаратов ЗИА поступают в колонну первичного фрак­ционирования после дополнительного охлаждения в аппарате дозакалки до температуры 180-200°С. В колонне первичного фракционирования продукты пиролиза разделяются на тяжелые жидкие продукты (пиролизное тяжелое-масло), выходящие из куба колонны, и газообразные продукты (пирогаз).

Пиролизное масло насосами через фильтры и теплообменники подается на охлаждение пирогаза в аппарат дозакалки, часть пиролизного масла после теплообменников направляется на подогрев бензина в теплооб­менники, затем поступает на верх кубовой части колонны. Теплота, отдаваемая циркулирующим пиролизным маслом в теплообменниках, исполь­зуется в испарителе для выработки пара, расходуемого на разбавление, недостающее количество теплоты подводится паром через теплообменники. Избыток пиролизного масла после фильтров поступает в сборник.

Пирогаз с верха колонны с температурой 95-100 °С направляется в колонну водной промывки, где охлаждается циркулирующей водой до 30-38 °С. Циркуляционная вода вместе с выпавшим из пирогаза конденсатом (пиробензин) поступает в отстойник. Вода насосами через холодиль­ник вновь подается на колонну. Пиробензин вместе с избытком воды перетекает в разделительный отсек отстойника, откуда вода откачивается в канализацию, а пироконденсат подается на верх колонны первичного фракционирования. Избыток пиробензина отводится в емкости.

Выход жидких продуктов в основном зависит от качества сырья, при пиролизе керосино-газойлевых фракций около половины сырья превращается в жидкие продукты, поэтому только рациональное и полное их использование обеспечит рентабельность установок пиролиза.

Качество жидких продуктов зависит и от сырья, и от жестко­сти режима. Фракционный состав жидких продуктов изменяется с утяжелением исходного сырья. После перегонки жидких продуктов с установки уходят четыре фракции: С 5 (до 70 °С), 70-130 °С (бензольно-толуольная), 130-190 °С(С 8 -С 9) и >190 °С (тяжелая смола).

Фракция С 5 более чем наполовину представлена непредельными: из них примерно 50 % приходится на циклопентадиен и изопрен. Циклопентадиен - весьма реакционноспособный углеводород, используемый в ряде синтезов (получение пестицидов, пластификаторов и т.д.). Изо­прен – исходное сырье для производства синтетического каучука. Фракцию 70-130 °С подвергают гидрированию (для насыщения непредельных углеводородов), экстракции или адсорбции (для вы­деления бензола и толуола) и последующему разделению ректи­фикацией. Потребность в бензоле все возрастает, поэтому для увеличения его выхода толуол иногда подвергают дегидроалкилированию.

Фракция 130-190 °С содержит некоторое количество ксилолов и этилбензола (10-12 % масс.), но главными ее компонентами являются стирол (до 40 %) и другие алкенилароматические углеводороды, а также инден и дициклопентадиен. Из тяжелой части смолы отгоняют фракцию190-230 °С с целью выделения нафталина. Тяжелая часть смолы содержит САВ и используется как сырье для производства сажи или беззольного кокса.

Вопросы для самопроверки:

1. Каково назначение термического крекинга и какое используют сырье для его получения?

2. Какие существуют модификации термического крекинга?

3. Что представляет собой процесс замедленного коксования?

4. Какое сырье используется в процессах пиролиза?

5. Какое оборудование используется в технологическом оформлении процессов пиролиза?

6. Каков состав жидких продуктов пиролиза?

Нефтепереработка – достаточно сложный процесс, для проведения которого требуется привлечение . Из добытого природного сырья получают множество продуктов – разные типы топлива, битумы, керосины, растворители, смазки, нефтяные масла и другие. Переработка нефти и начинается с транспортировки углеводородов на завод. Производственный процесс происходит в несколько этапов, каждый из которых очень важен с технологической точки зрения.

Процесс переработки

Процесс переработки нефти начинается с ее специализированной подготовки. Это вызвано наличием в природном сырье многочисленных примесей. В нефтеносной залежи содержится песок, соли, вода, грунт, газообразные частицы. Для добычи большого количества продуктов и сохранения месторождения энергоресурса используют воду. Это имеет свои преимущества, но значительно снижает качество полученного материала.

Наличие примесей в составе нефтепродуктов делает невозможной их транспортировку к заводу. Они провоцируют образование налета на теплообменных аппаратах и других емкостях, что значительно снижает их срок службы.

Поэтому добытые материалы подвергаются комплексной очистке – механической и тонкой. На данном этапе производственного процесса происходит разделение полученного сырья на нефть и . Это происходит при помощи специальных нефтяных сепараторов.

Для очистки сырья в основном его отстаивают в герметических резервуарах. Для активации процесса разделения материал подвергают действию холода или высокой температуры. Электрообессоливающие установки применяются для удаления, содержащихся в сырье, солей.

Как происходит процесс разделения нефти и воды?

После первичной очистки получают труднорастворимую эмульсию. Она представляет собой смесь, в которой частички одной жидкости равномерно распределяются во второй. На этом основании выделяют 2 типа эмульсий:

• гидрофильная. Представляет собой смесь, где частицы нефти находятся в воде;
• гидрофобная. Эмульсия в основном состоит из нефти, где находятся частички воды.

Процесс разрушения эмульсии может происходить механическим, электрическим или химическим способом. Первый метод подразумевает отстаивание жидкости. Это происходит при определенных условиях – подогрев до температуры 120-160 градусов, повышение давления до 8-15 атмосфер. Расслаивание смеси обычно происходит в течение 2-3 часов.

Чтобы процесс разделение эмульсии прошел удачно, необходимо не допускать испарение воды. Также выделение чистой нефти осуществляется при помощи мощных центрифуг. Эмульсия разделяется на фракции при достижении 3,5-50 тысяч оборотов в минуту.

Применение химического метода подразумевает применение специальных поверхностно-активных веществ, называемых деэмульгаторами. Они помогают растворить адсорбционную пленку, в результате чего нефть очищается от частиц воды. Химический метод зачастую применяется совместно с электрическим. Последний способ очистки подразумевает воздействие на эмульсию электрического тока. Он провоцирует объединение частиц воды. В результате он легче удаляются из смеси, что позволяет получить нефть высочайшего качества.

Первичная переработка

Добыча и переработка нефти происходит в несколько этапов. Особенностью производства различных продуктов из природного сырья считается то, что даже после качественной очистки полученный продукт не подлежит применению по прямому назначению.

Исходный материал характеризуется содержанием различных углеводородов, которые существенно отличаются молекулярным весом и температурой кипения. В его составе присутствуют вещества нафтеновой, ароматической, парафиновой природы. Также в исходном сырье содержатся сернистые, азотистые и кислородные соединения органического типа, которые также должны быть удалены.

Все существующие способы переработки нефти направлены на ее разделение на группы. В процессе производства получают широкий спектр продукции с разными характеристиками.

Первичная переработка природного сырья осуществляется на основании разных температур кипения ее составляющих частей. Для осуществления данного процесса привлекаются специализированные установки, которые позволяют получить различные нефтепродукты – от мазута до гудрона.

Если перерабатывать природное сырье таким способом, не удастся получить материал, готовый к дальнейшему использованию. Первичная перегонка направлена лишь на определение физико-химических свойств нефти. После ее проведения можно определить необходимость осуществления дальнейшей переработки. Также устанавливают тип оборудования, которое необходимо привлечь для выполнения нужных процессов.

Первичная переработка нефти

Способы перегонки нефти

Выделяют следующие методы переработки нефти (перегонки):

• однократное испарение;
• многократное испарение;
• перегонка с постепенным испарением.

Метод однократного испарения подразумевает переработку нефти при воздействии высокой температуры с заданным значением. В результате образуются пары, которые поступают в специальный аппарат. Его называют испарителем. В данном устройстве цилиндрической формы пары отделяются от жидкостной фракции.

При многократном испарении сырье подвергают обработке, при которой несколько раз осуществляют повышение температуры по заданному алгоритму. Последний способ перегонки является более сложным. Переработка нефти с постепенным испарением подразумевает плавное изменение основных рабочих параметров.

Оборудование для перегонки

Промышленная переработка нефти осуществляется при помощи нескольких аппаратов.

Трубчатые печи. В свою очередь их также разделяют на несколько видов. Это атмосферные, вакуумные, атмосферно-вакуумные печи. При помощи оборудования первого типа осуществляется неглубокая переработка нефтепродуктов, что позволяет получить мазут, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции. В вакуумных печах в результате более эффективной работы сырье разделяют на:

• гудрон;
• масляные частицы;
• газойлевые частицы.

Полученные продукты полностью подходят для производства кокса, битума, смазочных материалов.

Ректификационные колонны. Процесс переработки нефтяного сырья при помощи данного оборудования подразумевает ее нагревание в змеевике до температуры 320 градусов. После этого смесь поступает в промежуточные уровни ректификационной колонны. В среднем она имеет 30-60 желобов, каждый из которых размещен с определенным интервалом и оснащен ванной с жидкостью. Благодаря этому пары стекают вниз в виде капель, поскольку образуется конденсат.

Существует также переработка с помощью теплообменных аппаратов.

Вторичная переработка

После определения свойств нефти, в зависимости от потребности в определенном конечном продукте, выбирается тип вторичной перегонки. В основном она заключается в термически-каталитическом воздействии на исходное сырье. Глубокая переработка нефти может происходить при помощи нескольких методов.

Топливный. Применение данного способа вторичной перегонки позволяет получить ряд высококачественных продуктов – автомобильных бензинов, дизельных, реактивных, котельных топлив. Для осуществления переработки не нужно привлекать много оборудования. В результате применения данного метода из тяжелых фракций сырья и осадка получают готовый продукт. К топливному методу перегонки относят:

• крекинг;
• риформинг;
• гидроочистку;
• гидрокрекинг.

Топливно-масляный. В результате применения данного метода перегонки получают не только различные топлива, но и асфальт, смазочные масла. Это осуществляется при помощи метода экстракции, деасфальтизации.

Нефтехимический. В результате применения данного метода с привлечением высокотехнологичного оборудования получают большое количество продукции. Это не только топливо, масла, а и пластмассы, каучук, удобрения, ацетон, спирт и многое другое.

Как из нефти и газа получаются окружающие нас предметы - доступно и понятно

Данный метод считается более всего распространенным. С его помощью осуществляется переработка сернистой или высокосернистой нефти. Гидроочистка позволяет существенно повысить качество получаемых видов топлива. Из них удаляют различные добавки – сернистые, азотистые, кислородные соединения. Обработка материала происходит на специальных катализаторах в водородной среде. При этом температура в оборудовании достигает показателей 300-400 градусов, а давление – 2-4 Мпа.

В результате перегонки, содержащиеся в сырье, органические соединения разлагаются при взаимодействии с водородом, циркулирующем внутри аппарата. В итоге образуется аммиак, сероводород, которые удаляются из катализатора. Гидроочистка позволяет переработать 95-99% сырья.

Каталитический крекинг

Перегонка осуществляется при помощи цеолитсодержащих катализаторов при температуре 550 градусов. Крекинг считается очень эффективным методом переработки подготовленного сырья. С его помощью из мазутных фракций можно получить высокооктановый автомобильный бензин. Выход чистого продукта в данном случае составляет 40-60%. Также получают жидкий газ (10-15% от исходного объема).

Каталитический риформинг

Риформинг осуществляется при помощи алюмоплатинового катализатора при температуре 500 градусов и давлении 1-4 Мпа. При этом внутри оборудования присутствует водородная среда. Данный метод применяется для превращения нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Это позволяет существенно повысить октановое число производимой продукции. При использовании каталитического риформинга выход чистого материала составляет 73-90% от залученного сырья.

Гидрокрекинг

Позволяет получить жидкостное топливо при воздействии высокого давления (280 атмосфер) и температуры (450 градусов). Также данный процесс происходит с применением сильных катализаторов – оксидов молибдена.

Если гидрокрекинг сочетать с другими методами переработки природного сырья, выход чистых продуктов в виде бензина и реактивного топлива составляет 75-80%. При применении качественных катализаторов их регенерация может не проводиться 2-3 года.

Экстракция и деасфальтизация

Экстракция подразумевает разделение подготовленного сырья на нужные фракции при помощи растворителей. В дальнейшем производится депарафинизация. Она позволяет существенно снизить температуру застывания масла. Также для получения продукции высокого качества ее подвергают гидроочистке. В результате проведения экстракции можно получить дистдизельное топливо. Также с помощью данной методики производят извлечение ароматических углеводородов из подготовленного сырья.

Деасфальтизация необходима для того, чтобы из конечных продуктов дестиляции нефтяного сырья получить смолисто-асфальтеновые соединения. Образовавшиеся вещества активно применяются для производства битума, в качестве катализаторов для осуществления других методов переработки.

Другие методики переработки

Переработка природного сырья после первичной перегонки может осуществляться и другими способами.

Алкилирование. После переработки подготовленных материалов получают высококачественные компоненты для бензина. Метод основан на химическом взаимодействии олефиновых и парафиновых углеводородов, в результате чего получают высококипящий парафиновый углеводород.

Изомеризация . Применение данного метода позволяет получить из низкооктановых парафиновых углеводородов вещество с более высоким октановым числом.

Полимеризация . Позволяет осуществить превращение бутиленов и пропилена в олигомерные соединения. В результате получают материалы для производства бензинов и для проведения различных нефтехимических процессов.

Коксование . Применяется для производства нефтяного кокса из тяжелых фракций, получаемых после перегонки нефти.

Нефтеперерабатывающая отрасль относится к перспективным и развивающимся. Производственный процесс все время усовершенствуется за счет введения нового оборудования и методик.

Видео: Переработка нефти

Франшизы