Обезвоживание и обессоливание нефти

В связи с тем, что вода с нефтью образует очень стойкие эмульсии, дальнейшее обезвоживание и обессоливание осуществляют комбинированным способом, сочетающим термохимический и электрохимический методы. Эмульсию разрушают на электрообессоливающей установке (ЭЛОУ).

1. Нагретую до 110-150ºС нефть смешивают с раствором едкого натра (электролит) и деэмульгатора, например со смесью оксиэтилированных жирных кислот:

RCOО(CH₂CH₂O)nH,

где R > С₂₀, n = 8-10.

2. Затем нефть пропускают через два электродегидратора – горизонтальные сосуды, в которых она проходит тонким слоем между электродами и подвергается действию переменного электрического тока (20-20 тыс. в).

3. Это приводит к слиянию мелких капелек воды в крупные, которые отделяются в отстойнике.

Обессоливание и обезвоживание нефти:

- увеличивает сроки межремонтной работы установок гонки нефти;

- снижает расход тепла, реагентов и катализаторов в процессе вторичной переработки нефтепродуктов. Прямая гонка нефти

Нефть как топливо непосредственно почти не применяется, а перерабатывается в товарные продукты.

!!! Первичная перегонка нефти – прямая гонка – процесс переработки нефти, основанный на разделении смеси составляющих её углеводородов методом фракционной разгонки (ректификации) на отдельные фракции (дистилляты) с определённым интервалом температур кипения.

Прямую перегонку нефти и её разделение по температурам кипения на отдельные фракции ведут на двухступенчатых установках:

1-я стадия - перегонка нефти при атмосферном давлении с получением моторных топлив и мазута.

2-я стадия – перегонка мазута при пониженном давлении с выделением различных смазочных масел и гудрона, перерабатываемых далее в пёк, асфальт и нефтяной кокс.

Прямая гонка – непрерывный процесс, проводимый в атмосферно-вакуумной трубчатой установке (АВТ), основными аппаратами которой являются: трубчатые печи и ректификационные колонны.

Основным аппаратом нагрева нефтепродуктов является трубчатая печь беспламенного горения: Трубчатая печь беспламенного горения представляет собой камеру 1, выполненную из сборных ребристых панелей с теплоизоляционной кладкой.

Внутри печи расположены огнеупорные перегородки 2, образующие конвекционную камеру для отвода топочных газовПечь обогревается газовым топливом с помощью горелок 3, выполненных в виде керамических призм и вмонтированных в стенки печи.Предварительно подогретое в теплообменниках сырьё подаётся в нижние трубы конвекционной камеры 6, и, проходя через трубы этой камеры, нагреваются отходящими топочными газами.

Затем нефть поступает в радиантные трубы 4 и 5, в которых нагревается благодаря тепловому излучению и сильно нагретому топочному газу. Нагретая нефть отводится из верхней части печи и направляется на переработку.

Принципиальная схема АВТ приведена 1) Нефть из установки ЭЛОУ последовательно прокачивается через трубчатые теплообменники 6, 9, 12, 13, где подогревается до 170-180ºС.

2) Затем нефть подаётся в трубчатую печь 2, где нагревается до температуры 320ºС и в паражидкостном состоянии подаётся в нижнюю часть ректификационной колонны 3.

3) В колонне 3 смесь паров углеводородов отделяется от неиспарившегося остатка и разделяется на фракции путём ректификации. Ректификационная колонна – это вертикальный стальной цилиндр диаметром 4-6 м и высотой 35-45 м, тщательно изолированный снаружи асбестом. Внутри колонны имеется до 40 стальных или чугунных перегородок, называемых тарелками (Рис. 3):

а) в каждой тарелке 1 (рис. 3) имеется большое число отверстий, в которых укреплены короткие направленные вверх трубки, так называемые патрубки 2, прикрытые сверху колпачками 3, имеющими зубчатый нижний край; б) через эти патрубки и колпачки проходят пары нефти, которые поднимаются по колонне снизу верх; в) в тарелках укреплены сливные стаканы 4, служащие для стекания жидкости (флегмы) с вышележащей на нижележащую тарелку;

г) неиспарившаяся часть нефти стекает с одной тарелки на другую;

(1) На самую нижнюю тарелку подают перегретый водяной пар, что способствует удалению из мазута летучих веществ. Пузырьки водяного пара перемешивают жидкость и увеличивают поверхность испарения.

(2) Пары летучих углеводородов, поднимаясь вверх и подвергаясь ректификации, разделяются на фракции.

(3) Пары в виде пузырьков, выходящих между зубцами колпачков 3, побулькивают через слой флегмы в тарелках.

(4) Благодаря этому пары нагревают флегму, испаряя из неё более летучие углеводороды, а менее летучие, содержащиеся в парах, вследствие охлаждения флегмой конденсируются и увлекаются ею на нижележащие тарелки.

!!! Таким образом, на каждой тарелке происходит как обмен теплом между парами и конденсатом, так и переход из пара в жидкость и обратно – как бы отдельный процесс перегонки на каждой тарелке.

4) Из поднимающихся вверх паров на первых (самых нижних) тарелках конденсируются углеводороды, с наибольшими температурами кипения образуя 1-ю фракцию – соляровое масло (300-350ºС, 5%);

2-я фракция - керосин (200-300ºС, 18%);

3-я фракция - лигроин (160-200ºС, 8%).

5) После охлаждения эти фракции направляются в сборники.

6) 4-ю фракцию - бензин (до 170ºС, 15%) отбирают в верхней части колонны в парообразном состоянии и охлаждают сначала в
теплообменнике 6 свежими порциями нефти, затем в конденсаторе 7 и в виде жидкости он попадает в отстойник 8 для отделения от воды.

7) Часть бензина возвращается в колонну 3 на орошение для конденсации паров, что улучшает качество бензина.

8) 5-ю фракцию - мазут (270-280ºС, 55%), вытекающий из нижней части колонны 3, подают в трубчатую печь 2, в которой он нагревается до 400-420ºС и направляют в ректификационную колонну 4, работающую под вакуумом 8-11 КПа.

9) В нижнюю часть колонны 4 подаётся острый пар.

10) Отделившиеся от гудрона пары, поднимаясь вверх, делятся на фракции цилиндрового, машинного и веретённогомасел, которые отбирают, охлаждают и направляют в сборники.

11) Тяжёлый газойль отводят из колонны в виде паров, охлаждают в теплообменнике 9, конденсаторе 10 и направляют в сборник. Часть его возвращается на орошение колонны 4.

12) Получаемые при такой перегонке фракции подвергают очистке от серы, и кислородсодержащих соединений, затем используют в качестве готовых продуктов: моторных топлив и смазочных масел.

 

 

ВЫСОКОТЕМП МЕТОДЫ ПЕРЕРАБ. НЕФТИ

Крекинг нефтепродуктов

!!! Крекингом называют вторичный процесс переработки нефтепродуктов, проводимый с целью повышения общего выхода бензина. Применение вторичных процессов в нефтепереработке позволяет: а) увеличить на 30-35% выход бензина; б) повысить их антидетонационные свойства и термическую стабильность; в) расширить диапазон производимого переработкой нефти сырья.

!!! Крекинг – процесс термического разложения углеводородов, в основе которого лежат реакции расщепления углеродной цепи крупных молекул с образованием соединений с более короткой цепью ("крекинг" от английского crack – расщепляться).

Разработаны, изучены и нашли практическое применение несколько видов крекинга: термический, каталитический, гидрокрекинг, каталитический риформинг.

Химические основы процесса

Реакции превращения углеводородов нефтяного сырья при крекинге могут быть сведены к следующим типам.

1. Термическое разложение алканов. Механизм распада алканов основан на различной энергии диссоциации связей С-С и С-Н. Энергия диссоциации связи С-С меньше, поэтому деструкция нормальных алканов, как правило, происходит вследствие разрыва
связи С-С. Место разрыва зависит в основном от давления и температуры: чем выше температура и меньше давление, тем ближе к концу молекулы происходит ее разрыв.

Таким образом, появляется возможность управлять процессом деструкции.

При температуре 450°С распад алканов происходит по следующей схеме:

а) разрыв С-С связи посередине цепи с образованием алкана меньшей молекулярной массы и молекулы этиленового углеводорода (нафтена): C_nH_2n+2 → C_mH_2m+2+ C_qH_2q C₁₆H₃₄ → C₈H₁₈+ C₈H₁₆

б) далее C_mH_2m+2 → C_pH_p+2+ C_xH_2x C₈H₁₈ → C₄H₁₀+ C₄H₈

в) у низших парафинов становится возможной реакция дегидрирования с разрывом С−Н связи

C₃H₂−CH₂−CH₃ → CH₃−CH=CH₂ + H₂,

где n = m + q; m = p + x

2) Термическое разложение алкенов (алефинов):

а) распад с образованием низших алкенов

C_nH_2n → 2C_mH_2m, где n = 2m;

б) распад с образованием низших алканов и алкодиенов

в) изомеризация; г) полимеризация; д) конденсация с диеновыми углеводородами, что может привести к образованию ароматических углеводородов.

3) Термическое разложение нафтенов с боковым радикалом:

а) разрыв в боковых цепях или их отрыв; б) дегидрирование с превращением в ароматический углеводород; в) гидрирование с разрывом кольца.

г) конденсация с придельными углеводородами с отщеплением водорода, который присоединяется к олефинам и диенам.

!!! Конденсация с перераспределением водорода постепенно приводит к образованию углеводородов с большим числом бензольных колец и малым содержанием водорода, т. е. образованию кокса на поверхности катализатора.

Таким образом, при крекинге образуются:

- продукты с меньшей молекулярной массой и более низкими температурами кипения: бензиновая фракция (45%) и газ крекинга
(10-15%);- продукты с большей, чем у исходных продуктов, молекулярной массой, входящие в состав тяжёлой фракции.

По условиям проведения процесса выделяют два вида крекинга:

- термический крекинг, который ведут при нагревании без доступа воздуха;

- каталитический крекинг, который ведут при более умеренном нагревании в присутствии катализатора. Термический крекинг

Термический крекинг проводят при температуре 470-550ºС.

Недостатки:

1. Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода (низкое октановое число). 2. В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. В связи с этим этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя.

Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.

55.ТЕРМОКАТАЛИТ. МЕТОДЫ ПЕРЕРАБ НЕФТИ…………..

Каталитический крекинг

Каталитический крекинг проводят в присутствии катализаторов при температуре 450ºС и атмосферном давлении.

Преимущества. Каталитический крекинг протекает по сравнению с термическим крекингом:

- с гораздо большей скоростью;

- при относительно низких температурах и давлении;

- позволяет перерабатывать сернистые нефти, вследствие перехода серы в газовую фазу.

При каталитическом крекинге наряду с разрывом молекул углеводородов происходят реакции изомеризации и дегидрирования, что приводит к образованию большого количества предельных разветвлённых и ароматизированных углеводородов.

Наличие в составе бензина предельных разветвлённых и ароматизированных углеводородов повышает его качество (детонационную устойчивость, выражаемую октановым числом 98).

При каталитическом крекинге образуется большое количество газов, которые содержат главным образом предельные и непредельные углеводороды.

Эти газы используются в качестве сырья для химической промышленности.

Сырье. Сырьём для каталитического крекинга служат нефтепродукты, выкипающие в интервале 200-500ºС – широкая фракция прямой гонки мазута.

Катализатор. В качестве катализаторов применяют синтетические кристаллические алюмосиликаты (HAlO₂∙SiO₂), сохраняющие активность до 700ºС.

!!! Катализаторы каталитического крекинга достаточно быстро дезактивируются вследствие отложения на поверхности зёрен кокса и нуждаются в регенерации .

Для восстановления активности катализатора его регенерируют продувкой воздуха при 550-600ºС.

В результате выжига кокса катализатор не только восстанавливается, но и нагревается, выполняя тем самым функцию теплопередачи от регенератора к реактору.

Приведена схема каталитического крекинга с движущимся катализатором:

1) В трубчатой печи 1сырьё нагревается до 350ºС и направляется в реактор 2.

2) В реактор из бункера 3 поступает регенерированный катализатор с температурой 500-600ºС.

3) Катализатор под действием силы тяжести проходит через реактор, крекирует сырьё и за счёт теплопередачи поддерживает в реакторе температуру в приделах 450-500ºС.

4) Перед поступлением в регенератор 4катализатор подвергают обработке паром для усиления десорбции с его поверхности лёгких углеводородов.

5) Продукты крекинга отводятся из реактора 2 и направляются на ректификационную колонну для разделения газовой и бензиновой фракций.

6) В регенератор 4 непрерывно подают воздух, который выжигает кокс с поверхности катализатора.

7) Образующиеся при этом дымовые газы направляются в
котёл-утилизатор для выработки пара.

8) Регенерированный катализатор с помощью специального устройства подаётся в бункер 3.

9) Из бункера катализатор вновь направляется в реактор 2.

В результате каталитического крекинга получают:

- бензины с выходом до 70% и октановым числом 76-82;

- газы, содержащие от одного до 4 атомов углерода в количестве
12-15%;- кокс – до 6%.