Тема 5. Нефть и нефтепереработка

Первичная переработка нефти

Нефть – есть смесь углеводородов разных классов (в том числе содержащих S, P, азот) с водой и некоторыми другими неорганическими соединениями в форме эмульсии. Эта эмульсия является устойчивой в условиях нефтеносных пород.

После добычи нефть подвергают первичной очистки методом сепарации, в ходе которой происходит разрушение эмульсии и расслоение нефти на углеродный слой и водный слой.

Углеводородный слой отделяют и очищают в абсорберах от соединений серы и азота промывкой олеумом (смесь H₂SO₄ и SO₃).

Абсорбция – поглощение объемом.

Адсорбция – поглощение поверхностью.

После очистки нефть подвергают первичной переработки путем фракционной перегонки с помощью ректификационных колонн (процесс ректификации), в ходе которой получаются нефтепродукты в виде фракций.

Фракция – вещество или смесь веществ выкипающих полностью при определенном интервале температур.

Разделения в ходе перегонки нефти на нефтепродукты происходит за счет многократного процесса испарения и конденсации в ректификационной колонне.

 

Принципиальная схема для промышленной перегонки нефти приведена на рис. 1. Исходная нефть прокачивается насосом через теплообменники 4, где нагревается под действием тепла отходящих нефтяных фракций и поступает в огневой подогреватель (трубчатую печь) 1. В трубчатой печи нефть нагревается до заданной температуры и входит в испарительную часть (питательную секцию) ректификационной колонны 2. В процессе нагрева часть нефти переходит в паровую фазу, которая при прохождении трубчатой печи все время находится в состоянии равновесия с жидкостью. Как только нефть в виде парожидкостной смеси выходит из печи и входит в колонну (где в результате снижения давления дополнительно испаряется часть сырья), паровая фаза отделяется от жидкой и поднимается вверх по колонне, а жидкая перетекает вниз. Паровая фаза подвергается ректификации в верхней части колонны, считая от места ввода сырья. В ректификационной колонне размещены ректификационные тарелки, на которых осуществляется контакт поднимающихся по колонне паров со стекающей жидкостью (флегмой). Флегма создается в результате того, что часть верхнего продукта, пройдя конденсатор-холодильник 3, возвращается на верхнюю тарелку и стекает на нижележащие, обогащая поднимающиеся пары низкокипящими компонентами.

Для ректификации жидкой части сырья в нижней части ректификационной части колонны под нижнюю тарелку необходимо вводить тепло или какой-либо испаряющий агент 5. В результате легкая часть нижнего продукта переходит в паровую фазу и тем самым создается паровое орошение. Это орошение, поднимаясь с самой нижней тарелки и вступая в контакт со стекающей жидкой фазой, обогащает последнюю высококипящими компонентами.

В итоге сверху колонны непрерывно отбирается низкокипящая фракция, снизу — высококипящий остаток.

 

 

 

В качестве испаряющего агента используются пары бензина, лигроина, керосина, инертный газ, чаще всего — водяной пар.

В присутствии водяного пара в ректификационной колонне снижается парциальное давление углеводородов, а следовательно их температура кипения. В результате наиболее низкокипящие углеводороды, находящиеся в жидкой фазе после однократного испарения, переходят в парообразное состояние и вместе с водяным паром поднимаются вверх по колонне. Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру в ней на 10 — 20°С. На практике применяют перегретый водяной пар и вводят его в колонну при температуре, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше (обычно не насыщенный пар при температуре 350 — 450°С под давлением 0,2 —0, 3 МПа).

 

В ходе ректификации нефти получают фракции следующих нефтепродуктов:

1. петролейный эфир (t_кип. 34-56С°)

2. «пищевой бензин» (t_кип. 50-78С°)

3. бензин (t_кип. 70-150С°)

4. лигроин (t_кип. 140-210С°)

5. керосин (t_кип. 190-280С°)

6. газойль (t_кип. 270-320С°)

7. мазут

.

 

Вторичная переработка нефти

С целью получения светлых ценных фракций используют методы превращения в них мазута, а именно крекинг – процесс, в ходе которого длинные цепочки углеводородов, составляющих мазут, температуры или температуры и катализатора, превращаются в более короткие цепочки углеводородов, составляющих светлые фракции.

В ходе крекинга (разламывания) кроме разрыва на примерно равные части происходит и их сливания с образованием асфальтоподобных продуктов, и более глубокий разрыв цепочек с образованием газообразных продуктов. Кроме того в ходе крекинга может происходить образование водорода. Термический крекинг проводят при температурах от 450С° - 700С° в трубчатых реакторах (печах крекинга) под давлением (5-6 атмосфер) с последующей разгонкой продуктов реакции с помощью ректификации.

Крекингом получают бензин и солярку.

Выход газообразных продуктов после крекинга достигает 75%, асфальтоподобных – до 60%. Соответственно выход светлых ценных фракций не превышает 25-30%.

Следует отметить также низкое качество крекинг продуктов в виду наличия большой части в них непредельных углеводородов. С другой стороны сравнительная простота метода и возможность перерабатывать мазут с большим количеством серы позволяет уменьшить капиталоемкость оборудования и диверсифицировать сырье. Для получения высококачественных продуктов с высоким выходом используют каталитический крекинг. Известно, что побочные реакции образования газообразных продуктов при термическом крекинге протекают из-за высокой температуры. Понижение температуры с одной стороны увеличивают долю полезных нефтепродуктов, но с другой стороны понижают степень конверсии самого процесса.

Степень конверсии – отношение количества сырья претерпевшего химическое превращение к общему количества сырья введенного в технологический процесс.

 Использование катализатора позволяет понизить температурный режим процесса крекинга при сохранении скорости реакции. Следовательно, каталитический крекинг позволяет повысить селективность процесса при сохранении такой же степени конверсии, как и при термическом крекинге.

Каталитический крекинг проводят в реакторах типа трубчатый реактор в присутствии катализатора оксид алюминия (Al₂O₃) активированный оксидами щелочных металлов при температуре 350-450 С° при давлении водорода (6-7 атмосфер). Выход газообразных водородов до 5%, асфальтоподобных продуктов до 20%. Соответственно светлые фракции имеют выход до 80%.

После прохождения реакции каталитического крекинга продукты реакции разделяют ректификацией. Полученные светлые фракции продуктов каталитического крекинга относят к высококачественным топливам.

Каталитический крекинг сложнее, требует больших капиталовложений и сужает сырьевую базу.

Риформинг (облагораживание) нефтепродуктов:

Используется как для изомеризации топлив с целью придания им высокого октанового вещества, так и для направленного превращения углеводородов светлых фракций в смеси углеводородов одного класса (вид риформинга - платформинг), например для циклизации или для ароматизации углеводородов.

Риформинг проводят в присутствии катализатора (палладий, платина, родий), нанесенного на пористую поверхность алюминия под давлением водорода при t 250-350С°.

Платформинг проводят на металлической платинородиевой сетке.

Продукты риформинга после отделения от газообразных веществ подвергают ректификации.

Целостный имущественный комплекс нефтеперерабатывающего завода имеющий в своем составе все технологические системы нефтепереработки имеет намного более высокую величину капитализации, чем просто сумма капитальных вложений в эти технологические системы. Соответственно стоимость нефтеперерабатывающего предприятия нелинейно увеличивается по мере завершенности технологического вооружения НПЗ.

 

 

Литература.

1.Под редакцией Ченцова И.В. Технология важнейших отраслей промышленности. Минск, Высшая школа, 1989.

2.Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционных материалов. М., Высшая школа, 1984.

3.Под редакцией Прейса Г.А. Технология конструкционных материалов. К., Высшая школа, 1984.

4.Под редакцией Дорошенко С.П. Литейное производство. К., Высшая школа. 1987.

6. Основы химической технологии /Под редакцией И.П.Мухленова/. – М.: Высшая школа, 1991.