Материальный баланс перегонки нефти. Характеристики получаемых продуктов и направления их использования

 

Принципиальную технологическую схему установки прямой перегонки нефти выбирают после уточнения варианта переработки нефти (топливный, топливно-масляный или комплексный).

Атмосферная часть схемы перегонки (рис. 6.5) может быть одноколонной (А-1) и двухколонной (А-2) с предварительным отбензинованием нефти. Выбор зависит от содержания в нефти газов и серы (особенно меркаптановой), т.е. определяется в первую очередь ее типом и классом.

Схема вакуумной ступени установки прямой перегонки нефти может иметь следующие варианты (см. рис. 6.5):

В-1 – одноколонная схема с получением как топливных, так и масляных дистиллятов;

В-2 – одноколонная схема с доиспарителем гудрона, где отгоняется тяжелый дистиллят с температурой конца кипения 540–560 °С;

В-3 – двухколонная схема масляного профиля, где в первой колонне отделяют фракции до 350 °С (легкий вакуумный газойль) и широкую фракцию 350–550 °С, которая, в свою очередь, после нагрева разделяется на масляные дистилляты во второй колонне.

Далее, в соответствии с принятым вариантом переработки нефти составляется общий и поступенчатый материальный баланс дистилляции нефти.

Переработка нефти на установке прямой перегонки (атмосферно-вакуумной трубчатке – АВТ) – это многоступенчатый процесс, включающий стадии отбензинивания, атмосферной и вакуумной перегонки, стабилизации и вторичной перегонки бензинов. В связи с чем рассматривается как общий, так и поступенчатый материальный баланс перегонки нефти. Рассмотрим общий материальный баланс по конечным продуктам перегонки каждой ступени с характеристикой каждого из них.

Исходная нефть (100 мас. %) поступает на установку с содержанием минеральных солей от 40 до 300 мг/л и содержанием воды 0,2–1,0 мас. % (1 и 2 группа).

Углеводородный газ. Его выход зависит от содержания в нефти растворенного после промысловой подготовки газа. Если нефть легкая (плотность 0,8–0,85), то выход газа может составлять 1,5–4,8 мас. %. Для тяжелых нефтей выход меньше (0,3–0,8 мас. %). Если нефть прошла дополнительную стабилизацию на промысле, то выход газа равен нулю. До 90 % данного газа отбирается в отбензинивающей колонне.

Рис. 6.5. Варианты схем атмосферных (А-1, А-2) и вакуумных (В-1, В-2, В-3) ступеней АВТ:

1 – подогреватель; 2 – печь; 3 – атмосферная колонна; 4 – отпарная колонна (стриппинг);
5 – обензинивающая колонна; 6 – вакуумная колонна; 7 – вакуумсоздающая система;
8 – доиспаритель гудрона; 9 –вакуумный приемник; 10 – вакуумная колонна для разгонки масляных дистиллятов

I – нефть; II – мазут; III – бензин; IV – керосин; V – дизельное топливо;
VI, VII – легкий и тяжелый вакуумные газойли; VIII – вакуумный газойль;
IX, X, XI – легкий, средний и тяжелый масляные дистилляты;
XII – широкая фракция (300–550 °С); XIII – гудрон; XIV – водяной пар.

По составу это насыщенные углеводороды С₁–С₄ с примесью С₅. Низкое давление и малое количество этого газа не позволяют использовать его непосредственно как сырье для установок ГФУ. В основном его применяют в качестве топлива на печах АВТ. Хотя в случае сжатия данного газа до давления 2–4 МПа, возможна его переработка и на установке ГФУ.

Сухой углеводородный газ стабилизации бензина – это часть легких углеводородов С₁–С₃, оставшаяся растворенной в бензине. Выход достаточно мал (0,1–0,2 мас. %). Может перерабатываться на ГФУ (давление до 1,0 МПа), но из-за малого количества направляется в газовую линию и используется в качестве газового топлива в печах.

Головка стабилизации бензина (сжиженная). Состоит в основном из углеводородов С₃ и С₄ с примесью С₅. Выход 0,2–0,3 мас.%. Используется в качестве компонента сжиженного бытового газа или газового моторного топлива для автомобилей.

Легкая головка бензина. Фракция н.к.–85 °С. Выход на нефть
4–6 мас. %. Октановое число в зависимости от химсостава не превышает 70 пунктов (чаще 60–65) моторным методом (ММ). Используется для приготовления нефтяных растворителей или направляется на каталитическую изомеризацию для повышения октанового числа до 82–85 пунктов и добавления в товарные автомобильные бензины.

Бензиновая фракция (85–180 °С). Выход на нефть в зависимости от ее фракционного состава может лежать в пределах 10–14 мас. %. Октановое число низкое (45–55 пунктов по ММ), поэтому данную фракцию направляют на каталитический риформинг, где, за счет превращения н-алканов и нафтенов в ароматические углеводороды, ее октановое число повышается до 88–92 пунктов (ММ). Катализат риформинга используют как базовый компонент автомобильного бензина.

Керосиновая фракция. Ее могут отбирать по двум вариантам. Первый вариант – отбор авиационного керосина (фракция 140–230 °С). Выход
10–12 мас. %. После гидроочистки и внесения необходимых присадок используется как готовое товарное реактивное топливо. Второй вариант – получение компонента зимнего или арктического дизельного топлива (фракция 140–280 °С или 140–300 °С). Выход 14–18 мас. %. Используется как компонент зимнего или арктического дизельного топлива после гидроочистки и депарафинизации (при необходимости, если не удовлетворяет требованиям по сере и по температурам помутнения и застывания).

Дизельная фракция. Выход 22–26 мас. %, если ранее отбирается авиакеросин, и 10–12 мас. %, если ранее отбирается компонент зимнего или арктического дизельного топлива. Используется как компонент зимнего или летнего дизельного топлива. При необходимости подвергается гидроочистке и депарафинизации.

Легкая газойлевая фракция. Выход 0,5–1,0 мас. %. Пределы выкипания 100–250 °С. Она является результатом деструкции мазута при нагреве его в печи перед подачей в вакуумную колонну. В состав входят как насыщенные, так и ненасыщенные алканы. Используется как компонент дизельного топлива (с применением гидроочистки) или добавляется в легкое котельное топливо.

Легкий вакуумный газойль. Фракция 240–380 °С. Выход на нефть
3–5 мас. %. Боковой погон вакуумной колонны. Используется как компонент летнего дизельного топлива.

Вакуумный газойль. Основной дистиллят вакуумной перегонки мазута по топливному варианту. Пределы выкипания 350–500 °С (350–550 °С). Выход на нефть 21–25 мас. % (26–30 мас. %). Используется в качестве сырья в процессах каталитического крекинга или гидрокрекинга для получения высокооктанового бензина, авиационного керосина, высокоиндексных масел и других продуктов. Если нефть позволяет получать высокоиндексные базовые масла, то в качестве боковых погонов выводят масляные дистилляты, например: 350–420 °С (10–14 мас. % на нефть) и 420–500 °С (12–16 мас. % на нефть). Масляные погоны направляют на селективную очистку от асфальто-смолистых соединений и депарафинизацию для получения базовых (средневязкого и вязкого) дистиллятов масел.

Гудрон. Остаток вакуумной перегонки мазута. Выкипает при температуре выше 500 или 550 °С. Выход на нефть составляет от 10 до 20 мас. % в зависимости от содержания в ней асфальто-смолистых веществ и тяжелых углеводородных фракций. Используется гудрон по нескольким направлениям:

- как компонент тяжелых котельных топлив;

- как остаточный битум или как сырье для получения окисленного и компаундированного битума;

- как сырье для процесса коксования;

- как сырье для получения базового остаточного масла.

Кроме перечисленных целевых продуктов перегонки нефти, на установке АВТ получаются несколько отходов переработки.

Сточная вода с установки ЭЛОУ – вода, использованная для промывки нефти от солей. Ее количество от 1 до 3 мас. % на нефть. Эта вода содержит от 10 до 30 г/л солей (рН = 7,0–7,5), деэмульгатор, до 1 мас. % эмульгированной в воде нефти.

Конденсат водяного пара. Образуется при конденсации водяного пара, подаваемого в ректификационные колонны (испаряющий агент), используемого как эжектирующий агент, как теплоноситель в ребойлерах. Конденсат из колонн и эжекторов загрязнен нефтепродуктами и сернистыми соединениями. Его количество – 2,5–3,0 мас. % на нефть. Он направляется на блок ЭЛОУ для промывки нефти (поскольку он не содержит солей) или на очистку. Чистый конденсат (с ребойлеров) поступает на повторную генерацию водяного пара.

Неконденсируемый газ с эжекторов. Это смесь легких углеводородов (до С₇), H₂S, воздуха и водяного пара. Выход около 0,05 мас. % на нефть. Направляется в печь для дожига горючих составляющих, чтобы избежать загрязнения воздуха углеводородами.