Направления переработки нефти

Выбор направления переработки нефти определяется её физико-химической характеристикой, уровнем развития нефтепереработки и потребностями в товарах нефтепродуктов данного экономического района.

· Топливный– по данному варианту нефть перерабатывают в основном для производства моторных и котельных топлив. Один из представителей топливного варианта является Киришский НПЗ. Переработка нефти по топливному варианту может быть глубокой и неглубокой. При неглубокой переработке получается значительное количество котельного топлива. Применение современных методов переработки тяжелых остатков нефти, таких как визбрекинг, гидрокрекинг, коксование позволяет углубить переработку нефти по топливному варианту и вырабатывать более значительное количество моторных топлив и сырья для нефтехимических процессов. При неглубокой переработке глубина его составляет 45-50%, а при глубокой 90% и более.

· Топливно-масленный– по этому варианту кроме моторных топлив из нефти получают различные смазочные масла, применяемые, как для надземной техники, так и в авиации.

· Нефтехимический– этот вариант является более сложным, сопряженным с выработкой большого ассортимента продуктов, большим набором технологических процессов и установок. Помимо выработки моторных топлив и масел производится сырье для органического синтеза, производства азотных и фосфорных удобрений, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ и тому подобное.

Http://vikidalka. ru/2-144290.html

Нефтеперерабатывающая индустрия – ветвь тяжелой индустрии, обхватывающая переработку нефти и газовых конденсатов и создание качественных товарных нефтепродуктов: моторных и энергетических топлив, смазочных масел, битумов, нефтяного кокса, парафинов, растворителей, элементной серы, термогазойля, нефтехимического сырья и продуктов народного употребления.

Промышленная переработка нефти и газовых конденсатов на современных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) осуществляется методом сложной многоступенчатой физической и хим. переработки на отдельных либо комбинированных крупнотоннажных технологических действиях (установках, цехах), созданных для получения разных компонентов либо ассортиментов товарных нефтепродуктов.

— нефтехимическое либо комплексное (топливно-нефтехимическое либо топливно – масляно-нефтехимическое).

При топливном направлении нефть и газовый конденсат в основном перерабатываются на моторные и котельные горючего. Переработка нефти на НПЗ топливного профиля быть может глубочайшей и неглубокой. Технологическая схема НПЗ с неглубокой переработкой различается маленьким числом технологических действий и маленьким ассортиментом нефтепродуктов. Выход моторных топлив по данной схеме не превосходит 55.60 % мас. и зависит в основном от фракционного состава перерабатываемого нефтяного сырья. Выход котельного горючего составляет 30. 35 % мас.

При глубочайшей переработке стремятся получить очень высочайший выход качественных моторных топлив методом вовлечения в их создание остатков атмосферной и вакуумной перегонок, также нефтезаводских газов. Выход котельного горючего в этом варианте сводится к минимуму. Глубина переработки нефти при всем этом добивается до 70. 90 % мас.

По топливно-масляному варианту переработки нефти вместе с моторными топливами получают разные сорта смазочных масел. Для производства крайних подбирают традиционно нефти с высочайшим возможным содержанием масляных фракций с учетом их свойства.

Нефтехимическая и комплексная переработка нефти предугадывает вместе с топливами и маслами создание сырья для нефтехимии (ароматические углеводороды, парафины, сырье для пиролиза и др.), а в ряде всевозможных случаев – выпуск товарной продукции нефтехимического синтеза.

Выбор конкретного направления, соответственно, схем переработки нефтяного сырья и ассортимента выпускаемых нефтепродуктов обусловливается сначала качеством нефти, ее отдельных топливных и масляных фракций, требованиями к качеству товарных нефтепродуктов, также потребностями в их данного экономического района.

Http://borpak. ru/neftyanaya-otrasl/proizvodstvenno-proektnaya-ocenka-i-osnovnie-napravleniya-pererabotki-nefteie-i-gazokondensatov. html

В отличие от карбюраторных двигателей, в дизельных двигателях топ­ливо подается в цилиндр не в парообразном, а в капельножидком состоя­нии. Сначала в цилиндр дизельного двигателя засасывается воздух, сжима­ется до 30-50 атм, в результате чего температура в цилиндре повышается до 500-700°С, затем под давлением впрыскивается через форсунку в цилиндр дизельное топливо. Испаряясь в таких жестких условиях, топливо интен­сивно окисляется и воспламеняется. Чем меньше индукционный период, т. е. время от момента впрыска до самовоспламенения топлива, чем плавнее происходит процесс сгорания, тем выше считается качество дизельного топ­лива. Характеристикой качества топлива является цетановое число.

Цетановое число показывает процентное соотношение цетана (н-гексадекана) в смеси с альфа-метилнафталином, самовоспламеняемость кото­рой в стандартных двигателях эквивалентна самовоспламеняемости ис­пытуемого топлива.

Цетановое число цетана условно принято за 100, а альфа-метилнафталина — за нуль. Наибольшими цетановыми числами обладают нор­мальные парафиновые углеводороды, затем — парафины изостроения, далее нафтеновые углеводороды и, наконец, ароматические углеводо­роды.

С утяжелением дизельных топлив цетановые числа растут. Для уве­личения цетановых чисел топлив в некоторых случаях используют при­садки. Определение цетановых чисел производят на специальном одно­цилиндровом двигателе с изменяющейся степенью сжатия от 7 до 23 по методу «совпадения вспышек».

Выбор направления переработки нефти определяется ее физико-хи­мической характеристикой, уровнем развития техники нефтепереработ­ки и потребностями в товарных нефтепродуктах данного экономическо­го района. Существуют три основных варианта нефтепереработки.

1. Топливный. По этому варианту нефть перерабатывают в основном для производства моторных и котельных топлив. Переработка нефти по топливному вариан­ту может быть глубокой и неглубокой.

При неглубокой переработке получается значительное количество котельного топлива. Применение современных методов переработки тя­желых остатков нефти, таких как висбрекинг, гидрокрекинг, коксование позволяет углубить переработку нефти по топливному варианту и выра­батывать более значительное количество моторных топлив и сырья для нефтехимических процессов. Если при неглубокой переработке глубина ее составляет 45-50%, то при глубокой переработке — 90% и более. При этом значительно увеличивается рентабельность переработки нефти.

2. По топливно-масляному варианту, кроме моторных топлив, из не­фти получают различные смазочные масла, применяемые как для назем­ной техники, так и в авиации.

3. Нефтехимический вариант переработки нефти, по сравнению с предыдущими, является более сложным, сопряжен с выработкой боль­шого ассортимента продукции, большим набором технологических про­цессов и установок. Как правило, требует для своей реализации вложе­ния больших денежных средств. Помимо выработки моторных топлив и масел, при этом варианте производится сырье для органического синте­за, производства азотных и фосфорных удобрений, пластмасс, синтети­ческих волокон, моющих веществ и т. д.

Http://studopedia. ru/3_25513_napravleniya-pererabotki-nefti. html

Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка — гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы — каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 350°С), выделенные из нефти, сначала подвергается очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими гланами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

От основного количества воды и твердых частиц нефти освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию сойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества — эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т. п., легче смачиваемые нефтью чем водой.

Отстаивание — применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 ат втечение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

Центрифугирование — отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 3500 до 50000 в мин., при производительности 15 — 45 м3/ч каждая.

Разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ — деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ — электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 ат, применяют группами по 6 — 8 шт. с производительностью 250 — 500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке.

Http://www. kazedu. kz/referat/84482/1

1 ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ НАПРАВЛЕНИЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА, НЕФТЕ – И ГАЗОХИМИИ В РФ Институт Современного Развития Институт Энергетики и Финансов 1 7 мая г. 1

2 ПЛАН ПРЕЗЕНТАЦИИ Содержание выполненного исследования, основные разделы Развитие нефтегазохимических цепочек как важное направление модернизации экономики РФ Общее состояние нефтегазопереработки и нефтегазохимических производств в РФ. Сравнение с ситуацией в мире. Обоснование возможности построения в РФ нефтегазохимических цепочек от добычи ресурса до продукции конечного потребления Глобальный экономический и другие эффекты от развития полноценной индустрии НГхимии 2

3 АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ 3 Эксперты ИНСОР и ИЭФ, независимые эксперты: В. И.Фейгин (координатор), О. Б.Брагинский, С. А.Заболотский, И. Г.Кукушкин, А. В.Маевский, Н. И.Масленников, Ю. Г.Рыков

4 ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Введение. Организационная структура нефтегазового комплекса и нефтегазохимические цепочки Мировые тенденции переработки нефти и газа, нефте – и газохимии Использование ПНГ и переработка газа в целом Тенденции развития мировой нефтегазохимии Газопереработка в России Ресурсы газопереработки и газохимии, их динамика Схематика основных процессов и технологических цепочек Перерабатывающие мощности, проблемы развития сектора Инфраструктура сектора и ее развитие, связь с инфраструктурой метана 4

5 ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ (продолжение) Рынки продукции газопереработки, либерализация рынков СУГ, развитие газораспределения ( поставки СУГ ) Экологические аспекты развития направления Нефтепереработка в России Состояние и структура сектора нефтепереработки Основные тенденции развития нефтепереработки в мире Основные проекты в области нефтепереработки Место малого и среднего бизнеса в развитии сектора нефтепереработки и меры по обеспечению соответствующих условий Нефте – и газохимия в России Состояние и структура нефтехимической промышленности. Формирование НГхимии Основные тенденции развития сектора нефтехимии в мире Прогнозное видение емкости рынка продукции НГхимии Основные проекты в области НГхимии 5

6 ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ (продолжение) Место малого и среднего бизнеса в развитии НГхимии и меры по обеспечению соответствующих условий Влияние мирового финансового кризиса Основные концептуальные и нормативные документы, определяющие будущее развитие макросегмента глобального рынка Регулирование Ориентиры, задаваемые национальными стратегиями Экологические аспекты развития направления Предпосылки успешного развития направления и возможные препятствия на этом пути Мировой опыт создания конкурентоспособных интегрированных газохимических комплексов и его применение в РФ 6

7 ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ (продолжение) Возможные проекты в области НГхимии Оценка эффективности и масштабов инвестиционных потребностей для создания предприятий НГхимии на базе ПНГ и природного ( богатого этаном ) газа Меры по содействию развития среды для НГхимии Вместо заключения : о стимулировании добавленной стоимости в нефтегазовом комплексе 7

8 ОСНОВНЫЕ СЕКТОРА НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА Сектор добычи ( его здесь не затрагиваем ) Газопереработка ( получение СОГ, этана, СУГ, СГБ, стабильного конденсата ). Нефтепереработка ( получение бензинов, керосинов, диз. топлива, мазута, СУГ и пр.) НГхимия ( этилен, пропилен, метанол, бензол, толуол, ксилолы и т. д.), в качестве сырья можно использовать продукты как нефте – так и газо – переработки Газохимия ( отличается процессами, ориентированными на переработку метана и этана ) Химия ( производство продукции конечного потребления ) 8

9 СКЛАДЫВАЮЩАЯСЯ СТРУКТУРА СЕКТОРОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА 9 НЕФТЬ И КОНДЕНСАТ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ И ПНГ ГАЗОХИМИЯ ГАЗОПЕРЕРАБОТКА ПОТРЕБИТЕЛИ ХИМИЯ СЫРЬЕ ПРОДУКТЫ СЫРЬЕ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА СЫРЬЕ НГХИМИЯ ПРОДУКТЫ СЫРЬЕ ПРОДУКТЫ СЫРЬЕ СЫРЬЕ (НГК)

10 ПРОИЗВОДСТВО КОНЕЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ПОЗВОЛИТ: 1) ПОЛУЧИТЬ МАКСИМАЛЬНУЮ ДОБАВОЧНУЮ СТОИМОСТЬ 2) РАЗВИВАТЬ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ВОЙТИ В НОВЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД, КОТОРЫЙ СЕЙЧАС ФОРМИРУЕТСЯ В МИРЕ

11 СОСТОЯНИЕ ГАЗОПЕРЕРАБОТКИ В 2009 году в мире перерабатывалось 1,6 трлн. м 3 газа ( общая добыча газа 3 трлн. м 3 ); производилось продукции переработки 400 млн. т ( общая добыча нефти 3,82 млрд. т ). Переработка газа в % от общей добычи : США – 78%, Канада, Иран – почти всё, Алжир – 47%, РФ – 10-11%. Мнение ОПЕК : дальнейший прирост потребления нефтей произойдет за счет производства « газовых жидкостей ». В РФ прирост добычи и по нефти, и по газу связан с освоением « сложных » ресурсов (« жирный » газ, нефть сложного состава ) 11

12 СОСТОЯНИЕ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ РФ занимает третье место по первичной переработке, 6,3% мировой переработки. Глубина переработки : РФ – 71%, США – 85-95%; выход автомобильных бензинов : РФ – 18%, США – 45%; выход мазута : РФ – 30%, США – 5%. Загрузка мощностей : РФ – 75-80%, развитые страны – близко к 100%. Доля деструктивных процессов переработки в РФ – 11,4%, отстаем от США в 3 раза ; от ЕС – в 2-2,5; от Японии – в 2,7 раза 12

13 СОСТОЯНИЕ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ (Продолжение) Год Оценка запасов 8,148,8110,0910,4010,3410,4410,0210,1010,1310,12 13 ПРОСТО НАРАЩИВАНИЕ ОБЪЕМОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ НЕ ЭФФЕКТИВНО Источники сырья ограничены. Резервы нефти в РФ, млрд. т. (по данным корпорации ВР) Ограниченность экспортных ниш. Мировое производство и потребление нефтепродуктов, млн. барр./день (по данным ОПЕК) Год ПроизводствоПотребление Производство Потребление Производство Потребление Мир72,471,781,479,881,478,0

14 СОСТОЯНИЕ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ (Продолжение) Год А-76, 8084,776,756,841,916,5 А-92, 9315,322,137,645,965,0 А,25,612,218,5 14 НЕФТЕПЕРЕРАБОТКУ НЕОБХОДИМО МОДЕРНИЗИРОВАТЬ ПО ЕСТЕСТВЕННЫМ ПРИЧИНАМ Растет спрос на высокооктановый бензин внутри страны Структура выпуска автобензинов в РФ в гг., (%) (по данным ИнфоТЭК). Снижается экспортный спрос на мазут. Динамика потребления мазута в отдельных регионах (по данным JODI, оценкам ИЭФ).

15 СОСТОЯНИЕ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ (Продолжение) 15 Ожидается рост использования легкого УВ сырья вместо прямогонного бензина. Структура потребления УВС на нефтехимические нужды (по данным Минэнерго). Ожидается резкий рост производства СУГ. Динамика распределения СУГ на рынке (по данным Минэнерго). Традиционная опора РФ на первичные процессы переработки изживает себя Первичные процессы: атмосферная и вакуумная перегонка Вторичные процессы: каталитические (риформинг, изомеризация, алкилирование), углубляющие (крекинг, коксование, висбрекинг)

16 СОСТОЯНИЕ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ (Окончание) 16 ФОРМИРОВАНИЕ НАЛОГОВО-РЕГУЛЯТИВНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧИ МОДЕРНИЗАЦИИ снижение привлекательности экспорта мазута и прямогонного бензина (повышение пошлин) развитие биржевой торговли всеми основными видами нефтепродуктов (включая СУГи, что пока сильно отстает) Если необходимо, то введение минимальных нормативов по продаже нефтепродуктов на бирже, причем неаффилированным с производителями структурам разработка такого соотношения НДПИ, экспортных пошлин на нефть и нефтепродукты, акцизов (а также правил их корректировки в соответствии с изменением внешних условий), которое приводит к целевым (с позиций решения социально – экономических задач) уровням цен на нефтепродукты на внутреннем рынке

17 ПОТРЕБЛЕНИЕ В РФ ПРОДУКЦИИ НГХИМИИ (кг/чел ) Пластмассы и синтетические смолы : Россия – 25,9; США – 276,4; ЕС – в среднем 200; Япония – 104,5. Химические волокна и нити : Россия – 1,1; США – 13,5; Япония – 10,3. Кремнийорганическая продукция : Россия – 1,0; США – 50,4; ЕС – 48,9. Отставание растет и от развивающихся стран : Китай, Южная Корея, Бразилия, Саудовская Аравия и др. 17

18 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА РФ В ЦЕЛОМ УКАЗЫВАЕТ НА ПРЕВАЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ОРИЕНТИРОВАННЫХ НА СЫРЬЕВЫЕ РЕСУРСЫ И ИХ ПЕРВИЧНУЮ ПЕРЕРАБОТКУ, НЕСМОТРЯ НА ВСЕ ПРЕДПРИНЯТЫЕ УСИЛИЯ ТАКАЯ ЭКОНОМИКА НЕЖИЗНЕСПОСОБНА В ДОЛГОСРОЧНОЙ ПЕРСПЕКТИВЕ

19 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НГХИМИИ В МИРЕ К 2030 г. Увеличение доли сектора в мировом ВВП с 3,2% (2007) до 7,4%. Рост объема производства с 2,1 трлн. USD (2007) до 6,8 трлн. USD. Темпы роста производства в 2030 г. – 2,5%. Темпы роста потребления в 2030 г. – 3,6%. Увеличение выпуска первичных продуктов НГхимии прогнозируется к 2030 г. лишь на уровне около 18%. 19

20 ВОЗМОЖНОСТИ РОССИИ В СФЕРЕ НГХИМИИ РФ располагает около 24% мировых доказанных запасов газа и немного менее 6% мировых доказанных запасов нефти, а по продукции НГхимии сейчас РФ занимает около 1%. К 2030 г. прогнозируется увеличение добычи природного газа и ПНГ на уровне млрд. м 3 /год. В этот период возможно обеспечить выработку С 2+ на уровне до млн. т/год, в т. ч. значительную часть составит сырье для НГхимии. В РФ растет спрос на конечную продукцию комплекса НГхимии, которая удовлетворяется за счет импорта : в 2008 г. произведено для внутреннего потребления продукции на 30 млрд. USD и импортировано на 33 млрд. USD. Наличие экспортных ниш, например, минеральные удобрения, синтетический каучук. Наличие конкурентоспособных разработок в области мало – и среднетоннажной химии. 20

21 СУГ И ЭТАН – СЫРЬЕ ДЛЯ НГХИМИИ В 2009 г. в РФ произведено примерно 11 млн. т. СУГ ( С 3,4 ). Использование : химическое сырье – 3 4 %, коммунально – бытовой сектор – 15,4%, экспорт – 28,4%, моторное топливо – 22,2% ( данные Инфо – ТэкКОНСАЛТ за первые 4 месяца 2010 г.). В перспективе возможен рост ресурса до млн. т/год. Ближайшая перспектива : умеренное увеличение использования СУГ в НГхимии, формирование ресурса для экспорта и использования в качестве топлива. Далее использование ресурса СУГ для масштабного роста комплекса НГхимии. Потенциал ресурсов этана – млн. т/год. Сейчас используется, млн. т/год : США – 16, Саудовская Аравия – 20, РФ – 0,4(!). 21

22 ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ ПО СЕКТОРАМ ГАЗОХИМИИ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ МЕТАН МЕТАНОЛ И ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР ОЛЕФИНЫ (ЭТИЛЕН, ПРОПИЛЕН, БУТИЛЕНЫ) АММИАК КАРБАМИД АЦЕТИЛЕН ПРОДУКЦИЯ ПРОЦЕССОВ «ГАЗ В ЖИДКОСТЬ» ЭТАН, ПРОПАН, БУТАНЫ ЭТИЛЕН, ПРОПИЛЕН ПОЛИЭТИЛЕН, ПОЛИПРОПИЛЕН ЖИРНЫЕ СПИРТЫ ПЛАСТИКИ (ПС, ПЭТФ)

23 УТИЛИЗАЦИЯ ПНГ. ТЕХНОЛОГИЯ GTL («ГАЗ В ЖИДКОСТЬ»), ЕЕ МЕСТО В РЯДУ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАНА 23 По данным Japan Oil, Gas and Metals National Corporation

24 НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ ПО СЕКТОРАМ НГХИМИИ НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ ПО СЕКТОРАМ НГХИМИИ ЖИДКИЕ ПРОДУКТЫ НЕФТЕ – И ГАЗОПЕРЕРАБОТКИ СУГ ЭТИЛЕН ПОЛИЭТИЛЕН ЭТАНОЛ АЦЕТАЛЬДЕГИД ОКИСЬ ЭТИЛЕНА, ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ ПРОПИЛЕН ПОЛИПРОПИЛЕН АКРИЛОНИТРИЛ ОКИСЬ ПРОПИЛЕНА, ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЬ ФРАКЦИЯ С4 БУТИЛЕН БУТАДИЕН МЕТАНОЛ МЕТИЛТРЕТБУТИЛОВЫЙ ЭФИР ФОРМАЛЬДЕГИД МЕТИЛМЕТАКРИЛАТ МЕТИЛАМИНЫ ДИМЕТИЛТЕРЕФТАЛАТ МЕТИЛХЛОРИД АРОМАТИКА БЕНЗОЛ СТИРОЛ КУМОЛ ЦИКЛОГЕКСАН КАПРОЛАКТАМ ТОЛУОЛ ПОЛИУРЕТАН КСИЛОЛЫ

25 РОСССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ИМЕЕТ ХОРОШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ РАЗВИТИЯ НГХИМИИ, ЕСЛИ ЭТОТ ПРОЦЕСС РЕАЛИЗОВАТЬ КАК СТРАТЕГИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ И ЕСЛИ ДЕЛАТЬ ЭТО ДОСТАТОЧНО ОПЕРАТИВНО

26 МАКРОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РФ : экспорт сырой нефти – 12% от мирового, экспорт природного газа – 25% от мирового ; этим обеспечивается до 44% доходов бюджета. Прогнозы : вклад экспорта углеводородов в ВВП сократится на треть ; стабилизация поставок нефти ; рост поставок газа, но при давлении со стороны неконвенционального газа и ВИЭ. В новых условиях важным « драйвером » роста доходов бюджета может стать рост добавочной стоимости от переработки сырья в конечную продукцию ( развитие НГхимии ). После 4-5 стадий переработки углеводородного сырья стоимость конечной продукции возрастает в 8-10 раз. Плацдарм для перехода к новому технологическому укладу – « гонке новых материалов » 26

27 ВОЗМОЖНЫЕ МЕРЫ ПО РАЗВИТИЮ СРЕДЫ НГХИМИИ Создание рациональной рыночной среды : нормативно – правовое, таможенное, тарифное, антимонопольное регулирование ; организационные, финансово – кредитные, налоговые меры. Инфраструктурная помощь. Государственно – частное партнерство, создание кластеров. Создание условий для стимулов к глубокой переработке полупродуктов на предприятиях МСБ, в отраслях – производителях продукции конечного потребления. Стимулирование спроса на продукцию НГхимии и МСБ на внутреннем рынке, госзаказы. Создание механизма общественной экспертизы и дальнейшего развития предложений Исследования на базе взаимодействия ИНСОР, ИЭФ, « Деловой России »… 27

Http://www. myshared. ru/slide/319545/

Для химической переработки в мире используется около 6 % нефти, Эта доля постоянно растет и достигнет в 1990 г. 12 %, Взят курс на углубление процессов переработки нефти за счет более полного использования высокомолекулярных фракций. На основе нефти и газа получают около 80 % всех органических продуктов.

Схема организации нефтехимической промышленности показана на рис. 31 (Б. А. Кренцель). Богатый ассортимент нефтехимических продуктов, используемых для производства ценных органических соединений, обеспечивают следующие методы:

1. Взаимопревращения углеводородов (расщепление, алкилирование, изомеризация, диспропорциоиирование, циклизация, ароматизация).

3. Функциоиализация углеводородов (окисление, галогенирование, гидроформилирование, гидратация, алкоголиз).

4. Биотехнологические процессы (микробиологический синтез кормового белка из парафинов и метанола).

«Гигантами)) нефтехимической промышленности являются этилен и пропилен. Их производство в капиталистических странах в 1980 г. составляло 50 млн. и 20 млн. т. в год, а в 2000 г. достигнет уровня 100 млн. и 50—60 млн. в год соответственно.

Примерный объем производства пластмасс в развитых капиталистических странах составляет 30 млн. т., а синтетических волокон —

8 млн. т. в год. Около 45 % производства пластмасс приходится на долю полиолефинов (без полистирола).

Из нефти и газа производится большая часть тоннажа метанола, достигающего 15 млн. в год. Производство его из угля обходится на 25—50 % дороже.

Объем мирового производства синтетического каучука (СК) превышает 10 млн. в год, причем по количеству производимого стереорегулярного СК на основе бутадиена и изопрена СССР значительно превосходит США и Японию.

Крупнейшими по тоннажу продуктами нефтехимического синтеза являются стирол (II млн. в год), этиленоксид (4 млн. в год), пропиленоксид (3 млн. в год), уксусная кислота (2,5 млн. в год уксусный альдегид (2 млн. т. в год), этиленгликоль (2 § млн. т. в год) винил-ацетат (1,5 млн. в год) и др.

Постоянно растущее производство этилена позволило заметно сократить производство более дорогостоящего ацетилена. Традиционные продукты переработки ацетилена — винилхлорид, винилацетат — стали получать из этилена, а акрилонитрил — из пропилена. Однлко быстрое исчерпание запасов дешевой нефти привело к необходимости поиска альтернативных видов сырья, прежде всего на основе угля и газа,

Многие из перечисленных выше продуктов, в том числе базовые (этилен, пропилен, метанол, ацетилен, углеводороды и др.) могут быть получены на основе газификации и гидрогенизации угля, а также пиролиза низших алканов, прежде всего метана.

Перевод процессов «химии — т. е. процессов химической переработки на уголь станет экономически целесообразным при достижении соотношения цен на нефть и уголь порядка (но темпам роста цен нефть опережает уголь).

Многие из этих процессов уже осуществляются на опытных установках и находятся в стадии технологической доработки. Ведутся поиски более эффективных и селективных катализаторов.

Изучаются возможности снижения себестоимости ацетилена. Разрабатываются процессы плазмохимического получения ацетилена из углеводородного сырья и угля, а также получения смесей «ацетилен — синтез-газ» и «ацетилен—метанол» окислительным пиролизом метана

Предложен новый способ совместного получения этилена и ацетилена путем высокотемпературного цепного хлорирования Бенсон).

Предпринимаются попытки к возрождению в усовершенствованном варианте методов получения жидкого топлива на основе гидрирования угля и синтез-газа.

Уже сейчас достижения нефте – и углехимии таковы, что можно предвидеть создание в недалеком будущем топливно-нефтехимических комплексов, способных работать на различных углеродсодержагцих видах сырья с учетом конкретных условий экономических регионов.

Http://info. sernam. ru/book_orgchem. php? id=121

В отличие от карбюраторных двигателœей, в дизельных двигателях топ­ливо подается в цилиндр не в парообразном, а в капельножидком состоя­нии. Сначала в цилиндр дизельного двигателя засасывается воздух, сжима­ется до 30-50 атм, в результате чего температура в цилиндре повышается до 500-700°С, затем под давлением впрыскивается через форсунку в цилиндр дизельное топливо. Испаряясь в таких жестких условиях, топливо интен­сивно окисляется и воспламеняется. Чем меньше индукционный период, ᴛ. ᴇ. время от момента впрыска до самовоспламенения топлива, чем плавнее происходит процесс сгорания, тем выше считается качество дизельного топ­лива. Характеристикой качества топлива является цетановое число.

Цетановое число показывает процентное соотношение цетана (н-гексадекана) в смеси с альфа-метилнафталином, самовоспламеняемость кото­рой в стандартных двигателях эквивалентна самовоспламеняемости ис­пытуемого топлива.

Цетановое число цетана условно принято за 100, а альфа-метилнафталина — за нуль. Наибольшими цетановыми числами обладают нор­мальные парафиновые углеводороды, затем — парафины изостроения, далее нафтеновые углеводороды и, наконец, ароматические углеводо­роды.

С утяжелœением дизельных топлив цетановые числа растут. Для уве­личения цетановых чисел топлив в некоторых случаях используют при­садки. Определœение цетановых чисел производят на специальном одно­цилиндровом двигателœе с изменяющейся степенью сжатия от 7 до 23 по методу «совпадения вспышек».

Выбор направления переработки нефти определяется ее физико-хи­мической характеристикой, уровнем развития техники нефтепереработ­ки и потребностями в товарных нефтепродуктах данного экономическо­го района. Существуют три базовых варианта нефтепереработки.

1. Топливный. По этому варианту нефть перерабатывают в основном для производства моторных и котельных топлив. Переработка нефти по топливному вариан­ту может быть глубокой и неглубокой.

При неглубокой переработке получается значительное количество котельного топлива. Применение современных методов переработки тя­желых остатков нефти, таких как висбрекинг, гидрокрекинг, коксование позволяет углубить переработку нефти по топливному варианту и выра­батывать более значительное количество моторных топлив и сырья для нефтехимических процессов. В случае если при неглубокой переработке глубина ее составляет 45-50%, то при глубокой переработке — 90% и более. При этом значительно увеличивается рентабельность переработки нефти.

2. По топливно-масляному варианту, кроме моторных топлив, из не­фти получают различные смазочные масла, применяемые как для назем­ной техники, так и в авиации.

3. Нефтехимический вариант переработки нефти, по сравнению с предыдущими, является более сложным, сопряжен с выработкой боль­шого ассортимента продукции, большим набором технологических про­цессов и установок. Как правило, требует для своей реализации вложе­ния больших денежных средств. Помимо выработки моторных топлив и масел, при этом варианте производится сырье для органического синте­за, производства азотных и фосфорных удобрений, пластмасс, синтети­ческих волокон, моющих веществ и т. д.

Воспламеняемость дизельных топлив В отличие от карбюраторных двигателей, в дизельных двигателях топ­ливо подается в цилиндр не в парообразном, а в капельножидком состоя­нии. Сначала в цилиндр дизельного двигателя засасывается воздух, сжима­ется до 30-50 атм, в. [читать подробенее]

Http://oplib. ru/random/view/686849

В настоящее время нефтяной сектор топливно-энергетического комплекса России является одним из наиболее устойчиво работающих производственных комплексов российской экономики. На его долю приходится более 16% произведённого ВВП России, четвёртая часть налоговых и таможенных поступлений в бюджеты всех уровней, а также более трети поступающей в Россию валютной выручки.

Такие высокие показатели связаны со значительным ресурсным и производственным потенциалом нефтяной отрасли. В недрах России сосредоточено около 13% разведанных запасов нефти. Эти ресурсы расположены в основном на суше (примерно 3/4). Примерно 60% ресурсов нефти приходится на долю районов Урала и Сибири, что создаёт потенциальные возможности экспорта, как в западном, так и в восточном направлениях. В мировых объёмах производства и экспорта нефти (включая газовый конденсат) доля России постоянно увеличивается и на настоящий момент составляет порядка 12%, что меньше лишь доли Саудовской Аравии. Экономика страны потребляет лишь менее трети добываемой нефти (включая продукты её переработки).

Добычу нефти в стране осуществляют более 240 нефтегазодобывающих организаций, причем 11 нефтедобывающих холдингов, включая ОАО "Газпром", обеспечивают более 90% всего объема добычи.

Стратегической задачей развития нефтяной отрасли является плавное и постепенное наращивание добычи со стабилизацией её уровня на долгосрочную перспективу.

Добыча нефти будет осуществляться, и развиваться как в традиционных нефтедобывающих районах – таких, как Западная Сибирь, Поволжье, Северный Кавказ, так и в новых нефтегазовых провинциях: на Европейском Севере (Тимано-Печорский район), в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, на юге России (Северо-Каспийская провинция). Добыча нефти в России может составить порядка 490 млн. тонн в 2010 году и возрасти до 520 млн. тонн к 2020 году. Главной нефтяной базой страны на весь рассматриваемый период останется Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция. При этом основной прирост добычи будет обеспечиваться за счёт освоения месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока – до 100 млн. тонн, а также Северо-Западного региона – до 45 млн. тонн. Следует отметить, что одной из основных проблем, сдерживающих освоение ресурсов углеводородного сырья регионов Севера, Восточной Сибири и Дальнего Востока, является отсутствие транспортной инфраструктуры.

Такие уровни добычи полностью обеспечат как перспективный внутренний спрос на нефтепродукты, так и экономически обоснованные объемы их экспорта. К 2010 году объем переработки нефти может достигнуть 200 млн. тонн, а к 2020 году – 215 млн. тонн.

Ожидается, что в перспективе экспорт российских нефтепродуктов будет сокращаться. Это связано как с недостаточно высоким качеством одних нефтепродуктов (прежде всего автомобильного бензина и дизельного топлива) и высокой стоимостью их доставки на внешние рынки, так и со снижением экспортных ресурсов других (в первую очередь прямогонного бензина) в результате опережающего спроса на них на внутреннем рынке.

В настоящее время основным рынком экспорта российской нефти и нефтепродуктов является Европа. На этот рынок приходится порядка 90% экспорта в связи с тем, что сложившаяся транспортная инфраструктура страны ориентирована на удовлетворение потребностей этого региона.

Рынок нефти стран Западной и Центральной Европы останется для России крупнейшим и в предстоящие 20-25 лет. В то же время, доля стран АТР в экспорте российской нефти возрастет с 3% в настоящее время до 30% в 2020 году за счет увеличения экспорта с Сахалина и с новых месторождений Восточной Сибири и Якутии.

В настоящее время наиболее динамично развивающийся нефтегазовый проект в Дальневосточном регионе Российской Федерации – "Сахалин-2". В рамках проекта в 1999 году впервые в истории России началась промышленная добыча нефти с установленной на шельфе стационарной платформы. В течение пяти производственных сезонов в Японию, Китай, Южную Корею, Тайвань, США, Филиппины было поставлено около 6,7 млн. тонн высококачественной нефти.

Предусматриваются следующие основные направления развития систем транспортировки нефти:

Северо-Балтийское направление – строительство третьей очереди Балтийской трубопроводной системы с поэтапным увеличением мощности направления с 42 до 50 млн. тонн к концу текущего года и до 62 млн. тонн нефти в конце 2005 года. Работы по расширению этой системы проводятся с учётом пропускной способности транспортных маршрутов по бассейну Балтийского моря и требований международной конвенции по безопасности транспортировки нефти и нефтепродуктов.

Кроме того, начаты предпроектные работы по обоснованию создания новой трубопроводной системы в направлении Баренцева моря экспортной мощностью до 120 млн. тонн нефти в год для выхода на рынки США и Европы.

Согласно прогнозам, потребление нефти и нефтепродуктов в странах АТР к 2010 году возрастет до 1510 млн. тонн, к 2020 году – до 1970 млн. тонн, а к 2030 году – до 2205 млн. тонн. Поэтому на Восточно-Сибирском направлении – ведётся разработка ТЭО строительства уникальной нефтепроводной системы Восточная Сибирь – бухта Перевозная (Находка) протяжённостью около 4160 км, мощностью до 80 млн. тонн в год и ориентировочной стоимостью около $15 млрд. в ценах 2004 года для выхода на новые рынки Азиатско-Тихоокеанского региона. Ввод в эксплуатацию этой нефтепроводной системы позволит ускорить формирование новых центров добычи нефти в Восточной Сибири и республике Саха (Якутия).

На Дальневосточном направлении ведутся работы по созданию оптимальной транспортной инфраструктуры для освоения нефтегазовых ресурсов в районе острова Сахалин в рамках проекта "Сахалин-1" и "Сахалин-2".

Каспийско – Черноморско – Средиземноморское направление планируется развивать путем увеличения пропускной способности трубопровода Атырау – Самара до 25 – 30 млн. тонн нефти в год. Рассматривается проект расширения мощности системы ЗАО "Каспийский трубопроводный консорциум" до 67 млн. тонн в год.

С учётом ограниченных пропускных возможностей проливов Босфор и Дарданеллы на Центрально-Европейском направлении ведутся работы по интеграции трубопроводных систем "Дружба" и "Адрия" с целью поэтапного (5 – 10 – 15 млн. тонн в год) увеличения экспорта нефти из России и стран СНГ через нефтеперевалочный терминал в порту Омишаль (Хорватия), минуя черноморские проливы.

Достижение намечаемых уровней добычи нефти в стране и соответствующего развития геологоразведочных работ и транспортной инфраструктуры требует значительного роста инвестиций. Минимальные ориентировочные уровни инвестиций в нефтяной сектор на период до 2020 года составляют $200-210 млрд., из них в добычу нефти – $155-160 млрд., в переработку – $19-21 млрд., в транспорт нефти – порядка $27 млрд.

Основным источником капитальных вложений будут собственные средства компаний. При освоении новых районов добычи предполагается также привлечение кредитных средств на условиях проектного финансирования. В перспективе до 25-30% общего объема инвестиций может составить заемный и акционерный капитал.

Гарантированное обеспечение нефтегазовой отрасли достаточными инвестиционными ресурсами возможно только при стабильности и предсказуемости на мировых рынках нефти, в том числе и установление справедливой цены на нефтяное сырье, учитывающей долгосрочные интересы производителей и потребителей нефти.

Развитие сотрудничества ОПЕК и Российской Федерацией, являющейся крупнейшим за пределами этой организации производителем и экспортером нефти, проведение регулярных консультаций с руководством ОПЕК и другими ведущими производителями и потребителями энергетических ресурсов будет, несомненно, способствовать нахождению баланса интересов всех сторон.

Из доклада представителя Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации на международном семинаре ОПЕК "Нефть во взаимозависимом мире".

Http://www. rudn. smartftp. ru/news. html

Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает 1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти (метан, этан, пропан и т. д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерный износ нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах. Разрушение нефтяных эмульсий осуществляют механическими, химическими и электрическими способами. Важным моментом является процесс сортировки и смешения нефти.

1.1. Сокращение потерь при транспортировке и хранении нефти, стабилизация нефти

Потери легких компонентов в основном происходят в резервуарах при так называемых «больших и малых дыханиях» — выброс воздуха, содержащего испарения нефти, при заполнении пустого резервуара или незначительные по объему выбросы, вызываемые колебаниями уровня в резервуаре и изменениями плотности при перепаде температур. Устранение потерь дыхания резервуаров осуществляют посредством их герметизации и применения дышащих крышек, дышащих баллонов, и др. Суть применяемых дышащих аппаратов заключается в их способности изменять объем под давлением вытесняемой из резервуара воздушной смеси. Таким образом дыхательные аппараты увеличивают или уменьшают объем резервуара сохраняя на время вытесненную из резервуара воздушную смесь. Такие аппараты применяют для сокращений потерь при малых дыханиях резервуаров.

Для сокращения потерь от испарения и улучшения условий транспортирования нефть подвергают стабилизации, т. е. удалению низкомолекулярных углеродов (метана, этана и пропана), а также сероводорода на промыслах или на головных перекачивающих станциях нефтепроводов.

Различные нефти и выделенные из них соответствующие фракции отличаются друг от друга физико-химическими и товарными свойствами. Так, бензиновые фракции некоторых нефтей характеризуются высокой концентрацией ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов и поэтому имеют высокие октановые числа, тогда как бензиновые фракции других нефтей содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень низкие октановые числа. Важное значение в дальнейшей технологической переработке нефти имеет серность, масляничность смолистость нефти и др. Таким образом, существует необходимость отслеживания качественных характеристик нефтей в процессе транспортировки, сбора и хранения с целью недопущения потери ценных свойств компонентов нефти.

Однако раздельные сбор, хранение и перекачка нефтей в пределах месторождения с большим числом нефтяных пластов весомо осложняет нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку.

Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка — гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы — каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 350°С), выделенные из нефти, сначала подвергается очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими гланами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

От основного количества воды и твердых частиц нефти освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию сойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества — эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т. п., легче смачиваемые нефтью чем водой.

Отстаивание — применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 ат втечение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

Центрифугирование — отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 3500 до 50000 в мин., при производительности 15 — 45 м3/ч каждая.

Разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ — деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ — электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 ат, применяют группами по 6 — 8 шт. с производительностью 250 — 500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке.

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти:

К первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов — перегонка нефти;

Ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах чем при прямой перегонке нефти.

Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным испарением. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу. Перегонка нефти с многократным испарением производится с поэтапным нагреванием нефти, и отбиранием на каждом этапе фракций нефти с соответствующей температурой перехода в паровую фазу. Перегонку нефти с постепенным испарением в основном применяют в лабораторной практике для получения особо точного разделения большого количества фракций. Отличается от других методов перегонки нефти низкой производительностью.

Образовавшиеся в процессе перегонки нефти паровая и жидкая фазы подвергают ректификации в колоннах.

2.1. Перегонка нефти с однократным, многократным и постепенным испарением

При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же. Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая.

Перегонка с многократным испарением состоит из двух или более однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе.

Если при каждом однократном испарении нефти происходит бесконечно малое изменение ее фазового состояния, а число однократных испарений бесконечно большое, то такая перегонка является перегонкой с постепенным испарением.

Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая по сравнению с перегонкой с многократным и постепенным испарением. О плохой четкости разделения при однократном испарении нефти можно судить по рис.1, где изображены кривые разгонки фракций 40 — 285°С. На рисунке обозначены линиями 1 — исходная фракция (обобщенная); 2, 3 и 4 — легкие фракции паровой фазы; 5 и 6 — тяжелые фракции жидкой фазы. Из рисунка следует, что температурные пределы выкипания полученных продуктов мало отличаются друг от друга.

Если для нефтяной фракции построить кривые разгонки с однократным и многократным испарением (рис. 2), то окажется, что температура начала кипения фракций при однократном испарении (линия 2 на рисунке) выше, а конца кипения ниже, чем при многократном испарении (линия 1). Если высокой четкости разделения фракций не требуется, то метод однократного испарения экономичнее. К тому же при максимально допустимой температуре нагрева нефти 350 — 370°С (при более высокой температуре начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую фазу по сравнению с многократным или постепенным испарением. Для отбора из нефти фракций, выкипающих выше 350 — 370°С, применяют вакуум или водяной пар. Использование в промышленности принципа перегонки с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз позволяет достигать высокой четкости разделения нефти на фракции, непрерывности процесса и экономичного расходования топлива на нагрев сырья. Принципиальная схема для промышленной перегонки нефти приведена на рис. 3. 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 в состоянии 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.

Испаряющий агент вводится в ректификационную колону с целью повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти. 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 с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше (обычно не насыщенный пар при температуре 350 — 450°С под давлением 2 — 3ат).

Интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

Создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутрь множества пузырьков водяного пара.

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

В случае применения в качестве испаряющего агента инертного газа происходит большая экономии тепла, затрачиваемого на производство перегретого пара, и снижение расхода воды, идущей на его конденсацию. Весьма рационально применять инертный газ при перегонке сернистого сырья, т. к. сернистые соединения в присутствии влаги вызывают интенсивную коррозию аппаратов. Однако инертный газ не получил широкого применения при перегонке нефти из-за громоздкости подогревателей газа и конденсаторов парогазовой смеси (низкого коэффициента теплоотдачи) и трудности отделения отгоняемого нефтепродукта от газового потока.

Удобно в качестве испаряющего агента использовать легкие нефтяные фракции — лигроино-керосино-газойлевую фракцию, т. к. это исключает применение открытого водяного пара при перегонке сернистого сырья, вакуума и вакуумсоздающей аппаратуры, и, в то же время, избавляет от указанных сложностей работы с инертным газом.

Чем ниже температура кипения испаряющего агента и больше его относительное количество, тем ниже температура перегонки. Однако чем легче испаряющий агент, тем больше его теряется в процессе перегонки. Поэтому в качестве испаряющего агента рекомендуется применять лигроино-керосино-газойлевую фракцию.

В результате перегонки нефти при атмосферном давлении и температуре 350 — 370°С остается мазут, для перегонки которого необходимо подобрать условия, исключающие возможность крекинга и способствующие отбору максимального количества дистилляторов. Самым распространенным методом выделения фракций из мазута является перегонка в вакууме. Вакуум понижает температуру кипения углеводородов и тем самым позволяет при 410 — 420°С отобрать дистилляты, имеющие температуры кипения до 500°С (в пересчете на атмосферное давление). Нагрев мазута до 420°С сопровождается некоторым крекингом углеводородов, но если получаемые дистилляторы затем подвергаются вторичным методам переработки, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает существенного влияния. При получении масляных дистилляторов разложение их сводят к минимуму, повышая расход водяного пара, снижая перепад давления в вакуумной колонне и др. Существующие промышленные установки способны поддерживать рабочее давление в ректификационных колоннах 20 мм рт. ст. и ниже.

Рассмотренные методы перегонки нефти дают достаточно четкие разделения компонентов, однако оказываются непригодными, когда из нефтяных фракций требуется выделить индивидуальные углеводороды высокой чистоты (96 — 99%), которые служат сырьем для нефтехимической промышленности (бензол, толуол, ксилол и др.)

Для выделения вышеназванных углеводородов требуются специальные методы перегонки: азеотропная или экстрактивная ректификация. Эти методы основаны на введении в систему постороннего вещества увеличивающего разницу в летучести разделяемых углеводородов, что позволяет при помощи ректификации выделить индивидуальный углеводород высокой чистоты.

Показателем летучести чистых углеводородов является давление их насыщенных паров при данной температуре или температура кипения при атмосферном давлении. Таким образом, чем больше разница в температурах кипения углеводородов, тем легче разделить их обычной перегонкой. Однако если углеводороды отличаются по химическому строению, то можно использовать специальные виды перегонки, изменяющие летучесть этих углеводородов. Летучесть (u1) может быть определена как отношение мольных долей углеводородов в паровой и жидкой фазах:

Где y1 и х1 — мольные доли углеводорода соответственно в паровой и жидкой фазах.

Легкость разделения углеводородов перегонки зависит от их относительной летучести. Относительная летучесть двух углеводородов (a) определяется соотношением их летучестей (u1 и u2), т. е.

Где P1 и P2 — давление насыщенных паров углеводородов, x1 и x2 — мольные доли углеводородов в жидкой фазе, p — общее давление в системе. Отсюда

Таким образом, относительная летучесть углеводородов в идеальном растворе равняется отношению давлений насыщенных паров чистых компонентов при температуре кипящей смеси, и чем ближе она к единице, тем сложнее разделить эти углеводороды перегонкой.

Если вводимый для увеличения разницы в летучести разделяемых углеводородов третий компонент менее летуч, чем исходные углеводороды, то его называют растворителем и вводят сверху ректификационной колонны и выводят снизу вместе с остатком. Такая ректификация называется экстрактивной. Растворитель должен иметь достаточно высокую температуру кипения, чтобы компоненты, полученные с растворителем в виде одной фазы, можно было легко отделить от него при помощи перегонки. Он должен хорошо растворять разделяемые компоненты, чтобы не требовалось чрезмерно большого отношения растворитель/смесь и не образовывалось двух жидких фаз (расслаивание) на тарелке. При экстрактивной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве растворителя применяют фенол, крезолы, фурфурол, анилин и алкилфталаты.

Если добавляемое вещество более летуче, чем исходные компоненты, то его вводят в ректификационную колонну вместе с сырьем и выводят из нее вместе с парами верхнего продукта. Такую ректификацию называют азеотропной. В этом случае вводимое вещество образует азеотропную смесь с одним из компонентов сырья. Это вещество называют уводителем.

Последний должен обеспечивать образование постоянно кипящей смеси (азеотропа) с одним или несколькими компонентами разгоняемой смеси. Уводитель образует азеотропную смесь вследствие молекулярных различий между компонентами смеси.

При азеотропной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве уводителей применяют метиловый и этиловый спирты, метилэтилкетон (МЭК) и другие вещества, образующие азеотропную смесь с парафино-нафтеновыми углеводородами разделяемой смеси.

Уводитель должен иметь температуру кипения близкую к температуре кипения отгоняемого вещества. Это позволяет получить заметную разницу между температурой кипения азеотропа и других компонентов смеси. Уводитель должен также легко выделяться из азеотропной смеси. Весьма часто разделение бывает более полным, чем этого можно ожидать на основании лишь температурной разницы. Это объясняется большим отклонением системы от идеальной.

Парциональное и общее давления над идеальным раствором при данной температуре отличаются от величин, вычисленных по закону Рауля. Для оценки этого отклонения вводят поправочный коэффициент, который фактически является коэффициентом активности, т. е.

Коэффициент активности j является функцией физико-химических свойств всех остальных компонентов смеси и их концентраций. Для некоторых смесей в присутствии разделяющего агента подлежащие ректификации компоненты из-за их различной растворимости по-разному отклоняются от законов идеальных растворов, поэтому их коэффициенты активности различны. Установлено также, что коэффициент активности каждого компонента увеличивается по мере увеличения концентрации от 0 до 100%, однако для различных компонентов смеси в разной степени. Таким образом, для реальных смесей относительная летучесть равна отношению давления насыщенных паров и коэффициентов активности:

Важное значение в осуществлении экстрактивной и азеотропной ректификаций имеет подготовка сырья, которое должно выкипать в весьма узких пределах, т. е. установке по перегонке с третьим компонентом должна предшествовать установка предварительного разделения смеси посредством обычной ректификации.

Ректификация простых и сложных смесей осуществляется в колоннах периодического или непрерывного действия.

Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и высокой четкости разделения. Классическая схема такой установки указана на рис. 4. Сырье поступает в перегонный куб 1 на высоту около 2/3 его диаметра, где происходит подогрев глухим паром. В первый период работы ректификационной установки отбирают наиболее летучий компонент смеси, например бензольную головку, затем, повышая температуру перегонки, компоненты с более высокой температурой кипения (бензол, толуол и т. д.). Наиболее высококипящие компоненты смеси остаются в кубе, образовывая кубовый остаток. По окончанию процесса ректификации этот остаток охлаждают и откачивают. Куб вновь заполняется сырьем и ректификацию возобновляют. Периодичностью процесса обусловлены больший расход тепла и меньшая производительность установки. Далее на рисунке: 2 — ректификационная колонна, 3 — конденсатор-холодильник, 4 — аккумулятор, 5 — холодильник, 6 — насосы.

Установка непрерывного действия лишена многих указанных недостатков. Принципиальная схема такой установки показана на рис.5. Сырье через теплообменник 1 поступает в подогреватель 2 и далее на разные уровни ректификационной колонны 3. Нижние фракции разогревают в кипятильнике 4 и сбрасывают обратно в ректификационную колонну. При этом самая тяжелая часть выводится из кипятильника в низ колонны и вместе с жидким осадком на дальнейшую переработку тяжелых фракций. А легкие фракции сверху в конденсатор-холодильник 5, и далее из аккумулятора 6 частично назад в колонну для орошения, а частично — в дальнейшую переработку легких фракций.

В зависимости от числа получаемых продуктов различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта, например бензин и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

В каждой простой колонне имеются отгонная и концентрационная секции. Отгонная, или отпарная, секция расположена ниже ввода сырья. Тарелка, на которую подается сырье для разделения, называется тарелкой питания. Целевым продуктом отгонной секции является жидкий остаток. Концентрационная, или укрепляющая, секция расположена над тарелкой питания. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата. Для нормальной работы ректификационной колоны обязательны подача орошения наверх концентрационной секции колонны и ввод тепла (через кипятильник) или острого водяного пара в отгонную секцию.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина, газофракционирования на установках крекинга и гидрогенизации. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.

Для равномерного распределения паров и жидкости в насадочных колоннах — 1 (рис. 6.) в качестве насадки — 2 применяют шары, призмы, пирамиды, цилиндры из различных материалов (обычно из прессованной угольной пыли) с наружным диаметром от 6 до 70 мм и отношением площади поверхности к объему от 500. Насадку помещают насыпом на специальные тарелки — 4 с отверстиями для прохождения паров и стекания флегмы — 3. Целью применения насадки является повышение площади соприкосновения флегмы и паров для взаимного обогащения. Для правильной работы насадочной колонны очень важно равномерное распределение стекающей флегмы и паров по всему поперечному сечению колонны. Этому благоприятствует однородность тела насадки, максимально возможная скорость восходящего потока паров, равномерно распределенные слои насадки и строгая вертикальность колонны. На практике достигнутое вначале равномерное распределение паров и флегмы нарушается, т. к. пар стремится оттеснить жидкость к стенкам колонны и перемещаться через центр насадки. В связи с этим насадка и разбивается на несколько слоев, а тарелки, на которых размещается насадка, имеют специальную конструкцию, позволяющую снова равномерно перераспределять потоки после каждого слоя насадки. Эффективность использования насадочных колонн очень высока но есть и неудобства: насадку периодически приходится изымать из колоны с целью очищения от смолистых частиц со временем покрывающих насадку и ухудшающих ее смачиваемость, к тому же применение насадочных колонн выдвигает очень жесткое требование выдержки определенного давления пара и количества поступающей флегмы. В случае падения давления пара в колонне происходит ускорение стекания флегмы и резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости. В случае превышения давления пара замедляется стекание флегмы, что приводит к ее скоплению в верхних слоях насадки и запиранию паров в нижней части колонны («захлебыванию» колонны). Это приводит к еще большему повышению давления пара в нижней части колонны, и, в критический момент, прорыв пара сквозь флегму в верхнюю часть колонны. Следствием «захлебывания» колонны также является резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости.

В тарельчатых колоннах 1 (рис. 7) для повышения площади соприкосновения потоков пара и флегмы применяют вместо насадки большое число тарелок специальной конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку по спускным трубам 3, причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень слоя жидкости на тарелке. Этот уровень позволяет постоянно держать края колпаков 2 погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока на следующую тарелку лишь избыток поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под давлением паров снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет того, что пар проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь соприкосновения пара и жидкости очень высока.

Конструкции тарелок разнообразны. Применяют сетчатые, решетчатые, каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные тарелки. Конструкцию тарелок выбирают исходя из конкретных технологических требований (степень четкости разделения фракций, требование к интенсивности работы, необходимость изменения внутренней конструкции колонны, частота профилактических и ремонтных работ и др.)

В некоторых процессах переработки нефти (например переработка с попутным отделением воды (паров), переработка с предварительным отделением тяжелейших фракций нефти) применяют роторные колонны 1 (рис. 8) с высокой производительностью. Тарелки такой колонны представляют собой конические щитки с углом наклона 40°, с чередованием тарелок закрепленных к стенкам колонны — 2 и тарелок закрепленных к центральному вращающемуся валу — 3. Таким образом вращающиеся тарелки чередуются с неподвижными. Вращение тарелок происходит от привода — 4 со скоростью 240 об/мин. Флегма спускается сверху— 5 по неподвижной тарелке и у центра переливается на нижележащую вращающуюся тарелку. Под влиянием центробежной силы флегма перемещается по вращающейся тарелке вверх до ее периферии и в виде сплошной кольцевой пленки переходит на стенки корпуса колонны и дальше — на низлежащую тарелку. Далее процесс повторяется. Пары движутся сквозь флегму противотоком. К тому же большое количество флегмы постоянно находится во взвешенном состоянии, что приводит к высокой испаряемости самой флегмы. Расстояние между тарелками всего 8 – 10 мм, что позволяет строить очень компактную колонну с высоким (свыше 85%) КПД. В колонну вводится подогретое сырье, необходимая температура которого поддерживается нагревателем — 6. Указанная конструкция очень удобна в использовании, практически не требует ремонта и профилактических работ, долговечна и не столь чувствительна к изменениям температур и давления исходных компонентов.

В промышленности наиболее часто применяются сложные установки ректификационных колонн, комбинирующих разные виды колонн и разные типы их подключения. Это позволяет корректировать технологический процесс для разных условий переработки нефти и получения необходимых дистиллятов.

В зависимости от направления переработки нефти в процессе ректификации могут участвовать разные установки ректификационных колонн. Достигается это сменой потоков сырья и промежуточных продуктов, что требует высокой магистральности сообщений коллон и установок и возможности компактного и ресурсосберегающего перенаправления потоков.

Http://www. neuch. ru/referat/18224.html

Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает 1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти (метан, этан, пропан и т. д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерный износ нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах. Разрушение нефтяных эмульсий осуществляют механическими, химическими и электрическими способами. Важным моментом является процесс сортировки и смешения нефти.

1.1. Сокращение потерь при транспортировке и хранении нефти, стабилизация нефти

Потери легких компонентов в основном происходят в резервуарах при так называемых «больших и малых дыханиях» — выброс воздуха, содержащего испарения нефти, при заполнении пустого резервуара или незначительные по объему выбросы, вызываемые колебаниями уровня в резервуаре и изменениями плотности при перепаде температур. Устранение потерь дыхания резервуаров осуществляют посредством их герметизации и применения дышащих крышек, дышащих баллонов, и др. Суть применяемых дышащих аппаратов заключается в их способности изменять объем под давлением вытесняемой из резервуара воздушной смеси. Таким образом дыхательные аппараты увеличивают или уменьшают объем резервуара сохраняя на время вытесненную из резервуара воздушную смесь. Такие аппараты применяют для сокращений потерь при малых дыханиях резервуаров.

Для сокращения потерь от испарения и улучшения условий транспортирования нефть подвергают стабилизации, т. е. удалению низкомолекулярных углеродов (метана, этана и пропана), а также сероводорода на промыслах или на головных перекачивающих станциях нефтепроводов.

Различные нефти и выделенные из них соответствующие фракции отличаются друг от друга физико-химическими и товарными свойствами. Так, бензиновые фракции некоторых нефтей характеризуются высокой концентрацией ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов и поэтому имеют высокие октановые числа, тогда как бензиновые фракции других нефтей содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень низкие октановые числа. Важное значение в дальнейшей технологической переработке нефти имеет серность, масляничность смолистость нефти и др. Таким образом, существует необходимость отслеживания качественных характеристик нефтей в процессе транспортировки, сбора и хранения с целью недопущения потери ценных свойств компонентов нефти.

Однако раздельные сбор, хранение и перекачка нефтей в пределах месторождения с большим числом нефтяных пластов весомо осложняет нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку.

Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка — гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы — каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 350°С), выделенные из нефти, сначала подвергается очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими гланами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

От основного количества воды и твердых частиц нефти освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию сойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества — эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т. п., легче смачиваемые нефтью чем водой.

Отстаивание — применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 ат втечение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

Центрифугирование — отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 3500 до 50000 в мин., при производительности 15 — 45 м3/ч каждая.

Разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ — деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ — электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 ат, применяют группами по 6 — 8 шт. с производительностью 250 — 500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке.

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти:

К первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов — перегонка нефти;

Ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах чем при прямой перегонке нефти.

Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным испарением. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу. Перегонка нефти с многократным испарением производится с поэтапным нагреванием нефти, и отбиранием на каждом этапе фракций нефти с соответствующей температурой перехода в паровую фазу. Перегонку нефти с постепенным испарением в основном применяют в лабораторной практике для получения особо точного разделения большого количества фракций. Отличается от других методов перегонки нефти низкой производительностью.

Образовавшиеся в процессе перегонки нефти паровая и жидкая фазы подвергают ректификации в колоннах.

2.1. Перегонка нефти с однократным, многократным и постепенным испарением

При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же. Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая.

Перегонка с многократным испарением состоит из двух или более однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе.

Если при каждом однократном испарении нефти происходит бесконечно малое изменение ее фазового состояния, а число однократных испарений бесконечно большое, то такая перегонка является перегонкой с постепенным испарением.

Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая по сравнению с перегонкой с многократным и постепенным испарением. О плохой четкости разделения при однократном испарении нефти можно судить по рис.1, где изображены кривые разгонки фракций 40 — 285°С. На рисунке обозначены линиями 1 — исходная фракция (обобщенная); 2, 3 и 4 — легкие фракции паровой фазы; 5 и 6 — тяжелые фракции жидкой фазы. Из рисунка следует, что температурные пределы выкипания полученных продуктов мало отличаются друг от друга.

Если для нефтяной фракции построить кривые разгонки с однократным и многократным испарением (рис. 2), то окажется, что температура начала кипения фракций при однократном испарении (линия 2 на рисунке) выше, а конца кипения ниже, чем при многократном испарении (линия 1). Если высокой четкости разделения фракций не требуется, то метод однократного испарения экономичнее. К тому же при максимально допустимой температуре нагрева нефти 350 — 370°С (при более высокой температуре начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую фазу по сравнению с многократным или постепенным испарением. Для отбора из нефти фракций, выкипающих выше 350 — 370°С, применяют вакуум или водяной пар. Использование в промышленности принципа перегонки с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз позволяет достигать высокой четкости разделения нефти на фракции, непрерывности процесса и экономичного расходования топлива на нагрев сырья. Принципиальная схема для промышленной перегонки нефти приведена на рис. 3. 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 в состоянии 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.

Испаряющий агент вводится в ректификационную колону с целью повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти. 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 с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше (обычно не насыщенный пар при температуре 350 — 450°С под давлением 2 — 3ат).

Интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

Создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутрь множества пузырьков водяного пара.

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

В случае применения в качестве испаряющего агента инертного газа происходит большая экономии тепла, затрачиваемого на производство перегретого пара, и снижение расхода воды, идущей на его конденсацию. Весьма рационально применять инертный газ при перегонке сернистого сырья, т. к. сернистые соединения в присутствии влаги вызывают интенсивную коррозию аппаратов. Однако инертный газ не получил широкого применения при перегонке нефти из-за громоздкости подогревателей газа и конденсаторов парогазовой смеси (низкого коэффициента теплоотдачи) и трудности отделения отгоняемого нефтепродукта от газового потока.

Удобно в качестве испаряющего агента использовать легкие нефтяные фракции — лигроино-керосино-газойлевую фракцию, т. к. это исключает применение открытого водяного пара при перегонке сернистого сырья, вакуума и вакуумсоздающей аппаратуры, и, в то же время, избавляет от указанных сложностей работы с инертным газом.

Чем ниже температура кипения испаряющего агента и больше его относительное количество, тем ниже температура перегонки. Однако чем легче испаряющий агент, тем больше его теряется в процессе перегонки. Поэтому в качестве испаряющего агента рекомендуется применять лигроино-керосино-газойлевую фракцию.

В результате перегонки нефти при атмосферном давлении и температуре 350 — 370°С остается мазут, для перегонки которого необходимо подобрать условия, исключающие возможность крекинга и способствующие отбору максимального количества дистилляторов. Самым распространенным методом выделения фракций из мазута является перегонка в вакууме. Вакуум понижает температуру кипения углеводородов и тем самым позволяет при 410 — 420°С отобрать дистилляты, имеющие температуры кипения до 500°С (в пересчете на атмосферное давление). Нагрев мазута до 420°С сопровождается некоторым крекингом углеводородов, но если получаемые дистилляторы затем подвергаются вторичным методам переработки, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает существенного влияния. При получении масляных дистилляторов разложение их сводят к минимуму, повышая расход водяного пара, снижая перепад давления в вакуумной колонне и др. Существующие промышленные установки способны поддерживать рабочее давление в ректификационных колоннах 20 мм рт. ст. и ниже.

Рассмотренные методы перегонки нефти дают достаточно четкие разделения компонентов, однако оказываются непригодными, когда из нефтяных фракций требуется выделить индивидуальные углеводороды высокой чистоты (96 — 99%), которые служат сырьем для нефтехимической промышленности (бензол, толуол, ксилол и др.)

Для выделения вышеназванных углеводородов требуются специальные методы перегонки: азеотропная или экстрактивная ректификация. Эти методы основаны на введении в систему постороннего вещества увеличивающего разницу в летучести разделяемых углеводородов, что позволяет при помощи ректификации выделить индивидуальный углеводород высокой чистоты.

Показателем летучести чистых углеводородов является давление их насыщенных паров при данной температуре или температура кипения при атмосферном давлении. Таким образом, чем больше разница в температурах кипения углеводородов, тем легче разделить их обычной перегонкой. Однако если углеводороды отличаются по химическому строению, то можно использовать специальные виды перегонки, изменяющие летучесть этих углеводородов. Летучесть (u1) может быть определена как отношение мольных долей углеводородов в паровой и жидкой фазах:

Где y1 и х1 — мольные доли углеводорода соответственно в паровой и жидкой фазах.

Легкость разделения углеводородов перегонки зависит от их относительной летучести. Относительная летучесть двух углеводородов (a) определяется соотношением их летучестей (u1 и u2), т. е.

Где P1 и P2 — давление насыщенных паров углеводородов, x1 и x2 — мольные доли углеводородов в жидкой фазе, p — общее давление в системе. Отсюда

Таким образом, относительная летучесть углеводородов в идеальном растворе равняется отношению давлений насыщенных паров чистых компонентов при температуре кипящей смеси, и чем ближе она к единице, тем сложнее разделить эти углеводороды перегонкой.

Если вводимый для увеличения разницы в летучести разделяемых углеводородов третий компонент менее летуч, чем исходные углеводороды, то его называют растворителем и вводят сверху ректификационной колонны и выводят снизу вместе с остатком. Такая ректификация называется экстрактивной. Растворитель должен иметь достаточно высокую температуру кипения, чтобы компоненты, полученные с растворителем в виде одной фазы, можно было легко отделить от него при помощи перегонки. Он должен хорошо растворять разделяемые компоненты, чтобы не требовалось чрезмерно большого отношения растворитель/смесь и не образовывалось двух жидких фаз (расслаивание) на тарелке. При экстрактивной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве растворителя применяют фенол, крезолы, фурфурол, анилин и алкилфталаты.

Если добавляемое вещество более летуче, чем исходные компоненты, то его вводят в ректификационную колонну вместе с сырьем и выводят из нее вместе с парами верхнего продукта. Такую ректификацию называют азеотропной. В этом случае вводимое вещество образует азеотропную смесь с одним из компонентов сырья. Это вещество называют уводителем.

Последний должен обеспечивать образование постоянно кипящей смеси (азеотропа) с одним или несколькими компонентами разгоняемой смеси. Уводитель образует азеотропную смесь вследствие молекулярных различий между компонентами смеси.

При азеотропной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве уводителей применяют метиловый и этиловый спирты, метилэтилкетон (МЭК) и другие вещества, образующие азеотропную смесь с парафино-нафтеновыми углеводородами разделяемой смеси.

Уводитель должен иметь температуру кипения близкую к температуре кипения отгоняемого вещества. Это позволяет получить заметную разницу между температурой кипения азеотропа и других компонентов смеси. Уводитель должен также легко выделяться из азеотропной смеси. Весьма часто разделение бывает более полным, чем этого можно ожидать на основании лишь температурной разницы. Это объясняется большим отклонением системы от идеальной.

Парциональное и общее давления над идеальным раствором при данной температуре отличаются от величин, вычисленных по закону Рауля. Для оценки этого отклонения вводят поправочный коэффициент, который фактически является коэффициентом активности, т. е.

Коэффициент активности j является функцией физико-химических свойств всех остальных компонентов смеси и их концентраций. Для некоторых смесей в присутствии разделяющего агента подлежащие ректификации компоненты из-за их различной растворимости по-разному отклоняются от законов идеальных растворов, поэтому их коэффициенты активности различны. Установлено также, что коэффициент активности каждого компонента увеличивается по мере увеличения концентрации от 0 до 100%, однако для различных компонентов смеси в разной степени. Таким образом, для реальных смесей относительная летучесть равна отношению давления насыщенных паров и коэффициентов активности:

Важное значение в осуществлении экстрактивной и азеотропной ректификаций имеет подготовка сырья, которое должно выкипать в весьма узких пределах, т. е. установке по перегонке с третьим компонентом должна предшествовать установка предварительного разделения смеси посредством обычной ректификации.

Ректификация простых и сложных смесей осуществляется в колоннах периодического или непрерывного действия.

Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и высокой четкости разделения. Классическая схема такой установки указана на рис. 4. Сырье поступает в перегонный куб 1 на высоту около 2/3 его диаметра, где происходит подогрев глухим паром. В первый период работы ректификационной установки отбирают наиболее летучий компонент смеси, например бензольную головку, затем, повышая температуру перегонки, компоненты с более высокой температурой кипения (бензол, толуол и т. д.). Наиболее высококипящие компоненты смеси остаются в кубе, образовывая кубовый остаток. По окончанию процесса ректификации этот остаток охлаждают и откачивают. Куб вновь заполняется сырьем и ректификацию возобновляют. Периодичностью процесса обусловлены больший расход тепла и меньшая производительность установки. Далее на рисунке: 2 — ректификационная колонна, 3 — конденсатор-холодильник, 4 — аккумулятор, 5 — холодильник, 6 — насосы.

Установка непрерывного действия лишена многих указанных недостатков. Принципиальная схема такой установки показана на рис.5. Сырье через теплообменник 1 поступает в подогреватель 2 и далее на разные уровни ректификационной колонны 3. Нижние фракции разогревают в кипятильнике 4 и сбрасывают обратно в ректификационную колонну. При этом самая тяжелая часть выводится из кипятильника в низ колонны и вместе с жидким осадком на дальнейшую переработку тяжелых фракций. А легкие фракции сверху в конденсатор-холодильник 5, и далее из аккумулятора 6 частично назад в колонну для орошения, а частично — в дальнейшую переработку легких фракций.

В зависимости от числа получаемых продуктов различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта, например бензин и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

В каждой простой колонне имеются отгонная и концентрационная секции. Отгонная, или отпарная, секция расположена ниже ввода сырья. Тарелка, на которую подается сырье для разделения, называется тарелкой питания. Целевым продуктом отгонной секции является жидкий остаток. Концентрационная, или укрепляющая, секция расположена над тарелкой питания. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата. Для нормальной работы ректификационной колоны обязательны подача орошения наверх концентрационной секции колонны и ввод тепла (через кипятильник) или острого водяного пара в отгонную секцию.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина, газофракционирования на установках крекинга и гидрогенизации. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.

Для равномерного распределения паров и жидкости в насадочных колоннах — 1 (рис. 6.) в качестве насадки — 2 применяют шары, призмы, пирамиды, цилиндры из различных материалов (обычно из прессованной угольной пыли) с наружным диаметром от 6 до 70 мм и отношением площади поверхности к объему от 500. Насадку помещают насыпом на специальные тарелки — 4 с отверстиями для прохождения паров и стекания флегмы — 3. Целью применения насадки является повышение площади соприкосновения флегмы и паров для взаимного обогащения. Для правильной работы насадочной колонны очень важно равномерное распределение стекающей флегмы и паров по всему поперечному сечению колонны. Этому благоприятствует однородность тела насадки, максимально возможная скорость восходящего потока паров, равномерно распределенные слои насадки и строгая вертикальность колонны. На практике достигнутое вначале равномерное распределение паров и флегмы нарушается, т. к. пар стремится оттеснить жидкость к стенкам колонны и перемещаться через центр насадки. В связи с этим насадка и разбивается на несколько слоев, а тарелки, на которых размещается насадка, имеют специальную конструкцию, позволяющую снова равномерно перераспределять потоки после каждого слоя насадки. Эффективность использования насадочных колонн очень высока но есть и неудобства: насадку периодически приходится изымать из колоны с целью очищения от смолистых частиц со временем покрывающих насадку и ухудшающих ее смачиваемость, к тому же применение насадочных колонн выдвигает очень жесткое требование выдержки определенного давления пара и количества поступающей флегмы. В случае падения давления пара в колонне происходит ускорение стекания флегмы и резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости. В случае превышения давления пара замедляется стекание флегмы, что приводит к ее скоплению в верхних слоях насадки и запиранию паров в нижней части колонны («захлебыванию» колонны). Это приводит к еще большему повышению давления пара в нижней части колонны, и, в критический момент, прорыв пара сквозь флегму в верхнюю часть колонны. Следствием «захлебывания» колонны также является резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости.

В тарельчатых колоннах 1 (рис. 7) для повышения площади соприкосновения потоков пара и флегмы применяют вместо насадки большое число тарелок специальной конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку по спускным трубам 3, причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень слоя жидкости на тарелке. Этот уровень позволяет постоянно держать края колпаков 2 погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока на следующую тарелку лишь избыток поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под давлением паров снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет того, что пар проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь соприкосновения пара и жидкости очень высока.

Конструкции тарелок разнообразны. Применяют сетчатые, решетчатые, каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные тарелки. Конструкцию тарелок выбирают исходя из конкретных технологических требований (степень четкости разделения фракций, требование к интенсивности работы, необходимость изменения внутренней конструкции колонны, частота профилактических и ремонтных работ и др.)

В некоторых процессах переработки нефти (например переработка с попутным отделением воды (паров), переработка с предварительным отделением тяжелейших фракций нефти) применяют роторные колонны 1 (рис. 8) с высокой производительностью. Тарелки такой колонны представляют собой конические щитки с углом наклона 40°, с чередованием тарелок закрепленных к стенкам колонны — 2 и тарелок закрепленных к центральному вращающемуся валу — 3. Таким образом вращающиеся тарелки чередуются с неподвижными. Вращение тарелок происходит от привода — 4 со скоростью 240 об/мин. Флегма спускается сверху— 5 по неподвижной тарелке и у центра переливается на нижележащую вращающуюся тарелку. Под влиянием центробежной силы флегма перемещается по вращающейся тарелке вверх до ее периферии и в виде сплошной кольцевой пленки переходит на стенки корпуса колонны и дальше — на низлежащую тарелку. Далее процесс повторяется. Пары движутся сквозь флегму противотоком. К тому же большое количество флегмы постоянно находится во взвешенном состоянии, что приводит к высокой испаряемости самой флегмы. Расстояние между тарелками всего 8 – 10 мм, что позволяет строить очень компактную колонну с высоким (свыше 85%) КПД. В колонну вводится подогретое сырье, необходимая температура которого поддерживается нагревателем — 6. Указанная конструкция очень удобна в использовании, практически не требует ремонта и профилактических работ, долговечна и не столь чувствительна к изменениям температур и давления исходных компонентов.

В промышленности наиболее часто применяются сложные установки ректификационных колонн, комбинирующих разные виды колонн и разные типы их подключения. Это позволяет корректировать технологический процесс для разных условий переработки нефти и получения необходимых дистиллятов.

В зависимости от направления переработки нефти в процессе ректификации могут участвовать разные установки ректификационных колонн. Достигается это сменой потоков сырья и промежуточных продуктов, что требует высокой магистральности сообщений коллон и установок и возможности компактного и ресурсосберегающего перенаправления потоков.

Http://nestudent. ru/show. php? id=57041

Добавить комментарий