Термические процессы переработки нефти: Термические процессы переработки нефти: вторичная переработка, деструктивная переработка нефти, методы переработки нефти, каталитические процессы в нефтепереработке

Процесс переработки нефти можно разделить на 3 основных технологических процесса:

Процесс переработки нефти можно разделить на 3 основных технологических процесса:

1. Первичная переработка — Разделение нефтяного сырья на фракции различных интервалов температур кипения;

2. Вторичная переработка — Переработка фракций первичной переработки путем химического превращения содержащихся в них углеводородов и выработка компонентов товарных нефтепродуктов;

3. Товарное производство — Смешение компонентов с использованием различных присадок, с получением товарных н/продуктов с заданными показателями качества.

Номенклатура продукции нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) может включать до 40 позиций, в тч:

— моторное топливо,

— котельное топливо,

— сжиженные газы,

— сырье для нефтехимического производства,

— смазочное, гидравлическое и прочее масло,

— битум,

— нефтяной кокс,

— прочие н/продукты.

Номенклатура н/продуктов, получаемых на конкретных НПЗ, зависит от состава и свойств поставляемой сырой нефти и потребностей в н/продуктах.

Характеристики фракций:

Газы, растворенные в нефти в количестве 1,9 % масс на нефть, и полученные при первичной перегонке нефти, состоят в основном из пропана и бутана. Это — сырье газофракционирующих установок и топливо (бытовой сжиженный газ).

Фракции нк -62 и 62-85^оС имеют небольшое октановое число, поэтому направляется на установку изомеризации для повышения октанового числа.

Фракция 85-120 ^оС — это сырье каталитического риформинга для получения бензола и толуола, компонентов высокооктанового бензина.

Фракции 85-120 и 120-180 ^оС — сырье каталитического риформинга для получения компонентов высокооктанового бензина, и компонента реактивного топлива.

Фракция 180-230 ^оС — компонент реактивного и дизельного топлива.

Фракции 230-280 ^оС и 280-350 ^оС — это фракции летнего и зимнего дизельного топлива. Цетановое число объединенной фракции 240 — 350 ^оС = 55 . Температура застывания -12 ^оС. Депарафинизация фракции 230 — 350 ^оС позволяет получить зимнее дизтопливо.

Фракция 350-500 ^оС — вакуумный газойль — сырье процессов каталитического крекинга и гидрокрекинга для получения высокооктанового бензина.

Фракция, выкипающая при температурах выше 500 ^оС — гудрон — используется как сырье установок термического крекинга, висбрекинга, коксования, производства битума.

Нефтепереработка — непрерывный технологический процесс, остановка которого предусмотрена только для проведения планово — предупредительного ремонта (ППР), ориентировочно каждые 3 года.

Одна из основных задач модернизации НПЗ, проводимой компаниями, — это увеличение межремонтного периода, который, к примеру, у Московского НПЗ составляет около 4,5 лет.

Основная техническая единица НПЗ — технологическая установка, комплекс оборудования которой позволяет выполнить все операции основных технологических процессов переработки.

Основные операции

1. Поставка и прием нефти.

Основные пути доставки сырья на НПЗ:

— магистральные нефтепроводы (МНП) — основной для РФ вариант доставки сырой нефти,

— по железной дороге с использованием вагонов — цистерн,

— нефтеналивными танкерами для прибрежных НПЗ

Нефть поступает на заводской нефтетерминал (рис 1) в нефтяные резервуары (обычно, типа Шухова), который связан нефтепроводами со всеми технологическими установками завода.

Учет принятой на нефтетерминал нефти производится по приборам или путем замеров в нефтяных резервуарах.

2. Первичная переработка

2.1. Подготовка нефти к переработке (электрообессоливание).

Обессоливание служит для уменьшения коррозии технологического оборудования от сырой нефти.

Поступающую из нефтерезервуаров сырую нефть смешивают с водой для растворения солей и отправляют на ЭЛОУ — электрообессоливающую установку.

Электродегидраторы — цилиндрические аппараты со смонтированными внутри электродами — это основное оборудование ЭЛОУ.

Здесь под воздействием тока высокого напряжения (25 кВ и более), эмульсия (смесь воды и нефти) разрушается, вода собирается в низу аппарата и откачивается.

Для более эффективного разрушения эмульсии, в сырье вводятся специальные вещества — деэмульгаторы.

Температура процесса обессоливания — 100-120°С.

2.2.Перегонка нефти

Обессоленая и обезвоженная нефть с ЭЛОУ поступает на установку атмосферно-вакуумной перегонки нефти (АВТ — атмосферно-вакуумная трубчатка).

Нагрев нефти перед разделением на фракции производится в змеевиках трубчатых печей за счет тепла сжигания топлива и тепла дымовых газов.

В последнее время актуальность приобрела задача перевода печей с жидкого на газообразное топливо, что повышает эффективность техпроцесса и существенно улучшает экологию..

АВТ разделена на 2 блока — атмосферной и вакуумной перегонки.

2.2.1. Атмосферная перегонка

Атмосферная перегонка обеспечивает отбор светлых нефтяных фракций — бензиновой, керосиновой и дизельных, выкипающих при температуре до 360°С, выход которых может составлять 45-60% на нефть.

Нагретая в печи нефть разделяются на отдельные фракции в ректификационной колонне — цилиндрическом вертикальном аппарате, внутри которого расположены контактные устройства (тарелки), через которые пары движутся вверх, а жидкость — вниз.

Различные по размеру и конфигурации ректификационные колонны используются на всех установках нефтеперерабатывающего производства, количество тарелок в них меняется в интервале 20 — 60.

Тепло подводится в нижнюю часть колонны и отводится с верхней части колонны, поэтому температура в колонне постепенно снижается от низа к верху.

В результате сверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, пары керосиновой и дизельных фракций конденсируются в соответствующих частях колонны и выводятся, а жидкий мазут — остаток атмосферной перегонки , откачивается с низа колонны.

2.2.2. Вакуумная перегонка

Вакуумная перегонка обеспечивает отбор масляных дистиллятов или широкой масляной фракции (вакуумного газойля) от мазута.

На НПЗ топливно-масляного профиля — отбор масляных дистиллятов, на НПЗ топливного профиля — вакуумного газойля.

Термическое разложение углеводородов (крекинг) начинается при при температуре более 380°С , а конец кипения вакуумного газойля — при 520°С и более.

Перегонка при близком к вакууму остаточном давлении 40-60 мм рт ст позволяет снизить максимальную температуру в аппарате до 360-380°С, что позволяет отбирать масляные фракции..

Паровые или жидкостные эжекторы — основное оборудование для создания разряжения в колонне.

Остаток вакуумной перегонки — гудрон.

2.2.3. Стабилизация и вторичная перегонка бензина

Получаемая на блоке АВТ бензиновая фракция не может быть использована по следующим причинам:

— содержит газы, в основном пропан и бутан, в превышающем требования по качеству объеме, что не позволяет использовать их как компоненты автомобильного бензина или товарного прямогонного бензина,

— процессы нефтепереработки, направленные на повышение октанового числа бензина и производства ароматических углеводородов в качестве сырья используют узкие бензиновые фракции.

Поэтому используется техпроцесс, в результате которого от бензиновой фракции отгоняются сжиженные газы, и осуществляется ее разгонка на 2-5 узких фракций на соответствующем количестве колонн.

Продукты первичной переработки нефти, собственно, как и продукты в других техпроцессах переработки, охлаждаются:

— в теплообменниках, что обеспечивает экономию технологического топлива,

— в водяных и воздушных холодильниках.

Далее продукты первичной переработки идут на очередные переделы.

Установка первичной переработки — обычно комбинированные ЭЛОУ -АВТ — 6 мощностью переработки до 6 млн т/ год нефти, в составе:

— блока ЭЛОУ, предназначенного для подготовки нефти к переработке путем удаления из нее воды и солей,

— блока АТ, предназначенного для разгонки светлых нефтепродуктов на узкие фракции,

— блока ВТ, предназначен для разгонки мазута (>350^оС) на фракции,

— блока стабилизации, предназначенного для удаления из бензина газообразных компонентов, в тч коррозийно-активного сероводорода и углеводородных газов,

— блока вторичной разгонки бензиновых фракций, предназначенного для разделения бензина на фракции.

В стандартной конфигурации установки, сырая нефть смешивается с деэмульгатором, нагревается в теплообменниках, 4^мя параллельными потоками обессоливается в 2^х ступенях горизонтальных электродегидраторов, дополнительно нагревается в теплообменниках и направляется в отбензинивающую колонну.

Тепло к нижнейчасти этой колонны подводится горячей струей, циркулирующей через печь.

Далее частично отбензиненная нефть из колонны после нагрева в печи направляется в основную колонну, где осуществляется ректификация с получением паров бензина в верхней части колонны, 3 боковых дистиллятов из отпарных колонн и мазута в нижней части колонны.

Отвод тепла в колонне осуществляется верхним испаряющим орошением и 2^мя промежуточными циркуляционными орошениями.

Смесь бензиновых фракций из колонн и направляется на стабилизацию в колонну, где сверху отбираются легкие головные фракции (жидкая головка), а снизу- стабильный бензин.

Стабильный бензин в колоннах подвергается вторичной перегонке с получением узких фракций, используемых в качестве сырья для каталитического риформинга.

Тепло к низу стабилизатора и колонн вторичной перегонки подводится циркулирующими флегмами, нагреваемыми в печи.

Мазут из основной колонны в атмосферной секции насосом подается в вакуумную печь, откуда с температурой 420 ^оС направляется в вакуумную колонну.

В нижнюю часть этой вакуумной колонны подается перегретый водяной пар.

С верха колонны водяной пар вместе с газообразными продуктами разложения поступает в поверхностные конденсаторы, откуда газы разложения отсасываются 3-ступенчатыми пароэжекторными вакуумными насосами.

Остаточное давление в колонне 50 мм рт cт.

Боковым погоном вакуумной колонны служат фракции , которые насосом через теплообменник и холодильник направляются в емкости.

В 3 сечениях вакуумной колонны организовано промежуточное циркуляционное орошение. Гудрон в низу вакуумной колонны откачивается насосом через теплообменник и холодильник в резервуары.

Аппаратура и оборудование АВТ-6 занимают площадку 265*130 м², или 3.4 га.

Инфраструктура ЭЛОУ — АВТ — 6 включает:

— подстанцию, насосную станцию для перекачки воды и компрессорную станцию,

— блок ректификационной аппаратуры,

— конденсационно-холодильная аппаратура и промежуточные емкости, установленные на 1-ярусном ж/бетонном постаменте,

— насосы технологического назначения для перекачки н/продуктов,

— многосекционные печи общей тепловой мощностью порядка 160 млн ккал*ч, используемых в качестве огневых нагревателей мазута, нефти и циркулирующей флегмы.

Продукты первичной переработки нефти

Увеличить

Фотографии установок первичной переработки различной конфигурации

Рис. 3. Установка ЭЛОУ-АВТ-6 Саратовского НПЗ. В центре — атмосферная колонна (показаны точки отбора фракций), справа — вакуумная	Рис. 4. Установки вторичной перегонки бензина и атмосферной перегонки на НПЗ «Славнефть-ЯНОС» (слева направо)

Рис. 5. Установка вакуумной перегонки мощностью 1,5 млн. тонн в год на Туркменбашинском НПЗ по проекту фирмы Uhde	Рис. 6. Установка вакуумной перегонки мощностью 1,6 млн. тонн в год на НПЗ «ЛУКОЙЛ-ПНОС». На переднем плане — трубчатая печь (жёлтого цвета)	Рис. 7. Вакуумсоздающая аппаратура фирмы Graham. Видны 3 эжектора, в которые поступают пары с верха колонны

3. Вторичная переработка нефти

Продукты первичной переработки нефти, как правило, не являются товарными н/продуктами.

Например, октановое число бензиновой фракции составляет около 65 пунктов, содержание серы в дизельной фракции может достигать 1,0% и более, тогда как норматив составляет, в зависимости от марки, 0,005% — 0,2%.

Кроме того, темные нефтяные фракции могут быть подвергнуты дальнейшей квалифицированной переработке.

Поэтому, нефтяные фракции поступают на установки вторичных процессов, которые обеспечивают улучшение качества н/продуктов и углубление переработки нефти.

Каталитический крекинг (каткрекинг) — важнейший процесс нефтепереработки, существенно влияющий на эффективность НПЗ в целом.

Сущность процесса заключается в разложении углеводородов, входящих в состав сырья (вакуумного газойля) под воздействием температуры в присутствии цеолитсодержащего алюмосиликатного катализатора.

Целевой продукт установки КК — высокооктановый компонент бензина с октановым числом 90 п и более, его выход составляет 50 — 65% в зависимости от используемого сырья, применяемой технологии и режима.

Высокое октановое число обусловлено тем, что при каткрекинге происходит также изомеризация.

В ходе процесса образуются газы, содержащие пропилен и бутилены, используемые в качестве сырья для нефтехимии и производства высокооктановых компонентов бензина, легкий газойль — компонент дизельных и печных топлив, и тяжелый газойль — сырье для производства сажи, или компонент мазутов.

Мощность современных установок в среднем 1,5 — 2,5 млн т/год, но есть и 4,0 млн т/год.

Ключевым участком установки является реакторно-регенераторный блок.

В состав блока входит печь нагрева сырья, реактор, в котором непосредственно происходят реакции крекинга, и регенератор катализатора.

Назначение регенератора — выжиг кокса, образующегося в ходе крекинга и осаждающегося на поверхности катализатора. Реактор, регенератор и узел ввода сырья связаны трубопроводами (линиями пневмотранспорта), по которым циркулирует катализатор.

Мощностей каталитического крекинга на российских НПЗ в настоящее время недостаточно, и за счет ввода новых установок решается проблема с прогнозируемым дефицитом бензина.

Сырье с температурой 500-520°С в смеси с пылевидным катализатором движется по лифт-реактору вверх в течение 2-4 секунд и подвергается крекингу.

Продукты крекинга поступают в сепаратор, расположенный сверху лифт-реактора, где завершаются химические реакции и происходит отделение катализатора, который отводится из нижней части сепаратора и самотеком поступает в регенератор, в котором при температуре 700°С осуществляется выжиг кокса.

После этого восстановленный катализатор возвращается на узел ввода сырья.

Давление в реакторно-регенераторном блоке близко к атмосферному.

Общая высота реакторно-регенераторного блока составляет 30 — 55 м, диаметры сепаратора и регенератора — 8 и 11 м соответственно для установки мощностью 2,0 млн т/год.

Продукты крекинга уходят с верха сепаратора, охлаждаются и поступают на ректификацию.

Каткрекинг может входить в состав комбинированных установок, включающих предварительную гидроочистку или легкий гидрокрекинг сырья, очистку и фракционирование газов.

В правой части — реактор, слева от него — регенератор

Гидрокрекинг — процесс, направленный на получение высококачественных керосиновых и дизельных дистиллятов, а также вакуумного газойля путем крекинга углеводородов исходного сырья в присутствии водорода.

Одновременно с крекингом происходит очистка продуктов от серы, насыщение олефинов и ароматических соединений, что обуславливает высокие эксплуатационные и экологические характеристики получаемых топлив.

Например, содержание серы в дизельном дистилляте гидрокрекинга составляет миллионные доли %.

Получаемая бензиновая фракция имеет невысокое октановое число, ее тяжелая часть может служить сырьем риформинга.

Гидрокрекинг также используется в масляном производстве для получения высококачественных основ масел, близких по эксплуатационным характеристикам к синтетическим.

Линейка сырья гидрокрекинга довольно широкая — прямогонный вакуумный газойль, газойли каталитического крекинга и коксования, побочные продукты маслоблока, мазут, гудрон.
Установки гидрокрекинга, как правило, строятся большой единичной мощности переработки — 3-4 млн т/год.

Обычно объемов водорода, получаемых на установках риформинга, недостаточно для обеспечения гидрокрекинга, поэтому на НПЗ сооружаются отдельные установки по производству водорода путем паровой конверсии углеводородных газов.

Технологические схемы принципиально схожи с установками гидроочистки — сырье, смешанное с водородосодержащим газом (ВСГ), нагревается в печи, поступает в реактор со слоем катализатора, продукты из реактора отделяются от газов и поступают на ректификацию.

Однако, реакции гидрокрекинга протекают с выделением тепла, поэтому технологической схемой предусматривается ввод в зону реакции холодного ВСГ, расходом которого регулируется температура. Гидрокрекинг — один из самых опасных процессов нефтепереработки, при выходе температурного режима из-под контроля, происходит резкий рост температуры, приводящий к взрыву реакторного блока.

Аппаратурное оформление и технологический режим установок гидрокрекинга различаются в зависимости от задач, обусловленных технологической схемой конкретного НПЗ, и используемого сырья.

Например, для получения малосернистого вакуумного газойля и относительно небольшого количества светлых (легкий гидрокрекинг), процесс ведется при давлении до 80 атм на одном реакторе при температуре около 350°С.

Для максимального выхода светлых (до 90%, в том числе до 20% бензиновой фракции на сырье) процесс осуществляется на 2^х реакторах.

При этом, продукты после 1^го реактора поступают в ректификационную колонну, где отгоняются полученные в результате химических реакций светлые, а остаток поступает во 2^й реактор, где повторно подвергается гидрокрекингу.

В данном случае, при гидрокрекинге вакуумного газойля давление составляет около 180 атм, а при гидрокрекинге мазута и гудрона — более 300.

Температура процесса, соответственно, варьируется в интервале 380 — 450°С и выше.

В России технология гидрокрекинга внедрена в 2000^х гг на НПЗ в Перми, Ярославле и Уфе, на ряде заводов установки гидроочистки реконструированы под процесс легкого гидрокрекинга.

Совместное строительство установок гидрокрекинга и каталитического крекинга в рамках комплексов глубокой переработки нефти представляется наиболее эффективным для производства высокооктановых бензинов и высококачественных средних дистиллятов.

4. Товарное производство

В ходе вышеуказанных технологических процессов вырабатываются только компоненты моторных, авиационных и котельных топлив с различными показателями качества.

Например, октановое число прямогонного бензина составляет около 65, риформата — 95-100, бензина коксования — 60.

Другие показатели качества (например, фракционный состав, содержание серы) у компонентов также различаются.

Для получения товарных н/продуктов организуется смешение полученных компонентов в соответствующих емкостях НПЗ в соотношениях, которые обеспечивают нормируемые показатели качества.

Расчет рецептуры смешения (компаундирования) компонентов осуществляется при помощи модулей математических моделей, используемых для планирования производства по НПЗ в целом.

Исходными данными для моделирования являются прогнозные остатки сырья, компонентов и товарной продукции, план реализации н/продуктов в разрезе ассортимента, плановый объем поставок нефти. Таким образом возможно рассчитать наиболее эффективные соотношения между компонентами при смешении.

Зачастую на заводах используются устоявшиеся рецептуры смешения, которые корректируются при изменении технологической схемы.

Компоненты н/продуктов в заданном соотношении закачиваются в емкость для смешения, куда также могут подаваться присадки.

Полученные товарные н/продукты проходят контроль качества и откачиваются в резервуары товарно-сырьевой базы, откуда отгружаются потребителю.

5. Доставка нефтепродуктов

— перевозка ж/д транспортом — основной способ доставки н/продуктов в России. Для погрузки в вагоны-цистерны используются наливные эстакады.

— по магистральным нефтепродуктопроводам (МНПП) Транснефтепродукта,

— речными и морскими судами.

Типы и назначение термических процессов

Раздел 2. Вторичная переработка нефти

Термические процессы переработки нефти

Типы и назначение термических процессов

Под термическими процессами подразумевают процессы химических превращений нефтяного сырья — совокупности реакций крекинга (распада) и уплотнения, осуществляемые термически, то есть без применения катализаторов. Основные параметры термических процессов, влияющих на ассортимент, материальный баланс и качество получаемых продуктов — качество сырья, давление, температура и продолжительность термолиза (термин, применяемый к термическим процессам по аналогии с катализом в каталитических процессах).

В современной нефтепереработке применяются следующие типы термических процессов:

1. Термический крекинг — процесс переработки высококипящего дистиллятного или остаточного сырья при повышенном давлении (2 — 4 МПа) и температуре 500 — 540 ⁰С, с получением газа и жидких продуктов.

С начала возникновения и до середины XX в. Основным назначением этого процесса было получение из тяжёлых нефтяных остатков дополнительного количества бензинов, обладающих, по сравнению с прямогонными, повышенной детонационной стойкостью (60 — 65 пунктов по ОЧММ — октановое число по моторному методу), но низкой химической стабильностью. В связи с внедрением и развитием более эффективных каталитических процессов, таких как каталитический крекинг, каталитический риформинг, алкилирование и др., процесс термического крекинга остаточного сырья как бензинопроизводящий ныне утратил своё промышленное значение. В настоящее время термический крекинг применяется, преимущественно, как процесс термоподготовки дистиллятных видов сырья для установок коксования и производства термогазойля. Применительно к тяжёлым нефтяным остаткам промышленное значение в современной нефтепереработке имеет лишь разновидность этого процесса, висбрекинг — процесс лёгкого крекинга с ограниченной глубиной термолиза, проводимый при пониженных давлениях (1,5 — 3 МПа) и температуре с целевым назначением снижения вязкости котельного топлива.

2. Коксование — длительный процесс термолиза тяжёлых остатков или ароматизированных высококипящих дистиллятов при невысоком давлении и температурах 470 — 540 ⁰С. Основное целевое назначение коксования – производство нефтяных коксов различных марок, в качестве побочных продуктов при коксовании получают малоценный газ, бензины низкого качества и газойли.

3. Пиролиз — высокотемпературный (750 — 800 ⁰С) термолиз газообразного, лёгкого или среднедистиллятного углеводородного сырья, проводимый при низком давлении и исключительно малой продолжительности. Основным целевым назначением пиролиза является производство олефин — содержащих газов. В качестве побочного продукта при пиролизе получают высокоароматизированные жидкости широкого фракционного состава с большим содержанием непредельных углеводородов.

4. Процесс получения технического углерода (сажи) — высокотемпературный (свыше 1200 ⁰С) термолиз тяжёлого высокоароматизированного дистиллятного сырья, проводимый при низком давлении и малой продолжительности. Этот процесс можно рассматривать как жёсткий пиролиз, направленный не на получение олефинсодержащих газов, а на производство твёрдого высокодисперсного углерода — продукта глубокого термического разложения углеводородного сырья по существу на составляющие элементы.

5. Процесс получения нефтяных пеков (пекование) — новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза (карбонизации) тяжёлого дистиллятного или остаточного сырья, проводимый при пониженном давлении, умеренной температуре (360 — 420 ⁰С) и длительной продолжительности. Помимо целевого продукта — пека — в процессе получают газы и керосиногазойлевые фракции.

6. Процесс получения нефтяных битумов — среднетемпературный продолжительный процесс окислительной дегидроконденсации (карбонизации) тяжёлых нефтяных остатков (гудронов, асфальтитов деасфальтизации), проводимый при атмосферном давлении и температуре 250 — 300 ⁰С.

В качестве сырья термодеструктивных процессов нефтепереработки, кроме пиролиза, используются остатки прямой перегонки (мазуты, полу — гудроны, гудроны), термического крекинга, пиролиза (смолы), деасфальтизации (деасфальтизат или асфальтит) и высококипящие ароматизированные концентраты и газойли, получаемые на основе дистиллятных продуктов (экстракты масляного производства, тяжёлые газойли каталитического крекинга, коксования, дистиллятные крекинг — остатки и др.).

Термический крекинг

Процесс термического крекинга тяжёлых нефтяных остатков в последние годы в мировой нефтепереработке практически утратил своё «бензинопроизводящее» значение. В настоящее время этот процесс получил новое назначение — термоподготовка дистиллятных видов сырья для установок коксования и производства термогазойля — сырья для последующего получения технического углерода (сажи).

В качестве сырья установки термического крекинга дистиллятного сырья (ТКДС) предпочтительно используются ароматизированные высококипящщие дистилляты: тяжёлые газойли каталитического крекинга, тяжёлая смола пиролиза и экстракты селективной очистки масел.

При ТКДС за счёт преимущества протекания реакций дегидроконденсации аренов, образующихся при крекинге парафино-нафтеновых углеводородов, а также содержащихся в исходном сырье, происходит дальнейшая ароматизация сырья.

Основными целевыми продуктами ТКДС являются термогазойль (фракция 200 — 480 ⁰С) и дистиллятный крекинг — остаток — сырьё установок замедленного коксованная — с целью получения высококачественного кокса, например, игольчатой структуры. В процессе получают также газ и бензиновую фракцию.

Технологическая схема

Установка состоит из следующих секций: реакторное отделение, включающее печи крекинга тяжёлого П1 и лёгкого П2 сырья и выносную реакционную колонну К1; отделение разделения продуктов крекинга, которое включает испарители высокого давления К2 и низкого К4 давления для отделения крекинг — остатка, комбинированную ректификационную колонну высокого давления К3, вакуумную колонну К5 для отбора вакуумного термогазойля и тяжёлого крекинг — остатка и газосепараторов С1 и С2 для отделения газа от нестабильного бензина.

Исходное сырьё после нагрева в теплообменниках поступает в нижнюю секцию колонны К3. Она разделена на 2 секции полу-глухой тарелкой, которая позволяет перейти в верхнюю секцию только парам. Продукты конденсации паров крекинга в верхней секции накапливаются в аккумуляторе (кармане) внутри колонны. Потоки тяжёлого и лёгкого сырья, отбираемые соответственно с низа и из аккумулятора К3, подаются в змеевики трубчатых печей П1 и П2, где нагреваются до температуры соответственно 500 и 550 ⁰С и далее поступают для углубления крекинга в выносную реакционную камеру К1. Продукты крекинга затем направляются в испаритель высокого давления К2. Крекинг — остаток и термогазойль через редукционный клапан поступают в испаритель низкого давления К4, а газы и пары бензино — керосиновых фракций — в колонну К3.

Уходящие с верха, К3 и К4 газы и пары бензиновой фракции охлаждаются в конденсаторе — холодильнике и поступают в газосепараторы С1 и С2. Затем газы направляются на разделение на ГФУ, а балансовое количество бензинов — на стабилизацию.

Крекинг — остаток, выводимый с низа К4, подвергается вакуумной разгонке в колонне К5 на вакуумный термогазойль и вакуумный дистиллятный крекинг — остаток.

I — сырье; II — бензин на стабилизацию; Ш — тяжелый бензин из К-4; IV-вакуумный отгон; V- термогазойль; VI — крекинг-остаток; VII -газы на ГФУ; VIII — газы и водяной пар к вакуум — системе; IX — водяной пар.

Рисунок 1 — Принципиальная технологическая схема установки термического крекинга дистиллятного сырья

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

Методы переработки нефти — Нефтехимия

Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ). 

Химический состав нефти
Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N, содержание этих элементов колеблется в диапазонах 82–87% (С), 11–15% (H), 0,01–6% (S), 0–2% (O) и 0,01–3% (N).
Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа.
Метан Ch5 – простейший углеводород, одновременно является основным компонентом природного газа.

Все углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды.
Парафиновые углеводороды (общей формулы Cnh3n + 2) относительно стабильны и неспособны к химическим взаимодействиям.
Соответствующие олефины (Cnh3n) и ацетилены (Cnh3n – 2) обладают высокой химической активностью: минеральные кислоты, хлор и кислород реагируют с ними и разрывают двойные и тройные связи между атомами углерода и переводят их в простые одинарные; возможно, благодаря их высокой реакционной способности такие углеводороды отсутствуют в природной нефти.
Соединения с двойными и тройными связями образуются в крекинг-процессе при удалении водорода из парафиновых углеводородов во время деструкции последних при высоких температурах.

Циклопарафины составляют важную часть нефти. Они имеют то же относительное количество атомов углерода и водорода, что и олефины. Циклопарафины (называемые также нафтенами) менее реакционноспособны, чем олефины, но более, чем парафины с открытой углеродной цепью. Часто они представляют собой главную составную часть низкокипящих дистиллятов (бензин, керосин и лигроин), полученных из сырой нефти.

Ароматические углеводороды имеют циклическое строение; циклы состоят из шести атомов углерода, соединенных попеременно одинарной и двойной связью.
В легких нефтепродуктах из дистиллятов каменноугольного дегтя ароматические углеводороды присутствуют в больших количествах, чем в первичных и крекинг-дистиллятах нефти. Они входят в состав бензина. Они могут быть получены дегидрированием циклогексанов нефти с использованием катализаторов и высоких температур. Ароматические углеводороды нежелательны с точки зрения экологии.

Сернистые соединения. Наряду с углеводородами нефти содержат органические соединения серы, кислорода и азота. Сернистые соединения имеют характер либо открытых, либо замкнутых цепей. Примером первых являются алкил-сульфиды и меркаптаны.
Многие сернистые соединения нефти представляют собой производные тиофена – гетероциклического соединения, молекула которого построена как бензольное кольцо, где две CH-группы заменены на атом серы. Большая часть сернистых соединений сосредоточена в тяжелых фракциях нефти, соответствующих гидрированным тиофенам и тиофанам. Сера существенно ухудшает качество нефти и ухудшает экологию. Сернистые соединения обычно имеют резкий неприятный запах и часто коррозионноактивны как в природном виде, так и в виде продуктов горения. Существует много технологий сероочистки.

Кислородные соединения. Некоторые имеющиеся в нефти кислородные соединения относятся к нафтеновым кислотам. Соединения этого типа встречаются довольно часто, и содержание их в некоторой нефти России достигает более 1%. Медьсодержащие нафтены используются как консерванты дерева, а кобальт -, марганец — и свинецсодержащие – как отвердители красок и лаков.
Фенолы (производные ароматических углеводородов, в которых присутствует гидроксильная группа ОН), обычно являются продуктом крекинг-процессов, поскольку большей частью обнаруживаются в крекинг-дистиллятах и лишь частично в первичных дистиллятах. Промышленное производство креозолов (производных ароматических углеводородов, в которых присутствуют как гидроксильная, так и метильная группы), из крекинг-дистиллятов нефти экономически выгодно, даже несмотря на их низкое содержание (менее 0,01%).
Азотсодержащие соединения. Содержание азота в нефти изменяется от следов до 3%. Азотсодержащие соединения в нефти представлены соединениями ряда хинолина, частично или полностью насыщенными водородом и другими органическими радикалами; эти соединения, как правило, находятся в высококипящих фракциях сырой нефти, начиная с керосина.
Неорганические соединения. Почти вся нефть содержат небольшое количество неорганических соединений, которые остаются в виде золы после сгорания нефти. Зола содержит кремнезем, алюминий, известь, оксиды железа и марганца. Используя такие методы, как экстракция растворителем, иногда выгодно получать соединения ванадия из сажи, образующейся при сгорании ванадийсодержащей нефти. Однако, как правило, использование нефтяной золы ныне весьма ограничено.
Очистка и переработка нефти
Обычная сырая нефть из скважины – это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом. На промыслах она хранится в крупных резервуарах, откуда транспортируется танкерами или по трубопроводам в резервуары перерабатывающих заводов. На многих заводах различные типы сырой нефти разделяются по их свойствам согласно результатам предварительной лабораторной переработки. Она указывает приблизительное количество бензина, керосина, смазочных масел, парафина и мазута, которое можно выработать из данной нефти. Химически нефть различна и изменяется от парафиновой, которая состоит большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновой или асфальтеновой, которая содержат в основном циклопарафиновые углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов. Парафиновая нефть по сравнению с нафтеновой или асфальтеновой содержит больше бензина и меньше серы и является главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырой нефти содержат меньше бензина, но больше серы и мазута, а также асфальта.
Сырая нефть содержит некоторое количество растворенного газа, который соответствует по составу и строению природным газам и состоит из легких парафиновых углеводородов. Жидкая фаза сырой нефти содержит сотни углеводородов и других соединений, имеющих точку кипения от 38° С до примерно 430° С, причем процентное содержание каждого из углеводородов невелико. Например, бензиновая фракция может содержать до 200 индивидуальных углеводородов, однако в типичном бензине присутствует лишь около 60 углеводородов – от метана с точкой кипения –161° С до мезитилена (ароматического углеводорода), с точкой кипения 165° С. Они включают парафины, циклопарафины и ароматические соединения, но олефины отсутствуют. Огромный труд, необходимый для анализа состава углеводородов бензинов, делает практически невозможным проведение этих исследований при обычных шаблонных определениях. Что касается соединений, кипящих при температурах выше 165° С, присутствующих в керосине и высококипящих дистиллятах и остатках, трудности идентификации отдельных компонентов возрастают из-за большого количества соединений, перекрывания их температур кипения и возрастающей тенденции высококипящих соединений к разрушению при нагревании. Поэтому все горючие нефтяные продукты подразделяются на фракции по температурным пределам их кипения и по плотности, а не по химическому составу.
Соединения, присутствующие в асфальтах и подобных им тяжелых остаточных продуктах, чрезвычайно сложны. Анализы показывают, что они представляют собой полициклические соединения.

Перегонка
Периодическая перегонка. На начальных этапах развития нефтехимической промышленности сырая нефть подвергалась так называемой периодической перегонке в вертикальном цилиндрическом перегонном аппарате. Процессы дистилляции были неэффективны, потому что отсутствовали ректификационные колонны и не получалось чистого разделения продуктов перегонки.
Трубчатые перегонные аппараты. Развитие процесса периодической перегонки привело к использованию общей ректификационной колонны, из которой с различных уровней отбирались дистилляты с разной температурой кипения. Эта система используется и сегодня. Поступающая нефть нагревается в змеевике примерно до 320° С, и разогретые продукты подаются на промежуточные уровни в ректификационной колонне. Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из которых имеет ванну с жидкостью. Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом. При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т.е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного фракционирования) возможно получение бензина наверху колонны, керосина и светлых горючих дистиллятов, точно определенных интервалов кипения на последовательно снижающихся уровнях. Обычно для того, чтобы улучшить дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны подвергают вакуумной дистилляции.

Конструкция ректификационных колонн в нефтеперерабатывающей промышленности становится произведением искусства, в котором ни одна деталь не остается без внимания. Путем очень точного контроля температуры, давления, а также потоков жидкостей и паров разработаны методы сверхтонкого фракционирования. Эти колонны достигают высоты 60 м и выше и позволяют разделять химические соединения, точка кипения которых отличается менее чем на 6° С. Они изолированы от внешних атмосферных воздействий, а все этапы дистилляции автоматически контролируются. Процессы в некоторых таких колоннах происходят в условиях высоких давлений, в других – при давлениях, близких к атмосферному; аналогично температуры изменяются от экстремально высоких до значений ниже –18° С.

Термический крекинг
Склонность к дополнительному разложению более тяжелых фракций сырой нефти при нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в использовании крекинг-процесса. Когда происходит разложение высококипящих фракций нефти, углерод-углеродные связи разрушаются, водород отрывается от молекул углеводородов и тем самым получается более широкий спектр продуктов по сравнению с составом первоначальной сырой нефти. Например, дистилляты, кипящие в интервале температур 290–400° С, в результате крекинга дают газы, бензин и тяжелые смолоподобные остаточные продукты. Крекинг-процесс позволяет увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки.
Выход кокса определяется природой перерабатываемого сырья и степенью рециклизации наиболее тяжелых фракций.
Как правило, из исходного крекируемого объема образуется примерно 15–25% лигроина и 35–50% газойля (т.е. легкого дизельного топлива) наряду с крекинг-газами и коксом. Последний используется в основном как топливо, исключая образующиеся специальные виды кокса (один из них является продуктом обжига и используется при производстве углеродных электродов). Коксование до сих пор пользуется популярностью главным образом как процесс подготовки исходного материала для каталитического крекинга.

Каталитический крекинг
Катализатор – это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.
Процесс Гудри. Исследования Э.Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936 эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса.
Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т.е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430–480° С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Целью большинства крекинг-процессов является достижение оптимального выхода бензина. При крекинге происходят распад тяжелых молекул, а также сложные процессы синтеза и перестройки структуры молекул углеводородов. Влияние разных катализаторов различно. Некоторые из них, такие, как оксиды хрома и молибден, ускоряют реакцию дегидрогенизации (отщепление водорода). Глины и специальные алюмосиликатные составы, используемые в промышленном каталитическом крекинге, способствуют ускоренному разрыву углерод-углеродных связей больше, чем отрыву водорода. Они также способствуют изомеризации линейных молекул в разветвленные. Эти составы замедляют полимеризацию (см. ниже) и образование дегтя и асфальта, так что нефти не просто деструктурируются, а обогащаются полезными компонентами.

Риформинг
Риформинг – это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина.
При термическом риформинге, как и при каталитическом крекинге, основная цель состоит в превращении низкооктановых бензиновых компонентов в более высокооктановые. Процесс обычно применяется к парафиновым фракциям прямой перегонки, кипящим в пределах 95–205° С. Более легкие фракции редко подходят для таких превращений.
Существуют два основных вида риформинга – термический и каталитический. В первом соответствующие фракции первичной перегонки нефти превращаются в высокооктановый бензин только под воздействием высокой температуры; во втором преобразование исходного продукта происходит при одновременном воздействии, как высокой температуры, так и катализаторов. Более старый и менее эффективный термический риформинг используется кое-где до сих пор, но в развитых странах почти все установки термического риформинга заменены на установки каталитического риформинга.
Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти весь риформинг осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминийоксидный или алюмосиликатный носитель.
Большинство установок риформинга – это установки с неподвижным слоем. (Процесс каталитического риформинга, в котором используется стационарный катализатор, называется платформингом.) Но под действием давления около 50 атм (при получении бензина с умеренным октановым числом) активность платинового катализатора сохраняется примерно в течение месяца. Установки, в которых используется один реактор, приходится останавливать на несколько суток для регенерации катализатора. В других установках используется несколько реакторов с одним добавочным, где проводится необходимая регенерация. Жизнь платинового катализатора сокращается при наличии серы, азота, свинца и других «ядов». Там, где эти компоненты представляют проблему, обычно до входа в реактор проводят предварительную обработку смеси водородом (т.н. гидроочистка, когда до подачи в реактор нефтяных погонов – бензинов прямой перегонки – их пропускают через водородсодержащие газы, которые связывают вредные компоненты и снижают их содержание до допустимых пределов). Некоторые реакторы с неподвижным слоем заменяются на реакторы с непрерывной регенерацией катализатора. В этих условиях катализатор перемещается через реактор и непрерывно регенерируется.
Реакции, в результате которых при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:
1) дегидрирование нафтенов и их превращение в соответствующие ароматические соединения;
2) превращение линейных парафиновых углеводородов в их разветвленные изомеры;
3) гидрокрекинг тяжелых парафиновых углеводородов в легкие высокооктановые фракции;
4) образование ароматических углеводородов из тяжелых парафиновых путем отщепления водорода.
Большинство богатых водородом газов, выделяющихся в этих установках, используются при гидрокрекинге и т.п.

Другие процессы производства бензина
Кроме крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным в промышленных масштабах, был процесс полимеризации, который позволил получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в крекинг-газах.

Полимеризация. Полимеризация пропилена – олефина, содержащего три атома углерода, и бутилена – олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт, который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число от 80 до 82. Нефтеперерабатывающие заводы, использующие процессы полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих олефины с тремя и четырьмя атомами углерода.

Алкилирование. В этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют под действием катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число, близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.
Все процессы алкилирования для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов либо серной, либо фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.

Изомеризация. Другой важный путь получения высокооктанового сырья для добавления в моторное топливо – это процесс изомеризации с использованием хлорида алюминия и других подобных катализаторов.
Изомеризация используется для повышения октанового числа природного бензина и нафтенов с прямолинейными цепями. Улучшение антидетонационных свойств происходит в результате превращения нормальных пентана и гексана в изопентан и изогексан. Процессы изомеризации приобретают важное значение, особенно в тех странах, где каталитический крекинг с целью повышения выхода бензина проводится в относительно незначительных объемах. При дополнительном этилировании, т.е. введении тетраэтилсвинца, изомеры имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых соединений, загрязняющих природную среду).

Гидрокрекинг
Ранние работы по получению жидкого топлива из углей путем гидрирования под высоким давлением (процесс Бергуса) проводились главным образом в Германии с использованием весьма сильных катализаторов, таких, как оксиды молибдена, которые либо нечувствительны к присутствию серы, либо в значительной степени сохраняют свою активность после прошедшей сульфатизации. Для этого были необходимы следующие параметры: давление до 280 атм, температура около 450° С и катализатор.
Давления, используемые в современных процессах гидрокрекинга, составляют от примерно 70 атм для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более чем 175 атм, когда происходят полное коксование и с высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции. Катализаторами в этих процессах служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.
Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации.
Необходимость уменьшения загрязнения воздуха в промышленных районах обусловливает значительное увеличение использования процессов гидрирования для десульфатизации дистиллятов и остаточных топлив. Процессы гидрокрекинга, предназначенные главным образом для удаления серы при невысоких требованиях к выходу продукции, известны как «гидроочистка».
Газообразные легкие фракции, прежде всего, проходят через вакуумную установку для сжижения, затем полученный на этой стадии газойль проходит десульфуризацию гидроочисткой, прежде чем вновь смешивается с некоторыми вакуумными остатками и другими низкосернистыми легкими фракциями сырой нефти.

Очистка легких продуктов
Гидроочистка в настоящее время – наиболее распространенный метод гидрогенизации олефинов и повышения качества легких продуктов за счет удаления серы и других примесей. По экономическим причинам, а также из-за проблем, связанных с примесями воздуха и воды, применяются и другие методы, например использование сульфида свинца в качестве катализатора в регенеративных растворителях и предварительное рафинирование с применением высоковольтных электропечей для лучшего отделения очищающего реагента от получаемого продукта.

Масла и смазки
Нефтяная промышленность поставляет масла и смазки, различающиеся по вязкости от жидких, почти как вода, до консистенции патоки. Как и в случае с другими нефтяными фракциями и продуктами, появились новые методы их производства – экстракция и деасфальтизация растворителями и др.

Экстракция растворителями. К промышленным растворителям относятся хлорекс, фурфурол (побочный продукт переработки овсяной шелухи), нитробензол, фенолы, метилэтилкетоны и пр. Экстракция растворителями осуществляется обычно в режиме противотока (поток масел идет в одном направлении, а растворителя – в противоположном), что позволяет проводить выборочное растворение и более глубокую очистку. При еще более избирательной процедуре колонна наполняется пористой средой (выполненной, например, в виде перфорированных пластин).

Сжиженный пропан. Эффективность обработки смазочных масел повышается при использовании сжиженного пропана под давлением. Этот парафиновый углеводород (точка кипения –42° С) практически не оказывает растворяющего действия на асфальты и очень слабо растворяет твердые парафины при низких температурах. Тем не менее, регулируя и подбирая температуру и соотношения растворитель/масла, можно успешно удалять асфальт и твердые парафины.
Депарафинизация растворителями. Депарафинизация растворителями – важный этап производства смазочных масел. Депарафинизация неочищенных или очистка смазочных масел дает разнообразные продукты – от светлых веретенных масел до тяжелых вакуумных смазок и товарных парафинов. Наиболее широко используются для депарафинизации смеси метилэтилкетона и толуола или бензола и ацетона.

Крекинг-газ
Вторичные газообразные продукты получаются из нефти в результате различных процессов крекинга. Тяжелые фракции при крекинге дают бензин, а бензиновые фракции умеренно крекируются с увеличением октанового числа. Газы, получающиеся при этих процессах, могут составлять 2–10% (масс.) от крекируемой нефти; они заметно отличаются от природных нефтяных газов. Главная их особенность – наличие олефинов, которые полностью отсутствуют в природных газах. В газах высокотемпературного крекинга может содержаться 50% олефинов, включая этилен, пропилен и бутилены. Как правило, олефины составляют более 10–25%. Крекинг-газы обычно содержат также небольшое количество водорода. Температура крекинга 540° С или выше при невысоком давлении благоприятна для образования этилена, а более умеренные температуры 455–480° С и высокое давление – для образования меньшего количества этилена и пропорционально большего количества пропилена и бутиленов.

Бензин
Бензин – самый важный продукт переработки нефти; из сырой нефти производится до 50% бензина. Эта величина включает природный бензин, бензин крекинг-процесса, продукты полимеризации, сжиженные нефтяные газы и все продукты, используемые в качестве промышленных моторных топлив. Каждому процессу переработки нефти предъявляются требования по количеству и качеству производимого бензина.
Состав. Промышленный бензин представляет собой смесь углеводородов в интервале точки кипения 30–200° C. Некоторые бутаны, кипящие при температуре ниже 38° С, имеет высокое давление паров. Углеводороды в бензине включают многие изопарафины, а также ароматические углеводороды и нафтены, а в бензинах, полученных при крекинге, содержится от 15 до 25% олефинов. Октановое число углеводородов снижается в следующем порядке: изопарафины > ароматические > олефины > нафтены > н-парафины. Имеются различия между компонентами каждой из этих групп, зависящие от структуры молекул и точки кипения. Различные компоненты дают свой вклад в октановое число бензиновых смесей.
Крекинг-бензины содержат значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах законодательно ограничивается, поскольку они содержат заметное количество олефинов, а именно олефины являются одной из главных причин образования фотохимического смога.
Классификация бензинов. Бензины классифицируются по разным основаниям, включая интервалы температур кипения, октановое число, содержание серы.
Интервалы температур кипения. Большинство бензинов кипит в интервале 30–200° С. 50%-ная точка, т.е. температура, при которой кипит половина компонентов смеси и которая определяет состав смеси во время прогрева двигателя, а частично и при разгоне транспортного средства, располагается в пределах 98–104° С. Высокое содержание низкокипящих компонентов, таких, как бутаны и пентаны, обусловливает исключительно высокое давление паров и в теплое время является причиной образования паровых пробок, когда газовые пузырьки препятствуют течению топлива по узким трубам двигателей и тепловых установок. В то же время недостаток низкокипящих компонентов служит причиной трудностей запуска двигателя зимой. 90%-ная точка кипения бензина определяет время прогрева двигателя и эффективность использования топлива.
Октановое число. Октановое число – наиболее важная характеристика бензина. Оно обычно определяется в одноцилиндровой стационарной установке, снабженной различными приборами для регистрации склонности к детонации. Нормальный гептан (семь атомов углерода в линейной цепи) детонирует очень легко; для него принято нулевое октановое число. Изооктан (восемь атомов углерода в разветвленной цепи) не детонирует до тех пор, пока не будут достигнуты экстремальные условия давления, температуры и нагрузки; для него произвольно установлено октановое число 100. При испытании бензина с неизвестными детонационными свойствами его сравнивают со смесью гептана и изооктана, имеющей такую же способность к детонации, как и испытуемый бензин; октановое число бензина – это процентное содержание изооктана в такой смеси. Октановое число, определенное таким образом, не всегда соответствует характеристике в многоцилиндровом двигателе в дорожных условиях при изменяющихся скоростях, нагрузках и ускорениях.
В нефтяной промышленности используются два метода, делающие это сравнение более реальным, – моторный метод и исследовательский метод. Октановое число определяется как среднее из двух таких определений.
Присадки. Практически все бензины содержат различные присадки, в том числе ингибиторы смолообразования и небольшое количество красителя. Законодательством многих промышленно развитых стран существенно снижен допустимый уровень соединений свинца в бензине (этилированный бензин, т.е. содержащий добавки тетраэтилсвинца, повышающие октановое число бензина, составляет менее 20% от всего бензина, вырабатываемого в США).

Керосин
Керосин – это легчайшее и наиболее летучее жидкое топочное топливо. Первоначально керосин использовался только для освещения, теперь он употребляется как топливо в пекарнях, отопительных и нагревательных приборах, оборудовании ферм, а также как компонент моторного топлива. Хороший керосин должен иметь особый цвет (приблизительно 250–300 мм по шкале Штаммера для нефтепродуктов), достаточную вязкость для устойчивой и равномерной пропитки фитиля, должен гореть ясным высоким пламенем без копоти или отложения твердых углистых осадков на фитиле, копоти в дымоходах и на ламповом стекле. Безопасность керосина при использовании в осветительных лампах определяется стандартным тестом на вспышку. Керосин медленно нагревают в небольшой стеклянной или металлической чашке и к поверхности периодически прикасаются пламенем до тех пор, пока не появится небольшой дымок, соответствующий точке воспламенения.

Другие продукты
Дизельное топливо. Промежуточные нефтяные дистилляты, кипящие при температурах выше, чем керосин, но ниже, чем смазочные масла, представляют собой горючее для средне- и высокоскоростных дизельных двигателей.
Цетановое число. Дизельные топлива оцениваются их цетановым числом – это реальное измерение легкости воспламенения под действием температуры и давления, а не способности горения. При этом топливо сравнивается со смесью цетана – парафинового углеводорода с 16-ю атомами углерода, который легко воспламеняется под давлением, и a-метилнафталина, который не возгорается. Процент цетана в смеси, показывающий ту же воспламеняемость, что и дизельное топливо в стандартных условиях испытания, называется цетановым числом. Парафиновые топлива более подходят для дизельных двигателей, поскольку они легко воспламеняются под давлением без дополнительной искры зажигания. Однако в связи с возрастающей потребностью в дистиллятах прямой перегонки для других целей, кроме получения дизельного топлива, увеличивается использование тяжелых дистиллятов с более низким цетановым числом, получаемых при каталитическом крекинге. Повышение надежности воспламенения низкокачественных дизельных топлив, улучшение воспламеняемости, более известное как увеличение цетанового числа, достигается добавлением специальных масел. Они включают такие компоненты, как органические оксиды и пероксиды. Небольшие добавки амилнитрата удовлетворительно улучшают качество топлив.

Реактивное топливо. 
Реактивное нефтяное топливо может быть керосиновым либо нафтеновым. Состоит главным образом из бензина прямой перегонки или керосина в топливе керосинового типа либо топливе №1 нафтенового типа.

Топливо для отопления зданий. 
Использование легких дистиллятов в качестве бытового топлива постоянно возрастает, так как они удобнее и чище по сравнению, например, с углем. Конкуренцию им составляют природный газ и электричество

.

Мазут. Большинство промышленных котельных и тепловых электростанций используют в качестве топлив черные вязкие остаточные продукты переработки нефти – топочный мазут. В большинстве случаев это продукты крекинга, хотя имеются и продукты прямой перегонки.

Парафиновые воски являются главным средством для защиты оборудования от действия воды. Все они имеют водяно-белый цвет и температуру плавления в пределах 50–95° С. Микрокристаллические воски используются как изоляция в самых разнообразных отраслях, таких, как электротехническая промышленность и промышленность средств связи, а также при печати, гравировке и т.д. Вазелин, состоящий из тяжелых нефтяных остатков и парафиновых восков, производится фильтрованием цилиндровых дистиллятов и применяется в технике (в качестве антикоррозионной смазки и др.) и медицине (главным образом для изготовления мазей).

Химические продукты из нефти
Получение нефтепродуктов путем фракционирования.
Нефтяная промышленность – это главный производитель химикатов. Ее первые успехи в разделении индивидуальных углеводородов были достигнуты при фракционировании природного газа и природного бензина.
Первыми компонентами, выделенными таким путем, были метан, этан, пропан, нормальный бутан, изобутан и пентины. Соответствующим образом спроектированные ректификационные колонны дают возможность выделять из крекинг-газов небольшие фракции с узким диапазоном температур кипения, которые служат первичным сырьем для химического производства, – это углеводороды, имеющие от одного до пяти атомов углерода (как парафины, так и олефины).

Химические продукты, получаемые окислением природного газа. Большое число химикатов производится в промышленных количествах путем окисления природного газа. Они включают метиловый (древесный) спирт, этиловый (пищевой) спирт, пропиловый спирт (с тремя атомами углерода), формальдегид, ацетон, метилэтилкетон, муравьиную кислоту, уксусную кислоту. Из этих компонентов, первично содержащих кислород, производятся многие другие продукты, хорошо известные в органической химии.
Химические продукты, получаемые из олефинов. Олефины в крекинг-газах и низкокипящих фракциях нефти легко реагируют с хлором, хлороводородной кислотой, серной кислотой и другими реагентами, образуя новые исходные вещества для дальнейшей переработки и производства большого числа химических продуктов. Из этого сырья производятся фреоны, гликоли, глицерин, каучук, пластмассы, инсектициды, спирты и моющие средства.
Химические продукты, получаемые с помощью других процессов. Аммиак синтезируется из водорода, получаемого при крекинге природного газа, и азота, извлекаемого дистилляцией из сжиженного воздуха. Азотная кислота и нитрат аммония, используемые для производства удобрений и взрывчатых веществ, также получаются из аммиака.
 

Термические процессы переработки нефти — Справочник химика 21     Химическ Таблица 0 ИЙ состав газов различных термических процессов переработки нефти  [c.78]

    ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ [c.166]

    ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ [c.166]

    Еще в прошлом веке стало известно, что под действием высоких температур органические соединения нефти химически видоизменяются, распадаются и вступают в различные вторичные реакции между собой. Это позволило создать новые, так называемые термические процессы переработки нефти, позволяющие получать из нее углеводородные газы, дополнительные количества жидких нефтепродуктов, а также продукт глубокого уплотнения — нефтяной кокс, т. е. такие новые вещества, которых в исходной нефти не было. [c.166]

    Назначение процесса. Пиролиз — наиболее жесткий из термических процессов переработки нефти. Он проводится при температурах 750—900 °С и предназначается в основном для получения высокоценных олефиновых углеводородов — сырья нефтехимического синтеза. [c.204]

    В области термических процессов переработки нефти систематические исследования и разработки проводили М. Д. Тиличеев, А, В, Фрост, [c.74]

    Поданным Е. В. Смидович [121], обобщившей результаты определения тепловых эффектов основных термических процессов переработки нефти, следует, что наибольший эндотермический эффект сопровождает процессы пиролиза легких углеводородов (табл. 81). В этой же таблице представлены характерные параметры процессов термического крекинга, висбрекинга, пиролиза и коксования, позволяющие судить о диапазоне изменения режимных показателей указанных процессов. [c.182]

    Гидроочистка нефтепродуктов прямой перегонки протекает с относительно небольшим выделением тепла (12- 20 ккал/кг сырья) и в результате этого не требуется применять специальных мер для регулирования темпера -туры в реакционной зоне. В случае же гидроочистки продуктов, содержащих значительное количество непредель -ных углеводородов (продукты коксования и других термических процессов переработки нефти), количество выделяющегося тепла столь значительно, что это приводит к чрезмерному повышению температуры в реакторе и к необходимости его секционирования. [c.42]

    Виды термических процессов переработки нефти [c.183]

    В связи с этим нас также интересовала структура крупных нефтеперерабатывающих предприятий США вне зависимости от их принадлежности к той или иной компании. Поэтому для анализа были взяты 10 самых крупных заводов Америки и проанализирована структура этих предприятий. Данные по этим предприятиям приведены в табл. 49 и 50. В табл. 49 приведены характеристики установок первичной переработки и термических процессов переработки нефти, а также установок масляного производства, в табл. 50-каталитических процессов переработки нефти. [c.98]

    Углеводороды нефти относят к следующим группам парафиновые (насыщенные, алканы), нафтеновые (цикланы), ароматические (арены). Ненасыщенных углеводородных соединений, кроме цикланов и ароматических в нефтях мало, но они в больших количествах образуются при термических процессах переработки нефти. [c.22]

    По химическому составу углеводороды нефти относятся к следующим классам соединений парафиновые, нафтеновые и ароматические. Ненасыщенных углеводородных соединений в нефтях мало, но они в большом количестве образуются при термических процессах переработки нефти. [c.4]

    Крекинг — термический процесс переработки нефти или тя желых нефтепродуктов (мазута, смол) для получения легких топлив, масел и газов. [c.110]

    Как следует из табл. 7, для этих газов характерны высокое содержание метана и низкое содержание углеводородов С4, что значительно отличает их от газов других термических процессов переработки нефти. Например, в газах термического крекинга содержится в среднем около 15—17% метана и около 30—33% углеводородов С4, а в газах процесса коксования соответственно 30—33 и 13—17%. Непредельных углеводородов в газах коксования также меньше, чем в газах термического крекинга. [c.17]

    Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций связаны с расщеплением углеводородов под влиянием теплового воздействия, которое определяется температурой, давлением и продолжительностью пребывания сырья в зоне высокой температуры. В зависимости от исходного сырья и глубины разложения углеводородов термические процессы проводят при 450—720 °С и давлении до 7 МПа. К ним относятся термический крекинг, рифор-минг, пиролиз и коксование. Эти методы отличаются друг от друга [c.310]

    Поэтому на заводах США приняты технологические схемы, обеспечивающие глубокую переработку нефти, широко используется процесс каталитического крекинга, развивается процесс гидрокрекинга, значительный удельный вес имеют процессы, позволяющие получать высокооктановые бензины — каталитический риформинг, алкилирование, изомеризация широкое развитие получают процессы гидроочистки нефтепродуктов, а также сырья для каталитических процессов. Роль термических процессов переработки нефти в США непрерывно снижается [13, 14, 15]. [c.9]

    В западноевропейских странах (в первую очередь в ФРГ) расширяется строительство установок для осуществления термических процессов переработки нефти. Эта тенденция возникла в связи с необходимостью повысить выход из нефти дизельных и легких котельных топлив. Так, при сочетании процессов легкого термического крекинга тяжелого сырья (висбрекинга) и термического крекинга мазута выход средних дистиллятов увеличивается при переработке ливийской нефти на 8—10% и при переработке иранской нефти — на 7—9% за счет снижения выхода тяжелого котельного топлива на 13—17% [3]. [c.20]

    Наиболее жесткий из термических процессов переработки нефти — пиролиз нефтяного сырья. Высокотемпературный режим процесса при атмосферном давлении сырья в паровой фазе позволяет получить пиролизный газ с большим содержанием олефинов этилена, пропилена, бутилена. Значение пиролиза нефтяного сырья за последние годы возросло в результате увеличения потребности в олефиновых углеводородах для промышленности органического синтеза. Поэтому внимание отечественной науки привлечено к созданию новых методов пиролиза, позволяющих перерабатывать тяжелые нефтепродукты и сырую нефть. В настоящее время внедрены термоконтактный пиролиз, в котором используется твердый теплоноситель (шамот, кокс, кварцевый песок), и гомогенный пиролиз в токе водяного пара. [c.228]

    Пирол

Процесс переработки сырой нефти

Нажмите для расшифровки Основы переработки нефти .

PRESENTER: Для того чтобы сырая нефть эффективно использовалась современной промышленностью, ее необходимо разделить на составные части и удалить такие примеси, как сера. Наиболее распространенным методом очистки нефти является процесс фракционной перегонки. Это включает нагревание сырой нефти примерно до 350 градусов Цельсия, чтобы превратить ее в смесь газов. Они по трубам в высокий цилиндр, известный как дробная башня.Внутри башни очень длинные жидкости с углеродной цепью, такие как битум и парафин, отводятся по трубам для разрушения в другом месте. Углеводородные газы поднимаются вверх внутри башни, проходя через ряд горизонтальных лотков и перегородок, называемых пузырьковыми крышками. Температура на каждом поддоне регулируется так, чтобы она соответствовала точной температуре, при которой конкретный углеводород будет конденсироваться в жидкость. Процесс дистилляции основан на этом факте. Различные углеводороды конденсируются из газового облака, когда температура падает ниже их конкретной температуры кипения.Чем выше газ поднимается в башне, тем ниже становится температура. Точные детали различны на каждом нефтеперерабатывающем заводе и зависят от типа перерабатываемой нефти. Но при температуре около 260 градусов дизель конденсируется из газа. При температуре около 180 градусов керосин конденсируется. Бензин или бензин конденсируется при температуре около 110 градусов, а нефтяной газ отводится сверху. Дистиллированная жидкость с каждого уровня содержит смесь алканов, алкенов и ароматических углеводородов со схожими свойствами и требует дальнейшей очистки и обработки для выбора конкретных молекул.Количество фракций, первоначально произведенных на нефтеперерабатывающем заводе, не соответствует потребностям потребителей. Существует небольшая потребность в более длинноцепочечных углеводородах с высокой молекулярной массой, но существует большая потребность в тех из них с более низкой молекулярной массой, например, в бензине. Процесс, называемый крекингом, используется для производства большего количества углеводородов с более низкой молекулярной массой. Этот процесс разбивает более длинные цепочки на более мелкие. Существует много различных промышленных версий крекинга, но все они зависят от нагрева.При нагревании частицы движутся гораздо быстрее, и их быстрое движение вызывает разрыв углерод-углеродных связей. Основными формами крекинга являются термический крекинг, каталитический крекинг или крекинг с кошкой, паровой крекинг и гидрокрекинг. Поскольку они различаются по условиям реакции, продукты каждого типа проворачивания будут отличаться. Большинство производят смесь насыщенных и ненасыщенных углеводородов. Термический крекинг — самый простой и самый старый процесс. Смесь нагревают примерно до 750-900 градусов Цельсия при давлении 700 килопаскалей, то есть примерно в семь раз больше атмосферного давления.Этот процесс производит алкены, такие как этан и пропан, и оставляет тяжелый остаток. Наиболее эффективный процесс создания легких алканов называется каталитическим крекингом. Длинные углеродные связи разрушаются при нагревании примерно до 500 градусов Цельсия в бескислородной среде в присутствии цеолита. Это кристаллическое вещество, сделанное из алюминия, кремния и кислорода, действует как катализатор. Катализатор — это вещество, которое ускоряет реакцию или позволяет ей протекать при более низкой температуре, чем обычно требуется.Во время процесса катализатор, обычно в форме порошка, обрабатывается и повторно используется снова и снова. Каталитический крекинг является основным источником углеводородов с 5-10 атомами углерода в цепи. Наиболее образованными молекулами являются мелкие алканы, используемые в бензине, такие как пропан, бутан, пентан, гексан, гептан и октан, компоненты жидкого нефтяного газа. При гидрокрекинге сырая нефть нагревается при очень высоком давлении, обычно около 5000 кПа, в присутствии водорода с металлическим катализатором, таким как платина, никель или палладий.Этот процесс имеет тенденцию производить насыщенные углеводороды, такие как алканы с более короткой углеродной цепью, потому что он добавляет атом водорода к алканам и ароматическим углеводородам. Это основной источник керосинового реактивного топлива, компонентов бензина и СНГ. В одном методе, термическом паровом крекинге, углеводород разбавляют паром, а затем кратковременно нагревают в очень горячей печи, около 850 градусов по Цельсию, без кислорода. Реакция допускается только очень кратко. Легкие углеводороды распадаются на более легкие алкены, включая этан, пропан и бутан, которые полезны для производства пластмасс.Более тяжелые углеводороды распадаются на некоторые из них, но также дают продукты, богатые ароматическими углеводородами и углеводородами, подходящие для включения в бензин или дизельное топливо. Более высокая температура крекинга способствует выработке этена и бензола. В коксовой установке битум нагревается и расщепляется на бензиновые алканы и дизельное топливо, оставляя после себя кокс, сплавленную смесь углерода и золы. Кокс можно использовать в качестве бездымного топлива. Реформирование включает расщепление алканов с прямой цепью на разветвленные алканы.Алканы с разветвленной цепью в диапазоне от 6 до 10 атомов углерода являются предпочтительными в качестве автомобильного топлива. Эти алканы легко испаряются в камере сгорания двигателя, не образуя капель, и менее подвержены преждевременному воспламенению, которое влияет на работу двигателя. Меньшие углеводороды также могут быть обработаны для образования длинных молекул углеродной цепи на нефтеперерабатывающем заводе. Это делается посредством процесса каталитического риформинга. Когда тепло применяется в присутствии платинового катализатора, углеводороды с короткой углеродной цепью могут связываться с образованием ароматических соединений, используемых в производстве химикатов.Побочным продуктом реакции является газообразный водород, который можно использовать для гидрокрекинга. Углеводороды играют важную роль в современном обществе как топливо, растворители и строительные блоки из пластмасс. Сырая нефть перегоняется на основные компоненты. Углеводороды с более длинной углеродной цепью могут быть крекированы, чтобы стать более ценными, углеводороды с более короткой цепью, и молекулы с короткой цепью могут связываться с образованием полезных молекул с более длинной цепью. [ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ МУЗЫКИ]

,

Переработка сырой нефти — процесс переработки

Как сырая нефть перерабатывается в нефтепродукты

Нефтеперерабатывающие заводы превращают сырую нефть в нефтепродукты для использования в качестве топлива для транспорта, отопления, мощения дорог и выработки электроэнергии, а также в качестве сырья для производства химикатов.

Разделение

Современное разделение включает в себя трубопровод сырой нефти через горячие печи. Образующиеся жидкости и пары сбрасываются в ректификационные установки.Все нефтеперерабатывающие заводы имеют установки атмосферной дистилляции, в то время как на более сложных НПЗ могут быть установки вакуумной дистилляции.

Внутри ректификационных установок жидкости и пары разделяются на нефтяные компоненты, называемые фракциями в зависимости от их температуры кипения. Тяжелые фракции находятся внизу, а легкие фракции находятся сверху.

Легкие фракции, включая бензин и сжиженные газы нефтепереработки, испаряются и поднимаются к верхней части дистилляционной башни, где они конденсируются обратно в жидкости.

Жидкости средней массы, включая керосин и дистилляты, остаются в середине ректификационной колонны.

Более тяжелые жидкости, называемые газойлями, отделяются внизу в дистилляционной колонне, в то время как самые тяжелые фракции с самыми высокими температурами кипения оседают на дне колонны.

Преобразование

После перегонки тяжелые дистилляционные фракции с более низкой стоимостью могут быть переработаны в более легкие продукты с более высокой стоимостью, такие как бензин.Именно здесь фракции от дистилляционных блоков превращаются в потоков (промежуточные компоненты), которые в конечном итоге становятся готовыми продуктами.

Наиболее широко используемый метод конверсии называется крекинг , потому что он использует тепло, давление, катализаторы, а иногда и водород для превращения тяжелых углеводородных молекул в более легкие. Установка крекинга состоит из одного или нескольких высоких толстостенных реакторов в форме ракеты и сети печей, теплообменников и других сосудов.Комплексные нефтеперерабатывающие заводы могут иметь один или несколько типов крекеров, включая установки для каталитического крекинга в жидкости и установки гидрокрекинга / гидрокрекинга.

Крекинг — не единственная форма переработки сырой нефти. Другие процессы переработки перестраивают молекулы, чтобы повысить ценность, а не расщеплять молекулы.

Жидкостная установка для каталитического крекинга

Источник: Chevron (защищено авторским правом)

Работники нефтепереработки с видом на нефтеперерабатывающий завод

Источник: Chevron (защищено авторским правом)

Алкилирование, например, производит компоненты бензина путем объединения некоторых газообразных побочных продуктов крекинга.Процесс, который, по сути, является растрескиванием в обратном направлении, происходит в серии больших горизонтальных сосудов и высоких тощих башен.

Реформинг использует тепло, умеренное давление и катализаторы для превращения нафты, легкой фракции с относительно низкой ценностью, в высокооктановые бензиновые компоненты.

Лечение

Последние штрихи происходят во время финальной обработки. Для производства бензина специалисты нефтеперерабатывающего завода тщательно сочетают различные потоки из технологических установок.Уровень октана, номинальное давление паров и другие особые факторы определяют смесь бензина.

Хранение

Как поступающая сырая нефть, так и отходящие конечные продукты временно хранятся в больших резервуарах на нефтебазе рядом с нефтеперерабатывающим заводом. Трубопроводы, поезда и грузовики доставляют конечную продукцию из резервуаров в другие места по всей стране.

Последнее обновление: 23 сентября 2019 г.

,

Невероятный процесс превращения сырой нефти в топливо для реактивных двигателей

Нефтяная индустрия процветает как никогда. Сырая нефть является основным продуктом для большинства продуктов на Земле; Топливо, пластмассы, дороги и многое другое зависит от добычи и переработки сырой нефти. Хотя компании разрабатывают новые методы искоренения необходимости использования ископаемого топлива, большинство стран по-прежнему зависят от массовой нефтяной промышленности. Однако превращение ила в топливо, достаточное для удовлетворения потребностей человечества, требует обширной сети нефтеперерабатывающих заводов.

Большинство людей понимают сырую нефть как динозавр, добываемый из земли. Хотя гораздо менее известный факт — это замечательный процесс, который позволяет превращать сырую нефть в топливо для реактивных двигателей.

На этот раз фильмы поняли все правильно — нефтепродукты начинают свое путешествие вглубь земли в виде густой черной жидкости. Сырая нефть, сырьевая основа большинства видов топлива, содержит смесь углеводородов от керосина до бензина. Химические вещества имеют сходное сходство, хотя для того, чтобы они были полезны, их необходимо очищать.

Как работают нефтеперерабатывающие заводы

Процесс переработки сырой нефти требует нескольких основных этапов и небольшого знания химии.

Когда нефть поступает на нефтеперерабатывающие заводы, она содержит смесь топлива, которую можно добывать в ходе нескольких промышленных процессов. Почти каждый нефтеперерабатывающий завод использует серию подобных шагов для извлечения различных видов топлива, содержащихся в сырой нефти. Процесс требует дистилляции, крекинга, обработки и реформинга.

Дистилляция

Композиция сырой нефти содержит множество видов топлива, которые необходимо отделить, прежде чем продукты могут быть использованы.

Каждый углеводород в масле имеет определенную температуру кипения и молекулярную массу. Используя это свойство, конкретные типы нефти могут быть извлечены с высокой степенью точности с использованием так называемой дистилляционной колонны .

Дистилляционные колонны

Нефтеперерабатывающие заводы славятся своими массивными металлическими башнями. Хотя башни кажутся довольно простыми снаружи, они играют важную роль в процессе переработки нефти.

Основная функция башни — отделять масло на основе молекулярной структуры и состава.Как упоминалось ранее, различные типы продуктов в масле имеют разные температуры кипения. Учитывая эту особенность, инженеры разработали ректификационную колонну, которая может извлекать различные продукты в сырой нефти в зависимости от их химических свойств — в частности, от их температуры кипения.

Как это работает

Процесс начинается с транспортировки нефти в массивные нагреватели, которые вызывают испарение вещества.

Поскольку каждый продукт в масле имеет различную массу и температуру кипения, продукты могут быть превращены из газа в жидкость на разных уровнях внутри перегонной колонны.

Отделение и сбор продуктов из сырой нефти

В нижней части дистилляционной колонны масло нагревают до мягкой температуры 360 градусов Цельсия . Вверху столбец остается на гораздо более низком уровне , 100 градусов Цельсия, .

Градиент температуры является обязательным условием процесса дистилляции.

Когда пар проходит через колонку, он начинает охлаждаться, пока не выпадет обратно в жидкость, как только он охладится ниже температуры кипения.Большие перфорированные лотки охватывают колонну в стратегических точках, которые совпадают с точками осадков.

Небольшие перфорации в поддоне позволяют парам подниматься вверх, собирая жидкости, когда они осаждаются обратно в жидкость на определенном уровне. Поскольку каждый продукт в сырой нефти имеет различную температуру кипения, разные типы масла будут собираться отдельно на определенных поддонах.

Более легкие продукты, такие как пропан и бутан, поднимаются до верха колонны. Слегка более тяжелые продукты, такие как бензин, реактивное топливо и дизельное топливо, собираются и конденсируются в середине.Самые тяжелые из молекул, известные как газойли, конденсируются к нижней части дистилляционной колонны.

В самом верху колонны находится труба, которая извлекает избыточные газы и использует его в качестве топлива для питания нагревателей, которые испаряют масло, поступающее в ректификационную колонну.

Источник: Chevron Pascagoula Refinery

Максимизация прибыли при минимизации отходов

В наши дни нефтеперерабатывающие заводы испытывают как никогда большую нагрузку, чтобы гарантировать минимальное воздействие на окружающую среду.Однако сокращение остаточных продуктов от процесса дистилляции увеличивает прибыль для нефтеперерабатывающих заводов, давая стимул максимизировать их прибыль, сводя к минимуму их отходы.

Густое черное остаточное масло остается в нижней части дистилляционной колонны после того, как другие виды топлива были извлечены в процессе дистилляции. Тем не менее, остаток может быть повторно обработан через другую серию дистилляционных колонн, которые существуют при более низких давлениях, чтобы дополнительно улучшить испарение и отделение масла.Дополнительные процессы гарантируют, что нефтеперерабатывающие заводы производят минимальные отходы.

Крекинг

Для максимизации прибыли требуется максимизировать доходность ценных продуктов. Густой остаток, оставшийся после процесса дистилляции, содержит более крупные углеводородные цепи. Однако более длинные углеводороды значительно менее ценны, чем более легкие дистилляты.

Самое большое различие между продуктами заключается не в их атомном составе, а в длине их молекулярной структуры.Более тяжелые нефтепродукты имеют более длинные (но схожие) цепи с более легкими (и более ценными) топливами с короткими цепями.

Нефтеперерабатывающие заводы пытаются максимизировать прибыль, разбивая большие цепочки на более мелкие и имеющие большую ценность.

«На НПЗ в Паскагуле мы конвертируем средний дистиллят, газойль и остаточный продукт в бензин, реактивное и дизельное топливо, используя серию перерабатывающих установок, которые буквально« раскалывают »большие тяжелые молекулы в более мелкие и легкие». заявляет нефтеперерабатывающая компания Chevron.

Для расщепления более длинных цепей требуется добавление катализатора — материала, который уменьшает количество энергии, необходимой для разрыва связи, и, конечно, нагрев. Существует три процесса, которые могут разрушить молекулярную структуру нефти: флюид-каталитический крекинг (FCC), гидрокрекинг (Isomax) и коксование (или термический крекинг).

Каталитический крекинг

Каталитический крекинг расщепляет более длинные цепи путем введения катализатора и повышения температуры. Катализаторы побуждают длинные цепи изменять молекулярную структуру путем «растрескивания» цепей.Процесс идеален для производства бензина.

Источник: Chevron Pascagoula Refinery

Гидрокрекинг

Аналогичным образом процесс гидрокрекинга включает использование катализатора для расщепления длинных цепей на более мелкие. Система, однако, остается под высоким давлением и температурой, чтобы гарантировать, что меньшие секции цепей сломаны. В результате способ может производить как реактивное топливо, так и бензин.

Источник: Chevron Pascagoula Refinery

Последний метод конверсии включает использование установки замедленного коксования (Coker).Кокер перерабатывает низкозатратный остаток и превращает его в более дорогостоящий продукт. Большие коксовые барабаны содержат остатки при высоких температурах в течение длительных периодов времени. В конце концов, крупные молекулы снова «распадаются» на более мелкие цепочки. Оставшийся продукт известен как нефтяной кокс и преимущественно используется в качестве источника топлива или цементного агента.

Объединение

В то время как основная цель методов крекинга состоит в разделении молекул на более мелкие сегменты, объединение выполняет противоположную функцию.

В процессе крекинга образуются молекулы, которые легче бензина. Многие нефтеперерабатывающие заводы специализируются на производстве транспортных топлив, что делает чрезвычайно мелкие цепочки не имеющими особой ценности.

Однако существует процесс, который обращает вспять эффекты растрескивания, заставляя маленькие цепи расширяться. Чтобы произошло объединение, добавляют серу и кислотный катализатор для превращения небольших цепей в высокооктановый * бензин.

Благодаря различным процессам крекинга и комбинирования нефтеперерабатывающие заводы могут максимизировать извлечение полезного продукта и свести к минимуму количество токсичных отходов.

Высокопроизводительные транспортные средства обычно имеют высокую степень сжатия, требующую высокооктанового топлива, поэтому бензин не воспламеняется преждевременно.

* октановое число бензина описывает, сколько топлива может быть сжато, прежде чем оно самопроизвольно воспламеняется. Высокий уровень октанового числа означает, что топливо не будет легко воспламеняться при высоких давлениях. Если топливо преждевременно воспламеняется в результате сжатия, а не свечи зажигания, двигатель начнет детонировать и быстро повредится.

Обработка и удаление примесей

Хотя процесс дистилляции разделяет и собирает различные виды топлива, он не может отделять примеси, которые естественным образом накапливаются в сырой нефти.

Удаление серы, азота и других примесей требует процесса, известного как гидроочистка — более мягкий вариант гидрокрекинга. Гидроочистка удаляет загрязнения, чтобы уменьшить загрязнение воздуха при сгорании топлива.

Для извлечения нежелательных химических веществ вводятся дополнительные катализаторы для превращения серы в сероводород.Блок серы может затем извлечь элементарную серу из соединения.

Азот, который остается в топливе, превращается в аммиак с использованием другого катализатора.

После превращения азота его удаляют путем промывания водой аммиака из дистиллированного продукта. После удаления аммиак извлекается из воды в виде чистого продукта. Позже он продается или используется для производства удобрений.

СМОТРИ ТАКЖЕ: ПРОВЕРЬТЕ ЭТИ ГИГАНТСКИЕ НЕФТЯНЫЕ ПЛАТФОРМЫ МОРЕЙ

Реформирование

Чтобы автомобиль работал хорошо, топливо, на котором он работает, должно иметь высокий уровень октанового числа.Высокие уровни октана, как правило, являются хорошим показателем качества топлива.

Большая часть нефти, которая вытекает из крекинг-установок или дистилляционных колонн низкого давления, поддерживает низкий уровень октана, который не будет хорошо гореть в автомобиле.

Используя другую каталитическую систему, изготовленную из платины и рения, соединения могут быть преобразованы для повышения уровня октана путем перестройки молекулярной структуры путем расщепления связей и удаления водорода. Процесс удаляет часть водорода из молекул, позволяя топливу сжиматься больше, прежде чем топливо самопроизвольно сгорает.

Источник: Chevron Pascagoula Refinery

Наконец, после отделения поля, удаления примесей и повышения уровня октана топливо готово к отправке. Один нефтеперерабатывающий завод обычно производит широкий ассортимент продукции, предназначенной для многих областей применения.

Топливо отгружается для дальнейшей переработки в топливо, пластик и многие другие продукты.

Невероятный процесс переработки нефти позволяет компаниям превращать толстую гору динозавров (или древнюю растительную материю) в топливо, которое будет питать автомобиль, поезд или самолет.

Через НПЗ Шеврон Паскагула

Автор Maverick Baker

.

API | Процессы НПЗ

На нефтеперерабатывающих заводах работают ведущие ученые, инженеры и специалисты по безопасности в США, чтобы обеспечить эффективное и безопасное производство продукции. Американские нефтеперерабатывающие заводы перерабатывают около 17 миллионов баррелей сырой нефти в день. Конфигурации нефтеперерабатывающих заводов различаются, но американские нефтеперерабатывающие заводы, несомненно, являются одними из самых сложных в мире.

Перегонка

Подобно простому столу, в дистилляционной колонне жидкость нагревается до пара и поднимается вверх, чтобы снова перегоняться в отдельные вещества.Это начало процесса переработки. Дистилляция использует характеристику химических веществ в сырой нефти, кипящих при различных температурах, явление, которое инженеры наносят на график вдоль кривых дистилляции. В отличие от неподвижного, дистилляционная колонна содержит набор тарелок, которые позволяют нагретым парам подниматься и собираться на разных уровнях, отделяя различные жидкости, полученные из сырой нефти. Верхняя часть колонны холоднее, чем нижняя, поэтому, когда жидкости испаряются и поднимаются, они снова конденсируются, собираясь в соответствующие поддоны.Бутан и другие легкие продукты поднимаются к верхней части колонны, в то время как прямогонный бензин, нафта, керосин, дизельное топливо и тяжелый газойль собираются на поддонах, оставляя прямолинейный остаток в основании колонны. Жидкости считаются «тяжелыми» или «легкими» в зависимости от их удельного веса, который определяется на основе их веса и плотности по сравнению с весом воды.

КРЕКИНГ

Поскольку существует большая потребность в некоторых дистиллированных продуктах, таких как бензин, у нефтеперерабатывающих предприятий есть стимул превращать тяжелые жидкости в более легкие жидкости.Термин крекинг происходит от процесса разделения длинных молекул углеводородов на более мелкие и более полезные молекулы. Процесс крекинга превращает тяжелые жидкости прямого действия в бензин. Существует несколько версий процесса взлома, и переработчики широко используют этот процесс. Крекинг является строго контролируемым процессом, поэтому установки крекинга существуют отдельно от дистилляционных колонн. Наиболее распространенный тип крекинга — это «крекинг с кошками», названный по имени использования катализаторов, веществ, добавляемых в химическую реакцию для ускорения процесса.

Реформирование

Процесс реформинга был разработан для повышения как качества, так и объема бензина, произведенного на нефтеперерабатывающих заводах. Используя катализатор снова, после ряда процессов риформинга вещества превращаются в ароматические соединения и изомеры, которые имеют гораздо более высокие октановые числа, чем парафины и нафтены, полученные в других процессах нефтепереработки. Проще говоря, реформирование перестраивает углеводороды нафты, чтобы создать молекулы бензина. Процесс реформинга приводит к риформингу, который необходим для повышения октанового числа сегодняшнего более чистого горючего топлива.Интересно, что водород также получают в процессе каталитического риформинга — этот водород затем используется в других процессах очистки, таких как гидроочистка.

ЛЕЧЕНИЕ

Сырая нефть естественным образом содержит загрязняющие вещества, такие как сера, азот и тяжелые металлы, которые нежелательны в моторном топливе. Процесс обработки, прежде всего гидроочистка, удаляет эти химические вещества, связывая их с водородом, поглощая их в отдельных колонках или добавляя кислоты для их удаления.Извлеченные молекулы затем продаются в другие отрасли. Нефтеперерабатывающие заводы, которые перерабатывают кислую нефть, производят больше серы, чем заводы, которые перерабатывают сладкую нефть. После процессов обработки, смешивания и охлаждения жидкости, наконец, выглядят как топливо и продукты, с которыми вы знакомы: бензин, смазочные материалы, керосин, реактивное топливо, дизельное топливо, мазут и нефтехимическое сырье, необходимое для создания пластмасс и другие продукты, которые вы используете каждый день.

Смешивание

Последний важный этап процесса очистки — это смешивание различных потоков в готовые нефтепродукты.Различные виды моторного топлива представляют собой смеси различных потоков или «фракций», таких как риформинг, алкилат, бензин с каталитическим крекингом и т. Д. Нефтеперерабатывающие заводы смешивают соединения, полученные либо в результате их внутренних процессов рафинирования, как указано выше, либо извне, чтобы получить бензин, который соответствует спецификации для приемлемых характеристик автомобиля. Типичный нефтеперерабатывающий завод может производить до 8-15 различных потоков углеводородов, которые затем должны смешиваться с моторным топливом. Нефтеперерабатывающие заводы могут также смешивать добавки, такие как усилители октана, дезактиваторы металлов, антиоксиданты, антидетонаторы, ингибиторы ржавчины или моющие средства, в потоки углеводородов.Смешивание может происходить на нефтеперерабатывающем заводе вдоль трубопроводов и резервуаров, в которых хранится переработанное топливо, или даже в местах за пределами площадки, на судах или терминалах после того, как топливо покинуло ворота нефтеперерабатывающего завода.

Дополнительные ресурсы по процессу переработки

,