О важности газа и нефти в современном мире сказано немало слов. Между тем активно использоваться они стали относительно недавно, но довольно быстро им были найдены сотни способов применения. Например, топливо - продукт переработки нефти, а газ очень популярен в быту. Но это не единственные сферы их использования.
История использования газа и нефти
Сегодня сложно представить, как люди раньше обходились без современного топлива и многих видов оборудования. Между тем нефть, которая была известна еще в древности и дала человечеству значительную часть этого разнообразия материалов, активно стала использоваться сравнительно недавно - во второй половине XIX века. Первым ее назначением стало освещение. Но неочищенная нефть горела довольно тускло и сильно коптила, так что люди стали искать методы ее перегонки - в результате удалось получить масло, которое подходило для ламп лучше. Так что продукты переработки нефти возглавил керосин, буквально перевернувший всю индустрию освещения. Лампы на его основе были проще в использовании и уходе и экономичнее масляных, так что неудивительно, что вскоре они заняли весь рынок. Так началась эпоха развития нефтепереработки.
Для получения керосина в большом количестве начали строить специальные заводы, однако перегонка давала много побочных продуктов - бензин, мазут и т. д. От них избавлялись, не находя им должного применения. Но позднее стало ясно, что нефть может использоваться и как топливо, особенно актуально это стало после изобретения двигателя внутреннего сгорания. Поиск новых применений черному золоту толкал промышленность вперед, открывая все новые перспективы.
Природный газ тоже стал известен человеку очень давно. Его выходы на поверхность использовались людьми, например в качестве маяков, если они располагались вблизи моря, а в Китае - для освещения, обогрева и выварки соли. В современности он долгое время считался бесполезной примесью, мешающей при добыче нефти, а потому сжигался. И широкое применение он получил лишь в середине XX века.
Процесс переработки нефти
Сразу после начала активного применения черное золото обрабатывалось достаточно примитивными методами. Использовался обычный перегонный аппарат, в котором сырье доводилось до кипения, а затем конденсировалось, разделяясь на фракции. Современный процесс намного более совершенен. Нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) - это целые комплексы дорогостоящего и сложного оборудования.
Все происходит в 4 основных этапа:
Подготовка заключается в дополнительном удалении воды и солей из сырой нефти, добытой в скважине. Далее субстанция нагревается, чтобы при определенных температурах разные фракции испарились и конденсировались отдельно. Некоторые из них после этого отправляются на продажу, а другие проходят следующие этапы. В современных НПЗ обработка происходит на уровнях вплоть до молекулярных, чтобы увеличить выход более дорогостоящих продуктов и снизить - дешевых. Этот процесс называется конверсией или крекингом. По сравнению с европейскими и американскими технологиями, в России обработка довольно несовершенна, на выходе получается много мазута и мало бензина, что довольно неэффективно с экономической точки зрения.
Впрочем, стоит поговорить про продукты переработки нефти поподробнее. Их гораздо больше, чем было упомянуто, и каждый из них по-своему ценен.
Основные продукты
Некоторые вещества более востребованы, чем другие, и целью постройки большого количества НПЗ по всему миру являются именно они. Основные продукты переработки нефти и газа на данный момент таковы:
- бензин;
- дизельное топливо;
- нафта (лигроин или нефтяной спирт);
- мазут.
Все это так или иначе используется в качестве топлива или имело такое применение ранее. Соотношение этих веществ может быть разным в зависимости от применяемых методов. Но все они входят в продукты первичной переработки нефти, поскольку получаются при простой перегонке. В дальнейшем они могут быть дополнительно очищены и подготовлены к непосредственному использованию. Но и есть и другие вещества, получаемые из нефти.
Побочные и остальные продукты
Поскольку нефть - это сложный комплекс веществ, а современные технологии - это не просто перегонка, на выходе получается большее разнообразие. Дальнейшая обработка фракций позволяет выделить большое количество субстанций, знакомых людям в быту. К ним относятся такие продукты переработки нефти, как:
- асфальт;
- битум;
- парафины;
- ароматические углеводороды;
- сырье для нефтехимии;
- керосин;
- растворители;
- нефтяной кокс;
- смазочные и горючие масла;
- сжиженный нефтяной газ.
В результате глубокой обработки практически не остается отходов. В дальнейшем все эти вещества также могут пройти очистку и подготовку, для этого применяется огромное количество технологий, таких как гидролиз, пиролиз, риформинг, изомеризация, вакуумная дистилляция, гидрокрекинг и т. д.
Значение углеводородов
На данный момент нефть и газ являются важными ресурсами, за обладание которыми до сих пор борются государства. Несмотря на довольно активное использование альтернативных источников получения энергии, сравнимых с ними по эффективности, пожалуй, просто нет. Неудивительно, что люди так держатся за это сырье и продукты переработки. Нефти и газа на планете пока много, но активная добыча дает основания полагать, что запасы иссякнут в течение XXI века, и тогда человечество ожидает глобальный энергетический кризис. Все-таки не зря эта дурнопахнущая и не слишком привлекательно выглядящая субстанция была названа черным золотом.
Применение
Благодаря развитию обработки этого ценного сырья появился целый раздел химии - нефтехимия. Эта область заведует поиском не только более эффективных методов переработки, но и новых способов использования полученного. Различные виды пластика, окружающего современного человека, горючее, асфальт, которым покрыты дороги, смазочные материалы - все это продукты переработки нефти. А еще вещества, используемые в химических реакциях, полимеры, волокна, из которых получается ткань, высокоэффективные моющие вещества и многое другое. Так можно ли обойтись без всего этого?
На сегодняшний день основным природным источником углеводородов является нефть. Первые нефтеперерабатывающие заводы строили именно в местах добычи, однако техническая модернизация средств перевозки стала причиной отделения нефтепереработки от нефтедобычи. Центры переработки нефти все чаще строятся вдали от мест добычи, в регионах массового потребления нефтепродуктов или вдоль нефтепроводов.
Процесс переработки нефти
Переработка нефти происходит в три главных этапа:
- на первом этапе нефтяное сырье разделяют на фракции, которые отличаются интервалами температур кипения (первичная переработка)
- далее осуществляется переработка полученных фракций при помощи химических превращений находящихся в них углеводородов с образованием компонентов товарных нефтепродуктов (вторичная переработка)
- на последнем этапе происходит смешивание компонентов с добавлением, если это необходимо, разных присадок, с образованием товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества (товарное производство).
На нефтеперерабатывающих заводах производят моторные и котельные топлива, сжиженные газы, разные типы сырья для нефтехимических комбинатов, а также смазочные, гидравлические и прочие масла, битумы, нефтяные коксы, парафины. Исходя из того, какая применяется технология переработки нефти, на НПЗ производят от 5 до 40 позиций товарных нефтепродуктов. Нефтепереработка является непрерывным процессом, период деятельности производств между капитальными ремонтами в нынешних условиях достигает около 3-х лет.
Первичная переработка нефти
Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции. На территории России главные объёмы перерабатываемой сырой нефти привозятся на НПЗ от добывающих компаний по магистральным нефтепроводам. Незначительные объемы нефти привозятся по железной дороге. В странах-импортёрах нефти, которые обладают выходом к морю, поставка на припортовые НПЗ производится по воде.
В сырой нефти содержатся соли, которые вызывают быструю коррозию технологической аппаратуры. Чтобы удалить соли нефть смешивают с водой, в которой эти соли растворяются. Далее нефть подается на ЭЛОУ - электрообессоливащий аппарат. Процедура обессоливания ведется в электродегидраторах. В условиях тока высокого напряжения (свыше 25 кВ), смесь воды и нефти (эмульсия) разрушается, вследствие чего вода скапливается внизу аппарата и выводится. Все это происходит при температуре от 100 до 120°С. Нефть, из которой удалены соли, с ЭЛОУ подается на аппарат атмосферно-вакуумной перегонки, который на российских НПЗ называют АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатка. Процесс АВТ разделен на два блока - атмосферную и вакуумную перегонку.
Задача атмосферной перегонки заключается в отборе светлых нефтяных фракций - бензиновой, керосиновой и дизельной, которые выкипают до 360°С. Объем их потенциального выхода достигает 45-60% на нефть. Остатком атмосферной перегонки является мазут. Нагретая в печи нефть разделяется на отдельные фракции в ректификационной колонне, внутри которой находятся контактные приспособления (тарелки). Сквозь эти тарелки пары поднимаются вверх, а жидкость стекает вниз. Вследствие такого процесса вверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, а пары керосиновой и дизельных фракций превращаются в конденсат в других частях колонны и выводятся, а мазут не меняет своего состояния и в жидком виде откачивается с низа колонны.
Задачей вакуумной перегонки является отбор от мазута масляных дистиллятов на НПЗ топливно-масляного профиля, а также широкой масляной фракции (вакуумного газойля) на НПЗ топливного профиля. По окончанию вакуумной перегонки остается гудрон. Масляные фракции нужно отбирать под вакуумом потому, что при температуре около 400°С углеводороды подвергаются термическому разложению (крекингу), а окончание кипения вакуумного газойля составляет 520°С. По этой причине перегонка проводится в условиях остаточного давления 40-60 мм рт. ст., вследствие чего снижается максимальная температура в аппарате до 360-380°С.
В получаемой на атмосферном блоке бензиновой фракции содержатся газы (главным образом пропан и бутан) в объёме, который превышает требования по качеству, и не может быть использован ни в качестве компонента автомобильного бензина, ни в качестве товарного прямогонного бензина. Помимо этого, нефтепереработка, направленная на увеличение октанового числа бензина и изготовления ароматических углеводородов предполагает использование в качестве сырья узкие бензиновые фракции. Следовательно, необходимо включать в процесс переработки нефти отгон от бензиновой фракции сжиженных газов. Продукты первичной переработки нефти необходимо охладить в теплообменниках, где они отдают тепло подводимому на переработку холодному сырью, в результате чего экономится технологическое топливо. Высокотехнологичные аппараты первичной переработки чаще всего являются комбинированными и могут осуществлять вышеперечисленные процессы в разной конфигурации. Мощность подобных аппаратов достигает от 3 до 6 млн. тонн по сырой нефти ежегодно.
Вторичная переработка нефти
Вторичные способы переработки нефти включают такие процедуры, которые направлены на увеличение количества производимых моторных топлив. В ходе таких процессов осуществляется химическая модификация молекул углеводородов, находящихся в составе нефти, чаще всего, с их преобразованием в более удобные для окисления формы.
Все вторичные процессы делятся на три категории:
- углубляющие: разные виды крекинга, висбрекинг, замедленное коксование, создание битумов и прочие
- облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация
- прочие, к примеру, производство масел, МТБЭ, алкилирование, производство ароматических углеводородов.
Крекинг
Существуют такие виды крекинга:
- термический
- каталитический
- гидрокрекинг.
Автомобильные бензины имеют в своем составе углеводороды с 4-12 атомами углерода, в дизельном топливе содержатся углеводороды с 12-25 атомами, а в масле - с 25-70 атомами. При увеличении числа атомов растет и масса молекул. Посредством крекинга происходит расщепление тяжелых молекул на более легкие и их превращение в легко кипящие углеводороды. При этом образуются бензиновые, керосиновые и дизельные фракции.
В термическом крекинге выделяют:
- парофазный крекинг, при котором нефть нагревают до 520-550°С и давлении 2-6 атм. На сегодняшний день этот метод является устаревшим и не используется, потому что характеризуется низкой производительности и большим содержанием (до 40%) непредельных углеводородов в конечном продукте
- жидкофазный крекинг осуществляется при температура 480-500°С и давлении 20-50 атм. Возрастает уровень производительности, уменьшается объем (25-30%) непредельных углеводородов. Бензиновые фракции, полученные термическим крекингом, применяют как компонент товарных автомобильных бензинов. Топлива после такого процесса имеют низкую химическую стабильность, которую можно улучшить при помощи введения в топливо особых антиокислительных добавок.
Каталитический крекинг является более совершенным технологическим процессом. Во время этого процесса происходит расщепление тяжелых молекул углеводородов нефти в условиях температуры 430-530°С и давления, которое близко к атмосферному в присутствии катализаторов. Задача катализатора - направить процесс и способствовать изомерации предельных углеводородов, а также реакции превращения из непредельных в предельные. Бензин, полученный таким образом, отличается высокой детонационной стойкостью и химической стабильностью.
Кроме этого используется подвид каталитического крекинга - гидрокрекинг. В ходе данного процесса тяжелое сырье разлагается при помощи водорода при температуре 420-500°С и давлении 200 атм. Реакция возможна только в особом реакторе в присутствии катализаторов (окиси W, Mo, Pt). Результатом гидрокрекинга является топливо для турбореактивных силовых агрегатов.
В процессе каталитического риформинга происходит ароматизация бензиновых фракций вследствие каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Помимо ароматизации молекулы парафиновых углеводородов подвергаются изомерации, самые тяжелые углеводороды расщепляются на более мелкие.
Продукты переработки нефти
Всем известно, что нефть - это ценнейшее сырье является для производства топлива для различных средств передвижения, к примеру, бензин и дизельное топливо для автомобилей, авиационный керосин для реактивных двигателей самолетов. Топливо - это главный продукт переработки нефти. Однако одним топливом переработка нефти не заканчивается. Сегодня из нефти производят огромное количество других полезных компонентов, применяемых в совершенно неожиданных вещах. Подобные продукты переработки нефти мы используем в нашей повседневной жизни, но не подозреваем об их происхождении.
Самым востребованным на сегодняшний день можно назвать полиэтилен или пластик. Миллионами тонн полиэтиленовый пластик расходуется для создания пластиковых мешков, пищевых контейнеров и прочих товаров массового использования.
Наверно все люди когда-либо использовали вазелин. Его изобрел английский химик Роберт Чезбро, который был крайне любопытен и наблюдателен, вследствие чего сумел разглядеть полезные качества этого вещества в остатках переработки нефти еще в конце 19 века. Сегодня вазелин применяется в медицине, в косметологии и даже как пищевая добавка.
Косметикой и в частности губной помадой женщины пользуются не одно тысячелетие. Раньше губная помада содержала различные вредные компоненты. Однако сегодня она обладает рядом полезных качеств, а в ее состав входят углеводороды: жидкий и твердый парафин, церезин.
Еще одним популярнейшим продуктом, в составе которого присутствуют углеводороды, является жевательная резинка. В ее основе лежат не только природные компоненты, но и полиэтиленовые и парафиновые смолы. Вследствие того, что жвачка состоит из полученных нефтепереработкой полимеров, она разлагается крайне долго. По этой причине не нужно бросать жвачку на улице, так как она будет лежать в земле много много лет.
Пожалуй, самый уникальный материал, получаемый из нефти - это нейлон. Современную жизнь сложно представить без нейлоновых колготок. Нейлон - очень крепкий и легкий материал. Одними колготками его использование не заканчивается. Из него изготавливают средства для мытья посуды и парашюты. Изобрели этот полимер в 1935 году специалисты компании DuPont.
Методы переработки нефти делятся на первичные и вторичные. Рассмотрим первичные методы при поступлении нефти на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ).
Предварительная подготовка нефти
Ректификация
Предварительно подготовленная сырая нефть разделяется на группы углеводородов (фракции) при помощи процессов первичной переработки — атмосферной перегонки и вакуумной дистилляции.
Сам процесс переработки представляет собой испарение сырой нефти и отгон полученных фракций за счёт разности температур закипания. Такой процесс называется прямой перегонки или ректификацией.
Атмосферная перегонка — происходит в ректификационной колонне при атмосферном давлении. В результате которой получают бензиновую, керосиновую, дизельную фракции и мазут.
Вакуумная дистилляция — разделение мазута, оставшегося от атмосферной перегонки, до гудрона с получением либо широкой дистиллятной фракции (топливный вариант), либо узких масляных фракций (маслянный вариант).
Таким образом, результатом первичной переработки нефти являются нефтепродукты и полупродукты для дальнейшей переработки вторичными методами с улучшением их товарного качества.
Процессы вторичной переработки нефти
Методы вторичной переработки нефти можно разделить на термические и каталитические.
Методы, используемые для вторичной переработки нефти можно разделить на термические и каталитические процессы.
Висбрекинг
Висбрекинг – процесс выработки из гудрона и подобных ему остаточных продуктов нефтепереработки котельного топлива с улучшенными эксплуатационными свойствами, характеризующимися пониженными уровнем вязкости и показателем температуры застывания.
При термическом крекинге происходит выработка дополнительного объема светлого сырья, также при использовании этого процесса обработки возможно получение нефтепродуктов, используемых на оборудовании, применяемом для производства электродного кокса и сырья, на основе которого получают технический углерод. Объем получаемого светлого нефтепродукта при этом достаточно низок и требует дальнейшей обработки.
Сырье для переработки путем риформинга – прямогонный бензин с октановым числом 80-85 единиц. Данный метод нефтепереработки позволяет вывести 78-82% конечного продукта. Вместе с тем, получаемый таким способом базовый бензин содержит достаточно высокий процент ароматических углеводородов (50-65%), в том числе до 7% бензола, что в значительной степени увеличивает уровень образования нагара и способствует увеличению уровня выбросов в атмосферу канцерогенных веществ, а также содержит недостаточное количество легких фракций.
Для получения бензина, соответствующего утвержденным стандартам, используют легкие изопарафины, которые выводят из парафинов нормального строения с помощью каталитической изомеризации в водородсодержащей среде.
В виде компонента товарного бензина на нефтеперерабатывающих заводах в процессе выработки сырья риформинга остается наиболее легкая часть прямого бензина, так называемая головка. При этом для основной доли перерабатываемой нефти характерно наличие головной фракции с низким октановым числом. Повышение октанового числа легкой фракции на 15-20 единиц возможно путем ее изомеризации, что позволяет использовать ее в качестве компонента товарного бензина.
Гидрокрекинг
Гидрокрекингом называют процесс переработки мазута, вакуумного газойля или деасфальтизата под давлением водорода, предназначенный для получения любых видов светлых нефтепродуктов, в том числе автомобильного бензина, дизельного топлива, сжиженных газов и других видов светлых нефтепродуктов. Вид конечного продукта зависит от настроек и объема используемого водорода.
Кстати, прочтите эту статью тоже: ЭЛОУ: варианты схем и типы электродегидраторов
Гидрокрекинг применяют и для выработки легкокипящих углеводородов. В этом случаем сырьевым материалом выступают среднедистиллятные фракции и тяжелый бензин.
С помощью процесса гидрокрекинга возможна выработка только продуктов разложения, реакции уплотнения при этом методе обработки нефтепродукта подавляются из-за воздействия водорода.
Предприятия, специализирующиеся на производстве топливно-масляной продукции, получают дистиллятные фракции посредством выделения из фракций вакуумного газойля, остаточные масляные фракции – из диасфальтизата гудрона. Обычно при производстве масел используют экстракционные процессы. При этом условия, необходимые для успешного протекания процессов переработки, различны, что обусловлено различием химического состава конечного продукта, получаемого из нефтей разного происхождения.
Для нормального функционирования сегодня нефтеперерабатывающие заводы должны отвечать следующим требованиям:
— иметь возможность производства достаточного объема конечного продукта, чтобы полностью покрывать потребности региона;
— производить продукцию, отвечающую современным высоким стандартам качества;
— стремиться к налаживанию безостановочного процесса нефтепереработки;
— осуществлять комплексное производство продукции нефтегазовой отрасли;
— удерживать высокий уровень конкурентоспособности;
— отвечать всем нормам технологической и экологической безопасности производства.
ВАМ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:
Нефтеперерабатывающие заводы России
Перевод баррелей нефти в тонны и обратно
Объем переработки сырой нефти в 2018 г на российских НПЗ останется на уровне 280 млн т.
На Краснодарском НПЗ в 2017 г глубина переработки нефти выросла на 4,2%, до 74,1%
Переработка нефти осуществляется физическими и химическими способами: физический – прямая перегонка; химический – термический крекинг; каталитический крекинг; гидрокрекинг; каталитический риформинг; пиролиз. Разберем эти способы переработки нефти в отдельности.
Переработка нефти прямой перегонкой
В нефтях содержатся углеводороды с различным числом атомов в молекуле (от 2 до 17). Такое разнообразие углеводородов приводит к тому, что нефть не имеет какой-либо постоянной температуры кипения и при нагревании выкипает в широких температурных пределах. Из большинства нефтей при слабом нагревании до 30…40°С начинают испаряться и выкипать наиболее легкие углеводороды. При дальнейшем нагревании до более высоких температур из нефти выкипают все более тяжелые углеводороды. Эти пары можно отвести и охладить (сконденсировать) и выделить часть нефти (фракцию нефти), выкипающую в определенных температурных пределах. И в этом поможет !
Знаете ли Вы, что нефть используется человечеством уже более 6000 лет?
Процесс разделения углеводородов нефти по температурам их кипения называется прямой перегонкой . На современных заводах процесс прямой перегонки нефти осуществляют на установках непрерывного действия. Нефть под давлением подают насосами в трубчатую печь, где ее нагревают до 330…350°С. Горячая нефть вместе с парами попадает в среднюю часть ректификационной колонны, где она вследствие снижения давления дополнительно испаряется и испарившиеся углеводороды отделяются от жидкой части нефти – мазута. Пары углеводородов устремляются вверх по колонне, а жидкий остаток стекает вниз. В ректификационной колонне по пути движения паров устанавливают тарелки, на которых конденсируется часть паров углеводородов. Более тяжелые углеводороды конденсируются на первых тарелках, легкие успевают подняться вверх по колонне, а самые в смеси с газами проходят всю колонну, не конденсируясь, и отводятся сверху колонны в виде паров. Так углеводороды разделяются на фракции в зависимости от температуры их кипения.
С верха колонны и с верхних тарелок отводят легкие бензиновые фракции (дистилляты) нефти. Такие фракции с пределами кипения от 30 до 180…205°С после очистки являются составной частью многих товарных автомобильных бензинов. Ниже отбирают керосиновый дистиллят, который после очистки используют в качестве топлива для реактивных авиационных двигателей. Еще ниже отводят газойлевый дистиллят, который после очистки идет в качестве топлива для дизельных двигателей.
Так добывают нефть
Мазут, оставшийся после прямой перегонки нефти, в зависимости от его состава используют или непосредственно в виде топлива (топочный мазут) или в качестве сырья на установки крекинга, или подвергают дальнейшему разделению на масляные фракции в вакуумной ректификационной колонне. В последнем случае, мазут снова нагревают в трубчатой печи до 420…430°С и подают в ректификационную колонну, работающую под разрежением (остаточное давление 50…100 мм рт. ст.). Температура кипения углеводородов при понижении давления снижается, что позволяет испарить без разложения тяжелые углеводороды, содержащиеся в мазуте. При вакуумной перегонке мазута в верхней части колонны отбирают соляровый дистиллят, который служат сырьем для каталитического крекинга. Ниже отбирают масляные фракции:
- веретенная;
- машинная;
- автоловая;
- цилиндровая.
Все эти фракции после соответствующей очистки идут на приготовление товарных масел. Из нижней части колонны отбирают неиспарившуюся часть мазута – полугудрон или гудрон. Из этих остатков путем глубокой очистки делают высоковязкие, т.н. остаточные масла.
Долгое время прямая перегонка нефти была единственным способом переработки нефти, но с ростом потребности в бензине ее эффективности (20…25% выхода бензина) стало не хватать. В 1875г. был предложен процесс разложения тяжелых углеводородов нефти при высоких температурах. В промышленности этот процесс был назван крекингом , что означает расщепление, раскалывание.
Термический крекинг
В состав автомобильных бензинов входят углеводороды с 4…12 атомами углерода, 12…25 – диз. топливо, 25…70 – масло. В соответствии с увеличением числа атомов увеличивается молекулярная масса. Переработка нефти методом крекинга расщепляет тяжелые молекулы на более легкие и превращает их в легко кипящие углеводороды с образованием бензиновых, керосиновых и дизельных фракций.
В 1900 году в России добывалось больше половины от общемировых объемов добычи нефти.
Термический крекинг разделяют на парофазный и жидкофазный:
- парофазный крекинг – нефть нагревают до 520…550°С при давлении 2…6 атм. Сейчас он не применяется по причине низкой производительности и большого содержания (40%) непредельных углеводородов в конечном продукте, которые легко окисляются и образуют смолы;
- жидкофазный крекинг – температура нагрева нефти 480…500°С при давлении 20…50 атм. Увеличивается производительность, снижается количество (25…30%) непредельных углеводородов. Бензиновые фракции термического крекинга используются в качестве компонента товарных автомобильных бензинов. Для топлив термического крекинга характерна низкая химическая стабильность, которую улучшают путем введения в топлива специальных антиокислительных добавок. Выход бензина 70% – из нефти, 30% – из мазута.
Каталитический крекинг
Переработка нефти каталитическим крекингом – более совершенный технологический процесс. При каталитическом крекинге имеет место расщепление тяжелых молекул углеводородов нефти при температуре 430…530°С при давлении близком к атмосферному в присутствии катализаторов. Катализатор направляет процесс и способствует изомерации предельных углеводородов и превращению из непредельных в предельные. Бензин каталитического крекинга имеет высокую детонационную стойкость и химическую стабильность. Выход бензина до 78% из нефти и качество значительно выше, чем при термическом крекинге. В качестве катализаторов применяют алюмосиликаты, содержащие окиси Si и Al, катализаторы, содержащие окиси меди, марганца, Со, Ni, и платиновый катализатор.
Гидрокрекинг
Переработка нефти – это разновидность каталитического крекинга. Процесс разложения тяжелого сырья происходит в присутствии водорода при температуре 420…500°С и давлении 200 атм. Процесс происходит в специальном реакторе с добавлением катализаторов (окиси W, Mo, Pt). В результате гидрокрекинга получают топливо для турбореактивных двигателей.
Каталитический риформинг
Переработка нефти каталитическим риформингом заключается в ароматизации бензиновых фракций в результате каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Кроме ароматизации молекулы парафиновых углеводородов могут подвергаться изомерации, наиболее тяжелые углеводороды могут расщепляться на более мелкие.
Нефть оказывает наибольшее влияние на цену топлива
В качестве сырья для переработки используются бензиновые фракции прямой перегонки нефти пары которых при температуре 540°С и давлении 30 атм. в присутствии водорода пропускают через реакционную камеру, заполненную катализатором (двуокись молибдена и окись алюминия). В результате получают бензин с содержанием ароматических углеводородов 40…50%. При изменении технологического процесса кол-во ароматических углеводородов можно увеличить до 80%. Присутствие водорода увеличивает срок службы катализатора.
Пиролиз
Переработка нефти пиролизом – это термическое разложение углеводородов нефти в специальных аппаратах или газогенераторах при температуре 650 °С. Применяется для получения ароматических углеводородов и газа. В качестве сырья можно применять как нефть так и мазут, но наибольший выход ароматических углеводородов наблюдается при пиролизе легких фракций нефти. Выход: 50% газа, 45% смолы, 5% сажи. Из смолы получают ароматические углеводороды путем ректификации.
Вот мы и разобрали, как осуществляется . Ниже можно посмотреть небольшое видео о том, как поднять октановое число бензина и получать смесевые топлива,
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,
Сырье для нефтехимического производства,
Смазочное, гидравлическое и прочее масло,
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 о С имеют небольшое октановое число, поэтому направляется на установку изомеризации для повышения октанового числа.
Фракция 85-120 о С - это сырье каталитического риформинга для получения бензола и толуола, компонентов высокооктанового бензина.
Фракции 85-120 и 120-180 о С - сырье каталитического риформинга для получения компонентов высокооктанового бензина, и компонента реактивного топлива.
Фракция 180-230 о С - компонент реактивного и дизельного топлива.
Фракции 230-280 о С и 280-350 о С - это фракции летнего и зимнего дизельного топлива. Цетановое число объединенной фракции 240 - 350 о С = 55 . Температура застывания -12 о С. Депарафинизация фракции 230 - 350 о С позволяет получить зимнее дизтопливо.
Фракция 350-500 о С - вакуумный газойль - сырье процессов каталитического крекинга и гидрокрекинга для получения высокооктанового бензина.
Фракция, выкипающая при температурах выше 500 о С - 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.
.jpg)
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 (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.
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.
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 о С) 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.
Фотографии установок первичной переработки различной конфигурации
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 () - 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.
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 () 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 используются наливные эстакады.
По магистральным нефтепродуктопроводам () Транснефтепродукта,
Речными и морскими судами.
