Первичная переработка

Нефть представляет собой смесь тысяч различных веществ. Полный состав нефтей даже сегодня, когда имеются в наличии самые изощренные средства анализа и контроля: хроматография, ядерно-магнитного резонанса, электронных микроскопов - далеко не все эти вещества полностью определены. Но, несмотря на то, что в состав нефти входят практически все химические элементы таблицы Д.И. Менделеева, её основа всё-таки органическая и состоит из смеси углеводородов различных групп, отличающихся друг от друга своими химическими и физическими свойствами. Независимо от сложности и состава, переработка нефти начинается с первичной перегонки. Обычно перегонку проводят в два этапа - с небольшим избыточным давлением, близким к атмосферному и под вакуумом, при этом используя для подогрева сырья трубчатые печи. Поэтому, установки первичной переработки нефти носят названия АВТ - атмосферно-вакуумные трубчатки.

Смысл процесса довольно прост. Как и все другие соединения, нефть преимущественно содержит жидкие углеводороды, которые имеют свою температуру кипения, то есть температуру, выше которой они испаряются, переходят в паровую фазу.

Перегонка осуществляется в ректификационной колонне, которая представляет собой высокий цилиндрический аппарат, перегороженный множеством ректификационных тарелок. Их конструкция такова, что поднимающиеся вверх пары углеводородов, могут частично конденсироваться, собираться на этих тарелках и по мере накопления на тарелке жидкой фазы сливаться вниз через специальные сливные устройства. В то же время парообразные продукты продолжают проходить через слой жидкости на каждой тарелке, и по мере прохождения по колонне вверх насыщаются более близкими по температурам кипения фракциями.

Температура в ректификационной колонне снижается по её высоте - от куба, до самой верхней тарелки. Для получения из нефти необходимой фракции, кипящей в заданных температурных пределах, достаточно сделать отводы из колонны на определённой высоте. Каждая фракция имеет свое конкретное назначение и в зависимости от него может быть широкой или узкой, то есть выкипать в интервале двухсот или двадцати градусов. И чем более узкие фракции необходимо получить, тем выше должны быть колонны. Чем больше в них тарелок, тем больше раз одни и те же молекулы должны, поднимаясь вверх с тарелки на тарелку контактировать друг с другом, переходя из газовой фазы в жидкую и обратно. Другими словами пройти многократную конденсацию и испарение с массообменом.

На практике перегонку (или, как говорят специалисты, разгонку), проводят в нескольких колоннах. Обычно их пять. На первой колонне выделяется легкая бензиновая фракция, во второй керосиновая и дизельные фракции. Легкая, нестабильная бензиновая фракция конденсируется в специальном холодильнике-конденсаторе и уже в жидком виде отправляется в стабилизационную колонну, откуда стабильная, широкая бензиновая фракция направляется в колонну для разделения на узкие фракции с последующим использованием их на вторичных процессах. Остатки атмосферной перегонки нефти направляют для извлечения более тяжелых масляных фракций в вакуумную колонну.

Омский НПЗ, при существующей переработке 14 млн. тонн нефти в год, способен перерабатывать до 20 млн. тонн нефти. Наличие резервных мощностей по первичной переработке, гарантирует надёжную, стабильную работу всех вторичных процессов и предприятия в целом.
5.2. ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

5.2.1. Общая характеристика нефтехимического комплекса

Нефти различных месторождений заметно отличаются по фрак­ционному составу - содержанию легких, средних и тяжелых дистиллятов. Большинство нефтей содержит 15-25% бензиновых фракций, выкипающих до 180 °С, и 45-55% фракций, перего­няющихся до 300-350 °С.

Основные химические элементы, входящие в состав нефти, -углерод (82-87%), водород (11-14%), сера (0,1-7%), азот (0,001-1,8%), кислород (0,5-1%).

Общее содержание алканов (парафины) в нефтях достигает 30-50%, циклоалканов (циклопарафины, нафтены) - от 25 до 75%. Арены (ароматические углеводороды) содержатся, как пра­вило, в меньшем количестве по сравнению с алканами и цикло-алканами (10-20%).

Соотношения между группами углеводородов придают неф-тям различные свойства и оказывают влияние на выбор метода переработки нефти и номенклатуру получаемых продуктов.

Нефть является основным источником сырья для нефтепере­рабатывающих заводов при получении моторных топлив, масел и мазута. Нефть и продукты ее переработки служат также сы­рьем для синтеза многочисленных химических продуктов: по­лимерных материалов, пластических масс, синтетических каучу-ков и волокон, спиртов, растворителей и др. В перспективе большая часть нефтепродуктов (особенно энергетических топ­лив) может быть замещена альтернативными энергоносителями, в то время как замена нефтяного сырья в качестве источника получения нефтехимических продуктов мало вероятна. Более того, доля нефти, используемой в нефтехимических произ­водствах, в ближайшие годы в мире возрастет до 8% и по про­гнозам в 2000 г. достигнет 20-25%. В связи с этим происходит интеграция нефтеперерабатывающей и нефтехимической про­мышленности и формирование нефтехимических комплексов.

Комбинирование нефтепереработки (первичная переработка, каталитический крекинг, риформинг) с нефтехимическими про­цессами (пиролиз, синтез мономеров, производство пластмасс и др.) значительно расширяет возможности выбора оптимальных схем глубокой переработки нефти, повышает гибкость произ-водственньгх систем для получения моторных топлив или неф­техимического сырья, способствует увеличению их рентабель­ности. В настоящее время имеется большое число процессов и их комбинаций, которые потенциально могут обеспечить глуби­ну переработки нефти вплоть до 100%.

5.2.2. Первичная перегонка нефти

Существуют первичные и вторичные методы переработки неф­ти. Первичными являются процессы разделения нефти на фрак­ции перегонкой, вторичные процессы - это деструктивная (химическая) переработка нефти и очистка нефтепродуктов (фракции перегонки различаются интервалом температур кипе­ния компонентов).

381

^Углеводородный газ Д.

Неконденсированные газы и водяной пар в вакуумную систему

Вакуумный газойль »        Маловязкая К  масляная /"^фракция -ft-Л-*- Средне "       вязка;

, Тяжелый r      >          JA >чбецзин Пар*^ -0-р—*

^Дёй

Пар* Легкое rXJ*

Пар-

Пар-»

вязкая

масляная фракция

Чг/диз.топливо Тяжелое диз.топливо

Пар

_1>

Вязкая масляная фракция

Мазут

ь&^£^удрон

Рис.   5.2.   Схема   установки   первичной   перегонки   нефти   (АВТ   топливно-масляная):

/ - теплообменник; 2 - трубчатая печь; 3 - холодильник, конденсатор-холодильник; 4 -атмосферная колонна; 5 - отгонная колонна; 6 - газосепаратор; 7 - вакуумная колонна

К первичной перегонке относят процессы атмосферной пере­гонки нефти и вакуумной перегонки мазута. Их назначение состоит в разделении нефти на фракции для последующей их переработки или использования как товарных продуктов. Пер­вичную перегонку осуществляют соответственно в атмосферных трубчатых (AT) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках.

На установках AT осуществляют неглубокую переработку нефти с получением бензиновых, керосиновых, дизельных фракций и мазута. Установки ВТ предназначены для углубления переработки нефти. Получаемые в них из мазута газойлевые, масляные фракции и гудрон используют в качестве сырья в процессах вторичной переработки нефти для производства сма­зочных масел, кокса, битума и других нефтепродуктов.

Принципиальная схема установки АВТ первичной перегонки нефти показана на рис. 5.2. Ниже приведен состав (в %) про­дуктов перегонки западносибирской нефти на установке АВТ-6 (мощность по перерабатываемому сырью 6 млн т/год):

Газ..................................................... 1,1

Фракции, °С.

до 62                                           4,1

62-85                                            2,4

85-120                                       4,5

120-140                                    3,0

140-180                                    6

180-240                                    9,5

240-350                                    19,0

350-460.................................. 21,0

Гудрон........................................... 28,4

Потери............................................ 1,0

382


Углеводородный газ состоит преимущественно из про­пана и бутанов, которые в растворенном виде содержатся в по­ступающей на переработку нефти. Пропан-бутановую фракцию используют для производства индивидуальных углеводородов на газофракционирующих установках в качестве бытового топлива.

Бензиновые фракции (62-180 °С) служат сырьем во вторичных процессах изомеризации, каталитического рифор­минга с целью производства индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов), высокооктановых компонентов автомобильных и авиационных бензинов; их при­меняют в качестве сырья пиролиза при получении этилена.

Керосиновые фракции (120-240 °С) используются как топливо для реактивных двигателей в виде осветленного керо­сина и для производства лаков и красок (уайт-спирит).

Дизельные фракции (140-340 °С) служат дизельным топливом и сырьем для получения жидких парафинов депара-финизацией.

Мазут - остаток атмосферной перегонки нефти - использу­ется как котельное топливо и в качестве сырья во вторичных про­цессах переработки (каталитический крекинг, гидрокрекинг).

Гудрон - остаток вакуумной переработки мазута - подвер­гается деасфальтизации, коксованию с целью углубления пере­работки нефти и используется в производстве битума.

В последнее время нефть перерабатывается на комбиниро­ванных установках, сочетающих процессы первичной перегонки нефти с термическими и каталитическими процессами. Комби­нированные установки требуют меньших капиталовложений, чем раздельные установки эквивалентной мощности. Они эко­номичнее и по эксплуатационным затратам, так как более ра­ционально используют тепло потоков и вследствие этого расхо­дуют меньше первичного тепла, воды и электроэнергии. В оте­чественных установках ЛК-6У комбинируется перегонка нефти с гидроочисткой, каталитическим риформингом и газофракцио­нированием. Мощность этих установок по переработке нефти составляет 6 млн т/год.

4.1. Первичная прямая перегонка нефти

Первичная прямая перегонка осуществляется на трубчатых установках: атмосферная трубчатая печь (АТ – атмосферная трубчатка), вакуумная трубчатка (ВТ), и АВТ (иногда с водяным паром).

В основу метода прямой перегонки нефти и мазута на трубчатых установках непрерывного действия положен принцип однократного испарения нефти (или мазута), нагретый до температуры 350–00 ºС с последующей дробной ректификацией смеси паров, их конденсации и охлаждения. Теоретические основы метода однократного испарения рассмотрены нами в разделе 4.2.1. В результате первичной перегонки нефти на АТ и АВТ получают следующие продукты:

• Сжиженный углеводородный газ (в основном пропан-бутановая смесь);
• Бензиновая фракция (н.к. –180 ºС). Используется после очистки как компонент товарного автобензина и как сырьё для каталитического риформинга;
• Керосиновая фракция (120–315 ºС). После очистки используется как топливо реактивных авиационных двигателей, для освещения, для технических целей.
• Дизельная фракция (атмосферный газойль) — 180–350 ºС. После очистки используется как топливо для дизельных двигателей;
• Мазут – остаток (330–350 ºС). Используется в качестве котельного топлива или сырьё для термического крекинга. Для получения масел.

Рассмотрим обобщенные сведения по теоретическим основам процесса ректификации.

В ректификационных колоннах контактирование потоков пара и жидкости может производится непрерывно (в насадочных колоннах) или ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах) [20].

В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар обогащается низкокипящим, а жидкость – высококипящим компонентом. При длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, т. е. температуры потоков станут одинаковыми. В этом случае составы компонентов будут связаны уравнениями равновесия (при этом достигается фазовое равновесие) такой контакт в состоянии фазового равновесия принято называть равновесной ступенью или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить требуемую четкость разделения нефтяных смесей.

Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая – нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока – отгонной, или исчерпывающей секцией.

Различают простые и сложные колонны.

Простые колонны – разделение исходной смеси (сырья) на два продукта. Ректификат (дистиллят) – выводится с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток – нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные колонны разделяют исходную смесь больше чем на два продукта: 1-ая – ректификационная колонна с отбором дополнительной фракции непосредственно из колонны в виде боковых погонов; 2-ая – ректификационная колонна, у которой дополнительные продукты отбираются из специальных отпарных колонн (стриппингов).

Для разделения многокомпонентных смесей на более чем два компонента (фракции) может использоваться одна сложная колонна либо система простых и сложных колонн, соединенных между собой в определенной последовательности прямыми или обратными паровыми или жидкими потоками. Если не предъявляются сверхвысокие требования к чистоте продукта, используют одну простую колонну для этих целей. Выбор конкретной схемы и рабочих параметров процесса перегонки определяется технико-экономическими и технологическими расчетами с учетом требований по ассортименту и четкости разделения.

Четкость погоноразделения. В нефтепереработке, например, в качестве достаточно высокой разделительной способности колонны перегонки нефти на топливные фракции считается налегание температур кипения соседних фракций в пределах 10–30 ºС (косвенный показатель четкости (чистоты) разделения). На разделительную способность ректификационных колонн влияют число тарелок (или высота насадки), флегмовое и паровое число.

Флегмовое число (R) – соотношение жидкого и парового потоков в концентрационной части колонны (R = L/ D; L и D – количество флегмы и ректификата).

Паровое число (П) – отношение контактируемых потоков пара и жидкости в отгонной секции колонны (П = G/W; G и  W – количество соответственно паров и кубового остатка).

Число тарелок (N) колонны (или высота насадки) определяется числом Т.Т. (N^Т), обеспечивающим заданную четкость разделения при принятом флегмовом (или паровом) числе, а также эффективностью контактных устройств (обычно КПД реальных тарелок или удельная высота насадки, соответствующая одной Т.Т.). Зависимость числа Т.Т. от флегмового числа колонны можно выразить в виде графика на рис. 4.1.


Рисунок 4.1. Зависимость числа теоретических тарелок от флегмового числа

Из графика следует, что граничные пределы нормальной работы ректификационных колонн, т. е. заданная четкость разделения смеси может быть достигнута лишь при одновременном выполнении ограничений по флегмовому числу и числу теоретических тарелок.



Любая точка на кривой может быть выбрана как рабочая. Это означает, что заданная четкость разделения смеси может быть достигнута бесконечным множеством пар чисел N^T и R. Как видно из рисунка 4.1, флегмовое число (R) (а значит и количество орошения в колонне) изменяется от минимального значения до бесконечно большой величины. При этом необходимое для обеспечения заданной четкости разделения теоретическое число тарелок (N^T) будет изменяться соответственно от бесконечно большой величины до некоторой минимальной. Но при увеличении количества орошения будут увеличиваться эксплуатационные затраты (расход энергии на перекачку тепла в кипятильнике и холода в конденсаторах). Из опыта эксплуатации ректификационных колонн установлено – оптимальное значение R, соответствующее минимуму общих затрат на ректификацию не намного превышает min необходимое: R_min : Rо_пт = β  R_min (β – коэффициент избытка флегмы ~1,0–1,3). Фактическое число тарелок N_ф определяется аналитическим расчетом (на ЭВМ с использованием уравнения равновесия фаз, материального и теплового балансов потоков), либо из опытных данных с учетом эффективного КПД тарелки :

N_ф = N^T η_T.

В зависимости от конструкции и места расположения в колонне η_T изменяется в пределах 0,3–0,9.

На технико-экономические показатели и четкость погоноразделения ректификационной колонны, кроме разделительной способности, значительно влияют физико-химические свойства (плотность, молярная масса, температура кипения, летучесть и т. п.), компонентный состав и др.

В наиболее обобщенной форме разделительные свойства перегоняемого сырья принято выражать коэффициентом относительной летучести (аналог коэффициента селективности в процессах экстракции).

Коэффициент относительной летучести α = K₁ / K₂

K₁ и K₂ – константы фазового равновесия соответственно низко- и высококипящего компонентов (фракций), т.к. K₁ > K₂, то α > 1.

α – отношение летучестей компонентов перегоняемого сырья при одинаковых температурах и давлениях. Коэффициент относительной летучести α косвенно характеризует движущую силу процесса перегонки применительно к разделяемому сырью. Сырье, у которого α >> 1 значительно легче разделить на компоненты, чем при его значении близком к 1.

Относительная летучесть зависит от давления и температуры, при которых находятся компоненты, с увеличением давления и температуры величина α снижается. Вблизи критической области значений коэффициента α приближается к единице.

4.1.1. Особенности нефти как сырья процессов перегонки

• Невысокая термическая стабильность нефти, ее высококипящих фракций (≈350–360 ºС), необходимо ограничение температуры нагрева (для повышения относительной летучести - перегонка под вакуумом, перегонка с водяным паром – для отпаривания более легких фракций). Необходимо как минимум две стадии: атмосферная перегонка до мазута (до 350 ºС) и перегонка под вакуумом.
• Нефть – многокомпонентное сырье с непрерывным характером распределения фракционного состава с соответственно летучести компонентов. Коэффициенты относительной летучести непрерывно (экспоненциально) убывают по мере утяжеления фракций и по мере сужения температурного интервала кипения фракций. Поэтому в нефтепереработке отбирают широкие фракции: бензин н.к. – 140 ºС (180 ºС); керосиновые – 140 (180) –240; дизельные – 240–350 ºС; вакуумный газойль – 350–400 ºС, 400–450 ºС и 450–500 ºC; гудрон >490 ºС (>500 ºС). Иногда ограничиваются неглубокой перегонкой нефти с получением в остатке мазута >350 ºС (котельное топливо).
• Высококипящие и остаточные фракции нефти содержат значительное количество гетероорганических смолисто-асфальтеновых соединений и металлов (ухудшают товарные характеристики продуктов и усложняют дальнейшую переработку дистиллятов).

Необходима организация четкой сепарации фаз в секции питания атмосферной и особенно вакуумной колонн. Для увеличения разделительной способности нижних тарелок сепарационной секции колонны необходим избыток орошения (называемый избытком однократного испарения), который достигается путем незначительного перегрева сырья (не выше предельно допустимой величины). Доля отгона при однократном испарении в секции питания колонны должна быть на 2–5 % больше выхода продуктов, отбираемых в виде дистиллята и боковых погонов.

4.1.2. Способы регулирования температурного режима ректификационных колонн.

Регулирование теплового режима – отвод тепла в концентрационной (укрепляющей) зоне, подвод тепла в отгонной (исчерпывающей) секции колонн и нагрев сырья до оптимальной температуры.

Отвод тепла осуществляется путем:

а) использования парциального конденсатора (кожухотрубчатый теплообменный аппарат; применяется в малотоннажных установках, трудность монтажа);

б) организация испаряющегося (холодного) орошения (наиболее распространена в нефтепереработке);

в) организация неиспаряющегося (циркуляционного) орошения, используется широко и не только для регулирования температуры наверху, но и в средних сечениях сложных колонн. На современных установках перегонки нефти применяются комбинированные схемы орошения.

Подвод тепла в отгонной секции:

г) Нагрев остатка ректификации в кипятильнике с паровым пространством (осуществляется дополнительный подогрев кубового продукта в выносном кипятильнике с паровым пространством (рибойлере), где он частично испаряется). Образовавшиеся пары возвращаются под нижнюю тарелку колонны. Особенность этого способа - наличие в кипятильнике постоянного уровня жидкости и парового пространства над этой жидкостью. По своему разделительскому действию кипятильник эквивалентен одной Т.Т. Этот способ широко применяется на установках фракционирования попутных нефтяных и нефтезаводских газов, при стабилизации и отбензинивании нефти, стабилизации бензинов прямой перегонки и вторичных процессов нефтепереработки.

д) Циркуляция части остатка, нагретого в трубчатой печи. В этом случае часть кубового продукта перекачивается через трубчатую печь и подогретая парожидкостная смесь (горячая струя) вновь поступает вниз колонны. Этот способ используют если необходимо обеспечить высокую температуру низа колонны, когда применение обычных теплоносителей (водяной пар и др.) невозможно или нецелесообразно.

Способы регулирования температуры в ректификационной колонне представлены на рис. 4.2.



Рисунок 4.2. Регулирование температурного режима по высоте колонны:
а, б, в - отвод тепла в концентрационной зоне;
г, д - подвод тепла в отгонной секции.

Использование одного острого орошения в ректификационных колоннах неэкономично, т.к. не обеспечивается оптимальное распределение флегмового числа по высоте колонны.

4.1.3. Выбор давления и температурного режима в ректификационной колонне

На экономические показатели перегонки значительное влияние оказывает давление и температурный режим при принятых значениях флегмового числа, числа и типа тарелок. Такие параметры как давление и температура тесно взаимосвязаны: нельзя оптимизировать один из них без учета другого.

При оптимизации технологических параметров колонны ректификации целесообразно выбрать такие значения давления и температуры, которые:

• обеспечивают состояние системы, далекое от критического (должны быть высокие значения коэффициента относительной летучести α).
• исключают возможность термической деструкции сырья и продуктов перегонки или кристаллизации их в аппаратах.
• позволяют использовать дешевые и доступные хладоагенты для конденсации паров ректификата (вода, воздух) и теплоносители для нагрева и испарения кубовой жидкости (водяной пар высокого давления); кроме того, снижать требуемые поверхности холодильников, конденсаторов, кипятильников, теплообменников.
• обеспечивают нормальную работу аппаратов и процессов, связанных с колонной ректификации материальными и тепловыми потоками.
• обеспечивают оптимальный уровень по удельной производительности, капитальным и эксплуатационным затратам.

Повышение или понижение давления в ректификационной колонне сопровождается соответствующим повышением или понижением температуры. Например, для получения в качестве ректификата пропана требуемая температура верха колонны при давлении 0,1 и 1,8 МПа будет соответственно минус 42 ºC и плюс 55 ºС (второй вариант: 1,8 МПа и +55 ºС, более предпочтителен, т. к. повышение давления позволяет использовать воду для конденсации паров пропана, а не специальные хладагенты и дорогостоящие низкотемпературные системы охлаждения). Перегонка, например, под вакуумом позволяет осуществить отбор фракций нефти без заметного разложения, выкипающих при температурах, повышающих температуру нагрева сырья больше чем на 100–150 ºС.

Перегонка нефти при атмосферном давлении осуществляется при температуре в зоне питания ректификационной колонны 320–360 ºС, а вакуумная перегонка мазута – при температуре на выходе из печи не выше 430 ºС.

Расчет температуры нагрева сырья проводится по уравнению, которое выведено совместным решением уравнения материального баланса однократного испарения и уравнения равновесия фаз.



где K_pi – константа фазового равновесия компонента i при давлении в системе (П);
      , – мольные доли компонента i в исходной смеси, паровой фазе и равновесной жидкости.

4.1.4. Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов

Перегонка нефти на АВТ – многоступенчатый процесс (обессоливание, обезвоживание, отбензинивание, АТ и ВТ, стабилизация и вторичная перегонка бензина). Поэтому рассматривают общий или поступенчатый материальный баланс перегонки нефти.

Общий – под ним понимают выход [в % (масс.)] всех конечных продуктов перегонки от исходной нефти, количество которой принимают за 100 %.

Поступенчатый – за 100 % принимают выход (% масс.) продуктов перегонки на данной ступени (продукты могут быть промежуточные). Поступенчатый материальный баланс перегонки нефти составляется при технологических расчетах АВТ.

Рассмотрим общий баланс, приведенный А.К. Мановяном [27].

• Нефть (I) (100 %) поступает на установку с содержанием минеральных солей от 50–300 мг/л и воды 0,5–1,0 % масс.
• Углеводородный газ (II). Содержание его в нефти зависит от того, сколько растворенного газа осталось в ней после промысловой подготовки газа. В легкой нефти (ρ 0,8–0,85) — 1,5–1,8 % масс. Для тяжелой — 0,3–0,8 % масс., а в нефти после стабилизации растворенный газ отсутствует. 90 % этого газа – газ из отбензинивающей колонны. Состав: С₁-С4 с примесью С₅ не используется на ГФУ для выделения отдельных углеводородов из-за низкого его давления и мольных количеств; используется как энергетическое топливо в печах АВТ. Если выход 1,5 % и выше газ экономически выгодно компремировать до давления 2–4 МПа и перерабатывать на ГФУ.
• Сухой углеводородный газ стабилизации бензина (III) – это часть легких углеводородов С₁–С₃, оставшаяся растворенной в бензине (выход 0,1–0,2 % масс.) давление до 1,0 МПа можно перерабатывать на ГФУ, но из-за низкого содержания часть направляют в газовую линию II и сжигают в печах.
• Сжиженная головка стабилизации бензина (IV) содержит пропан и бутан с примесью пентанов (0,2–0,3 % масс.) используется для бытовых нужд (сжиженный газ) или газового моторного топлива для автомобилей (СПБТЛ или СПБТЗ).
• Легкая головка бензина (V) – фракция бензина НК–85 ºС (4–6 % масс.) о.ч. не более 70 (моторный метод). Используется для производства нефтяных растворителей или как сырье для каталитической изомеризации (о.ч. 82–85).
• Бензиновая фракция 85-180 ºС (VI) (10-14 % масс., о.ч._м = 45÷55); на каталитический риформинг (о.ч. до 88-92) и используется как базовый компонент автомобильных бензинов.
• Керосин (Х). Может быть два варианта отбора:

Авиационный керосин 140–230 ºС (10–12 % масс.) марки ТС-1
                                         140–300 ºС (14–18 % масс.)

• Дизельное топливо (XI). Атмосферный газойль (180–350 ºС), (22–26 % масс.) – если авиакеросин.

10–12 % масс. – если зимнее или арктическое дизельное топливо.

• Легкая газойлевая фракция (XIV) (0,5–1,0 % масс.)

Фракция 100–250 ºС – результат частичной термодеструкции мазута при нагреве его в печи.

• Легкий вакуумный газойль (XV) 240–380 ºС (3–5 % масс.) по качеству близка к летнему дизельному топливу (XI).
• Вакуумный газойль (XVI) – основной дистиллят вакуумной перегонки мазута по топливному варианту (если нельзя получить масло высокого качества 350–500 ºС (550 ºС)) 21–25 % масс.

Используют как сырье для каталитического крекинга, гидрокрекинга.

Если нефть позволяет получить масла, то из вакуумной колонны выводят два потока масляного дистиллята:
                                        350-420°С (10-14%масс.)
                                        420-500°С (12-16%масс.)

·  Гудрон (XVII – остаточная часть нефти, остаток, выкипающий выше 500 ºС (10-20%масс.).

Цель переработки нефти (нефтепереработки) — производство нефтепродуктов, прежде всего, различных топлив (автомобильных, авиационных, котельных и т. д.) и сырья для последующей химической переработки Первичные процессы

Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции.

[править] Подготовка нефти

Нефть поступает на НПЗ в подготовленном для транспортировки виде. На заводе она подвергается дополнительной очистке от механических примесей, удалению растворённых лёгких углеводородов (С1-С4) и обезвоживанию на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ).

[править] Атмосферная перегонка

Нефть поступает в ректификационные колонны на атмосферную перегонку (перегонку при атмосферном давлении), где разделяется на несколько фракций: легкую и тяжёлую бензиновые фракции, керосиновую фракцию, дизельную фракцию и остаток атмосферной перегонки — мазут. Качество получаемых фракций не соответствует требованиям, предъявляемым к товарным нефтепродуктам, поэтому фракции подвергают дальнейшей (вторичной) переработке.

Материальный баланс атмосферной перегонки западно-сибирской нефти

ПРЕДЕЛЫ ВЫКИПАНИЯ, °С	ВЫХОД ФРАКЦИИ, % (МАСС.)
Газ	1,1 %
Бензиновые фракции
<62°С	4,1%
62—85°С	2,4%
85—120°С	4,5%
120—140°С	3,0%
140—180°С	6,0%
Керосин
180—240°С	9,5%
Дизельное топливо
240—350°С	19,0%
Мазут	49,4%
Потери	1,0%

[править] Вакуумная дистилляция

Основная статья: Вакуум-дистилляция

Вакуумная дистилляция — процесс отгонки из мазута (остатка атмосферной перегонки) фракций, пригодных для переработки в моторные топлива, масла, парафины и церезины и другую продукцию нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Остающийся после этого тяжелый остаток называется гудроном. Может служить сырьем для получения битумов.

Установки первичной перегонки нефти

08 марта 2010 Опубликовал admin

Под первич­ной перегонкой нефти понимают совокупность физичес­ких процессов, направленных на ее разделение по фрак­циям в соответствии с их температурой кипения: до ма­зута (получаются светлые нефтепродукты); до гудрона (получаются масла).

При ректификации до мазута давление мало отлича­ется от атмосферного (Рраб=0,11— 0,12 МПа или 1,1— 1,2 ата), поэтому установки по перегонке нефти до мазу­та называют атмосферными трубчатками (АТ).



При ректификации до гудрона процесс ведется, подвакуумом (РРаб=0,08 МПа или 600 мм рт. ст.), поэтому установки по перегонке нефти до гудрона называют ва­куумными трубчатками (ВТ).

Существуют также установки по перегонке нефти сразу до гудрона. Они состоят из двух взаимосвязанных частей — атмосферной й вакуумной. Поэтому такие установки называют атмосферновакуумными трубчатка­ми (АВТ).

В атмосферном блоке АВТ применяют три схемы раз­деления нефти: с одной сложной ректификационной ко­лонной, с предварительным испарителем и сложной ко­лонной, с предварительной отбензинивающей и сложной колоннами. Схема с предварительной отбензинивающей колонной и сложной ректификационной колонной наибо­лее распространена в отечественной практике (рис. 4.18).

Обессоленную и обезвоженную нефть прокачивают через теплообменники, где ее нагревают отводимыми с установками дистиллятами до 150—200 °С, затем она по­ступает в предварительную колонну К-1, в которой от нефти отделяют пары бензина и воды (ее остаточное со­держание). Отбензиненную нефть из кубовой части на­правляют в печь для нагрева до' 250—350 °С и затем — в основную сложную ректификационную колонну К-2, ко­торая состоит из 3—5 простых колонн (в зависимости от числа вводимых дистиллятов). Верхний дистиллят выво­дят в паровой фазе, остальные — жидкими боковыми по­гонами через отпарные секции, внутренние или выносные (как показано на схеме). Из нижней, кубовой части ко­лонны, отводят мазут. Его подогревают в трубчатой пе­чи до 400—450 °С и подают в вакуумную колонну К-Ю для получения масляных дистиллятов и вакуумного га­зойля, являющегося сырьем установок каталитического крекинга.

Для снижения температуры кипения разделяемых ком­понентов и предотвращения термического разложения сырья перегонку мазута осуществляют в вакууме. С уве­личением вакуума температура кипения компонентов снижается, особенно компонентов с большой молекуляр­ной массой. Вакуум в колонне создают барометрически­ми Конденсаторами и вакуумными насосами (поршневы­ми, ротационными, эжекторными или струйными), кото­рые можно включать в различной последовательности.

Пожарная опасность установок первичной перегонки нефти характеризуется наличием большого количества ЛВЖ, ГЖ, их паров и углеводородных газов. Так, в не­которых аппаратах (ректификационных колоннах, труб­чатых печах) находится одновременно от 20 до 30 т и бо­лее нефтепродуктов.

Показатели пожарной опасности нефтепродуктов ко­леблются в широких пределах. Так, Твсп: у нефтей — от — 35 до +36° и выше, бензинов —от —36 до —7°С, лигроинов —от —7 до +17°С, керосинов — от +15 до + 60°С и выше, мазутов---от+60 до +120 °С, минераль­ных масел — от + 120 до +220 °С.

Анализ этих цифр показывает, что в производствен­ных условиях даже при нормальной работе технологиче­ского оборудования нефтепродукты могут иметь темпе­ратуру, лежащую в температурных пределах воспламе­нения. Следовательно, горючая концентрация может образоваться не только в паровоздушном пространстве аппаратов, но и при выходе паров наружу.

При нормальной работе установок возможность обра­зования горючей концентрации существует в дышащих аппаратах и в вакуумных ректификационных колоннах.

При образовании неплотностей или повреждений в вакуумных колоннах АВТ или ВТ будет происходить подсос наружного воздуха внутрь аппаратов. При этом возможны два случая, которые в основном зависят от места повреждения по высоте колонны и от температур­ного режима. Если Граб>Гсв фракций на соответствую­щей месту повреждения тарелке, то пары продукта, сме­шиваясь с воздухом, воспламеняются и установится диф­фузионное горение внутри колонны в виде факела. Если Tpsk6<TCB нефтепродукта, то подсасываемый воздух, сме­шиваясь с парами, будет образовывать горючую кон­центрацию. При этом возможен взрыв внутри аппарата.

При повреждениях аппаратов и трубопроводов нагре­тые нефтепродукты могут выходить наружу. При этом также возможны два случая. Если Граб выходящей жид­кости меньше Гсв, то она будет растека
ться и интенсивно испаряться. В этом случае создается опасность образо­вания горючей (в пределах воспламенения) паровоздуш­ной смеси.

Если Граб выходящей жидкости больше или равна ее Гсв, то при контакте с воздухом она воспламеняется и, растекаясь, будет гореть.

Причины повреждения и специфические источники зажигания основных аппаратов установок первичной пе­регонки нефти (ректификационных колонн, трубчатых печей, теплообменников) раскрыты ранее (см. главу 3).

Развитая сеть различных коммуникаций (трубопро­водные эстакады, лотки, система канализации), разлив­шиеся жидкости и облака парогазовоздушной смеси, об­разующиеся на аппаратном дворе при авариях техноло­гического оборудования, — характерные пути для распространения пламени.

Установки крекинга нефти. Установки первичной пе­регонки нефти позволяют получить только 15—20 % светлых нефтепродуктов. Для увеличения выхода свет­лых нефтепродуктов из нефти, наряду с ее физическим разделением, используют химический способ — процесс расщепления (крекирования) тяжелых молекул углево­дородов с целью получения более легких нефтепродук­тов с улучшенными свойствами вследствие образования молекул кольчатого и изомерного строения.

В зависимости от условий проведения процесса кре­кинга различают термический и каталитический крекинг, которым соответствуют установки термического и ката­литического крекинга.

 



Установки термического крекинга (ТК). На установках ТК расщепление молекул тяжелого сырья проводят под воздействием высокой температуры (около 500 °С) и при повышенном давлении (Реаб = 5—7 МПа (50— 70 ат).

Чтобы реакция расщепления проходила до конца, не­обходима большая длина змеевиков реактора. Для со­кращения длины змеевика на практике за реактором устанавливают пустотелую колонну — первичный испа­ритель, где завершается процесс расщепления вследствие резкого снижения рабочего давления до 0,5—1 МПа (5— 10 ат). Колонну в связи с этим называют реакционной камерой.

Рассмотрим наиболее распространенную схему (рис. 4.19) термического крекинга. Сырье (чаще мазут), прой­дя через теплообменник, с температурой около 80 °С по­ступает в верхнюю часть вторичного испарителя. Верх­няя часть испарителя отделена от нижней, поэтому мазут не может стекать вниз, где находится крекинг — остаток с температурой около 400°С. Однако пары крекинг — остатка свободно проходят через слой мазута, нагревая его до 110—120 °С и обогащая своими легкими фрак­циями.

Из вторичного испарителя направляют в пер­вую ректификационную колонну для его первичного раз­деления. Образующиеся легкие фракции из головной части этой колонны направляются для повторного разделения во вторую ректификационную колонну. В резуль­тате отгонки легких фракций в обеих колоннах, в их ку­бовых частях, образуются остатки, которые в зависимо­сти от температуры кипения имеют различный состав. В первой колонне остаток называют тяжелым (его тем­пература кипения около 400°С), во второй — легким (температура кипения около 300 °С). Тяжелый оста­ток подают в печь легкого крекинга (ПЛК), легкий оста­ток— в печь тяжелого (глубокого) крекинга (ПТК). Проходя по змеевикам печей при избыточном давлении около 5—6 МПа (50—60 ат) и нагреваясь (до 480 °С в ПЛК и до 500°С в ПТК), остатки подвергаются креки­рованию.

В результате процесса крекинга в змеевиках трубча­тых печей образуются сложные смеси углеводородов при­мерно одинакового состава, которые направляются в первичный испаритель, где происходит завершение про­цессов расщепления при снижении температуры до 420°С и давления до 0,5—1 МПа (5—10 ат). В реакци­онной камере при этом идет грубое разделение смеси на две фазы — парогазовую и жидкую, содержащую кокс.

Пары и газы из первичного испарителя, проходя по­следовательно обе ректификационные колонны, посте­пенно укрепляются углеводородами бензинового состава и при температуре около 250 °С выводятся из головной,, части второй колонны. После охлаждения парогазовая смесь поступает в газосепаратор для отделения от жид­кой фазы (нестабильного бензина) несконденсировавшегося жирного крекинг — газа, который направляется на абсорбционную установку для улавливания паров бен­зина.

Часть флегмы постоянно отбирают с нижних тарелок второй ректификационной колонны и после охлаждения в виде фракции дизельного топлива выводят с установ­ки. На установке получают также гудрон — тяжелый кревднг-остаток, который выводят из нижней части вторичного
испарителя.