През колко етапа на рафиниране преминава маслото? Как се рециклира маслото? Технология за рафиниране на нефт
Маслото е сложно вещество, състоящо се от взаимно разтворими органични вещества (въглеводороди). Освен това всяко отделно вещество има собствено молекулно тегло и точка на кипене.
Суровият петрол във формата, в която се извлича, е безполезен за хората и от него може да се извлече само малко количество газ. За да се получат други видове петролни продукти, петролът се дестилира многократно чрез специални устройства.
По време на първата дестилация веществата, съдържащи се в маслото, се разделят на отделни фракции, което допълнително допринася за появата на бензин, дизелово гориво и различни моторни масла.
Инсталации за първична нефтопреработка
Първичната обработка на маслото започва с пристигането му в инсталацията ELOU-AVT. Това далеч не е единствената и не последната инсталация, необходима за получаване на висококачествен продукт, но ефективността на останалите връзки в технологичната верига зависи от работата на този конкретен участък. Инсталациите за първична нефтопреработка са в основата на съществуването на всички нефтопреработвателни компании в света.
Именно в условията на първична дестилация на петрол се освобождават всички компоненти на моторното гориво, смазочните масла и суровините за вторичния процес на рафиниране и нефтохимикалите. Работата на този агрегат определя както количеството и качеството на горивните компоненти, смазочните масла, така и технико-икономическите показатели, познаването на които е необходимо за последващите процеси на почистване.
Стандартната инсталация ELOU-AVT се състои от следните блокове:
- електрическа инсталация за обезсоляване (EDU);
- атмосферен;
- вакуум;
- стабилизиране;
- ректификация (вторична дестилация);
- алкализиране.
Всеки блок е отговорен за подчертаването на конкретна фракция.
Процес на рафиниране на нефт
Прясно извлеченото масло се разделя на фракции. За това се използва разликата в точката на кипене на отделните му компоненти и специално оборудване - инсталация.
Суровият нефт се транспортира до блока CDU, където солите и водата се отделят от него. Обезсоленият продукт се нагрява и се изпраща в атмосферна дестилационна единица, в която маслото се изпарява частично, разделя се на долни и горни продукти.
Отстраненият от дъното нефт се пренасочва към главния атмосферен стълб, където се отделят керосина, леките дизелови и тежките дизелови фракции.
Ако вакуумният агрегат не работи, тогава мазутът става част от стоковата база. Когато вакуумният модул е включен, този продукт се нагрява, влиза във вакуумната колона и от него се отделят лек вакуумен газьол, тежък вакуумен газьол, потъмнял продукт и катран.
Горните продукти на бензиновата фракция се смесват, освобождават се от вода и газове и се прехвърлят в стабилизационната камера. Горната част на веществото се охлажда, след което се изпарява като кондензат или газ, а долната част се изпраща за вторична дестилация, за да се раздели на по-тесни фракции.
Технология за рафиниране на нефт
За да се намалят разходите за рафиниране на нефт, свързани със загубата на леки компоненти и износването на оборудването за обработка, цялото масло се подлага на предварителна обработка, чиято същност е унищожаването на маслените емулсии чрез механични, химични или електрически средства.
Всяко предприятие използва свой собствен метод за рафиниране на нефт, но общият шаблон остава същият за всички организации, участващи в тази област.
Процесът на рафиниране е изключително трудоемък и продължителен, което се дължи преди всичко на катастрофалното намаляване на количеството лек (добре обработен) петрол на планетата.
Тежкият нефт е труден за преработка, но всяка година се правят нови открития в тази област, така че броят на ефективните начини и методи за работа с този продукт се увеличава.
Химическа преработка на нефт и газ
Получените фракции могат да бъдат преобразувани една в друга, за това е достатъчно:
- използвайте метода на крекинг - големите въглеводороди се разграждат на малки;
- обединяване на фракции - извършване на обратния процес, комбиниране на малки въглеводороди в големи;
- направете хидротермални промени - пренаредете, заменете, комбинирайте части от въглеводороди, за да получите желания резултат.
По време на процеса на крекинг големите въглехидрати се разграждат на малки. Този процес се улеснява от катализатори и висока температура. Специален катализатор се използва за комбиниране на малки въглеводороди. След завършване на комбинацията се отделя водороден газ, който също служи за търговски цели.
За да се получи различна фракция или структура, молекулите в останалите фракции се пренареждат. Това се прави по време на алкилиране - смесване на пропилей и бутилен (нискомолекулни съединения) с флуороводородна киселина (катализатор). Резултатът е високооктанов въглеводород, използван за повишаване на октановото число в бензиновите смеси.
Технология за първична рафинация на нефт
Първичното рафиниране на петрола помага за разделянето му на фракции, без да се засягат химичните характеристики на отделните компоненти. Технологията на този процес не е насочена към радикална промяна на структурната структура на веществата на различни нива, а към изучаване на техния химичен състав.
По време на използването на специални инструменти и инсталации от маслото, което се доставя в производството, се отделят:
- бензинови фракции (точката на кипене се определя индивидуално, в зависимост от технологичната цел - получаване на бензин за автомобили, самолети и други видове оборудване);
- керосинови фракции (керосинът се използва като моторно гориво и осветителни системи);
- фракции газьол (дизелово гориво);
- катран;
- мазут
Разделянето на фракции е първата стъпка в пречистването на маслото от различни видове примеси. За да се получи наистина висококачествен продукт, е необходимо вторично пречистване и дълбока обработка на всички фракции.
Дълбока рафинация на нефт
Дълбокото рафиниране на нефт включва включването на вече дестилирани и химически обработени фракции в процеса на рафиниране.
Целта на обработката е да се премахнат примесите, съдържащи органични съединения, сяра, азот, кислород, вода, разтворени метали и неорганични соли. По време на обработката фракциите се разреждат със сярна киселина, която се отстранява от тях с помощта на сероводородни скрубери или с водород.
Обработените и охладени фракции се смесват за получаване на различни видове гориво. От дълбочината на обработка зависи качеството на крайния продукт - бензин, дизелово гориво, моторни масла.
Техник, технолог по преработка на нефт и газ
Нефтопреработвателната промишленост има значително влияние върху различни сфери на обществото. Професията технолог по преработка на нефт и газ се счита за една от най-престижните и същевременно опасни в света.
Технолозите са пряко отговорни за процеса на пречистване, дестилация и рафиниране на петрола. Технологът гарантира, че качеството на продукта отговаря на съществуващите стандарти. Технологът си запазва правото да избира последователността от операции, извършвани при работа с оборудването, този специалист отговаря за настройката и избора на желания режим.
Технолозите постоянно:
- изследват нови методи;
- прилагат на практика експериментални технологии за обработка;
- идентифициране на причините за технически грешки;
- търсене на начини за предотвратяване на възникнали проблеми.
За да работите като технолог, са необходими не само познания в петролната индустрия, но и математически ум, находчивост, точност и прецизност.
Нови технологии за първична и последваща нефтопреработка на изложението
Използването на инсталации ELOU в много страни се счита за остарял метод за рафиниране на нефт.
Необходимостта от изграждане на специални пещи от огнеупорни тухли става спешна. Във всяка такава пещ има тръби с дължина няколко километра. Маслото се движи през тях със скорост 2 метра в секунда при температури до 325 градуса по Целзий.
Кондензацията и охлаждането на парата се извършва от дестилационни колони. Крайният продукт влиза в серия от резервоари. Процесът е непрекъснат.
Можете да научите за съвременните методи за работа с въглеводороди на изложението "Нефтегаз".
По време на изложението участниците обръщат специално внимание на рециклирането на продуктите и използването на методи като:
- висбрекинг;
- коксуване на тежки нефтени остатъци;
- реформиране;
- изомеризация;
- алкилиране.
Технологиите за рафиниране на нефт се подобряват всяка година. На изложението могат да се видят най-новите постижения в бранша.
Директната дестилация дава само добива на леки дестилати, който се дължи на естествените свойства на маслото.
Вторичните процеси са източник на суровини за нефтохимикали (газообразни и течни олефини, индивидуални ароматни въглеводороди с висока чистота), на базата на които се произвеждат пластмаси, синтетичен каучук, синтетични влакна и други материали.
Ясната класификация на вторичните процеси за преработка на петролни суровини е трудна. По-долу е дадено кратко описание на вторичните процеси, частично групирани според свързани характеристики.
2.2.1. Топлинни процеси
Тези процеси включват:
а) термичен крекинг при повишено налягане (2,0-4,0 MPa) на течни (в момента предимно тежки) суровини за получаване на газ и течни продукти;
б) коксуване на тежки остатъци или силно ароматизирани тежки дестилати при ниско налягане (до 0,5 MPa) за получаване на кокс, газ и течни продукти;
в) пиролиза (високотемпературен крекинг) на течни или газообразни суровини при ниско налягане (0,2-0,3 MPa) за получаване на газ, богат на ненаситени въглеводороди и течен продукт.
Тази група процеси се характеризира с високи температури в реакционната зона от 450-900 °C. Под въздействието на висока температура петролната суровина се разлага (всъщност се крекира). Този процес е придружен от вторични реакции на уплътняване на новообразуваните въглеводородни молекули.
Крекингът е изобретен от руския инженер Шухов през 1891 г. През 1913 г. изобретението на Шухов започва да се използва в САЩ. Крекингът е процес на разделяне на въглеводороди, съдържащи се в нефта, което води до образуването на въглеводороди с по-малко въглеродни атоми в молекулата. Процесът се извършва при по-високи температури (до 600 °C), често при повишено налягане. При тези температури големите въглеводородни молекули се разграждат на по-малки. Оборудването е същото като при дестилацията на масло. Това са пещи и колони. Но режимът на обработка е различен. Суровината е мазут.
Мазутът, остатъкът от първичната дестилация, се състои от сложни и големи въглеводородни молекули. Когато мазутът се преработва отново в инсталации за крекинг, някои от съставните му въглеводороди се разграждат на по-малки. А малките въглеводороди съставляват леки петролни продукти - бензин, керосин, нафта.
Термичен крекингпод налягане са използвани за преработка на различни суровини - нафта, газьоли, мазути за производство на автомобилни бензини. При обработката на тежки нефтени остатъци (половин катран, катран), целевият продукт обикновено е котелно гориво, получено чрез намаляване на вискозитета на първоначалния остатък. Този процес на плитко разлагане на суровините се нарича лек крекинг или висбрекинг. Висбрекингът се извършва при P = 2 MPa и температура 450-500 °C. Процесите на термичен крекинг, разработени през 1913 г., включват нагряване на тежки нефтени дестилатни горива под налягане в големи варели, докато бъдат разбити на по-малки молекули с по-добри антидетонационни характеристики. Този метод, който е свързан с образуването на големи количества твърд нежелан кокс, еволюира в съвременни процеси на термичен крекинг, включително вискрекинг, парен крекинг и коксуване.
Леко напукване– лека форма на термичен крекинг, която намалява точката на течливост на остатъците от парафин и значително намалява вискозитета на компонента, без да засяга диапазона на точката на кипене. Остатъците от колоната за атмосферна дестилация се крекират леко в нагревател при атмосферно налягане, след което се охлаждат със студен газьол, за да се предотврати прекомерно крекинг, и се изпаряват в дестилационната колона. Термично крекираният останал катран, който се натрупва на дъното на фракциониращата колона, се стабилизира под вакуум в секцията за стрипинг и дестилатът се рециклира. Парният крекинг произвежда олефини чрез термично крекиране на суровини от големи въглеводородни молекули при налягания, които надвишават атмосферното налягане и при много високи температури. Остатъкът от парния крекинг се смесва с тежко гориво. Нафтата, произведена от парен крекинг, обикновено съдържа бензен, който се възстановява преди хидротретирането. При крекинг маслото претърпява химични промени и структурата на въглеводородите се променя. Сложни химични реакции протичат в растенията за крекинг. Добивът на бензин от нефт значително се увеличава (до 65-70%) чрез разделяне на дълговерижни въглеводороди, съдържащи се, например, в мазута, на въглеводороди с по-ниско молекулно тегло.
Разцепването на въглеводородните молекули става при по-висока температура (470-550 °C) и налягане от 2-7 MPa. Процесът протича бавно и се образуват въглеводороди с права верига. Така се произвежда автомобилният бензин. Рандеманът му от масло достига 70%.
Бензинът, получен в резултат на термичен крекинг, заедно с наситените въглеводороди съдържа много ненаситени въглеводороди. Този бензин има по-голяма устойчивост на детонация от чистия дестилиран бензин, но съдържа ненаситени въглеводороди, които лесно се окисляват и полимеризират. Следователно този бензин е по-малко стабилен по време на съхранение. Когато изгори, различни части на двигателя могат да се задръстят. За да се елиминира този вреден ефект, към такъв бензин се добавят окислители.
Ако керосинът или смазочното масло, пречистени от ненаситени въглеводороди, се капнат на капки от фуния в тръба, нагрята на силен пламък (напълнена с железни стружки за подобряване на преноса на топлина), тогава течността скоро ще се събере в U-образната тръба и газът скоро ще се събере в цилиндъра над водата. Получената течност обезцветява бромната вода, т.е. съдържа ненаситени съединения. Събраният газ гори добре и също обезцветява бромната вода. Резултатите от експеримента се обясняват с факта, че при нагряване въглеводородите се разлагат, например:
C 16 H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16.
хексадекан октан октилен
Образува се смес от наситени и ненаситени въглеводороди с по-ниско молекулно тегло, подобно на бензина. Получените течни вещества могат частично да се разлагат допълнително, например:
C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8;
октан бутан бутилен
C 4 H 10 → C 2 H 8 + C 2 H 4.
бутан етан етилен
Тези реакции водят до образуването на големи количества газообразни вещества. Етиленът, отделен по време на процеса на крекинг, се използва широко като суровина за химическата промишленост: производството на полиетилен и етилов алкохол.
Разграждането на въглеводородните молекули става чрез радикален механизъм. Първо се образуват свободни радикали:
CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2:CH 2 - (CH 2) 6 - CH 3 → CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2 + CH 2 - (CH 2) 6 -CH 3.
Свободните радикали са химически много активни и могат да участват в различни реакции. По време на процеса на крекинг един от радикалите премахва водороден атом (а), а другият добавя (б):
а) CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2 → CH 3 - (CH 2) 5 – CH=CH 2 + H +;
b) CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2 + H + → CH 3 - (CH 2) 6 - CH 3.
Технологичната схема на инсталацията за термичен крекинг е показана на фиг. 6. Суровината се нагрява в топлообменник и се разделя на два потока. Единият от тях се подава към долната част на дестилационната колона, а вторият се подава към горната част на изпарителя с ниско налягане. Входящият поток се обогатява с тежки фракции на газьол и преминава в дестилационната колона. От дъното на колоната остатъкът се подава в пещта за тежки суровини. Колоната е разделена на две части от „сляпа“ плоча. Течността, натрупана върху тази плоча, се изпраща за дълбок крекинг в пещта за леки суровини.
Крекинг продуктите от пещите се комбинират и отиват в отдалечена реакционна камера и след това в изпарител с високо налягане. При него крекинг остатъкът се отделя от паротечната смес, постъпваща в изпарител с ниско налягане, в който се отделят парите на газьолната фракция от крекинг остатъка. Тази колона също е разделена на две части от „сляпа“ плоча. В горната част двойките керосин-газьол са в контакт с движещата се към тях течна суровина. По време на този контакт част от парите на фракцията керосин-газьол кондензират. Некондензираните пари на фракцията керосин-газьол напускат горната част, кондензират в кондензатора и се събират в контейнер. Остава търговски продукт – керосин-газьолната фракция. Парният поток от горната част на изпарителя навлиза в дестилационната колона за разделяне, от горната част на която излизат бензинови пари и газ, от „сляпата“ плоча - суровини в пещта за леки суровини, отдолу - суровини в пещта за тежки суровини. Горният продукт се охлажда в кондензатор-хладилник и се разделя на нестабилен бензин и газ в газов сепаратор. Газът се подава към блок за фракциониране на газ, а бензинът влиза в стабилизатор през топлообменник, в който леките въглеводороди, които идват отгоре, се отстраняват от бензина. Те се охлаждат, след което се разделят в сепаратора на стабилизационна глава и некондензиран газ. Газът и стабилизиращата глава се подават към HFC. От дъното излиза стабилен бензин.
Коксуванемаслените остатъци се извършват в посока на тяхната „декарбонизация“, когато асфалтово-смолистите вещества, съдържащи се в суровината, се концентрират в твърд продукт - кокс; В резултат на това се получават по-богати на водород продукти - газьол, бензин и газ. Обикновено целта на процеса е производството на кокс, но други продукти също намират квалифицирани приложения. Коксуването е силна форма на термичен крекинг, използван за производство на бензин от права дестилация (коксово масло) и различни средни дестилатни фракции, използвани като суровини за каталитичен крекинг. Този процес толкова напълно редуцира водорода от въглеводородната молекула, че остатъкът е форма на почти чист въглерод, наречен кокс. Двата най-типични процеса на коксуване са забавеното коксуване и непрекъснатото (контактно или течно) коксуване, при които в зависимост от механизма на реакцията, времето, температурата и суровината се получават три вида кокс - гъбест, порест и игловиден. При забавеното коксуване суровината първо се подава във фракционатор за отделяне на по-леки въглеводороди и след това се комбинира с тежък суров нефт.
N-1 N-6 N-4 N-2 N-7
Ориз. 6. Схема за инсталиране на термичен крекинг:
P-1 – пещ за тежки суровини, P-2 – пещ за леки суровини, K-1 – външна реакционна камера, K-2 – изпарител с високо налягане, K-3 – дестилационна колона, K-4 – изпарител с ниско налягане, K -5 – стабилизатор, HK-1-3 – кондензатори-хладилници, T-1-T-3 – топлообменници, T-2 – котел, E-1 - E-3 – резервоари за обратен хладник, N-1-N-7 – помпи;
I – суровини, II – газ, III – стабилизираща глава, IV – стабилен бензин, V – керосин-газьол, VI – крекинг остатък
Тежката суровина се подава в коксовата пещ и се нагрява до високи температури при ниско налягане, за да се предотврати преждевременно коксуване в нагревателните тръби, което води до частично изпаряване и лек крекинг. Сместа течност/пара се изпомпва от нагревателя към един или повече барабани - коксове - където горещият материал се държи при ниско налягане за приблизително 24 часа, докато се разгради на по-леки продукти. След като коксът достигне предварително определено ниво в един барабан, потокът се разклонява към друг барабан, за да поддържа непрекъснат процес. Парите от барабаните се връщат във фракционатора за отделяне на газ, нафта и газьол и за рециклиране на по-тежки въглеводороди през пещта. Пълният барабан се стерилизира с пара, за да се отделят некрекирани въглеводороди, охлажда се чрез пръскане с вода и се декарбонизира механично чрез бормашина, повдигната от дъното на барабана, или хидравлично чрез разбиване на коксовия слой с вода под високо налягане, изхвърлена от въртящ се нож. Непрекъснато (контактно или течно) коксуванее процес на подвижен слой, който работи при по-ниски налягания и по-високи температури от забавеното коксуване. При непрекъснато коксуване термичният крекинг се осъществява чрез използване на топлината, пренесена от горещите рециклирани коксови частици към суровината в радиален смесител, наречен реактор. Газовете и парите се вземат от реактора, охлаждат се, за да се спре по-нататъшната реакция, и се фракционират. След реактора коксът влиза в барабан и се издига до захранващо устройство, където се отстраняват големите частици кокс. Останалият кокс се изхвърля в подгревателя на реактора за рециркулация заедно със суровината. Процесът е автоматичен, има непрекъснат поток от кокс и суровина, като коксуването става както в реактора, така и в барабана.
Технологичната схема на инсталацията за забавено коксуване е показана на фиг. 7. Суровината, загрята в пещите, навлиза в долната част на дестилационната колона върху горната каскадна плоча. Изпаренията на продуктите на коксуване от коксовите камери се подават под долната каскадна плоча. Обогатена с рециркулирана и допълнително загрята суровина от дъното на колоната постъпва в реакционните намотки на пещите и след това в камерите за коксуване. За да се предотврати образуването на кокс в намотките на пещта, към суровината се подава турбулатор - водна пара. Инсталацията разполага с четири камери, работещи по двойки. Продуктовите пари от камерите, работещи в режим на коксуване, се изпращат в колоната. В горната част, над „сляпата” плоча, продуктите на коксуване се разделят на фракции. Газовите и бензиновите пари излизат отгоре като странични потоци - фракцията 180-350 °C, фракцията 350-450 °C, фракцията над 450 °C.
След кондензация и охлаждане горният продукт влиза в газовия сепаратор. Това е мястото, където водата се отделя и газът се отделя от бензина. Нестабилният бензин и газ, съдържащ леки въглеводороди, се изпращат в независими потоци към газовия блок, където в резултат на процеси на абсорбция и стабилизиране се отделя сух газ, съдържащ главно C 1 -C 2 въглеводороди, стабилизационна глава, съдържаща C 3 -C 4 въглеводорода и стабилен бензин. Страничните потоци постъпват в участъци на стрипинг колоната, където се отстраняват леките фракции от тях, след което се отвеждат от инсталацията чрез подходящи топлообменници и хладилници. Реакционните камери на инсталацията работят по цикъла: реакция - охлаждане на кокса - разтоварване на кокса - нагряване на камерата.
Коксът се отстранява от камерата чрез хидравлично рязане с водна струя под високо налягане. Коксът, изваден от камерата, влиза в трошачката, където се раздробява на парчета с размер не по-голям от 150 mm. Натрошеният кокс се обезводнява и се подава с елеватор на двурешетно сито, с помощта на което се сортира на три фракции: 150-25; 25-6 и 6-0 мм. Камерата, от която се разтоварва коксът, се херметизира и загрява първо с гореща водна пара, а след това с горещи продукти на коксуване от работната камера. Камерата преминава в режим на реакция, когато температурата в нея се повиши до 360 °C.
Продължителност на операцията (в часове); доставка на суровини – 24; превключващи камери, камери за пропарване с водна пара и охлаждане на кокс с вода – 9 бр.; пробиване на отвори в кокса, отстраняване на кокса с хидравличен фреза – 6 бр.; тестване и загряване на камерата – 9.
Вид термичен крекинг на петролни остатъци при ниско налягане – разрушителна дестилация –е насочен към получаване на максимален добив на слънчеви фракции с минимално количество тежък течен остатък. Коксуването и деструктивната дестилация се извършват при температура 450-550 °C.
Ориз. 7. Диаграма на завод за забавено коксуване:
R-1-R-4 – коксови камери; П-1, П-2-пещи; К-1 – дестилационна колона) К-2 – стрипинг колона; Т-1-Т4 – топлообменници; ХК-1 – кондензатор-хладилник; Е-1 – газов сепаратор; E-2 – водосъдържател;
I – суровини; II – сух газ; III – стабилизационна глава; IV – стабилен бензин; V – керосин-газьол фракция; VI – лек газьол; VII – тежък газьол; VIII – водна пара; IX – вода
Пиролиза- най-тежката форма на термичен крекинг на нефт и газови суровини, обикновено се извършва при 700-900 ° C, за да се получи въглеводороден газ с високо съдържание на ненаситени съединения. Режимът може да бъде насочен към получаване на максимален добив на етилен, пропилей или бутилени и бутадиен. Заедно с газа се образува известно количество течен продукт - смола, съдържаща значителни количества моноциклични (бензен, толуен, ксилен) и полициклични ароматни въглеводороди (нафталин, антрацен). Дълго време, докато не беше разработен процесът на каталитичен реформинг, пиролизата беше практически единственият промишлен метод за производство на ароматни въглеводороди от петрол.
В момента целевият продукт на пиролизата е газ, богат на ненаситени съединения, от които етиленът играе основна роля. Областите на използване на етилена са много разнообразни. Повече от 40% от етилена се изразходва при производството на полиетилен; Значителен дял заема производството на етилов алкохол и стирен (суровини за производство на синтетичен каучук). Други газообразни ненаситени въглеводороди също стават все по-важни. Пропиленът се използва за производството на полипропилен, високооктанов компонент на бензина (алкилиране на изобутан), течни C 6 -C 12 полимери, използвани като горивни компоненти (полимерен бензин), детергенти и др. Бутадиен (дивинил), използван в производството на синтетичен каучук, се получава не само чрез пиролиза на течни петролни продукти, но и чрез каталитично дехидрогениране на n-бутан. През последните години обаче делът на бутадиен, произведен чрез пиролиза, се е увеличил, тъй като този процес е по-икономически изгоден.
Колкото по-тежка е суровината, толкова по-голям е добивът на пиролизната смола. Суровините за пиролиза са много различни. На пиролиза се подлагат газообразни въглеводороди (етан, пропан, бутан и техните смеси) и течни (нискооктанов бензин, керосин-газьолни фракции, нефтени остатъци). Изборът на суровини се определя преди всичко от предназначението на пиролизата. Всяка суровина е подходяща за производството на газ, съдържащ етилен, но етанът произвежда най-висок добив на етилен. За да се получи висока концентрация на пропилей в газ, пиролизата на етан е неподходяща, тъй като етанът се дехидрогенира главно до етилен. Съответно, нито етан, нито пропан се използват за получаване на високи добиви на бутадиен.
При избора на суровини се вземат предвид и техните ресурси, свързани с посоката и нивото на развитие на нефтопреработвателната и газовата промишленост на дадена страна. Известно е, че в САЩ, поради големия парк от леки автомобили, потреблението на бензин е най-значително, поради което преобладаващата суровина за пиролиза в тази страна са природните газове. В същото време в Русия и западноевропейските страни дълбочината на нефтопреработка е много по-ниска. Повишените изисквания към моторните качества на бензина направиха възможно използването както на газов бензин, така и на нискооктанов бензин за права дестилация като суровина за пиролиза. В същото време като суровини се използват газообразни въглеводороди от природни и промишлени газове. Пиролизата на газообразни суровини (особено етан) дава по-високи добиви на етилен, отколкото пиролизата на течни суровини.
От средата на 70-те години, поради широко разпространеното задълбочаване на преработката на нефт и нарастващите цени на бензина, възниква интерес към пиролизата на по-тежки суровини - фракции керосин-газьол, вакуумен газьол. Пиролизата на суров нефт също е разработена с помощта на водна пара, прегрята до 2000 °C като охладител.
Най-често срещаната форма на промишлен процес е пиролизата в тръбни пещи. Подобренията в дизайна на пещите направиха възможно разширяването на фракционния състав на суровините. В същото време те се връщат към термоконтактните процеси на пиролиза на остатъчни суровини и към пиролиза на суров нефт, които първоначално не бяха широко използвани.
Трябва да се има предвид, че наред с максималните добиви на етилен, използването на газообразна суровина позволява да се работи с рециркулация, т.е. с връщане на непреработен етан или пропан (след блока за разделяне на газ) в реакционната зона. Това не е приложимо за течни суровини, тъй като пиролизната смола е силно ароматизиран продукт на дълбока трансформация, частично съвпадащ във фракционния състав със суровината; връщането й за повторна пиролиза би довело до коксуване на тръбите на пещта.
Теоретични основи на процеса. Пиролизата се характеризира с дълбока трансформация на суровината, водеща до образуването на леки газообразни въглеводороди, ароматни моно- и полициклични въглеводороди, както и продукти на дълбоко уплътняване (кокс и сажди). Реакциите на образуване на ароматни въглеводороди по време на пиролиза са много разнообразни. В резултат на термична съполимеризация на ненаситени съединения се образуват циклоолефини, които по-нататък се дехидрогенират до ароматни въглеводороди. Ето как например протича взаимодействието на бутадиен и етилен с образуването на бензен:
н 
C CH 2
Тази и подобни реакции, свързани с така наречения диенов синтез, са характерни за пиролизата и определят ароматизирания състав на смолата.
Резултатите от пиролизата се оценяват чрез добива на целевия продукт, например етилен. Тъй като основните фактори на пиролизата са температурата и продължителността на реакцията, всяка температура съответства на някакво оптимално контактно време, при което добивът на целевия продукт е максимален.
Сравнителните данни за пиролизата на различни газообразни суровини показват, че добивът на ароматни въглеводороди е най-висок по време на пиролизата на олефини; това потвърждава тяхната роля в образуването на ароматни въглеводороди. Подобно явление може да се наблюдава при пиролизата на бензин, съдържащ ненаситени въглеводороди.
Наличието на ароматни въглеводороди в суровината за пиролиза намалява образуването на газ поради високата термична стабилност на тези въглеводороди, но техният състав може да се промени поради термично деалкилиране, когато процесът се задълбочи.
Във връзка с прехода към пиролиза на претеглени суровини е интересно влиянието върху процеса на би- и полицикличните ароматни въглеводороди, присъщи на керосин-тазоилните фракции. Установено е, че тези въглеводороди инхибират образуването на леки олефини, а инхибиторният ефект на бицикличните въглеводороди е по-слаб от този на полицикличните въглеводороди. С частичното отстраняване на полицикличните въглеводороди се увеличава добивът на етилен и количеството на газообразните олефини.
За всеки вид суровина има оптимална комбинация от температура и продължителност на пиролизата. Изборът на температура в промишлена инсталация също се определя от дизайна на хардуера. Термичната контактна пиролиза може да се извърши при по-високи температури, но в тръбните пещи използването на високи температури (1000 °C или повече) е трудно поради необходимостта от избор на топлоустойчиви материали, запушване на тръбите със сажди и кокс и поддържане кратко време за контакт. Освен това концентрацията на нежелани компоненти в получения газ е важна. По този начин, пиролизата на въглеводороден газ за получаване на етилен при 1000 °C е придружена от забележимо образуване на ацетилен; Това може да се избегне с по-мек режим.
Режимът на пиролиза „етилен“ съответства на намален добив на пропилен, тъй като той частично се превръща в етилен. Най-меките са режимите "бутилен" и "бутилен-бутадиен" поради най-ниската термична стабилност на тези въглеводороди.
Значителното образуване на газ по време на пиролизата на течни суровини и образуването на по-леки компоненти от суровината по време на пиролизата на газообразни суровини причинява голямо увеличение (обикновено 1,5-2 пъти) на специфичния обем на парната (газовата) фаза. Известно е, че реакциите на обемно разширение се благоприятстват от ниско налягане в реакционната зона или ниско парциално налягане на продуктите. За да се намали ролята на реакциите на уплътняване, пиролизата се извършва при възможно най-ниското налягане. В случай на използване на тръбни реакционни апарати е необходимо да се поддържа известно свръхналягане на входа на намотката, за да се преодолее хидравличното съпротивление в тръбите на пещта и в последващото оборудване (обикновено налягането на изхода на пещта е 0,2-0,25 MPa).
За да се компенсира отрицателният ефект от налягането и като цяло да се подобри производителността на процеса, се практикува да се доставя прегрята водна пара в пещта заедно със суровината, което намалява парциалното налягане на парите на пиролизните продукти и предотвратява реакциите на уплътняване.
Материалният баланс на пиролизата се влияе благоприятно от лек газообразен разредител, така че беше предложено процесът да се извърши в присъствието на водород. Той не само е разредител, но с нарастваща концентрация активно взаимодейства с компонентите на реакционната смес, което се обяснява с изместване на равновесието на реакцията към съединения, богати на водород. Предимството на водорода като разредител е увеличаване на добива на етилен, намаляване на добива на ацетилен, тежката част от смолата и кокса; Недостатъците на процеса са увеличаване на обема на газа и намаляване на добива на пропилен.
Процес на индустриален дизайнпиролиза и втвърдяване на продукти. Понастоящем промишлената пиролиза се извършва почти изключително в тръбни пещи (фиг. 8). Този метод има редица съществени предимства: той е добре проучен, неговата технология и хардуер са относително прости и надеждни, а процесът е лесен за контрол и регулиране. Основният апарат на пиролизната инсталация: тръбна пиролизна пещ, състояща се от лъчиста и конвекционна камера; апарати за охлаждане и изпаряване, в които продуктите на пиролизата се охлаждат с висока скорост; серия от устройства като промивни колони, в които продуктите се охлаждат допълнително и тежката част на продукта се кондензира и отделя от газообразната част, която се доставя за компресиране и след това за разделяне на газа.
Основните трудности, свързани с индустриалния дизайн на пиролизата, са следните:
Необходимостта от ясно регулиране на продължителността на реакцията, която при високи температури обикновено е част от секундата;
Отлагане на кокс и сажди в реакционната зона и по време на бързо охлаждане на пиролизния газ (в апарата за "закаляване");
Необходимостта от използване на топлоустойчиви материали;
Ограничение на капацитета на инсталацията поради значителния специфичен обем на реакционната смес поради висока температура, ниско налягане и разреждане на суровината с водна пара. Последното принуждава инсталациите със средна и висока производителност да използват няколко (понякога 8-10 фурни).
Технологичната схема на инсталацията за пиролиза на бензин е дадена на фиг. 9. Бензинът от резервоара се изпомпва през топлообменник в тръбна пещ за пиролиза. В топлообменника бензинът се загрява до 80-110 °C поради топлината на циркулиращото тежко масло (пиролизен продукт). Бензинът се разделя преди пещта на няколко потока (четири потока на фигурата). Към всеки от потоците се подава пара. Разреждането на суровините с пара се използва за намаляване на скоростта на вторичните реакции и количеството тежки течни продукти и кокс, образувани в резултат на тези реакции. Сместа от бензин и пара навлиза в конвекционната камера на пещта, където се нагрява от топлината на димните газове. Смесването на въглеводородната суровина и парата се извършва преди влизане в пещта. Въпреки това може да се осигури предварително отделно изпаряване на не повече от 80% от суровината и прегряване на парата в конвекционна камера; по-нататъшното нагряване на сместа от суровини и пара до 520-600 ° C се извършва в същата конвекционна камера. В някои пещи, в отделни намотки на конвекционната камера, захранващата вода се нагрява за устройствата за охлаждане и изпаряване и парата под високо налягане, произведена в тези устройства, се прегрява. Нагрятата смес от бензинови пари и вода постъпва в намотката на лъчистата част на пещта, където се нагрява допълнително и се извършва пиролиза при температура 810-870 °C. Топлината се подава към лъчистата намотка чрез изгаряне на газово гориво в горелки с безпламъчно горене, разположени вертикално в стените на пещта. На изхода от радиационната зона намотките се комбинират по двойки, а пирогазът се подава за охлаждане към апарати за охлаждане и изпаряване. Топлината на пирогаза се използва в устройства за генериране на пара при налягане 11-13 MPa. Захранващата вода се подава към сепаратора пара-вода, а оттам тече гравитачно към ZIA. Парата под високо налягане от сепараторния барабан се насочва към конвекционната секция на пещта или през контролен клапан директно в паропровода под високо налягане.
Ориз. 8. Високотемпературна пиролизна фурна:
1 – газопроводи; 2 – конвекционна камера и паропрегревател; 3 – апарат за „закаляване”-изпарение и колектори на пара; 4 – рамка; 5 – реактивна бобина; 6 – метален корпус и топлоизолация; 7 – лъчиста камера; 8 – горелки; 9 – окачени стени от шамотни тухли
Ориз. 9. Схема за инсталиране на бензинова пиролиза:
E–1 – капацитет; N-1-N-5 – помпи; Т-1-Т-3 – топлообменници; П-1 – фурна; А-1 – апарат за закаляване и изпаряване; А-2 – апарат за допълнителна закалка; А-3 – изпарител; А-4 – утаител; S-1 – сепаратор; К-1 – първична фракционна колона; К-2 – водомивна колона; F-1 – филтър
I – бензин от склада; II – пара за разреждане; III – димни газове; IV – захранваща вода; V – пара под високо налягане; VI – пирогаз за компресиране; VII – парен кондензат; VIII – вода за охлаждане; IX – пирокондензат от инсталацията; X – вода към канализацията; XI – масло от инсталацията; XII – пара; XIII – кондензат
Пиролизните продукти от апарата ZIA постъпват в колоната за първично фракциониране след допълнително охлаждане в апарата за допълнително охлаждане до температура 180-200°C. В колоната за първично фракциониране продуктите на пиролизата се разделят на тежки течни продукти (пиролизно тежко масло), напускащи дъното на колоната, и газообразни продукти (пирогаз).
Пиролизното масло се изпомпва през филтри и топлообменници за охлаждане на пирогаза в апарата за последващо охлаждане; част от пиролизното масло след топлообменниците се изпраща за загряване на бензина в топлообменниците, след което отива в горната част на долната част на колоната. Топлината, отделена от циркулиращото пиролизно масло в топлообменниците, се използва в изпарителя за генериране на пара, използвана за разреждане; липсващото количество топлина се доставя от пара през топлообменниците. Излишното пиролизно масло след филтрите влиза в събирателния резервоар.
Пирогазът от горната част на колоната с температура 95-100 °C се изпраща в колоната за промиване на вода, където се охлажда с циркулираща вода до 30-38 °C. Циркулиращата вода, заедно с кондензата (пиробензен), който е изпаднал от пирогаза, влиза в резервоара за утаяване. Водата отново се подава в колоната чрез помпи през хладилника. Пиробензенът, заедно с излишната вода, се влива в отделението за разделяне на резервоара за утаяване, откъдето водата се изпомпва в канализационната система, а пирокондензатът се подава към горната част на колоната за първично фракциониране. Излишният пиробензен се изхвърля в контейнер.
Добивът на течни продукти зависи главно от качеството на суровините; по време на пиролизата на фракции керосин-газьол около половината от суровините се превръщат в течни продукти, така че само тяхното рационално и пълно използване ще осигури рентабилността на пиролизата растения.
Качеството на течните продукти зависи както от суровините, така и от строгостта на режима. Фракционният състав на течните продукти се променя с теглото на суровината. След дестилацията на течните продукти четири фракции напускат инсталацията: C 5 (до 70 ° C), 70-130 ° C (бензен-толуен), 130-190 ° C (C 8 - C 9) и >190 ° C (тежка смола).
Фракция C5 е повече от половината представена от ненаситени съединения: приблизително 50% от тях са циклопентадиен и изопрен. Циклопентадиенът е силно реактивен въглеводород, използван в редица синтези (приготвяне на пестициди, пластификатори и др.). Изопренът е изходен материал за производството на синтетичен каучук. Фракцията от 70-130 °C се подлага на хидрогениране (за насищане на ненаситени въглеводороди), екстракция или адсорбция (за отделяне на бензен и толуен) и последващо разделяне чрез ректификация. Търсенето на бензен нараства, следователно, за да се увеличи неговият добив, толуенът понякога се подлага на дехидроалкилиране.
Фракцията от 130-190 °C съдържа известно количество ксилени и етилбензен (10-12% тегловни), но основните й компоненти са стирен (до 40%) и други алкенилови ароматни въглеводороди, както и инден и дициклопентадиен. Фракция от 190-230 °C се дестилира от тежката част на смолата, за да се изолира нафталин. Тежката част от смолата съдържа CAB и се използва като суровина за производството на сажди или безпепелен кокс.
Въпроси за самопроверка:
1. Каква е целта на термичния крекинг и какви суровини се използват за производството му?
2. Какви модификации на термичния крекинг съществуват?
3. Какво представлява процесът на забавено коксуване?
4. Какви суровини се използват в процесите на пиролиза?
5. Какво оборудване се използва при технологичното проектиране на пиролизните процеси?
6. Какъв е съставът на течните пиролизни продукти?
Поради факта, че описанието използва имената на различни въглеводороди, трябва да се даде тяхното описание и зависимостта на търговските суровини от съдържанието на тези въглеводороди.
Парафините са вещества, които нямат стабилни двойни връзки между въглеродните атоми. Такива парафини, които имат линейна и разклонена структура, се наричат наситени. Парафините се разделят на следните видове:
- нормално. Имат линейна структура, ниско октаново число и висока точка на течливост. Поради тези причини тези въглеводороди претърпяват трансформация по време на рециклирането.
- Изопарафини. Те имат разклонена структура, добри антидетонационни свойства и сравнително ниска точка на течливост.
- Циклопарафините или нафтените имат циклична структура. Тези въглеводороди имат положителен ефект върху качеството на дизеловото гориво и смазочните масла. Реформирането на продукт, съдържащ нафтени в тежки бензинови фракции, води до висок добив и октаново число.
- Ароматните въглеводороди се състоят от бензенови пръстени. Тези пръстени имат водороден атом, който е свързан с шест въглеродни атома. Те имат доста високо октаново число, но имат отрицателно въздействие върху екологичния компонент на горивото. Поради тази причина, за да се увеличи октановото число, въглеводородите се превръщат в ароматни чрез каталитичен реформинг.
- Олефините могат да имат нормална, разклонена или циклична структура. Нефтопродуктите, получени след първична обработка, практически не съдържат тези въглеводороди. Олефините имат отрицателно въздействие върху качеството на маслата поради химическа агресивност.
Процеси на рециклиране на петролни продукти:
Каталитичен реформинг, каталитична изомеризация и хидротретиране на дестилати - технология, особености на процеса
1. Каталитичен реформинг.
Този процес се използва в случаите, когато е необходимо да се увеличи октановото число поради трансформацията на въглеводороди. Стойностите на октановото число могат да бъдат 92-100 позиции. Тази стойност се увеличава чрез увеличаване на дела на ароматните въглеводороди в сместа. Теоретичните основи на процеса са очертани в началото на миналия век от Н. Д. Зелински.
При производствен капацитет от 300 000 до 1 000 000 тона/година, обемната част на необходимите висококачествени суровини достига 85-90%. Съпътстващ компонент на риформинга е водородът, който се подава към други агрегати за по-нататъшна обработка.
Най-добрата суровина е бензиновата фракция с точка на кипене от 85 до 180 0С. Преди реформиране петролният продукт се почиства предварително от сяра и азот, които влияят негативно на крайния резултат.
Реформирането може да се извърши в два вида инсталации: с периодична и непрекъсната регенерация на катализатора. У нас повечето инсталации се подлагат на периодична регенерация. Сравнително наскоро бяха пуснати в експлоатация няколко инсталации с постоянна регенерация, които са много по-ефективни. Цената им обаче също е по-висока.
Работната температура в такива инсталации достига стойности от 500 – 530 0C, а налягането – до 35 Atm. Например, в инсталации с непрекъсната регенерация, налягането е от две до три "атмосфери". Тъй като реакцията на реформинг абсорбира значителна топлина, процесът протича постепенно в три до четири отделни камери. Преди всяка секция суровините се загряват предварително. На изхода от последната камера се отделя водород, охлажда се готовият продукт и се извежда от инсталацията.
В редица петролни рафинерии този технологичен процес се използва за производство на ароматни въглеводороди, които са суровината за много продукти на химическата промишленост.
2. Каталитична изомеризация.
Този процес се извършва и за увеличаване на октановото число. Суровината за изомеризация са леки фракции на бензин, чиято температура варира от 62 до 85 0C. Възможно е да се увеличи октановото число чрез увеличаване на съдържанието на изопарафин. Целият процес протича в една камера при температура 160 – 380 0C и налягане до 35 Atm.
Практиката на редица рафинерии включва преобразуване на остарели риформинг инсталации в изомеризационни инсталации. Често тези процеси също се комбинират в един комплекс.
3. Хидроочистване на дестилати.
Основната цел на този процес е да се елиминира наличието на сяра и азот в различни петролни продукти. За това се използват както чисти дестилати, така и тези, които вече са били използвани, тоест вторични. Водородът, който се отделя при реформинг, също идва тук.
Разрушаването на съдържащите сяра и азот компоненти става след смесване на суровината с газ, съдържащ водород, нагряване до 280 - 340 0C и подаване на сместа под налягане от 50 atm. за катализатори от никел, кобалт или молибден. Изходът е малко количество нискооктанов бензин и дизелова фракция. След това излишният водород се отстранява от сместа и тя влиза в дестилационната колона. Резултатът от хидротретирането, например, може да бъде намаляване на съдържанието на сяра в дизеловата фракция до 0,005% от първоначална стойност от 1%.
Хидрокрекинг и каталитичен крекинг - технология, особености на процеса
4. Каталитичен крекинг
Този процес на вторична преработка на петролни продукти е един от най-значимите. Ефективността на петролната рафинерия зависи от нейното внедряване. Същността на процеса се свежда до въздействието на температурата върху нефтения продукт в присъствието на катализатор. В резултат на това редица въглеводороди се разлагат и на изходната линия на инсталацията е възможно да се получи бензин с октаново число над 90 позиции. Количеството на готовата продукция е 50-65%. Каталитичният крекинг също включва изомеризация. Това обяснява високото октаново число. Вторичните продукти на преработката са пропилей и бутилен, използвани в нефтохимическата промишленост, както и компоненти за производство на дизелово гориво, сажди и мазут.
Средната производителност на повечето инсталации достига 2,5 милиона тона, но има системи, които позволяват производството на 4 милиона тона продукти годишно.
В основния блок на инсталацията се извършва нагряване на суровините, крекинг и регенерация на катализатора. В последния случай коксът се изгаря, който се освобождава след крекинг и се отлага върху повърхностите. Катализаторът циркулира през тръбопроводи, които свързват всички основни компоненти на инсталацията.
В момента можем да кажем, че в Русия няма достатъчно капацитет на крекинг единица. Решението на проблема е не само в изграждането на нови заводи, но и в реконструкцията на съществуващите рафинерийни системи.
Съвсем наскоро в нашата страна бяха реконструирани инсталации в Рязан и Ярославъл, а в Нижнекамск беше пусната в експлоатация нова крекинг инсталация. Инсталацията в Нижнекамск използва технология от чуждестранни компании.
Каталитичният крекинг често се включва в инсталации, които позволяват последователно хидротретиране на суровините.
5. Хидрокрекинг
Целта на този процес е да се произвеждат керосин и дизелови дестилати с най-високо качество. Това се постига чрез крекинг на въглеводороди от нефтопродукти с едновременното присъствие на водород. Отлична производителност и въздействие върху околната среда се постигат чрез висококачествено пречистване на суровините от сяра, насищане на олефини и ароматни въглеводороди. Например, може да се отбележи, че наличието на сяра в крайния дизелов дестилат след хидрокрекинг е само милионни от процента. Бензиновата фракция също се характеризира с високо октаново число, а тежката фракция може да се използва като суровина за реформинг. В допълнение, хидрокрекингът се използва за производство на моторни масла, които са близки по характеристики до синтетичните продукти.
Капацитетът на инсталациите за хидрокрекинг най-често достига три до четири милиона тона годишно.
Водородът, доставен от реформаторите, обикновено не е достатъчен за извършване на хидрокрекинг. За да се отговори на търсенето на този газ, се изграждат допълнителни инсталации във фабриките. Водородът се произвежда в тях поради парното реформиране на въглеводородни газове.
Технологията на процеса на хидрокрекинг е подобна на тази, използвана в инсталациите за хидротретиране. Постъпващият в инсталацията петролен продукт се смесва с газ, съдържащ водород. След това се нагрява и влиза в реактора заедно с катализатора. Продуктите, отделени от газовете, се изпращат за ректификация. Поради отделянето на топлина по време на хидрокрекинга, съдържащият водород газ се доставя в охладено състояние. Температурата се регулира от обема на подавания газ. Поради факта, че контролът на температурата има значително влияние върху безопасността на процеса, неговото прилагане е една от най-важните задачи за предотвратяване на потенциални аварии.
Хидрокрекингите, както всяко друго съоръжение, имат разлики, дължащи се на различните крайни резултати и използваните суровини.
Налягане до 80 атм. и температура от около 350 0 С в един реактор правят възможно получаването на вакуумен газьол с ниско съдържание на сяра.
За да се получат максимални леки фракции, реакциите се провеждат в два реактора. При този процес продуктът от първия реактор се изпраща за ректификация. Там се отделят леките фракции. Повторен хидрокрекинг се извършва с остатъците във втори реактор. Хидрокрекингът на вакуумен газьол се извършва при налягане 180 atm, мазут и катран - над 300. А температурата е съответно 380 и 450 0 C.
Хидрокрекингът като такъв се появи в нашата страна сравнително наскоро. Такива инсталации се появиха в Перм, Уфа и Ярославъл през 2000-те години. В някои рафинерии съществуващите инсталации са реконструирани за инсталации за хидрокрекинг.
Наличието на модерни хидрокрекинг инсталации дава възможност за пълноценна вторична преработка с цел получаване на бензин с високо октаново число и висококачествени средни дестилати.
Коксуване и промишлено производство - технология, особености на процеса
6. Коксуване
Процесът на коксуване се извършва с тежки нефтени остатъци на всеки етап от рафинирането. Резултатът от това е производството на кокс, който се използва в металургията като суровина за производството на електроди. Освен това от кокса се получава известно количество леки фракции.
Основната разлика между коксуването и други процеси на втори етап на обработка е липсата на катализатор.
В Русия се използват коксови агрегати със забавено действие. Температурата, при която протича този процес, достига 500 0 С, а налягането е приблизително равно на атмосферното. Нефтопродуктът, влизащ в пещта през намотките, се подлага на термична обработка и коксът се отделя от него в съседни секции. Такива инсталации имат четири камери с редуващи се режими на работа. Процесът на пълнене на камерата с кокс се извършва в рамките на 24 часа. След това време коксът се разтоварва и се стартира следващият цикъл на инсталацията.
Отстраняването на кокса от камерата се извършва с помощта на хидравличен нож. Външно изглежда като бормашина с дюзи в края. През тези дюзи има струи вода под налягане от 150 atm. разбийте кока-колата. След това натрошените коксови частици се сортират.
В горната част на коксовата камера има канали за отвеждане на парите към ректификационния блок. Трябва да се отбележи, че леките фракции, получени чрез коксуване, трябва да бъдат преработени, тъй като повишеното присъствие на олефини значително намалява тяхното качество.
Обемният добив на леки фракции достига 35%, а кокс (при коксуване на катран) - 25%.
7. Стоково производство
Горните процеси на обработка позволяват да се получат съставни компоненти на различни видове горива, които имат отличителни характеристики на работа и приложение.
За да се получи висококачествен продукт със специфични качествени показатели, е необходимо да се получи смес от тези компоненти. Този процес се извършва и в петролни рафинерии.
Всеки производствен комплекс е насочен към смесване на компоненти въз основа на специфични математически модели. Този процес зависи от различни фактори: планираните остатъци от рафиниране на петролни продукти, необходимите обеми на доставки на суровини и продажба на готови петролни продукти.
Смесването често се извършва по познати рецепти, които подлежат на корекция поради променящите се технологични процеси.
Процесът на смесване на компонентите е доста прост: те се подават в определен контейнер в необходимото количество. Тук могат да се добавят и някои добавки. След смесване търговският петролен продукт се подлага на качествен контрол и се изпомпва в резервоари за съхранение и по-нататъшна продажба.
Основните обеми готови петролни продукти у нас се транспортират с железопътен транспорт до. Зареждането на петролни продукти в резервоари се извършва с помощта на стелажи, разположени на територията на заводите. През него се транспортират и известна част от петролните продукти, които също се използват за продажба на гориво в чужбина. По-рядко срещаните видове транспорт са речните и морските пътища.
Извлеченото масло е смес от различни въглехидрати (парафинови, нафтенови и ароматни) с различно молекулно тегло и точки на кипене.
Същността на рафинирането на нефт
Суровият нефт, добит от сондаж, не се използва в чиста форма.
Следователно първичното рафиниране на нефт се извършва в специализирани заводи. Именно до такава петролна рафинерия суровините се доставят по тръбопровод, железопътен транспорт или морски танкери. Резултатът е авиационен керосин, бензин, мазут, парафин, смазочни масла, както и суровини за нефтохимическото производство.
Етапи на обработка
В съвременните условия суровият нефт може да се използва за производство на различни горива, петролни масла, битум, парафини, керосини, смазочни материали, разтворители и други петролни продукти, които се получават след преработката на суровините.
Добитото масло е въглеводородна суровина, която трябва да премине през дълъг етап в полето, преди от тази смес да се изолират ценни и важни компоненти, от които след това да се получи продукт, подходящ за употреба.
Технологията за първично рафиниране на нефт е доста сложен процес, който трябва да започне с транспортирането на суровините до завода, където преминава през няколко етапа, а именно:
- подготвителен етап;
- рециклиране;
- етап на почистване.
Подготвителен етап
Добитите суровини съдържат примеси като сол, вода, глина, пясък и свързан газ.
Всяко поле има свой експлоатационен живот, който зависи от дебелината на нефтения резервоар. Наличието на вода и механични примеси в нефта значително пречи на транспортирането му по тръбопроводи за доставка до преработка. В същото време може да причини образуването на всякакви отлагания в резервоари и топлообменници, което значително усложнява първичния процес на рафиниране на нефт.
На първия етап извлеченото масло трябва да премине комплексно (механично) пречистване и едва след това фино пречистване.
На подготвителния етап суровините се разделят на газ и масло в специални сепаратори. Първичната обработка на нефт и газ включва утаяване на суровините на студено в запечатани резервоари. Също така, нагряването за определено време помага да се елиминират значително количество твърди частици и вода. Ефективно ще работи инсталацията за първична преработка на нефт, като суровините ще бъдат допълнително подложени на дехидратация, както и обезсоляване с помощта на специално оборудване.
Понякога маслото, комбинирано с вода, може да образува емулсия, която трудно се разтваря. При него малки частици от един компонент често се разпределят в суспензия в друг.
В практиката могат да се разграничат два основни вида емулсии: масло във вода (хидрофилни), вода в масло (хидрофобни).
Методи за разбиване на емулсии
Първичното рафиниране на нефт не може без разрушаването на горните емулсии. Има няколко такива метода: химически, механични и електрически.
Химическият метод включва унищожаване с помощта на деемулгатори (повърхностноактивни вещества). Тези компоненти се характеризират с висока активност в сравнение с "работещия емулгатор". Те образуват противоемулсия и могат успешно да разтварят адсорбционния филм. Този метод се използва главно едновременно с електрическия метод, при който чрез прилагане на ток към маслената емулсия водните частици се комбинират, което спомага за по-бързото отделяне с масло.
Механичният метод на разрушаване е разделен на утаяване и центрофугиране. Разликата в плътностите на елементите на емулсията допринася за лесното разделяне на водата и маслото при нагряване на течността до 160 градуса за три часа (водата не трябва да се изпарява). В този случай налягането задължително се поддържа на ниво от 15 атмосфери.
По време на центрофугирането емулсията се отделя с помощта на специално оборудване (центрофуги). Броят на оборотите трябва да достигне до 50 000 пъти в минута.
Първично рафиниране на нефт
Този етап на преработка на суровината се състои в разделянето й на въглеводородни групи и фракции. По време на процеса на дестилация, единицата за първично рафиниране на нефт получава широка гама от междинни продукти и петролни продукти.
Този процес се основава на принципа на разликата в температурите на кипене на компонентите на извлечените суровини. В резултат на това маслото трябва да се разложи на фракции: леки нефтопродукти (мазут) и масло (катран).
В процеса на получаване на готовия продукт най-важното е първичното рафиниране на нефт, чиято схема може да варира и да се извърши по един от следните начини:
- Еднократно изпарение - в нагревателя маслото се загрява до необходимата температура. В резултат на този процес се образуват двойки. Когато се достигне необходимата температура, получената паро-течна смес трябва да влезе в изпарителя, който представлява цилиндър, където парата вече е отделена от течността.
- Многократното изпаряване е процес, който е представен от последователност от единични изпарения с постепенно повишаване на температурата при нагряване.
- Поточното изпаряване е дестилация, което е лека промяна в маслото при всяко отделно изпарение.
Оборудване
Основното оборудване за първична дестилация на петрол е: дестилационни колони, тръбни пещи и топлообменници.
Самият процес на дестилация на масло се извършва в дестилационни колони. По този начин извлечената суровина с помощта на помпа постъпва в топлообменник, където се нагрява и се прехвърля в тръбна пещ, където вече се загрява до необходимата температура. След това маслото като смес от пара и течност постъпва в изпарителната част на определената дестилационна колона. Тук течната и парната фаза се разделят (течността се движи надолу, а парата се движи нагоре).
В зависимост от вида на извършвания процес (тип изпарение) се използват следните видове тръбни пещи: атмосферни (по-нататък - AT), вакуумни (по-нататък - VT) и атмосферно-вакуумни (по-нататък - AVT). В AT се извършва плитка обработка, в резултат на което се получават керосин, бензинови и дизелови фракции, както и мазут. С помощта на VT инсталации се извършва задълбочена обработка на суровините. Резултатът е нефт, фракции от газьол и катран, които впоследствие се използват в производството на кокс, смазочни масла и битум. В инсталациите AVT се комбинират два метода за дестилация на масло.
Рециклиране на масло
Въз основа на резултатите от определянето на физичните и химичните свойства на маслото, както и в зависимост от нуждите на крайния продукт, се избира допълнителен метод за деструктивна обработка на извлечените суровини. Рециклирането е процес на термична и каталитична обработка на нефтопродукти, получени чрез директна дестилация. Осъществяването на въздействие върху суровините може да промени естеството на въглеводородите, които съдържа.
Видове рециклиране
За да се определи по-пълно същността на вторичната дестилация на нефт, е необходимо да се спрем по-подробно на основните му видове.
По този начин първият метод (гориво) се използва за получаване на висококачествен моторен бензин, както и различни видове дизелово гориво и суровини за зареждане на реактивни двигатели. Този метод включва използването на по-малко технологични инсталации. Това е процес, чрез който могат да се получат моторни масла от петролни фракции. Този вид обработка на суровината включва каталитичен крекинг и реформинг, хидротретиране, хидрокрекинг и други термични процеси.
Резултатите от рафинирането на гориво и масло са асфалт и смазочни масла. В случая става дума за процесите на деасфалтиране и екстракция.
По време на нефтохимическото рафиниране обаче се получават голямо разнообразие от петролни продукти. Следователно тук се използва най-голямо количество разнообразно технологично оборудване. В резултат на тази обработка на суровините се получават не само масла и горива, но и синтетичен каучук, азотни торове, пластмаси, детергенти, фенол, алкохол, ацетон и други химикали.
Заключение
Обобщавайки материала, представен в тази статия, трябва да се отбележи, че първичното и вторичното рафиниране на нефт са задължителни етапи на рафинирането.
Рафинирането на нефт е доста сложен процес, който изисква участието на... Много продукти се получават от добити естествени суровини - различни видове горива, битум, керосин, разтворители, смазочни материали, нефтени масла и др. Рафинирането на нефт започва с транспортирането на въглеводородите до завода. Производственият процес протича на няколко етапа, всеки от които е много важен от технологична гледна точка.
Процес на рециклиране
Процесът на рафиниране на маслото започва със специализираната му подготовка. Това се дължи на наличието на множество примеси в естествените суровини. Нефтено находище съдържа пясък, соли, вода, почва и газообразни частици. Водата се използва за извличане на големи количества продукти и запазване на находищата на енергийни ресурси. Това има своите предимства, но значително намалява качеството на получения материал.
Наличието на примеси в петролните продукти прави невъзможно транспортирането им до завода. Те провокират образуването на плака върху топлообменниците и други съдове, което значително намалява техния експлоатационен живот.
Поради това добитите материали се подлагат на комплексно почистване – механично и фино. На този етап от производствения процес получените суровини се разделят на масло и. Това се случва с помощта на специални маслени сепаратори.
За да се пречистят суровините, те обикновено се съхраняват в херметически затворени контейнери. За да активирате процеса на разделяне, материалът се излага на студ или висока температура. Електрическите инсталации за обезсоляване се използват за отстраняване на солите, съдържащи се в суровините.
Как протича процесът на разделяне на маслото и водата?
След първоначално пречистване се получава слабо разтворима емулсия. Това е смес, в която частиците от една течност са равномерно разпределени във втората. На тази основа се разграничават 2 вида емулсии:
- хидрофилен. Това е смес, в която маслените частици са във вода;
- хидрофобен. Емулсията се състои основно от масло с водни частици в него.
Процесът на разрушаване на емулсията може да се извърши механично, електрически или химично. Първият метод включва утаяване на течността. Това се случва при определени условия - нагряване до температура 120-160 градуса, повишаване на налягането до 8-15 атмосфери. Деламинирането на сместа обикновено става в рамките на 2-3 часа.
За да бъде успешен процесът на разделяне на емулсията, е необходимо да се предотврати изпарението на водата. Също така, отделянето на чисто масло се извършва с помощта на мощни центрофуги. Емулсията се разделя на фракции, когато достигне 3,5-50 хиляди оборота в минута.
Използването на химичен метод включва използването на специални повърхностноактивни вещества, наречени деемулгатори. Те спомагат за разтварянето на адсорбционния филм, в резултат на което маслото се изчиства от водни частици. Химическият метод често се използва заедно с електрическия метод. Последният метод за почистване включва излагане на емулсията на електрически ток. Провокира обединяването на водните частици. В резултат на това се отстранява по-лесно от сместа, което води до масло с най-високо качество.
Първична обработка
Производството и рафинирането на нефт протича на няколко етапа. Особеност на производството на различни продукти от естествени суровини е, че дори след висококачествено пречистване, полученият продукт не може да се използва по предназначение.
Изходният материал се характеризира със съдържанието на различни въглеводороди, които се различават значително по молекулно тегло и точка на кипене. Съдържа вещества от нафтенов, ароматен и парафинов характер. Изходната суровина също съдържа серни, азотни и кислородни съединения от органичен тип, които също трябва да бъдат отстранени.
Всички съществуващи методи за рафиниране на нефт са насочени към разделянето му на групи. По време на производствения процес се получава широка гама от продукти с различни характеристики.
Първичната обработка на естествените суровини се извършва въз основа на различните температури на кипене на съставните му части. За извършване на този процес се използват специализирани инсталации, които позволяват получаването на различни петролни продукти - от мазут до катран.
Ако обработвате естествени суровини по този начин, няма да можете да получите материал, готов за по-нататъшна употреба. Първичната дестилация е насочена само към определяне на физичните и химичните свойства на маслото. След това може да се определи необходимостта от допълнителна обработка. Те също така определят типа оборудване, което трябва да се използва за извършване на необходимите процеси.
Първично рафиниране на нефт
Методи за дестилация на масло
Разграничават се следните методи за рафиниране на масло (дестилация):
- еднократно изпаряване;
- многократно изпаряване;
- дестилация с постепенно изпаряване.
Методът на бързо изпаряване включва обработка на масло при висока температура при дадена стойност. В резултат на това се образуват пари, които влизат в специален апарат. Нарича се изпарител. В това цилиндрично устройство парите се отделят от течната фракция.
При многократно изпаряване суровината се подлага на обработка, при която температурата се повишава няколко пъти по зададен алгоритъм. Последният метод на дестилация е по-сложен. Рафинирането на нефт с постепенно изпаряване предполага плавна промяна на основните работни параметри.
Оборудване за дестилация
Индустриалното рафиниране на масло се извършва с помощта на няколко устройства.
Тръбни пещи. От своя страна те също са разделени на няколко вида. Това са атмосферни, вакуумни, атмосферно-вакуумни пещи. С помощта на първия тип оборудване се извършва плитка обработка на петролни продукти, което позволява получаването на мазут, бензин, керосин и дизелови фракции. Във вакуумните пещи, в резултат на по-ефективна работа, суровините се разделят на:
- катран;
- маслени частици;
- частици газьол.
Получените продукти са напълно подходящи за производство на кокс, битум и смазочни материали.
Дестилационни колони. Процесът на преработка на суров петрол с помощта на това оборудване включва нагряването му в намотка до температура от 320 градуса. След това сместа постъпва в междинните нива на дестилационната колона. Средно има 30-60 улука, всеки от които е поставен на определен интервал и е оборудван с вана с течност. Това кара парата да тече надолу под формата на капчици, когато се образува конденз.
Има и обработка с помощта на топлообменници.
Рециклиране
След определяне на свойствата на маслото, в зависимост от необходимостта от определен краен продукт, се избира вида на вторичната дестилация. Основно се състои в термично-каталитичен ефект върху суровината. Дълбокото рафиниране на нефт може да се извърши по няколко метода.
гориво Използването на този метод на вторична дестилация дава възможност за получаване на редица висококачествени продукти - моторни бензини, дизелови, реактивни и котелни горива. За да извършите обработка, не е необходимо да използвате много оборудване. В резултат на използването на този метод се получава готов продукт от тежки фракции суровини и утайка. Методът за дестилация на гориво включва:
- напукване;
- реформиране;
- хидротретиране;
- хидрокрекинг.
Гориво и масло. В резултат на използването на този метод на дестилация се получават не само различни горива, но и асфалт и смазочни масла. Това се извършва чрез метода на екстракция, деасфалтиране.
Нефтохимически. В резултат на прилагането на този метод с използването на високотехнологично оборудване се получават голям брой продукти. Това не е само гориво, масла, но и пластмаси, каучук, торове, ацетон, алкохол и много други.
Как предметите около нас са направени от нефт и газ - достъпно и разбираемо
Този метод се счита за най-често срещаният. Използва се за преработка на сяра или масло с високо съдържание на сяра. Хидроочистването може значително да подобри качеството на получените горива. От тях се отстраняват различни добавки - сяра, азот, кислородни съединения. Материалът се обработва с помощта на специални катализатори във водородна среда. В този случай температурата в оборудването достига 300-400 градуса, а налягането - 2-4 MPa.
В резултат на дестилацията органичните съединения, съдържащи се в суровината, се разлагат при взаимодействие с водорода, циркулиращ вътре в апарата. В резултат на това се образуват амоняк и сероводород, които се отстраняват от катализатора. Хидротретирането ви позволява да обработвате 95-99% от суровините.
Каталитичен крекинг
Дестилацията се извършва с помощта на зеолит-съдържащи катализатори при температура 550 градуса. Крекингът се счита за много ефективен метод за обработка на готовите суровини. С негова помощ от мазутни фракции може да се получи високооктанов бензин. Добивът на чист продукт в този случай е 40-60%. Получава се и течен газ (10-15% от първоначалния обем).
Каталитичен реформинг
Реформирането се извършва с помощта на алуминиево-платинов катализатор при температура 500 градуса и налягане 1-4 MPa. В същото време в оборудването има водородна среда. Този метод се използва за превръщане на нафтенови и парафинови въглеводороди в ароматни. Това ви позволява значително да увеличите октановото число на произвежданите продукти. При използване на каталитичен реформинг добивът на чист материал е 73-90% от възстановената суровина.
Хидрокрекинг
Позволява ви да получите течно гориво при излагане на високо налягане (280 атмосфери) и температура (450 градуса). Този процес протича и с използването на силни катализатори – молибденови оксиди.
Ако хидрокрекингът се комбинира с други методи за преработка на естествени суровини, добивът на чисти продукти под формата на бензин и реактивно гориво е 75-80%. При използване на висококачествени катализатори, тяхната регенерация може да не се извършва в продължение на 2-3 години.
Добив и деасфалтиране
Екстракцията включва разделяне на приготвената суровина на необходимите фракции с помощта на разтворители. След това се извършва депарафинизация. Позволява ви значително да намалите точката на течливост на маслото. Също така, за да се получат висококачествени продукти, те се хидротретират. В резултат на екстракция може да се получи дизелово гориво. Също така, използвайки тази техника, ароматните въглеводороди се извличат от подготвени суровини.
Деасфалтирането е необходимо, за да се получат смоло-асфалтенови съединения от крайните продукти от дестилацията на петролна суровина. Получените вещества се използват активно за производството на битум, като катализатори за други методи на обработка.
Други методи на обработка
Обработката на естествени суровини след първична дестилация може да се извърши и по други начини.
Алкилиране.След обработка на подготвените материали се получават висококачествени компоненти за бензин. Методът се основава на химичното взаимодействие на олефинови и парафинови въглеводороди, което води до парафинов въглеводород с висока температура на кипене.
Изомеризация. Използването на този метод позволява да се получи вещество с по-високо октаново число от нискооктанови парафинови въглеводороди.
Полимеризация. Позволява превръщането на бутилени и пропилен в олигомерни съединения. В резултат на това се получават материали за производството на бензин и за различни нефтохимически процеси.
Коксуване. Използва се за производството на нефтен кокс от тежки фракции, получени след дестилация на нефт.
Нефтопреработвателната индустрия е перспективна и развиваща се. Производственият процес непрекъснато се усъвършенства чрез въвеждане на ново оборудване и технологии.
Видео: Рафиниране на нефт
