Процессы переработки нефти. Перегонка нефти

Сущность нефтеперерабатывающего производства
Процесс переработки нефти можно разделить на 3 основных этапа:
1. Разделение нефтяного сырья на фракции, различающиеся по интервалам температур кипения (первичная переработка) ;
2. Переработка полученных фракций путем химических превращений содержащихся в них углеводородов и выработка компонентов товарных нефтепродуктов (вторичная переработка) ;
3. Смешение компонентов с вовлечением, при необходимости, различных присадок, с получением товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества (товарное производство) .
Продукцией НПЗ являются моторные и котельные топлива, сжиженные газы, различные виды сырья для нефтехимических производств, а также, в зависимости от технологической схемы предприятия - смазочные, гидравлические и иные масла, битумы, нефтяные коксы, парафины. Исходя из набора технологических процессов, на НПЗ может быть получено от 5 до более, чем 40 позиций товарных нефтепродуктов.
Нефтепереработка - непрерывное производство, период работы производств между капитальными ремонтами на современных заводах составляет до 3-х лет. Функциональной единицей НПЗ является технологическая установка - производственный объект с набором оборудования, позволяющего осуществить полный цикл того или иного технологического процесса.
В данном материале кратко описаны основные технологические процессы топливного производства - получения моторных и котельных топлив, а также кокса.

Поставка и приём нефти
В России основные объёмы сырой нефти, поставляемой на переработку, поступают на НПЗ от добывающих объединений по магистральным нефтепроводам. Небольшие количества нефти, а также газовый конденсат, поставляются по железной дороге. В государствах-импортёрах нефти, имеющих выход к морю, поставка на припортовые НПЗ осуществляется водным транспортом.
Принятое на завод сырьё поступает в соответствующие емкости товарно-сырьевой базы (рис.1), связанной трубопроводами со всеми технологическими установками НПЗ. Количество поступившей нефти определяется по данным приборного учёта, или путём замеров в сырьевых емкостях.

Подготовка нефти к переработке (электрообессоливание)
Сырая нефть содержит соли, вызывающие сильную коррозию технологического оборудования. Для их удаления нефть, поступающая из сырьевых емкостей, смешивается с водой, в которой соли растворяются, и поступает на ЭЛОУ - электрообессоливащую установку (рис.2). Процесс обессоливания осуществляется в электродегидраторах - цилиндрических аппаратах со смонтированными внутри электродами. Под воздействием тока высокого напряжения (25 кВ и более), смесь воды и нефти (эмульсия) разрушается, вода собирается внизу аппарата и откачивается. Для более эффективного разрушения эмульсии, в сырьё вводятся специальные вещества - деэмульгаторы . Температура процесса - 100-120°С.

Первичная переработка нефти
Обессоленная нефть с ЭЛОУ поступает на установку атмосферно-вакуумной перегонки нефти, которая на российских НПЗ обозначается аббревиатурой АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатка . Такое название обусловлено тем, что нагрев сырья перед разделением его на фракции, осуществляется в змеевиках трубчатых печей (рис.6) за счет тепла сжигания топлива и тепла дымовых газов.
АВТ разделена на два блока - атмосферной и вакуумной перегонки .

1. Атмосферная перегонка
Атмосферная перегонка (рис. 3,4) предназначена для отбора светлых нефтяных фракций - бензиновой, керосиновой и дизельных, выкипающих до 360°С, потенциальный выход которых составляет 45-60% на нефть. Остаток атмосферной перегонки - мазут.
Процесс заключается в разделении нагретой в печи нефти на отдельные фракции в ректификационной колонне - цилиндрическом вертикальном аппарате, внутри которого расположены контактные устройства (тарелки) , через которые пары движутся вверх, а жидкость - вниз. Ректификационные колонны различных размеров и конфигураций применяются практически на всех установках нефтеперерабатывающего производства, количество тарелок в них варьируется от 20 до 60. Предусматривается подвод тепла в нижнюю часть колонны и отвод тепла с верхней части колонны, в связи с чем температура в аппарате постепенно снижается от низа к верху. В результате сверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, а пары керосиновой и дизельных фракций конденсируются в соответствующих частях колонны и выводятся, мазут остаётся жидким и откачивается с низа колонны.

2. Вакуумная перегонка
Вакуумная перегонка (рис.3,5,6) предназначена для отбора от мазута масляных дистиллятов на НПЗ топливно-масляного профиля, или широкой масляной фракции (вакуумного газойля) на НПЗ топливного профиля. Остатком вакуумной перегонки является гудрон.
Необходимость отбора масляных фракций под вакуумом обусловлена тем, что при температуре свыше 380°С начинается термическое разложение углеводородов (крекинг) , а конец кипения вакуумного газойля - 520°С и более. Поэтому перегонку ведут при остаточном давлении 40-60 мм рт. ст., что позволяет снизить максимальную температуру в аппарате до 360-380°С.
Разряжение в колонне создается при помощи соответствующего оборудования, ключевыми аппаратами являются паровые или жидкостные эжекторы (рис.7).

3. Стабилизация и вторичная перегонка бензина
Получаемая на атмосферном блоке бензиновая фракция содержит газы (в основном пропан и бутан) в объёме, превышающем требования по качеству, и не может использоваться ни в качестве компонента автобензина, ни в качестве товарного прямогонного бензина. Кроме того, процессы нефтепереработки, направленные на повышение октанового числа бензина и производства ароматических углеводородов в качестве сырья используют узкие бензиновые фракции. Этим обусловлено включение в технологическую схему переработки нефти данного процесса (рис.4), при котором от бензиновой фракции отгоняются сжиженные газы, и осуществляется её разгонка на 2-5 узких фракций на соответствующем количестве колонн.

Продукты первичной переработки нефти охлаждаются в теплообменниках , в которых отдают тепло поступающему на переработку холодному сырью, за счет чего осуществляется экономия технологического топлива, в водяных и воздушных холодильниках и выводятся с производства. Аналогичная схема теплообмена используется и на других установках НПЗ.

Современные установки первичной переработки зачастую являются комбинированными и могут включать в себя вышеперечисленные процессы в различной конфигурации. Мощность таких установок составляет от 3 до 6 млн. тонн по сырой нефти в год.
На заводах сооружается несколько установок первичной переработки во избежание полной остановки завода при выводе одной из установок в ремонт.

Продукты первичной переработки нефти

Наименование	Интервалы кипения (состав)	Где отбирается	Где используется (в порядке приоритета)
Рефлюкс стабилизации	Пропан, бутан, изобутан	Блок стабилизации	Газофракционирование, товарная продукция, технологическое топливо
Стабильный прямогонный бензин (нафта)		Вторичная перегонка бензина	Смешение бензина, товарная продукция
Стабильная легкая бензиновая		Блок стабилизации	Изомеризация, смешение бензина, товарная продукция
Бензольная		Вторичная перегонка бензина	Производство соответствующих ароматических углеводородов
Толуольная		Вторичная перегонка бензина
Ксилольная		Вторичная перегонка бензина
Сырьё каталитического риформинга		Вторичная перегонка бензина	Каталитический риформинг
Тяжелая бензиновая		Вторичная перегонка бензина	Смешение керосина, зимнего дизтоплива, каталитический риформинг
Компонент керосина		Атмосферная перегонка	Смешение керосина, дизельных топлив
Дизельная		Атмосферная перегонка	Гидроочистка, смешение дизтоплив, мазутов
		Атмосферная перегонка (остаток)	Вакуумная перегонка, гидрокрекинг, смешение мазутов
Вакуумный газойль		Вакуумная перегонка	Каталитический крекинг, гидрокрекинг, товарная продукция, смешение мазутов.
		Вакуумная перегонка (остаток)	Коксование, гидрокрекинг, смешение мазутов.

*) - н.к. - начало кипения
**) - к.к. - конец кипения

Фотографии установок первичной переработки различной конфигурации

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

Сергей Пронин

Нефть - сложная субстанция, состоящая из взаиморастворимых органических веществ (углеводородов). При этом у каждого отдельно взятого вещества есть собственный молекулярный вес и температура кипения.

Сырая нефть, в том виде, в каком ее добывают, бесполезна для человека, из нее можно извлечь лишь небольшое количество газа. Чтобы получить нефтепродукты иного рода, нефть неоднократно перегоняют через специальные устройства.

В процессе первой перегонки происходит разделение, входящих в состав нефти веществ на отдельные фракции, что в дальнейшем способствует появлению бензина, дизельного топлива, различных машинных масел.

Установки для первичной переработки нефти

Первичная переработка нефти начинается с ее поступления на установку ЭЛОУ-АВТ. Это далеко не единственная и не последняя установка, необходимая для получения качественного продукта, но от работы именно этой секции зависит эффективность остальных звеньев в технологической цепочке. Установки для первичной переработки нефти являются основой существования всех нефтеперерабатывающих компаний в мире.

Именно в условиях первичной перегонки нефти выделяются все компоненты моторного топлива, смазочные масла, сырье для вторичного процесса переработки и нефтехимии. От работы данного агрегата зависит и количеств, и качество топливных компонентов, смазочных масел, технико-экономические показатели, знание которых необходимо для последующих процессов очистки.

Стандартная установка ЭЛОУ-АВТ состоит из следующих блоков:

• электрообессоливающая установка (ЭЛОУ);


• атмосферного;


• вакуумного;


• стабилизационного;


• ректификационного (вторичная перегонка);


• защелачивающего.

Каждый из блоков отвечает за выделение определенной фракции.

Процесс переработки нефти

Только что добытая нефть разделяется на фракции. Для этого используется разница в температуре кипения отдельных ее компонентов и специальное оборудование - установка.

Сырую нефть переправляют в блок ЭЛОУ, где из нее выделяют соли и воду. Обессоленный продукт подогревают и направляют в блок атмосферной перегонки, в котором нефть частичным образом отбензинивается, подразделяясь на нижние и верхние продукты.

Отбензиненная нефть из нижней части перенаправляется в основную атмосферную колонну, где происходит выделение керосиновой, легкой дизельной и тяжелой дизельной фракций.

Если вакуумный блок не работает, то мазут, становится частью товарно-сырьевой базы. В случае включения вакуумного блока данный продукт подогревается, поступает в вакуумную колону, и из него выделяется легкий вакуумный газойль, тяжелый вакуумный газойль, затемненный продукт, гудрон.

Верхние продукты бензиновой фракции перемешиваются, освобождаются от воды и газов, передаются в стабилизационную камеру. Верхняя часть вещества охлаждается, после чего испаряется, как конденсат, или газ, а нижняя направляется на вторичную перегонку для разделения на более узкие фракции.

Технология переработки нефти

Чтобы понизить затраты на переработку нефти, связанные с потерями легких компонентов и износом аппаратов для переработки вся нефть подвергается предварительной обработке, суть которой заключается в разрушении нефтяных эмульсий механическим, химическим, или электрическим путем.

Каждое предприятие использует свою собственную методику переработки нефти, но общий шаблон остается единым для всех организаций, задействованных в данной области.

Процесс переработки чрезвычайно трудоемок и продолжителен, связано это, прежде всего, с катастрофическим снижением количества легкой (хорошо перерабатываемой) нефти на планете.

Тяжелая нефть подается переработке с трудом, но новые открытие в данной области совершаются ежегодно, поэтому число эффективных способов и методов работы с этим продуктом увеличивается.

Химическая переработка нефти и газа

Образовавшиеся фракции можно преобразовывать друг в друга, для этого достаточно:

• использовать метод крекинга - крупные углеводороды разбиваются на малые;


• унифицировать фракции - совершить обратный процесс, объединив маленькие углеводороды в крупные;


• произвести гидротермальные изменения - переставлять, замещать, объединять части углеводородов для получения нужного результата.

В процессе крекинга происходит разлом больших углеводов на малые. Этому процессу способствуют катализаторы и высокая температура. Для объединения малых углеводородов используется специальный катализатор. По завершению объединения выделяется газообразный водород также служащий для коммерческих целей.

Чтобы произвести другую фракцию или структуру, молекулы в остальных фракциях перестраивают. Делается это в ходе алкилирования - смешивании пропилена и бутилена (низкомолекулярные соединения) с фтористо-водородной кислотой (катализатор). В результате получаются высокооктановые углеводороды, используемые для повышения октанового числа в бензиновых смесях.

Технология первичной переработки нефти

Первичная переработка нефти способствует разделению ее на фракции, без затрагивания химических особенностей отдельных компонентов. Технология данного процесса направлена не на кардинальное изменение структурного строения веществ на разных уровнях, а на изучение их химического состава.

В ходе применения специальных приборов и установок из поступившей на производство нефти выделяются:

• бензиновые фракции (температура кипения устанавливается индивидуально, в зависимости от технологической цели - получения бензина для машин, самолетов, иного рода техники);


• керосиновые фракции (керосин применяется в качестве моторного топлива и систем освещения);


• газойлевые фракции (дизельное топливо);


• гудрон;


• мазут.

Разделение на фракции является первым этапом по очистке нефти от различного рода примесей. Чтобы получить действительно качественный продукт, необходима вторичная очистка и глубокая переработка всех фракций.

Глубокая переработка нефти

Глубокая переработка нефти предполагает включение в процесс переработки уже дистиллированных и химически обработанных фракций.

Цель обработки - удаление примесей, содержащих органические соединения, серу, азот, кислород, воду, растворенные металлы и неорганические соли. В ходе переработки фракции разбавляют серной кислотой, удаляемой из них при помощи сероводородных скрубберов, либо водородом.

Переработанные и охлажденные фракции смешивают и получают различные виды топлива. От глубины переработки зависит качество конечного продукта - бензина, дизельного топлива, машинных масел.

Техник, технолог по переработке нефти и газа

Нефтеперерабатывающая отрасль оказывает значительное воздействие на разные сферы жизни общества. Профессия технолог по переработке нефти и газа считается одной из самых престижных и одновременно опасных в мире.

Технологи непосредственно отвечают за процесс очистки, перегонки и дистилляции нефти. Технолог следит за то, чтобы качество продукции соответствовало существующим стандартам. Именно за технологом остается право выбора последовательности совершенных операций при работе с оборудованием, этот специалист отвечает за его настройку и выбор нужного режима.

Технологи постоянно:

• изучают новые методы;


• применяют на практике опытные технологии переработки;


• выявляют причины технических ошибок;


• ищут способы предотвращения возникших проблем.

Для работы технологом необходимы не только знания в нефтедобывающей отрасли, но и математический склад ума, находчивость, точность и аккуратность.

Новые технологии первичной и последующих переработок нефти на выставке

Использование ЭЛОУ установок во многих странах считается устаревшим способом переработки нефти.

Актуальным становится необходимость постройки специальных печей из огнеупорного кирпича. Внутри каждой такой печи имеются трубы, длиной в несколько километров. Нефть движется по ним со скоростью 2 метра в секунду при температуре до 325 градусов Цельсия.

Конденсация и охлаждение пара производится за счет ректификационных колонн. Конечный продукт поступает в серию резервуаров. Процесс непрерывен.

О современных методах работы с углеводородами можно узнать на выставке «Нефтегаз» .

В ходе работы выставки участники уделяют особое внимание вторичной переработке продукта и использованию таких методов, как:

• висбрекинг;
• коксование нефтяных остатков тяжелого типа;
• риформинг;
• изомеризация;
• алкилирование.

Технологии переработки нефти улучшаются с каждым годом. Последние достижения в отрасли можно увидеть на выставке.

Нефть разделяется на фракции для получения нефтепродуктов в два этапа, то есть перегонка нефти проходит через первичную и вторичную обработку.

Процесс первичной нефтепереработки

На этом этапе перегонки производится предварительное обезвоживание и обессоливание сырой нефти на специальном оборудовании для выделения солей и остальных примесей, которые могут вызывать коррозию аппаратуры и снижать качество продуктов нефтепереработки. После этого в нефти содержится всего 3-4 мг солей на литр и не более 0,1 % воды. Подготовленный продукт готов к перегонке.

По причине того, что жидкие углеводороды кипят при различной температуре, это свойство используется при перегонке нефти, чтобы выделить из нее отдельные фракции при разных фазах кипения. Перегонка нефти на первых нефтеперерабатывающих предприятиях давала возможность выделять следующие фракции в зависимости от температуры: бензин (выкипает при 180°С и ниже), реактивное топливо (выкипает при 180-240°С) и дизтопливо (выкипает при 240-350°С). От перегонки нефти остается мазут.

В процессе перегонки нефть разделяется по на фракции (составные части). В результате получаются товарные нефтепродукты или их компоненты. Перегонка нефти является начальным этапом ее переработки на специализированных заводах.

При нагревании образуется паровая фаза, состав которой отличен от жидкости. Получаемые перегонкой нефти фракции обычно являются не чистым продуктом, а смесью углеводородов. Отдельные углеводороды удается выделить только благодаря многократной перегонке нефтяных фракций.

Прямая перегонка нефти выполняется

Методом однократного испарения (так называемая, равновесная дистилляция) или простой перегонки (фракционная дистилляция);

С использованием ректификации и без нее;

С помощью испаряющего агента;

Под вакуумом и при атмосферном давлении.

Равновесная дистилляция менее четко разделяет нефть на фракции, чем простая перегонка. При этом в парообразное состояние при одинаковой температуре в первом случае переходит больше нефти, чем во втором.

Фракционная перегонка нефти дает возможность получить различное для дизельных и реактивных двигателей), а также сырье (бензол, ксилолы, этилбензол, этилен, бутадиен, пропилен), растворители и другие продукты.

Процесс вторичной нефтепереработки

Вторичная перегонка нефти проводится способом химического или термического каталитического расщепления тех продуктов, что выделены из нее в результате первичной нефтеперегонки. При этом получается большее количество бензиновых фракций, а также сырье для производства ароматических углеводородов (толуола, бензола и других). Самой распространенной технологией вторичной нефтепереработки нефти является крекинг.

Крекингом называют процесс высокотемпературной переработки нефти и выделенных фракций для получения (в основном) продуктов, у которых меньшая К ним можно отнести моторное топливо, масла для смазки и т. п., сырье для нефтехимической и химической промышленности. Протекание крекинга проходит с разрывом С—С связей и образованием карбанионов или свободных радикалов. Разрыв связей С—С выполняется одновременно с дегидрированием, изомеризацией, полимеризацией и конденсацией промежуточных и исходных веществ. Последние два процесса образуют крекинг-остаток, т.е. фракцию с температурой кипения выше 350°C и кокс.

Перегонка нефти методом крекинга была запатентована в 1891 году В. Г. Шуховым и С. Гавриловым, затем эти инженерные решения повторил У. Бартон при сооружении в США первой промышленной установки.

Крекинг проводится посредством нагревания сырья или воздействия катализаторов и высокой температуры.

Крекинг позволяет выделить из мазута больше полезных составляющих.

Процессы нефтепереработки

Сырая нефть впервые в значительных количествах была добыта в 1880 г, с тех пор ее добыча росла экспоненциально. Сырая нефть является смесью химических веществ, содержащей сотни компо­нентов. Основную массу нефти составляют углеводороды - алканы, циклоалканы, арены. Содержание в нефтях алканов (предельных углеводородов) может составлять 50-70%. Циклоалканы могут со­ставлять 30-60% общего состава сырой нефти, большинство из них является моноциклическими. Наиболее часто можно обнару­жить циклопентан и циклогексан. Непредельные углеводороды (алкены), как правило, в нефти отсутствуют. Арены (ароматиче­ские углеводороды) составляют меньшую долю общего состава по сравнению с алканами и циклоалканами. В легкокипящих фрак­циях нефти преобладают простейший ароматический углеводород бензол и его производные.

Помимо углеводородов в составе органической части нефти находятся смолистые и асфальтовые вещества, представляющие собой высокомолекулярные соединения углерода, водорода, серы и кислорода, сернистые соединения, нафтеновые кислоты, фено­лы, азотистые соединения типа пиридина, хинолина, различные амины и др. Все эти вещества являются нежелательными приме­сями нефти. Для очистки от них требуется сооружение специаль­ных установок. Сернистые соединения, вызывающие коррозию аппаратуры, наиболее вредны как при переработке нефти, так и при использовании нефтепродуктов. К минеральным примесям нефти относят воду, присутствую­щую, как правило, в двух видах - легко отделяемую от нефти при отстаивании и в виде стойких эмульсий. Вода содержит раство­ренные в ней минеральные соли - NaCI, СаС1 2 , MgCl, и др. Зола составляет в нефти сотые и тысячные доли процента. Кроме того, в нефти имеются механические примеси - твердые частицы песка и глины.

Важнейшие нефтепродукты

Из нефти в процессе переработки получают топливо (жидкое и газообразное), смазочные масла и консистентные смазки, раство­рители, индивидуальные углеводороды - этилен, пропилен, ме­тан, ацетилен, бензол, толуол, ксилол и др., твердые и полутвер­дые смеси углеводородов (парафин, вазелин, церезин), нефтяные битумы и пеки, технический углерод (сажу) и др.

Жидкое топливо подразделяют на моторное и котельное. Мо­торное топливо, в свою очередь, делят на карбюраторное, реак­тивное и дизельное. Карбюраторное топливо включает в себя авиа­ционные и автомобильные бензины, а также тракторное топливо - лигроины и керосины. Топливо для авиационных реактивных дви­гателей представляет собой фракции керосина различного состава или их смесь с бензиновыми фракциями (авиакеросины). Дизель­ное топливо содержит газойли, соляровые фракции, применяемые в поршневых двигателях внутреннего сгорания с зажиганием от сжатия. Котельное топливо сжигается в топках тепловозов, паро­ходов, тепловых электростанций, в промышленных печах и под­разделяется на мазут топочный, топливо МП для мартеновских печей.

К газообразному топливу относят углеводородные сжижен­ные топливные газы, применяемые для коммунально-бытового обслуживания. Это смеси пропана и бутана в разных соотно­шениях.

Смазочные масла , предназначенные для жидкостного смазыва­ния в различных машинах и механизмах, подразделяют в зависи­мости от применения на индустриальные, турбинные, компрес­сорные, трансмиссионные, изоляционные, моторные. Специальные масла предназначены не для смазывания, а для применения в ка­честве рабочих жидкостей в тормозных смесях, гидравлических устройствах, пароструйных насосах, а также в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды. Названия этих масел отражают об­ласть их использования, например трансформаторное, конденса­торное и т. п.

Консистентные смазки представляют собой нефтяные масла, загущенные мылами, твердыми углеводородами и другими загустителями. Все смазки делят на два класса: универсальные и спе­циальные. Смазки отличаются большим многообразием, их насчи­тывается свыше ста наименований.

Индивидуальные углеводороды , получаемые в результате перера­ботки нефти и нефтяных газов, служат сырьем для производства полимеров и продуктов органического синтеза. Из них наиболее важны предельные - метан, этан, пропан, бутан и др.; непредель­ные - этилен, пропилен; ароматические - бензол, толуол, ксило­лы. Помимо перечисленных индивидуальных углеводородов про­дуктами переработки нефти являются предельные углеводороды с большой молекулярной массой (С 16 и выше) - парафины, цере­зины, применяемые в парфюмерной промышленности и в виде загустителей для консистентных смазок.

Нефтяные битумы , получаемые из тяжелых нефтяных остатков их окислением, используют для дорожного строительства, получе­ния кровельных материалов, приготовления асфальтовых лаков и полиграфических красок и др.

Одним из главных продуктов переработки нефти является мо­торное топливо , которое включает в себя авиационные и автомо­бильные бензины. Важное свойство бензина, характеризующее его способность противостоять преждевременному воспламенению в камере сгорания,- детонационная стойкость . Стук в двигателе указывает обычно на то, что произошло опережающее взрывное воспламенение и энергия израсходована бесполезно.

По эмпирической шкале, введенной в 1927 г., принимают октановое число для н-гептана, который очень легко детонирует, равным нулю, а для изооктана, обладающего высокой стойкостью к детонации, равным 100. Если, например, испытуе­мый бензин по детонационной стойкости оказался при испытаниях эквивалентным смеси, состоящей из 80% изооктана и 20% н-геп­тана, то его октановое число равно 80. Со времени введения шка­лы были найдены эталоны, превосходящие по детонационной стойкости изооктан, и в настоящее время октановая шкала расши­рена до 120.

Определение октанового числа различных углеводородов по­казало, что в ряду алканов октановое число повышается по мере их разветвления и понижается с возрастанием длины углеводород­ной цепи. Октановое число алкенов выше, чем соответствующих алканов, и повышается по мере смещения двойной связи к центру молекул. У циклоалканов октановое число выше, чем у алканов. Наиболее высокие октановые числа имеют ароматические углево­дороды; так, например, октановое число н-пропилбензола равно 105, этилбензола- 104, толуола - 107.

Бензин, полученный в процессе прямой перегонки нефти, со­стоит в основном из алканов с октановым числом 50-70. Для по­вышения октанового числа осуществляют обработку, в результате которой углеводороды бензина изомеризуются с образованием более благоприятных структур, а также используют антидетона­торы - вещества, которые добавляют к бензинам в количестве не более 0,5% для значительного увеличения их детонационной стой­кости.

В качестве антидетонатора впервые начали применять тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(С 2 Н 5) 4 , промышленный выпуск которого начался в 1923 г. Ипользуют также и другие алкилы свинца, на­пример тетраметилсвинец. К новым добавкам относятся карбонилы переходных металлов. Антидетонаторы, в частности ТЭС, при­меняют в смеси с этилбромидом, дибромэтаном, дихлорэтаном, монохлорнафталином (этиловая жидкость). Бензины с добавлени­ем этиловой жидкости называются этилированными. Этиловая жидкость очень ядовита, и при обращении с ней и этилированны­ми бензинами необходимо соблюдать специальные правила пре­досторожности.

Первичная переработка нефти

Подготовка нефти к переработке. Сырая нефть содержит раст­воренные в ней газы, называемые попутными, воду, минеральные соли, различные механические примеси. Подготовка нефти к пе­реработке сводится к выделению из нее этих включений и нейтра­лизации химически активных примесей.

Выделение из нефти попутных газов проводится в газоотдели­телях уменьшением растворимости газов вследствие снижения давления. Затем газы направляются для дальнейшей переработки на газобензиновый завод, где из них извлекают газовый бензин, этан, пропан, бутан. Окончательное отделение газов от нефти про­исходит в стабилизационных установках, где они отгоняются в спе­циальных ректификационных колоннах.

В специальном подогревателе выделяют из нефти легкие бензи­новые фракции, а затем, добавив в нее деэмульгатор, направляют в отстойные резервуары. Здесь происходят освобождение нефти от песка и глины и обезвоживание. Для разрушения эмульсий и уда­ления воды применяют различные способы, в том числе термохи­мическую обработку под давлением. Более качественным способом разрушения эмульсий является электрический способ, заключаю­щийся в пропускании нефти между электродами, включенными в цепь переменного электрического тока высокого напряжения (30-45 кВ). При обезвоживании нефти происходит и удаление зна­чительной части солей (обессоливание).

Присутствующие в нефти химически активные примеси в виде серы, сероводорода, солей, кислот нейтрализуются растворами щелочей или аммиака. Этот процесс, имеющий целью предотвра­щение коррозии аппаратуры, называется защелачиванием нефти.

Кроме того, подготовка нефти к переработке включает в себя сортировку и смешение нефтей для получения более равномерного по составу сырья.

Перегонка нефти. Первичная перегонка нефти - первый техно­логический процесс переработки нефти. Установки первичной переработки имеются на каждом нефтеперерабатывающем заводе.

Перегонка, или дистилляция,- это процесс разделения смеси взаимнорастворимых жидкостей на фракции, которые отличаются по температурам кипения как между собой, так и с исходной сме­сью. На современных установках перегонка нефти проводится с применением однократного испарения. При однократном испарении низкокипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате и снижают парциальное давление испаряю­щихся высококипящих фракций, что дает возможность вести пе­регонку при более низких температурах.

При однократном испарении и последующей конденсации па­ров получают две фракции: легкую, в которой содержится больше низкокипящих компонентов, и тяжелую, с меньшим числом низкокипящих компонентов, чем в исходном сырье, т. е. при перегон­ке происходит обогащение одной фазы низкокипящими, а другой высококипящими компонентами. При этом достичь требуемого разделения компонентов нефти и получить конечные продукты, кипящие в заданных температурных интервалах, используя пере­гонку, нельзя. В связи с этим после однократного испарения неф­тяные пары подвергают ректификации.

На установках первичной перегонки нефти однократное испа­рение и ректификация, как правило, совмещаются. Для перегонки нефти используют одно- и двухступенчатые трубчатые установки. Теплоту, необходимую для проведения процесса, получают в труб­чатых печах.

В зависимости от общей схемы нефтеперерабатывающего завода и свойств поступающей для переработки нефти перегонку ведут либо на атмосферных трубчатых установках (AT), либо на установках, сочетающих атмосферную и вакуумную перегонку,- атмосферно-вакуумных трубчатых установках (АВТ).

По высоте колонны отбираются дистилляты различного состава в строго определенных интервалах температур. Так, при 300-350 °С конденсируется и отбирается соляровое масло, при 200-300 °С - керосин, при 160-200 °С - лигроиновая фракция. Из верхней части колонны выводятся пары бензина, которые охлаждаются и конденсируются в теплообменниках. Часть жидкого бензи­на подают на орошение колонны. В ее нижней части собирается мазут, который подвергают дальнейшей перегонке для получения из него смазочных масел во второй ректификационной колонне, работающей под вакуумом во избежание рас­щепления углеводородов под воздействием высоких температур. Гудрон ис­пользуется как сырье для термического крекинга, коксования, производства битума и высоковязких масел.

Похожая информация.

Владимир Хомутко

Время на чтение: 8 минут

А А

Как осуществляется вторичная переработка нефти?

Продукты, полученные в процессе первичной перегонки нефти, в большинстве случаев не относятся к так называемым товарным нефтепродуктам.

К примеру, октановое число получаемой бензиновой фракции находится на уровне 65-ти, а концентрация серы в дизельной фракции достигает значения в 1 процент и больше (по нормативу, в зависимости от марки дизтоплива, допустимо от 0,005 до 0,2 процента). Все это требует дополнительной обработки для достижения необходимых качественных характеристик. Помимо этого, получаемые тёмные фракции также могут подвергаться дальнейшей переработке для получения целевых продуктов.

Учитывая приведенные выше факторы, необходима вторичная переработка нефти, которая представляет собой химические способы (точнее, полученных первичной перегонкой фракций) на предприятиях нефтехимии, с целью улучшения качества нефтепродуктов и проведения более глубокой переработки сырья. По-другому такие процессы называются деструктивная переработка нефти, поскольку с их помощью происходит расщепление молекул этого вещества.

Углеводородный состав нефти и получаемых из неё продуктов

При дальнейшем, описывая вторичные процессы переработки нефти, мы будем использовать наименования углеводородных групп, из которых состоят сырая нефть, полученная с нефтеносных промыслов, и получаемые из неё нефтепродукты. В связи с этим далее приводится краткое описание этих групп и их влияния на качественные показатели.

Парафины

Другое название – алканы. Относятся к не имеющим между углеродными атомами двойных связей, так называемым насыщенным углеводородам, строение которых может быть линейным и разветвлённым.

В зависимости от своего строения, парафины делятся на две основные группы:

• нормальные алканы, молекулы которых имеют линейное строение; отличаются низким значением октанового числа и высоким значением температуры застывания, из-за чего многие деструктивные процессы переработки нефти призваны превратить их в углеводороды, относящиеся к другим группам;
• изопарафины (изоалканы): молекулярное строение – разветвленное; характеризуются хорошей детонационной устойчивостью (к примеру, изооктан является эталонным веществом, октановое число которого равно 100), и более низким (если сравнивать с нормальными алканами) значением температуры застывания.

Нафтены

Другое название – цикланы (циклопарафины). Являются насыщенными углеводородами с циклическим молекулярным строением.

Наличие нафтенов и изопарафинов положительно сказывается на качественных характеристиках дизельных видов топлива и смазочных нефтяных масел. Высокая концентрация нафтенов в тяжёлых бензиновых фракциях позволяет получить высокий выход и высокое значение октанового числа нефтепродуктов, получаемых в процессе риформинга.

Ароматические углеводороды

Другое название – арены. Это – ненасыщенные углеводороды, молекулекулярное строение которых представлено бензольными кольцами, в которых 6 атомов углерода. Каждый углеродный атом бензольного кольца связан либо с атомом водорода, либо с углеводородным радикалом.

Отрицательно влияют на экологические характеристики моторных видов топлива, однако отличаются высоким значением октанового числа. В связи с этим, в ходе процесса повышения октанового числа нефтяных прямогонных продуктов (каталитического риформинга) происходит превращение других углеводородных групп в ароматические.

Стоит сказать, что предельное содержание аренов (в первую очередь – бензол) в получаемых бензинах ограничено государственными стандартами. К этой группе относятся бензол, толуол и различные виды ксилолов.

Олефины

Относятся к углеводородам нормального, циклического или разветвленного строения. В олефинах – двойные связи между атомами углерода.

Как правило, в продуктах первичной нефтепереработки практически отсутствуют, и появляются в продуктах, получаемых каталитическим крекингом и коксованием. Поскольку олефины обладают повышенной химической активностью, их влияние на качество моторного топлива – негативное.

Вторичные процессы нефтепереработки

Химия нефти и газа позволяет после первичной физической переработки использовать для улучшения характеристик получаемых конечных продуктов различные химические способы переработки. Это – в основном каталитические процессы (катализ) в нефтепереработке, о которых и пойдет речь далее.

В первую очередь, цель каталитического риформинга – повышение октанового числа бензиновых прямогонных фракций с помощью химического превращения входящих в их состав углеводородов, до значения от 92-х до 100 пунктов. Процесс проходит при участии алюмо-платино-рениевого катализатора (отсюда и название – каталитический).

Октановое число повышается за счёт повышения содержания в продукте углеводородов ароматической группы. Научные основы этого процесса были разработаны в начале двадцатого столетия выдающимся химиком, нашим соотечественником, Н. Д. Зелинским.

Выход нефтепродукта с высоким октановым числом при этом процессе достигает 85-ти – 90 процентов от общей массы исходного сырья.

Побочным продуктом каталитического риформинга является водород, который используют в других технологических процессах нефтепереработки, о которых мы расскажем ниже.

Годовая мощность установок для риформинга колеблется от 300 тысяч до 1-го миллиона тонн перерабатываемого сырья.

Для проведения этого процесса оптимальным считается сырьё, представляющее собой бензиновую фракцию с температурой кипения от 85-ти до 180-ти градусов Цельсия.

Перед началом процесса сырьё предварительно подвергают гидроочистке, с помощью которой удаляются азотистые и сернистые соединения, даже незначительные количества которых необратимо отравляют риформинговый катализатор.

Установки каталитического риформинга бывают двух типов:

• с периодической регенерацией катализатора;
• с непрерывной его регенерацией.

Регенерация в данном случае заключается в восстановлении первоначальной активности использованного катализатора.

В нашей стране в основном применяются установки с периодической регенерацией, однако в начале 2000-х годов в городах Ярославль и Кстово введены в эксплуатацию первые в России установки с непрерывной регенерацией. Несмотря на более высокую стоимость из строительства, технологически они более эффективны, так как позволяют получать нефтепродукты с октановым числом от 98-ми до 100.

Сам процесс проводится в температурном интервале от 500 до 530°С и под давлением от 18-ти до 35-ти атмосфер (на установках с непрерывной регенерацией достаточно 2-х – 3-х атмосфер).

Основные реакции, происходящие в процессе риформинга, поглощают значительное количество тепла, в связи с чем риформинг проводится последовательно, с использованием трех-четырех отдельных реакторов, каждый объёмом от 40-ка до 140-ка кубометров. Перед каждым реактором продукт подвергают нагреву с помощью печей трубчатого типа. Выходящую из последнего реактора углеводородную смесь отделяют от водорода и углеводородного газа, а затем – стабилизируют. Полученный стабильный риформат подвергается охлаждению и выводится из установки.

Катализаторы в нефтепереработке необходимо подвергать периодической регенерации. Во время регенерации с поверхности катализатора выжигается образующийся при его работе кокс. Затем катализатор восстанавливают с помощью водорода и ряда иных технологических операций. В установках с непрерывным типом регенерации катализатор передвигается по расположенным друг над другом реакторам, а затем попадает в регенерационный блок, после которого вновь возвращается в работу.

На некоторых нефтеперерабатывающих предприятиях (НПЗ) каталитический риформинг также применяют для получения ароматических углеводородов, которые затем используются как сырьё на нефтехимических предприятиях.

В этом случае получаемые в результате риформинга узкие бензиновые фракции разгоняют с целью получения толуола, бензола и сольвента (ксилоловой смеси).

Процесс каталитической изомеризации

Цель такой переработки также заключается в повышении октанового числа прямогонных бензинов. Сырьём для такой обработки выступают легкие бензиновые фракции с температурой выкипания либо 62, либо 85 градусов.

В ходе изомеризации октановое число повышается за счёт повышения содержания в продукте изопарафинов. Весь процесс проходит в одном реакторе при температуре, под давлением до 35-ти атмосфер и в температурном интервале от 160-ти до 380-ти градусов (зависит от используемой технологии).

На некоторых предприятиях нефтепереработки, после ввода в эксплуатацию новых риформинговых установок большой мощности, старые установки, годовая мощность которых составляла от 300 до 400 тысяч тонн, перепрофилировали на каталитическую изомеризацию. В некоторых случаях изомеризацию и риформинг объединяют в единый производственный комплекс.

Целью гидроочистки является удаление из бензиновых, дизельных, керосиновых дистиллятов и вакуумного газойля содержащихся в них соединений серы и азота. Помимо прямогонных, гидроочистке в случае необходимости могут подвергаться вторичные дистилляты, полученные в процессе крекинга либо коксования.

В этих случаях также происходит гидрирование олефинов. Годовая мощность таких очистительных установок колеблется от 600 тысяч до 3-х миллионов тонн. Необходимый для проведения химических реакций в таких установках водород, как правило, берется с риформинговых установок.

Суть процесса заключается смешивании сырья с газом, содержащим водород в концентрации от 85-ти до 95-ти процентов (ВСГ), который поступает с компрессоров циркуляционного типа, которые и поддерживают необходимое в системе давление. Полученную смесь нагревают в печи до температуры от 280-ти до 340-ка °C (зависит от обрабатываемого сырья).

Гидроочистка дизельного топлива

Затем смесь отправляется в реактор, в котором на никелесодержащих, кобальтовых или молибденовых катализаторах при давлении до 50-ти атмосфер начинается химическая реакция.

Такие условия приводят к разрушению азотистых и сернистых и соединений, при котором образуются аммиак и сероводорода, а также происходит насыщение олефинов. В ходе гидроочистки, во время термического разложения, получается от полутора до двух процентов бензина с низким октановым числом, а в случает очистки этим способом вакуумного газойля происходит образование от 6-ти до 8-ми процентов дизельной нефтяной фракции. Полученную смесь отводят из реактора на сепаратор, где она избавляется от избытка ВСГ, который поступает обратно на циркуляционный компрессор.

Затем происходит отделение углеводородных газов, после чего продукция попадает в ректификационную колонну, с нижней части которой и откачивают очищенный дистиллят (гидрогенизат). После такой очистки содержание серы и сернистых соединений, к примеру, в дизельном дистилляте, возможно понизить с одного процента до 0,005 – 0,03. Газы, образуемые в ходе этого процесса, также очищают от сероводорода, который в дальнейшем используется при производстве серной кислоты или элементарной серы.

Это – химическая технология переработки нефти и газа (попутного). Она является наиболее важным нефтеперерабатывающим процессом, который очень существенно влияет на эффективность работы нефтеперерабатывающего завода в целом. Суть его – разложение входящих в состав перерабатываемого сырья (как правило, вакуумного газойля) под действием температуры с участием содержащего цеолиты алюмосиликатного катализатора.

Каталитическим крекингом получают высокооктановые бензины со значением октанового числа от 90 пунктов и выше, выход которых варьируется от 50-ти до 65-ти процентов (зависит от качества обрабатываемого сырья, используемой технологии и применяемых рабочих режимов). Высокое значение октанового числа получается вследствие изомеризационных процессов, которые происходят при каталитическом крекинге. В ходе такой переработки происходит образование газовой фракции, содержащей бутилены и пропилен.

Эти газы используются как сырья для нефтехимической отрасли и при производстве высокооктановых бензинов. Легкий газойль является важной составляющей дизельного и печного топлива. Тяжелый газойль выступает в качестве сырья при получении сажи или мазутов.

Средняя мощность крекинговых установок в настоящее время варьируется от полутора до двух с половиной миллионов тонн (в годовом исчислении). Однако заводы ведущих нефтеперерабатывающих компаний мира обладают установками, годовая мощность которых достигает четырех миллионов тонн.

Ключевой элемент крекинговой установки – это реакторно-регенераторный блок, в состав которого входят;

Узел ввода, реактор и регенератор между собой связаны при помощи трубопроводной системы (линий пневмотранспорта), в которой постоянно происходит циркуляция катализатора.

Крекинговых мощностей на российских предприятиях нефтепереработки на сегодняшний момент явно не хватает, и ввод новых современных установок позволит решить эту проблему. Если все задекларированные ведущими российскими нефтяными компаниями программы по реконструкции действующих и строительству новых НПЗ будут реализованы, то вопрос дефицита мощностей полностью отпадет.

Суть крекингового процесса в том, что сырьё температурой от 500 до 520-ти °С смешивается с пылевидным катализатором и продвигается вверх по лифт-реактору.

Продвижение происходит в течение двух – четырех секунд и смесь подвергается крекингу. Полученная продукция попадает в расположенный в верхней части реактора сепаратор, где происходит завершение химических реакций и отделяется катализатор. Это отделение происходит в нижней части сепаратора, откуда катализатор самотёком попадает в блок регенерации. В этом блоке при температуре 700 градусов и выжигается образовавшийся кокс, после чего восстановленный катализатор попадает обратно в узел ввода и повторно вовлекается в крекинговый процесс.

Давление в блоке реактора и регенератора имеет значение, близкое к нормальному (атмосферному). Общая высота блока реактора/регенератора варьируется от 30-ти до 55-ти метров. Диаметр сепаратор – 8 метров, регенератора – 11 метров (данные приведены для установки, мощность которой составляет два миллиона тонн в год).

Продукция, получаемая каталитическим крекингом, с верхней части сепаратора поступает на охлаждение, а после него – на ректификацию.

Каталитический крекинг можно включать в состав так называемых комбинированных установок, в которых также происходят процессы предварительной гидроочистки или легкого гидрокрекинга перерабатываемого сырья, а также техпроцессы очистки и фракционирования выделяемых газов.

Этот процесс направлен на получение высококачественного керосина и дизельного топлива, а также вакуумного газойля. Процесс крекинга исходного сырья в таких установках происходит с участием водорода.

Помимо крекинга, в тоже время происходят следующие процессы:

• гидроочистка от серы;
• насыщение олефинов;
• насыщение ароматических углеводородов.

Комплекс таких воздействий позволяет получать топливо с высокими эксплуатационными и экологическими характеристиками.

К примеру, содержание серы в получаемом гидрокрекингом дизельном топливе находится на уровне миллионных долей процента. Однако октановое число бензиновой фракции, получаемой с помощью этой методики, невысокое, вследствие чего тяжёлая часть бензинового дистиллята может быть использована как сырьё для риформинга.

Гидрокрекинг применяется в производстве основ для высококачественных нефтяных масел, которые по своим эксплуатационным и качественным характеристикам близки к синтетическим.

Сырьем для гидрокрекинга могут служить:

• вакуумный прямогонный газойль;
• газойли, получаемые каталитическим крекингом и коксованием;
• побочные продукты от производства масел;
• мазуты;
• гудроны.

Единичная годовая мощность таких установок – от трех до четырех миллионов тонн перерабатываемого сырья.

Как правило, объёмы водорода, получаемые с установок риформинга, недостаточны для того, чтобы полностью обеспечить установки гидрокрекинга. В связи с этим, НПЗ вынуждены строить отдельные установки, в которых водород производится методом паровой конверсии газообразных углеводородов.

Принципиальная технологическая схема гидрокрекинга похожа на систему гидроочистки. Сырьё смешивают с ВСГ и нагревают в печи. Затем оно попадает в реактор с катализатором. После этого продукция из реактора отделяют газы, а затем её отправляют на ректификацию.

Однако, при реакциях гидрокрекинга выделяется тепло, вследствие чего технологическая схема должна предусматривать ввод в реакторную зону холодного ВСГ, который должен регулировать температуру.

Гидрокрекинг является одним из самых опасных нефтеперерабатывающих процессов, поскольку если температурный режим выйдет из-под контроля, произойдет резкий скачок температуры, а это может привести к взрыву реактора.

Аппаратное обеспечение и технологические режимы гидрокрекинговых установок отличаются в зависимости от их задач, предусматриваемых технологическими схемами конкретных предприятий, и от того, какой именно вид нефтяного сырья в них перерабатывают.

Для получения максимального количества светлых нефтепродуктов гидрокрекинг проводится с использованием двух реакторов. После первого реактора продукция поступает в ректификационную колонну, в которой отбираются полученные в результате процесса светлые фракции, а остатки поступают во второй реактор, где происходит повторный их гидрокрекинг.

В таких установках, при использовании в качестве сырья вакуумного газойля, значение давления в реакторе – порядка 180-ти атмосфер, а в случае использования сырья на основе мазутов и гудронов – свыше 300 атмосфер. Температура гидрокрекинга (в зависимости от сырья) колеблется в пределах от 380-ти до 450-т градусов и более.

Наиболее эффективно совместное использование установок каталитического и гидрокрекинга в комплексных системах глубокой нефтепереработки.

Коксование

Цель процесса – переработка тяжёлых остатков первичной и вторичной переработки для получения нефтяного кокса, который используется при производстве электродов, а также для получения дополнительных светлых нефтепродуктов.

В отличие от описанных выше методов, термическое коксование происходит без участия катализаторов.

Технологии коксования различны, однако в нашей стране наиболее распространено так называемое замедленное коксование. Замедленное коксование является полу-непрерывным процессом, происходящем при 500-х градусах и под близким к атмосферному давлением.

Перерабатываемое сырьё поступает в змеевики печей, где происходит его термическое разложение. После этого продукт попадает в камеры коксообразования. Таких камер обычно четыре, и работают они попеременно. Сутки камера работает в режиме заполнения коксом, следующие сутки отводятся на выгрузку кокса и подготовку к следующему технологическому циклу.

Удаление кокса из камеры выполняют с помощью гидрорезака, который представляет собой бур с размещенными на конце соплами. Через эти сопла под давлением 150 атмосфер подаётся дробящая кокс вода.

Затем раздробленный кокс сортируют по фракциям, которые зависят от размера коксовых частиц.

Выделяемые продуктовые пары уходят через верх камеры и попадают на ректификацию. Качество получаемых при коксовании светлых фракций – низкое, поскольку в них много олефинов. Вследствие этого необходима дальнейшая переработка нефти (вернее, её остатков) для того, чтобы они стали товарными нефтепродуктами.

При коксовании гудрона кокса от общего объема сырья получается примерно 25 процентов, светлых продуктов – примерно 35 процентов.

Все перечисленные выше процессы позволяют получать не сами моторные топлива, а их компоненты, отличающиеся по своему качеству.

К примеру, октановое число бензина прямой перегонки – примерно 65, бензина- риформата – от 95-ти до 100, бензина, полученного коксованием – около 60-ти. Также в этих компонентах различается фракционный состав, концентрация серы и прочие характеристики.

Чтобы получить товарные нефтепродукты, полученные компоненты смешивают для обеспечения нормируемых качественных показателей. Такое смешивание называется компаундирование. Расчет его рецептуры проводят с помощью соответствующих математических моделей, которые применяются при планировании производства.

В качестве исходных данных при таком моделировании выступают:

• прогнозные количества сырьевых остатков;
• прогнозное количество получаемых компонентов;
• ассортиментный план реализации продукции;
• плановый объём поставок сырой нефти.