Нефть и ее способ переработки

Показателем стабильного функционирования предприятия является его сотрудничество с такими крупнейшими компаниями, как «ТНК-ВР», «Тинтрейд», «Лукойл».

 

 

 

1.1. Технологический процесс производства бензина

1.1.1. Перегонка

Поступающая нефть нагревается  в змеевике примерно до 320°С, и разогретые продукты подаются на промежуточные  уровни в ректификационной колонне. Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из которых имеет ванну с жидкостью. Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом. При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т.е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного фракционирования) возможно получение бензина наверху колонны, керосина и светлых горючих дистиллятов точно определенных интервалов кипения на последовательно снижающихся уровнях. Обычно для того, чтобы улучшить дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны подвергают вакуумной дистилляции.

 

1.1.2. Термический крекинг

Склонность к дополнительному  разложению более тяжелых фракций сырых нефтей при нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в использовании крекинг-процесса. Когда происходит разложение высококипящих фракций нефти, углерод и углеродные связи разрушаются, водород отрывается от молекул углеводородов и тем самым получается более широкий спектр продуктов по сравнению с составом первоначальной сырой нефти. Например, дистилляты, кипящие в интервале температур 290–400° С, в результате крекинга дают газы, бензин и тяжелые смолоподобные остаточные продукты. Крекинг-процесс позволяет увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки.

1.1.3. Каталитический крекинг

Катализатор – это вещество, которое  ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.

1.1.4. Риформинг

Риформинг - это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина.

Существуют два основных вида риформинга – термический и каталитический. В первом соответствующие фракции первичной перегонки нефти превращаются в высокооктановый бензин только под воздействием высокой температуры; во втором преобразование исходного продукта происходит при одновременном воздействии как высокой температуры, так и катализаторов. Более старый и менее эффективный термический риформинг используется до сих пор, но в развитых странах почти все установки термического риформинга заменены на установки каталитического риформинга.

Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти  весь риформинг осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминийоксидный или алюмосиликатный носитель.

Реакции, в результате которых при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:

1. дегидрирование нафтенов и их превращение в соответствующие ароматические соединения;
2. превращение линейных парафиновых углеводородов в их разветвленные изомеры;
3. гидрокрекинг тяжелых парафиновых углеводородов в легкие высокооктановые фракции;
4. образование ароматических углеводородов из тяжелых парафиновых путем отщепления водорода.

1.1.5. Полимеризация

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

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

1.1.6. Алкилирование

В этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют  под действием катализаторов  и образуют жидкие изопарафины, имеющие  октановое число, близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.

Все процессы алкилирования  для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов либо серной, либо фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.

1.1.7. Изомеризация

Другой важный путь получения  высокооктанового сырья для добавления в моторное топливо – это процесс  изомеризации с использованием хлорида алюминия и других подобных катализаторов.

Изомеризация используется для повышения октанового числа  природного бензина и нафтенов с  прямолинейными цепями.Улучшение антидетонационных  свойств происходит в результате превращения нормальных пентана  и гексана в изопентан и изогексан.

Процессы изомеризации приобретают важное значение, особенно в тех странах, где каталитический крекинг с целью повышения  выхода бензина проводится в относительно незначительных объемах. При дополнительном этилировании, т.е. введении тетраэтилсвинца, изомеры имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых соединений, загрязняющих природную среду).

1.1.8. Гидрокрекинг

Давления, используемые в процессах гидрокрекинга, составляют от примерно от 70 атм. для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более чем 175 атм., когда происходят полное коксование и с высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции. Катализаторами в этих процессах служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.

Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом  и коксованием, не менее 75–80% сырья  превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и  реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации.

 

1.1.9. Гидроочистка

Содержание серы и  кислорода в товарных топливах ограничено нормативными документами, т.к. эти  соединения:

• приводят к разрушению элементов двигателя и топливной системы;
• образуют вредные для здоровья выхлопные газы;
• снижают мощность двигателя.

Цели процесса гидроочистки:

• подготовки сырья для процессов каталитического крекинга, риформинга, изомеризации и т.д.;

• получения товарных малосернистых бензинов, реактивных и других видов топлив.

Гидроочистка предназначена  для улучшения качества дизельных  фракций нефти путём удаления серы, азота, кислорода, смолистых соединений, непредельных соединений в среде водорода на катализаторе.

 

 

1.2. Описание технологического процесса

1.2.1. Описание процесса перегонки нефти

Схема 1. Технологическая схема установки перегонки нефти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обессоленная нефть, нагнетаемая  насосом, проходит двумя параллельными  потоками группу теплообменников и  нагретая до температуры 200-220°С поступает  в среднюю часть колонны отбензинивания.  
Колонна первичного отбензинивания работает при избыточном давлении до 0,45 МПа.  
Пары легкого бензина (конец кипения фракции 85-160°С) по выходе из колонны отбензинивания конденсируется в аппарате воздушного охлаждения.  
Далее конденсат и сопутствующие газы, охлажденные в водяном холодильнике, разделяются в газосепараторе. Отсюда легкий бензин насосом направляется в блок стабилизации и вторичной перегонки. Часть легкого бензина возвращается в колонну отбензинивания в качестве орошения.  
Снизу колонны частично отбензиненная нефть забирается насосом и подается в змеевик трубчатой печи. Нагретая в змеевиках печи нефть поступает в парожидкостном состоянии в основную ректификационную колонну.  
Часть же нефти после печи возвращается как рециркулят, или «горячая струя», на одну из нижних тарелок колонны отбензинивания.  
Верхним продуктом основной колонны является бензиновая фракция, более тяжелая по сравнению с отводимой с верха испарительной колонны. По выходе из основной колонны пары бензина, а также сопровождающие их водяные пары конденсируются в аппарате воздушного охлаждения. Охлажденная в водяном холодильнике смесь разделяется в газосепараторе на газ, водный и бензиновый конденсаты. Жидкая бензиновая фракция из газосепаратора забирается насосом и подается в секцию вторичной перегонки. Часть бензина этим же насосом возвращается в основную колонну, на верхнюю тарелку, в качестве орошения.  
Фракции 140-240 и 240-350°С выводятся поступают в отпарные колонны и далее из отпарных колонн, с помощью насосов подаются на охлаждение в теплообменники, в аппараты воздушного и водяного охлаждения.  
Тяжелый не испаренный остаток нефти в смеси с жидкостью, стекающей с последней тарелки концентрационной секции основной колонны, проходя нижние шесть тарелок колонны, дополнительно отпаривается от легкокипящих фракций.  
Мазут, с низа основной колонны направляется насосом через блок теплообмена и холодильники в резервуарный парк. В основной колонне имеются два циркуляционных орошения, тепло которых отдается нефти в рекуперативных теплообменниках.  
При работе с пониженным давлением в основной ректификационной колонне (узел создания низкого давления рис. 3) не сконденсировавшиеся углеводородные пары с верха сепаратора верха основной ректификационной колонны поступают на всас гидроструйного эжектора, активным рабочим агентом в котором служит поток бензиновой фракции подаваемый с давлением насосом. Полученная в камере смешения эжектора газожидкостная смесь поступает в фазоразделитель, из которого бензиновая фракция топлива после охлаждения в холодильнике поступает на прием насоса активной жидкости и далее направляется в гидроэжектор.  
Газы из фазоразделителя используются в качестве топлива технологических печей завода. Для обновления циркулирующего потока идет подпитка свежим потоком. Избыток уровня жидкости из фазоразделителя через клапан-регулятор уровня откачивается с установки.  
Необходимое давление в колонне поддерживается регулятором давления, клапан которого установлен на линии возврата газа из фазоразделителя во всасывающий газовый коллектор эжектора.

1.2.2. Описание процесса легкого термического крекинга под давлением

Сырье предварительно нагревается  в теплообменнике перед подачей  в трубчатую печь, за счет теплоты  крекинг-остатка выходящего из эвапоратора. Из трубчатой печи сырье, нагретое до 470 градусов, подается в эвапоратор под давлением 10 атм. В эвапораторе происходит отделение крекинг-остатка от газов и паров. Из эвапоратора газы и пары направляются в испаритель низкого давления. В испарителе происходит разделение прореагировавших на крекинг углеводородов газ и легкокипящие дистилляты от непрореагировавших, являющихся флегмой. Флегма смешивается с новым сырьем и направляется в трубчатую печь на повторный нагрев.

 

 

 

Схема 2. Технологическая схема легкого термического крекинга под давлением

 

1. Теплообменник.  
2. Трубчатая печь.  
3. Эвапоратор. 
4. Сепаратор для разделения парогазовых смесей. 
 
А. Сырье.  
Б. Пары и газы. 
В. Крекинг-остаток. 
Г. Флегма.  
Д. Газ и бензино-соляровые дистилляты.

Из 100% сырья на установке  легкого термического крекинга получается:

• 7% - попутный газ.
• 20% - бензиновая фракция до к.к. 190 градусов.
• 15% - керосиновая фракция 190-270 градусов.
• 21% - легроиновая фракция 270-360 градусов.
• 37% - тяжелое котельное топливо (крекинг – остаток). В тех случаях, когда требуется получать повышенные количества керосиновых фракций, пригодных для использования в качестве компонентов дизельного топлива, ограничиваются меньшей глубиной крекинга (45—54%).

Тяжелое котельное топливо  на установках скоростного пиролиза превращается в нефтяной кокс, газы пиролиза, и светлые нефтепродукты.

1.2.3. Описание процесса каталитического крекинга

Каталитический крекинг - важнейший процесс нефтепереработки, существенно влияющий на эффективность  НПЗ в целом. Сущность процесса заключается  в разложении углеводородов, входящих в состав сырья (вакуумного газойля) под воздействием температуры в присутствии цеолитсодержащего алюмосиликатного катализатора. Мощность установки составляет 1,5 млн тонн.

 

Схема 3. Схема реакторно-регенераторного блока установки каталитического крекинга

 

 
Сырьё с температурой 500-520°С в смеси  с пылевидным катализатором движется по лифт-реактору вверх в течение 2-4 секунд и подвергается крекингу. Продукты крекинга поступают в сепаратор, расположенный сверху лифт-реактора, где завершаются химические реакции и происходит отделение катализатора, который отводится из нижней части сепаратора и самотёком поступает в регенератор, в котором при температуре 700°С осуществляется выжиг кокса. После этого восстановленный катализатор возвращается на узел ввода сырья. Давление в реакторно-регенераторном блоке близко к атмосферному. Общая высота реакторно-регенераторного блока составляет от 30 до 55 м, диаметры сепаратора и регенератора - 8 и 11 м соответственно для установки мощностью 2,0 млн тонн.  
Продукты крекинга уходят с верха сепаратора, охлаждаются и поступают на ректификацию.  
Каткрекинг может входить в состав комбинированных установок, включающих предварительную гидроочистку или легкий гидрокрекинг сырья, очистку и фракционирование газов.

1.2.4. Описание процесса риформинга

Процесс каталитического  риформинга осуществляют при сравнительно высокой

температуре и среднем  давлении, в среде водородсодержащего газа.

Каталитический риформинг  проходит в среде газа с большим  содержанием водорода

(70—80 объемн. %). Это позволяет  повысить температуру процесса, не допуская

глубокого распада углеводородов  и значительного коксообразования. В

результате увеличиваются  скорость дегидрирования нафтеновых углеводородов и

скорости дегидроциклизации и  изомеризации парафиновых углеводородов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема 4.  Установка каталитического риформинга

 

 Перед каталитическим риформингом сырье подвергают гидроочистке рециркулирующим

водородсодержащим газом. После гидроочистки продукты поступают  в отпарную

колонну 3. С верха ее выводятся сероводород и водяные  пары, а с низа —

гидрогенизат. Гидрогенизат вместе с рециркулирующим водородсодержащим газом

нагревается в змеевиках  печи 5 и поступает в реакторы 6 каталитического

риформинга. Продукты, выходящие  из зоны реакции, охлаждаются и разделяются  в

сепараторе 2 на газовую  и жидкую фазы. Жидкие продукты фракционируют с целью

получения компонента автомобильного бензина с заданным давлением  насыщенных

паров или других продуктов (например, сжиженного нефтяного газа, ароматических

углеводородов и т. д.). Богатый водородом газ направляют на рециркуляцию, а

избыток его выводят из системы и используют в других процессах.

 

 

1.2.5. Описание процесса полимеризации

Получение полипропилена осуществляется способом непрерывной полимеризации  пропилена в присутствии катализатора Циглера—Натта. 
Процесс производства полипропилена в значительной мере аналогичен процессу суспензионной полимеризации этилена при низком давлении и состоит из следующих основных стадий: приготовления каталитического комплекса, полимеризации пропилена, дегазации суспензии и разложения остатков катализатора, промывки, отжима, сушки и грануляции полимера. 

Схема 5. Технологическая схема получения полипропилена

1 - комплексообразователь, 2 - реактор-полимеризатор, 3 - дегазирующая емкость, 4 - промыватель, 5 - центрифуга, 6 - сушилка, 7 - испаритель

Порошкообразный катализатор (TiCI₃•3AICI₃) и 10%-ный раствор сокатализатора [AI(C₂H₅)₂CI] в гептане смешиваются в комплексообразователе 1. Образовавшийся каталитический комплекс непрерывно поступает в реактор-полимеризатор 2, заполненный гептаном, туда также подается пропилен. Реактор представляет собой цилиндрический аппарат объемом 70 м³ с мешалкой и рубашкой, снабженный обратным холодильником. Полимеризация пропилена происходит при 70—80^°С и давлении 1 МПа. Степень конверсии пропилена составляет около 98 %.