Процессы первичной переработки нефти

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

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

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

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

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

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

5.2. ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА  НЕФТИ

5.2.1. Общая характеристика  нефтехимического  комплекса

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

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

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

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

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

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

5.2.2. Первичная перегонка  нефти

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

381

Неконденсированные  газы и водяной пар в вакуумную  систему

^Дёй

Пар-

Пар-»

вязкая

масляная фракция

_1>

Вязкая масляная фракция

ь&^£^удрон

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

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

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

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

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

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

Фракции, °С.

до 62                                           4,1

62-85                                            2,4

85-120                                       4,5

120-140                                    3,0

140-180                                    6

180-240                                    9,5

240-350                                    19,0

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

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

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

382

 

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

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

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

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

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

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

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

4.1. Первичная  прямая перегонка нефти

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

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

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