Введение 

   Нефть – это вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти черного цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией, более легкая (плотность 0,73-0,97г/см³), чем вода, почти нерастворимая в ней. Нефть сильно варьирует по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см₃, до тяжелой 0,98-1,05 г/см₃).

   Нефть – это горная порода. Она относится к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы привыкли считать, что порода – это твердое вещество, из которого состоит земная кора и более глубокие недра Земли. Оказывается, есть и жидкие породы, и даже газообразные. Одно из важных свойств нефти – способность гореть.

   Нефть представляет собой сложную смесь  парафиновых, нафтеновых и ароматических  углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти:

• к первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов – перегонка нефти;
• ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах, чем при прямой перегонке нефти.

 
 

1. Назначение  и характеристика процесса переработки  нефти

 

   Добытая из промысловых скважин нефть содержит попутный газ, песок, ил, кристаллы солей, а также воду, в которой растворены соли, преимущественно хлориды.

   Попутные  и растворенные газы отделяются от нефти в системе трапов-газосепараторов за счет последовательного снижения давления -от давления в скважине до атмосферного. После этого в нефти еще остаются растворенные газы (до 4 % мас.).

   В трапах одновременно с отделением газа происходит и отстой сырой нефти от механических примесей и основной массы промысловой воды. Поэтому эти аппараты на промыслах называют отстойниками. Отсюда нефть поступает на промысловые электрообессоливающие установки.

   В основе процесса обезвоживания лежит  разрушение нефтяных эмульсий, которые  образуются при добыче нефти за счет закачки воды в пласт. Обезвоженную и обессоленную нефть смешивают с пресной водой, создавая искусственную эмульсию (но с низкой соленостью), которую так же подвергают расслаиванию. Вода очищается на установке и снова закачивается в пласт для поддержания пластового давления и вытеснения нефти.

   Наиболее простой способ удаления воды из нефти на промыслах - термохимическое обезвоживание при атмосферном давлении. К подогретой до 30-50°С нефти добавляется деэмульгатор, а затем нефть поступает в резервуар для отстаивания. При такой обработке нефти возможны большие потери легких нефтепродуктов во время отстаивания в негерметичных резервуарах. Эти недостатки устраняются при термохимическом отстаивании под давлением.

   При глубоком обезвоживании некоторых  нефтей, в пластовой воде которых  содержится мало солей, происходит почти полное их удаление. Однако большинство нефтей нуждается в дополнительном обессоливании.

   В некоторых  случаях для обессоливания используется термохимический метод, но чаще применяется способ, сочетающий термохимическое отстаивание с обработкой эмульсии в электрическом поле. Установки последнего типа носят название электрообессоливающих (ЭЛОУ).

   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.  
       Атмосферная перегонка 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.

   Вакуумная перегонка 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. 
 

2. Состав  и характеристика сырья и продукция.

 

   Сырьё процесса - нефть, содержащая соли (до 900 мг/л) и воду (до 1,0%).

   Продукция:

• углеводородный газ – выводится в виде газа и головки стабилизации, используется как бытовое топливо и сырьё для газофракционирования;
• бензиновая фракция – выкипает в пределах 30-180°C, используется как компонент товарного автобензина, как сырьё установок каталитического риформинга, вторичной перегонки, пиролизных установок;
• керосиновая фракция – выкипает в пределах 120-315^оС, используется как топливо для реактивных и тракторных двигателей, для освещения, как сырьё установок гидроочистки;
• дизельная фракция (атмосферный газойль) – выкипает в пределах 180 –350 ^ОС, используется как топливо для дизельных двигателей и сырьё установок гидроочистки;
• мазут (остаток атмосферной перегонки) выкипает выше 350^ОС, используется как котельное топливо или сырьё термического крекинга;
• вакуумный дистиллят (вакуумный газойль) – выкипает в пределах выше 350-500 ^ОС, используется как сырьё каталитического крекинга и гидрокрекинга; на НПЗ с масляной схемой переработки получают несколько (2-3) вакуумных  дистиллятов;
• гудрон (остаток атмосферно - вакуумной перегонки) – выкипает при температуре выше 500^ОС,  используется как сырье установок термического  крекинга, коксования, производства битума и масел.

 
 
 
 
 
 
 
 

3. Технологическая схема

 

  

     Рис.1. Схема установки первичной переработки  нефти (ЭЛОУ-АВТ).

   К-1 – отбензинивающая колонна; К-2 –  атмосферная колонна; К-3 – отпарная колонна; К-4 – стабилизатор; К-5 – вакуумная колонна; Э-1 – Э-4 – электродегидраторы; П-1, П-2 –печи; КХ-1 - КХ-4 –конденсаторы-холодильники; Е-1, Е-2 – рефлюксные емкости; А-1 –пароэжекторный вакуум-насос;

   I – нефти; II – головка стабилизации; III – стабильный бензин; IV – керосин; V – дизельная фракция; VI – вакуумный дистиллят; VII - гудрон; VIII – выхлопные газы эжектора; IX – деэмульгатор; X – вода в канализацию; XI – водяной пар.

   Установка состоит из 2-3 блоков: 1) обессоливания; 2) атмосферной перегонки; 3) вакуумной перегонки мазута. Установка, состоящая только из первых двух блоков носит название атмосферной трубчатки (АТ), из всех трёх блоков – атмосферно-вакуумной трубчатки (АВТ). Иногда первый и третий выделяются в самостоятельные установки. Нефть насосом забирается из сырьевого резервуара и проходит теплообменники, где подогревается  за счет теплоты отходящих продуктов, после чего поступает в электродегидраторы. В электродегидраторах под действием электрического поля, повышенной температуры, деэмульгаторов происходит разрушение  водонефтяной эмульсии и отделение воды от нефти.

   Вода  сбрасывается в канализацию (или  подаётся на упарку с выделением солей), а нефть проходит вторую группу теплообменников и поступает в  отбензинивающую колонну К-1.

   В колонне К-1 из нефти выделяется  легкая бензиновая фракция, которая конденсируется в холодильнике-конденсаторе ХК-1 и поступает в рефлюксную ёмкость Е-1. Полуотбензиненная нефть с низа колонны К-1 подаётся через трубчатую печь П-1  в атмосферную колонну К-2. Часть потока полуотбензиненной нефти возвращается в К-1, сообщая дополнительное количество теплоты, необходимое для ректификации.

   В колонне К-2 нефть разделяется  на несколько фракций. Верхний продукт  колонны К-2 –тяжелый бензин – конденсируется в холодильнике-конденсаторе ХК-2 и поступает в рефлюксную ёмкость Е-2. Керосиновая и дизельные фракции выводятся из колонны К-2  боковыми погонами и поступают в отпарные колонны К-3.

   В К-3 из боковых погонов удаляются (отпариваются) легкие фракции.  Затем керосиновая и дизельные фракции через теплообменники подогрева нефти и концевые холодильники выводятся с установки. С низа К-2 выходит мазут, который через печь П-2 подаётся в колонну вакуумной перегонки К-5.

         В вакуумной колонне  К-5 мазут разделяется на вакуумный  дистиллят, который отбирается в виде бокового погона, и на гудрон. С верха К-5 с помощью пароэжекторного насоса  А-1 отсасываются водяные пары, газы разложения, воздух и некоторое количество  легких нефтепродуктов (дизельная фракция). Вакуумный дистиллят  и гудрон через теплообменники подогрева нефти и концевые холодильники уходят с установки.

   Для снижения температуры низа колонн К-2 и К-5 и более полного извлечения дистиллятных фракций в них полётся  водяной пар. Избыточная теплота в К-2 и К-5 снимается с помощью циркулирующих орошений.

         Бензин из рефлюксных емкостей Е-1 и Е-2 после подогрева  подается в стабилизационную колонну К-4. С верха К-4 уходит головка стабилизации – сжиженный газ, а с низа – стабильный бензин.

   Необходимая для ректификации теплота подводится  в К-4 циркуляцией части стабильного бензина через печь. 
 

4. Технический режим

 

     Показатели  технологического режима установок  первичной переработки приводятся в таблице 1:

Таблица 1