Получение высокооктановых добавок

    Получаемые  фракции: углеводородный газ, бензиновая фракция, керосиновая фракция, дизельная фракция, мазут, вакуумные дистилляты, гудрон.

    При добыче нефти в результате ее интенсивного перемешивания с водой образуются стойкие, трудно разделимые эмульсии, представляющие собой системы из двух взаимно нерастворимых жидкостей. Одна из них в виде мельчайших капель (дисперсная фаза) распределена в другой (дисперсионная среда) во взвешенном состоянии. Без внешних воздействий (нагревание и др.) эмульсии могут существовать как угодно долго. Этому способствуют и поверхностно-активные вещества (ПАВ), к которым относятся сернистые соединения, нафтеновые кислоты и др., содержащиеся в нефтях, особенно смолистых. Эти ПАВ, называемые также эмульгаторами, образуют на поверхности частиц дисперсной фазы прочный адсорбционный слой, препятствующий при столкновении частиц (капель) их слиянию и укрупнению. В промысловой и заводской практике чаще всего встречаются эмульсии «вода (дисперсная фаза) в нефти (дисперсионная среда)», хотя встречаются и противоположные - «нефть в воде». Обессоливание нефти на НПЗ осуществляется на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). Сущность процесса электрообессоливания нефти заключается в ее смешении с промывной водой и деэмульгатором с последующим отделением соленой воды в электродегидраторах, где под действием переменного электрического поля высокой напряженности в сочетании с повышенной температурой  водонефтяная эмульсия разрушается.

    При этом вода из нефти удаляется вместе с растворенными в ней хлористыми солями. Эффективное обессоливание  позволяет значительно уменьшить  коррозию технологического оборудования установок по переработке нефти, предотвратить дезактивацию катализаторов, улучшить качество топлив, нефтяного кокса, битумов и других продуктов.

    На  НПЗ Российской Федерации эксплуатируются  около 100 ЭЛОУ трех основных типов в  зависимости от типа электродегидраторов и характера их связи с нефтеперегонными установками.

    Первый  тип – отдельно стоящие ЭЛОУ. Как правило, такие ЭЛОУ не связаны  жестко с АВТ, поэтому после ЭЛОУ нефть охлаждают, сбрасывают в промежуточный  резервуар, откуда она сырьевым насосом АВТ подается на перегонку.

    Второй  тип – в основном двухступенчатые  ЭЛОУ, обычно комбинированные с АТ или АВТ. Обессоленная нефть после  ЭЛОУ не охлаждается, а минуя промежуточный  резервуар, поступает на прием сырьевого  насоса АВТ.

    Третий  тип – двухступенчатые (иногда трехступенчатые) блоки ЭЛОУ, комбинированные с  АТ или АВТ, в состав которых входят созданные в конце 60-х годов  горизонтальные электродегидраторы.

    Современные установки АТ и АВТ обычно комбинируют  с процессом обезвоживания и обессоливания. Перегонку нефти на атмосферных установках АТ или в атмосферных секциях комбинированных установок АВТ можно осуществлять несколькими способами:

    1. Однократным испарением в трубчатой  печи и разделением отгона  в одной ректификационной колонне.

    2. Двукратным испарением и разделением  в двух ректификационных колоннах - в колонне предварительного испарения с отделением легких бензиновых фракций и в основной колонне.

    Перегонку нефти с однократным испарением осуществляют по следующей схеме (рис 1). Сырая нефть, нагретая в теплообменниках 2 за счет тепла отходящих с установки продуктов, подается насосом 1 для обезвоживания и обессоливания в электродегидраторы 3, далее - в трубчатую печь 4, где происходит ее однократное испарение, а из нее - в атмосферную колонну 5, где осуществляется разделение на требуемые фракции. Такая технологическая схема перегонки нефти, как правило, применима для нефтей с низким содержанием светлых нефтепродуктов и незначительным содержанием растворенного газа.  

    (рис  1.)

    По  этой схеме совместное испарение  легких и тяжелых фракций способствует снижению температуры нагрева нефти перед подачей ее в колонну. Для нефтей с большим содержанием растворенного газа и низкокипящих фракций применение такой схемы перегонки сопряжено с трудностями, обусловленными: повышением давления на питательном насосе и соответственно во всех аппаратах до печи, в самой печи и в ректификационной колонне, что требует большего расхода металла на изготовление аппаратуры в связи с необходимым увеличением толщины стенок оборудования, и вызовет неизбежное ухудшение погоноразделения. 

    В этом случае используют схему перегонки  с двукратным испарением нефти и двумя ректификационными колоннами. В первой колонне отбирают легкий бензин и газ. При этом понижается общее давление в системе и давление в основной ректификационной колонне, в результате чего происходит более полное отделение светлых нефтепродуктов из нефти и более четкое разделение их в колонне. Схема с двукратным испарением представлена на рис 2.

    (рис.2)

    Сырая нефть забирается насосом 1 и через  теплообменники 2 подается на обезвоживание и обессоливание в электродегидраторы 3. Обезвоженная и обессоленная нефть проходит вторую группу теплообменников 4, нагревается до температуры 210-220⁰С и поступает в первую ректификационную колонну K-1, где отбирается легкая фракция бензина и газ. Остаток из колонны К-1 забирается горячим насосом 5, нагревается в трубчатой печи до 340-360°С и поступает во вторую ректификационную колонну К-2, где отбираются все остальные требуемые фракции. В случае недостаточного нагрева нефти перед входом в колонну К-1 имеется возможность подать вниз колонны К-1 часть отбензиненной нефти, нагретой в печи 6, в виде горячей струи. При работе по этой схеме требуется более высокая температура нагрева в печи по сравнению со схемой однократного испарения вследствие раздельного испарения легкокипящих и более тяжелых фракций. Все современные установки АТ в основном работают по схеме двукратного испарения.

    Ранее для нефтей, не содержащих газ, перегонку нефти осуществляли с предварительным испарением нагретой нефти в испарителе - пустотелой колонне, в которой сверху удалялась легкая паровая фаза, поступающая, как и нагретая в печи отбензиненная нефть, в ректификационную колонну. При этом также понижалось давление в системе.

    (рис.3 

    На  рис. 3 представлена принципиальная схема  атмосферной перегонки нефти на современных установках АТ или АВТ. Нефть, предварительно обезвоженная и обессоленная на блоке ЭЛОУ атмосферной трубчатой установки или атмосферно-вакуумной установки, насосом 1 подается в теплообменники 2 для нагрева до 220-230 °С и далее - в колонну К-1, в эвапорационном пространстве которой происходит разделение ее на пары и неиспарившийся остаток, стекающий в нижнюю часть колонны по тарелкам. Для поддержания необходимого теплового режима низа колонны К-1 в нижнюю ее часть поступает поток нагретой в печи 6 полуотбензиненной нефти («горячая струя»). Поток паров из эвапорационного пространства колонны К-1, смешавшись с потоком паров, отпаренных из полуотбензиненной нефти, направляется в верхнюю часть колонны K-1, проходя ряд тарелок. На каждой тарелке за счет контакта стекающей с верха колонны флегмы, образованной за счет подачи холодного орошения, с восходящим потоком паров происходит тепло- и массообмен, и пары, двигаясь вверх, все более облегчаются на каждой вышележащей тарелке и, пройдя все тарелки, достигают заданного качества. Как правило, за счет этого удаляется примерно половина бензиновой фракции с концом кипения 130-140 °C, которая вместе с газом конденсируется и охлаждается до температуры 40-45°С в конденсаторе-холодильнике 3 и, после смешения с более тяжелым бензином из колонны К-2, направляется на стабилизацию от растворенного в ней газа и далее на вторичную перегонку. На схеме колонны стабилизации и вторичной перегонки не показаны. Горячим насосом 4 полуотбензиненная нефть из колонны К-1 подается в трубчатую печь 6, где нагревается до температуры 340-350°С и поступает в эвапорационное пространство основной ректификаuионной колонны К-2, где вновь происходит процесс разделения на паровую и жидкую фазы, как и в колонне К-l. Более тяжелая часть паров, конденсируясь на каждой тарелке, обогащает флегму высококипящими компонентами. Пройдя все тарелки, расположенные в нижней части колонны, жидкий остаток достигает заданного качественного состава по содержанию легкокипящих фракций, которое не должно превышать 4-6% на мазут. Обычно на практике принято ориентироваться на содержание фракций, выкипающих до 360°С. Вводимый вниз колонны перегретый водяной пар снижает парциальное давление нефтяных паров и способствует более полной отпарке легкокипящих компонентов из мазута. С верха из колонны К-2 уходят пары бензина (и воды) с температурой конца кипения не более 180-190°С. Регулирование качества по концу кипения осуществляют подачей бензинового орошения за счет возврата части охлажденного и сконденсированного в холодильнике-конденсаторе 3 верхнего продукта колонны К-2. Этим достигается поддержание определенной температуры паров, уходящих с верхней тарелки, и соответственно качества бензиновой фракции. С нижележащих тарелок концентрационной части колонны отбираются боковые потоки других нефтепродуктов в виде жидкостей. Верхним боковым потоком отбирают керосиновую фракцию, затем фракцию легкую дизельную и еще ниже более тяжелую дизельную. Для осуществления процесса ректификации в колонне требуется создание потока орошения или флегмы. Если создавать этот поток только за счет подачи орошения в верхней части колонны (так называемого острого орошения), потребуется большой его расход, что приведет к нерациональным тепловым потерям, а также к значительному перерасходу воды и энергии для конденсации и охлаждения орошения. В целях недопущения этого применяют, так называемое, циркуляционное орошение.

    Для осуществления циркуляционного  орошения часть флегмы забирается с тарелки, проходит через теплообменник 2, отдает свое тепло потоку нефти, как правило, для нагрева перед колонной К-1, и, охладившись до заданной температуры, поступает на тарелку выше той, с которой забиралась флегма на охлаждение. При этом поддерживается определенный температурный режим на тарелке отбора флегмы, и создаются условия, необходимые для поддержания потока флегмы на нижележащих тарелках. Циркуляционных орошений может быть несколько, вплоть до трех. Основная часть флегмы с тарелки отбора орошения идет в качестве целевого продукта в отпарную колонну (стриппинг). Дело в том, что в целевом продукте, в результате недостаточно четкого разделения, могут находиться более легкокипящие фракции, т.е. происходит наложение фракций. Это значит, например, что в отбираемой керосиновой фракции может находиться некоторое количество тяжелой бензиновой фракции. При этом, без дополнительной ректификации качество керосина не будет соответствовать заданному, например, по температуре вспышки. Требуемая температура вспышки керосина по ГОСТу должна быть не ниже 28°С в закрытом тигле. Присутствие тяжелой части бензиновой фракции понизит ее на несколько градусов. С целью доведения целевых продуктов до нужной кондиции применяют отпарные колонны. Отбираемая из колонны К-2 керосиновая фракция направляется в верхнюю часть отпарной колонны, например К-3/1, оборудованной 9-12 тарелками. Поток керосина, стекая с тарелки на тарелку вниз стриппинга, встречается с потоком паров, движущихся вверх. Чтобы создать последний, в нижнюю часть стриппинга подают перегретый водяной пар с температурой перегрева выше конца кипения бензиновой фракции, присутствующей в керосине. Из верхней части стриппинга в колонну К-2 отпаренные пары бензина вместе с водяным паром направляются в пространство между тарелкой отбора и вышележащей тарелкой колонны К-2, а керосин приобретает необходимое качество. Для каждой боковой фракции, отбираемой из колонны К-2, имеется свой стриппинг. Их бывает, как правило, 2-3.

    Бензиновая  фракция, полученная при первичной  перегонке нефти не сможет соответствовать  требованиям для получения современных  бензинов, из-за наличия множества  примесей, для этого необходима вторичная  перегонка.

    Вторичная перегонка бензинов.

    Назначение. Разделение фракций, полученных при  первичной перегонке, на более узкие  погоны. Процесс осуществляется на отдельных установках или блоках, входящих в состав АТ и АВТ.

    Сырье и продукция. Сырье - широкая бензиновая фракция н. к. - 180 °С. Продукция:

    1) фракция н. к. - 62 °С - используется  как компонент товарного автомобильного бензина и сырье установок изомеризации; 2) фракция 62 - 85 °С - является сырьем установок каталитического риформинга, на которых вырабатывается бензол;

    3) фракция 85 - 105 °С - служит сырьем установок каталитического риформинга, на которых вырабатывается толуол; 4) фракция 105 - 140 °С - применяется в качестве сырья установок каталитического риформинга, на которых вырабатываются ксилолы; 5) фракция 140 - 180 °С - используется как компонент товарного автобензина и авиакеросина, сырье установок каталитического риформинга, работающих в режиме получения высокооктанового бензина и установок гидроочистки керосина.

    Рис. Схема установки вторичной перегонки  бензина:

    К-1 -К-4 - ректификационные колонны; П-1, П-2 - печи; Т-1, Т-2 - теплообменники; Т-3 - кипятильник; ХК-1-ХК-3 - конденсаторы-холодильники; Е-1-Е-3 - рефлюксные емкости:

    1 - сырье; II - фракция 105-140 °С; III - фракция 85-105 °С; IV - фракция н. к. - 62 °С; V - фракция 140-180°С; VI - фракция 62-85 °С.

    Сырье через теплообменник T-1 поступает  в колонну K-1, где разделяется  на фракции н. к. - 85 °С и 85-180 °С. Фракция  н. к. - 85 °С уходит с верха K-1 в виде паров, конденсируется в XK-1 и собирается в рефлюксной емкости E-1. Из E-1 фракция н. к. - 85 °С подается в колонну К-2, где разделяется на фракции н. к. - 62 °С и 62-85 °С. Фракция 85-180 °С с низа K-1 поступает в колонну К-3, верхним продуктом этой колонны является фракция 85-105 °С, нижним - фракция 140-180 °С. Фракция 105-140 °С уходит из К-3 в виде бокового погона, который перетекает в отпарную колонну К-4, где отгоняются легкие фракции. Для осуществления процесса ректификации в колонны K-1 - K-3 подводится теплота, сообщаемая в нагревательных змеевиках печей П-1 и П-2 циркулирующему через них продукту колонн. Теплота, необходимая для отгонки легких фракций в К-4, подводится через кипятильник Т-3, обогреваемый циркулирующей горячей струей, возвращающейся из П-2 в колонну К-3.

    Процессы  вторичной переработки нефти: каталитический крекинг, гидроочистка, гидрокрекинг.

      Каталитическое  облагораживание  бензиновых фракций.

    Каталитический  крекинг. В настоящее время каталитический крекинг является самым распространенным процессом глубокой переработки нефти. Основное назначение каталитического крекинга - переработка газойлевых фракций 350-560°C с целью получения бензиновых фракций с октановым числом не менее 76- 78 по моторному методу, а также значительного количества дизельных фракций, которые хотя и уступают по качеству прямогонным дизельным фракциям, но могут являться одним из компонентов при приготовлении товарных дизельных топлив. При каталитическом крекинге образуется также значительное количество газов с большим содержанием бутан-бутиленовой фракции, на базе которой производится высокооктановый компонент товарных автобензинов - алкилбензин, или алкилат. Таким образом, каталитический крекинг - это процесс, позволяющий при его реализации в схеме завода топливного профиля значительно снизить объемы остатков атмосферной перегонки и углубить переработку нефти.