Процессы первичной переработки нефти

Перегонка нефти  при атмосферном давлении осуществляется при температуре в зоне питания  ректификационной колонны 320–360 ºС, а вакуумная перегонка мазута – при температуре на выходе из печи не выше 430 ºС.

Расчет температуры  нагрева сырья проводится по уравнению, которое выведено совместным решением уравнения материального баланса  однократного испарения и уравнения  равновесия фаз.

где K_pi – константа фазового равновесия компонента i при давлении в системе (П); 
       , – мольные доли компонента i в исходной смеси, паровой фазе и равновесной жидкости.

4.1.4. Материальный  баланс перегонки нефти и использование  дистиллятов

Перегонка нефти  на АВТ – многоступенчатый процесс (обессоливание, обезвоживание, отбензинивание, АТ и ВТ, стабилизация и вторичная перегонка бензина). Поэтому рассматривают общий или поступенчатый материальный баланс перегонки нефти.

Общий – под  ним понимают выход [в % (масс.)] всех конечных продуктов перегонки от исходной нефти, количество которой принимают за 100 %.

Поступенчатый – за 100 % принимают выход (% масс.) продуктов перегонки на данной ступени (продукты могут быть промежуточные). Поступенчатый материальный баланс перегонки нефти составляется при технологических расчетах АВТ.

Рассмотрим общий  баланс, приведенный А.К. Мановяном [27].

• Нефть (I) (100 %) поступает на установку с содержанием минеральных солей от 50–300 мг/л и воды 0,5–1,0 % масс.
• Углеводородный газ (II). Содержание его в нефти зависит от того, сколько растворенного газа осталось в ней после промысловой подготовки газа. В легкой нефти (ρ 0,8–0,85) — 1,5–1,8 % масс. Для тяжелой — 0,3–0,8 % масс., а в нефти после стабилизации растворенный газ отсутствует. 90 % этого газа – газ из отбензинивающей колонны. Состав: С₁-С4 с примесью С₅ не используется на ГФУ для выделения отдельных углеводородов из-за низкого его давления и мольных количеств; используется как энергетическое топливо в печах АВТ. Если выход 1,5 % и выше газ экономически выгодно компремировать до давления 2–4 МПа и перерабатывать на ГФУ.
• Сухой углеводородный газ стабилизации бензина (III) – это часть легких углеводородов С₁–С₃, оставшаяся растворенной в бензине (выход 0,1–0,2 % масс.) давление до 1,0 МПа можно перерабатывать на ГФУ, но из-за низкого содержания часть направляют в газовую линию II и сжигают в печах.
• Сжиженная головка стабилизации бензина (IV) содержит пропан и бутан с примесью пентанов (0,2–0,3 % масс.) используется для бытовых нужд (сжиженный газ) или газового моторного топлива для автомобилей (СПБТЛ или СПБТЗ).
• Легкая головка бензина (V) – фракция бензина НК–85 ºС (4–6 % масс.) о.ч. не более 70 (моторный метод). Используется для производства нефтяных растворителей или как сырье для каталитической изомеризации (о.ч. 82–85).
• Бензиновая фракция 85-180 ºС (VI) (10-14 % масс., о.ч._м = 45÷55); на каталитический риформинг (о.ч. до 88-92) и используется как базовый компонент автомобильных бензинов.
• Керосин (Х). Может быть два варианта отбора:

Авиационный керосин 140–230 ºС (10–12 % масс.) марки ТС-1 
                                         140–300 ºС (14–18 % масс.)

• Дизельное топливо (XI). Атмосферный газойль (180–350 ºС), (22–26 % масс.) – если авиакеросин.

10–12 % масс. – если зимнее или арктическое дизельное топливо.

• Легкая газойлевая фракция (XIV) (0,5–1,0 % масс.)

Фракция 100–250 ºС – результат частичной термодеструкции мазута при нагреве его в печи.

• Легкий вакуумный газойль (XV) 240–380 ºС (3–5 % масс.) по качеству близка к летнему дизельному топливу (XI).
• Вакуумный газойль (XVI) – основной дистиллят вакуумной перегонки мазута по топливному варианту (если нельзя получить масло высокого качества 350–500 ºС (550 ºС)) 21–25 % масс.

Используют как  сырье для каталитического крекинга, гидрокрекинга.

Если нефть  позволяет получить масла, то из вакуумной  колонны выводят два потока масляного  дистиллята: 
                                        350-420°С (10-14%масс.) 
                                        420-500°С (12-16%масс.)

·  Гудрон (XVII – остаточная часть нефти, остаток, выкипающий выше 500 ºС (10-20%масс.). 

Цель  переработки нефти (нефтепереработки) — производство нефтепродуктов, прежде всего, различных топлив (автомобильных, авиационных, котельных и т. д.) и сырья для последующей химической переработки Первичные процессы

Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции.

[править] Подготовка нефти

Нефть поступает  на НПЗ в подготовленном для транспортировки  виде. На заводе она подвергается дополнительной очистке от механических примесей, удалению растворённых лёгких углеводородов (С1-С4) и обезвоживанию на электрообессоливающих  установках (ЭЛОУ).

[править] Атмосферная перегонка

Нефть поступает  в ректификационные колонны на атмосферную перегонку (перегонку при атмосферном давлении), где разделяется на несколько фракций: легкую и тяжёлую бензиновые фракции, керосиновую фракцию, дизельную фракцию и остаток атмосферной перегонки — мазут. Качество получаемых фракций не соответствует требованиям, предъявляемым к товарным нефтепродуктам, поэтому фракции подвергают дальнейшей (вторичной) переработке.

Материальный  баланс атмосферной перегонки западно-сибирской нефти

[править] Вакуумная дистилляция

Основная  статья: Вакуум-дистилляция

Вакуумная дистилляция — процесс отгонки из мазута (остатка атмосферной перегонки) фракций, пригодных для переработки в моторные топлива, масла, парафины и церезины и другую продукцию нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Остающийся после этого тяжелый остаток называется гудроном. Может служить сырьем для получения битумов. 

Установки первичной перегонки  нефти

08 марта 2010 Опубликовал admin

Под первичной перегонкой нефти понимают совокупность физических процессов, направленных на ее разделение по фракциям в соответствии с их температурой кипения: до мазута (получаются светлые нефтепродукты); до гудрона (получаются масла).

При ректификации до мазута давление мало отличается от атмосферного (Рраб=0,11— 0,12 МПа или 1,1— 1,2 ата), поэтому установки по перегонке нефти до мазута называют атмосферными трубчатками (АТ).

При ректификации до гудрона процесс ведется, подвакуумом (РРаб=0,08 МПа или 600 мм рт. ст.), поэтому установки по перегонке нефти до гудрона называют вакуумными трубчатками (ВТ).

Существуют также  установки по перегонке нефти  сразу до гудрона. Они состоят  из двух взаимосвязанных частей —  атмосферной й вакуумной. Поэтому такие установки называют атмосферновакуумными трубчатками (АВТ).

В атмосферном  блоке АВТ применяют три схемы разделения нефти: с одной сложной ректификационной колонной, с предварительным испарителем и сложной колонной, с предварительной отбензинивающей и сложной колоннами. Схема с предварительной отбензинивающей колонной и сложной ректификационной колонной наиболее распространена в отечественной практике (рис. 4.18).

Обессоленную  и обезвоженную нефть прокачивают  через теплообменники, где ее нагревают  отводимыми с установками дистиллятами до 150—200 °С, затем она поступает в предварительную колонну К-1, в которой от нефти отделяют пары бензина и воды (ее остаточное содержание). Отбензиненную нефть из кубовой части направляют в печь для нагрева до' 250—350 °С и затем — в основную сложную ректификационную колонну К-2, которая состоит из 3—5 простых колонн (в зависимости от числа вводимых дистиллятов). Верхний дистиллят выводят в паровой фазе, остальные — жидкими боковыми погонами через отпарные секции, внутренние или выносные (как показано на схеме). Из нижней, кубовой части колонны, отводят мазут. Его подогревают в трубчатой печи до 400—450 °С и подают в вакуумную колонну К-Ю для получения масляных дистиллятов и вакуумного газойля, являющегося сырьем установок каталитического крекинга.

Для снижения температуры  кипения разделяемых компонентов и предотвращения термического разложения сырья перегонку мазута осуществляют в вакууме. С увеличением вакуума температура кипения компонентов снижается, особенно компонентов с большой молекулярной массой. Вакуум в колонне создают барометрическими Конденсаторами и вакуумными насосами (поршневыми, ротационными, эжекторными или струйными), которые можно включать в различной последовательности.

Пожарная опасность  установок первичной перегонки  нефти характеризуется наличием большого количества ЛВЖ, ГЖ, их паров  и углеводородных газов. Так, в некоторых аппаратах (ректификационных колоннах, трубчатых печах) находится одновременно от 20 до 30 т и более нефтепродуктов.

Показатели пожарной опасности нефтепродуктов колеблются в широких пределах. Так, Твсп: у нефтей — от — 35 до +36° и выше, бензинов —от —36 до —7°С, лигроинов —от —7 до +17°С, керосинов — от +15 до + 60°С и выше, мазутов---от+60 до +120 °С, минеральных масел — от + 120 до +220 °С.

Анализ этих цифр показывает, что в производственных условиях даже при нормальной работе технологического оборудования нефтепродукты могут иметь температуру, лежащую в температурных пределах воспламенения. Следовательно, горючая концентрация может образоваться не только в паровоздушном пространстве аппаратов, но и при выходе паров наружу.

При нормальной работе установок возможность образования горючей концентрации существует в дышащих аппаратах и в вакуумных ректификационных колоннах.

При образовании  неплотностей или повреждений в вакуумных колоннах АВТ или ВТ будет происходить подсос наружного воздуха внутрь аппаратов. При этом возможны два случая, которые в основном зависят от места повреждения по высоте колонны и от температурного режима. Если Граб>Гсв фракций на соответствующей месту повреждения тарелке, то пары продукта, смешиваясь с воздухом, воспламеняются и установится диффузионное горение внутри колонны в виде факела. Если Tpsk6<TCB нефтепродукта, то подсасываемый воздух, смешиваясь с парами, будет образовывать горючую концентрацию. При этом возможен взрыв внутри аппарата.

При повреждениях аппаратов и трубопроводов нагретые нефтепродукты могут выходить наружу. При этом также возможны два случая. Если Граб выходящей жидкости меньше Гсв, то она будет растека 
ться и интенсивно испаряться. В этом случае создается опасность образования горючей (в пределах воспламенения) паровоздушной смеси.

Если Граб выходящей  жидкости больше или равна ее Гсв, то при контакте с воздухом она воспламеняется и, растекаясь, будет гореть.

Причины повреждения  и специфические источники зажигания  основных аппаратов установок первичной  перегонки нефти (ректификационных колонн, трубчатых печей, теплообменников) раскрыты ранее (см. главу 3).

Развитая сеть различных коммуникаций (трубопроводные эстакады, лотки, система канализации), разлившиеся жидкости и облака парогазовоздушной смеси, образующиеся на аппаратном дворе при авариях технологического оборудования, — характерные пути для распространения пламени.

Установки крекинга нефти. Установки первичной перегонки нефти позволяют получить только 15—20 % светлых нефтепродуктов. Для увеличения выхода светлых нефтепродуктов из нефти, наряду с ее физическим разделением, используют химический способ — процесс расщепления (крекирования) тяжелых молекул углеводородов с целью получения более легких нефтепродуктов с улучшенными свойствами вследствие образования молекул кольчатого и изомерного строения.

В зависимости  от условий проведения процесса крекинга различают термический и каталитический крекинг, которым соответствуют установки термического и каталитического крекинга.   

Установки термического крекинга (ТК). На установках ТК расщепление молекул тяжелого сырья проводят под воздействием высокой температуры (около 500 °С) и при повышенном давлении (Реаб = 5—7 МПа (50— 70 ат).