Технология подготовки нефти и получения битума

Содержание 

1.Технологическая  схема 3

    1.1.Краткое описание технологического процесса и

          технологической  схемы 4 

2.Обезвоживание  и обессоливание нефти 4 

3.Атмосферная  и вакуумная перегонка нефти 6 

    3.1.Защелачивание обессоленной нефти 6 

    3.2.Анкикоррозийная защита конденса-

          ционно-холодильных аппаратов и верха

          атмосферной перегонки 7 

    3.3.Ректификация 7 

4.Влияние  отдельных факторов технологического

   процесса на процесс ректификации 9 

    4.1.Температура нагрева сырья 9 

    4.2.Равномерность подачи сырья 9 

    4.3.Подача орошения 9 

    4.4.Давление в колонне 9 

    4.5.Температура в кубе колонны 10 

5.Окисление  гудрона до битума 10 

    5.1.Температура 11 

    5.2.Расход воздуха 12 
 
 

1.   КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  СХЕМЫ

 

    1.1 Технологические процессы, протекающие на установке получения битума 

     На  установке получения битума происходят следующие технологические процессы:

• обезвоживание и обессоливание нефти;
• атмосферная и вакуумная перегонка нефти;
• окисление гудрона в битум.

 

2. Обезвоживание и обессоливание  нефти

 

     Нефть, поступающая на переработку, имеет  в своем составе пластовую  воду, различные минеральные соли (хлористый натрий, хлористый магний, хлористый кальций и др.), механические примеси в незначительных количествах.

     

     Переработка такой нефти без предварительной  ее подготовки приводит к интенсивной  коррозии оборудования и трубопроводов, вследствие гидролиза хлористых  солей щелочноземельных металлов с  образованием кислот. Отложение на стенках аппаратов и трубопроводов  механических примесей, накипи, солей  приводит к снижению коэффициента теплопередачи  поверхностей нагрева и охлаждения, повышению давления в аппаратах  и ухудшению четкости ректификации, эрозии внутренней поверхности аппаратов, насосов и трубопроводов, повышению  зольности остатков нефтепереработки из-за накопления в них солей и  механических примесей.

     Глубина обезвоживания и обессоливания  нефти влияет на продолжительность  цикла работы установки первичной  переработки нефти, качество вырабатываемых нефтепродуктов и соответственно, технико-экономические  показатели работы предприятия.

     Вода, находящаяся в нефти, в большинстве  случаев образует с ней трудноразделимые эмульсии. Образованию таких эмульсий предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг капель воды прочного адсорбционного слоя за счет наличия в нефти третьего вещества - эмульгатора. Эмульгаторами являются имеющиеся в нефти смолистые вещества, щелочноземельные соли органических веществ, окислы металлов, частицы глины, кристаллы парафина и церезина и другие.

     Стойкость эмульсий зависит от физико-химических свойств нефти, степени дисперсности (размера частиц), температуры и времени существования эмульсии. Наиболее стойкие эмульсии образуют нефти, богатые нафтеновыми кислотами и смолами. Чем выше плотность нефти и степень дисперсности, тем устойчивее эмульсии.

     Сущность  всех применяемых способов обессоливания  и обезвоживания заключается  в промывании нефти водой и  разрушении образованной нефтяной эмульсии.

     В промышленности наиболее широкое распространение  получил термоэлектрохимический способ разрушения нефтяных эмульсий, сочетающий в себе три метода:

• механический - гравитационное разделение при повышенных температурах;
• химический - разрушение эмульсий с помощью реагентов;
• электрический - разрушение эмульсий с помощью электрического поля.

     Гравитационное  разделение - это осаждение эмульсий в процессе отстоя вследствие разности плотностей нефти и воды.

     

     Одним из важнейших факторов глубины обезвоживания  и обессоливания нефти являются температура и размер частиц воды. С повышением температуры уменьшается  прочность адсорбционной пленки на капельках воды. Вследствие повышения  растворимости эмульгатора в  нефти значительно снижается  вязкость нефти и увеличивается  разность плотностей воды и нефти, что  способствует более быстрому отстою воды. Оптимальная температура процесса зависит от химического состава  нефти, конструкции дегидраторов.

     Разность  плотностей воды и нефти можно  увеличить не только уменьшением  плотности нефти, достигаемой повышением температуры, но  также увеличением  плотности воды, что достигается  подачей дренажных вод последней  ступени обессоливания на первую ступень.

     Важную  роль при гравитационном разделении имеет конструкция дегидраторов. Условия осаждения воды из нефти тем лучше, чем меньше скорость движения эмульсии в нем.

     Химический  способ разрушения эмульсий заключается  в применении поверхностно-активных веществ - деэмульгаторов. Деэмульгаторы, обладая большой поверхностной активностью, вытесняют с поверхностного слоя капелек воды природные эмульгирующие вещества и образуют гидрофильный (растворимый в воде) адсорбционный слой, в результате чего капельки воды при столкновении сливаются в более крупные и оседают. 
 

     Эффективность действия деэмульгатора значительно возрастает при воздействии электрического поля.

     Для интенсификации деэмульгирования процесс проводят в электрическом поле переменного тока высокого напряжения (до 20 кВ). Капли воды под действием этого поля за счёт поляризации принимают вытянутую форму, ориентируясь по направлениям к электродам. При этом на концах капли возникают заряды, противоположные по знаку зарядам на электродах, а между каплями-глобулами воды возникают электрические силы притяжения, способные преодолеть сопротивление стабилизирующих слоёв глобул воды. Происходит столкновение глобул и разрушение образовавшихся вокруг них плёнок, способствующих их коалесценции (слиянию) в крупные капли, которые отделяются от нефти под действием силы тяжести.

     Основными параметрами, влияющими на процесс  при постоянном составе нефти, являются температура, количество промывной  воды, напряжённость электрического поля, эффективность применяемого деэмульгатора или его расход. Увеличение вводимого в нефть деэмульгатора оправдано до оптимального предела, дальнейшее увеличение подачи его в нефть оказывает незначительное влияние на качество подготовки нефти. 

3. Атмосферная и вакуумная перегонка нефти 

     Перегонка представляет собой процесс разделения жидких смесей на их составные части  по температурам кипения. Разделение достигается  нагревом исходной смеси до кипения, частичным испарением, отбором и  конденсацией паров. 

     3.1. Защелачивание обессоленной нефти.

     

     В условиях перегонки нефти в результате гидролиза остающихся после ее обессоливания хлоридов кальция и магния, а также распада хлорорганических соединений образуется хлористый водород (НСl). Для нейтрализации соляной кислоты нефть обрабатывают разбавленным водным раствором щелочи с целью перевода хлоридов кальция и магния в слабогидролизующийся хлорид натрия.

     На  практике поддерживается небольшой  расход щелочи в нефть, в пределах 5-10 г. на тонну.

     Для подщелачивания нефти важно обеспечить эффективное перемешивание нефти  со щелочью. Для такого перемешивания  применяют смесительные устройства разных конструкций.

     Если  стадия смешения организована неудовлетворительно, щелочь может выпадать из смеси, накапливаться  в низких местах теплообменников  и трубопроводов, концентрироваться  за счет испарения воды и вызывать щелочное растрескивание металла. 

     3.2. Антикоррозионная защита конденсационно-холодильных аппаратов и верха колонн атмосферной перегонки.

     

     При нагреве нефти в технологической  печи до высоких температур, 350-380 ^оС происходит распад сернистых и хлорорганических соединений с образованием сероводорода и хлористого водорода. Одновременное присутствие в водной среде конденсационно-холодильной системы сероводорода и хлористого водорода вызывает совместное их коррозионное воздействие на металл. На стадии защиты оборудования этой системы от сопряженной сероводородной и хлористоводородной коррозии применяют нейтрализаторы (амины) для связывания сероводорода и хлора, и пленкообразующие ингибиторы для защиты поверхности металла от воздействия раствора соляной кислоты. Ассортимент применяемых нейтрализаторов и ингибиторов коррозии на установках первичной перегонки нефти достаточно широк. Для запроектированной АВТ рекомендованы эффективные и применяемые на многих Российских НПЗ импортные реагенты фирмы «Clariant»:

     -«Dоdicor 1830» (азотосодержащие соединения) – в качестве нейтрализатора;

     -«Dodigen 481» (соединения амидкарбоновых кислот) – в качестве ингибитора коррозии.

     Поставляемые  в бочках рабочие растворы этих реагентов  дозировочными насосами одновременно подаются в шлемовый трубопровод колонны до конденсатора-холодильника. По ходу потока первым вводится нейтрализатор, а затем через 5-10 метров – ингибитор коррозии.

     3.3. Ректификация.

     Разделение  сложной жидкой смеси на отдельные  фракции методом многократного  испарения и многократной конденсации  носит название ректификации и осуществляется под давлением и в вакууме.

     Процесс ректификации проводят в колоннах, оснащенных специальными тарелками  или насадками, обеспечивающими  контакт между поднимающимися вверх  парами и стекающей вниз жидкой флегмой.

     Фракция нефти, имеющая высокую температуру  кипения, остается внизу, а фракция, имеющая низкую температуру кипения, в виде паров поднимается в  верхнюю часть колонны.

     Процесс ректификации зависит от температуры  и давления, количества орошения (флегмы), от конструкции и количества контактных тарелок.

     При повышении давления в колонне  снижается относительная летучесть  компонентов, ухудшается четкость ректификации, в продукции низа колонны увеличивается  содержание низкокипящих компонентов.

     Повышение температуры низа и верха колонны  вызывает увеличение высококипящих  компонентов в продукции верха  колонны, а снижение температуры  вызывает увеличение низкокипящих компонентов  в продукции низа колонны.

     Учитывая  то, что при нагреве нефти выше 380 °С и мазута выше 420 °С происходит их разложение – более глубокое разделение нефти проводят в вакууме. При этом испарение высококипящих компонентов происходит при более низком температурном режиме.

     Для снижения температуры низа ректификационной колонны, улучшения четкости ректификации, а также предотвращения разложения нефти и мазута в нижнюю часть  колонны подают перегретый пар.

     

    Для того, чтобы в колонне происходила ректификация смеси, необходимо, чтобы температура жидкой фазы и паровой фазы, взаимодействующих на тарелках колонны, была различна. Иначе организован процесс ректификации в отгонной части мазута атмосферной колонны или гудрона в вакуумной колонне, где подвод тепла для повышения температуры ограничен разложением остатка (крекингом) нефтепродукта в колоне. Для создания парового орошения в этих частях колонны используют перегретый водяной пар. За счёт понижения парциального давления нефтяных паров происходит испарение жидкости, имеющей более высокую температуру, а следовательно, и давление насыщенных паров. В этом случае поток жидкости имеет выше температуру, чем встречный поток пара. За счёт расходуемого тепла на испарение, температура жидкости непрерывно снижается и такой процесс прекращается, когда давление насыщенных паров жидкости сравнивается с парциальным давлением нефтяных паров. Для создания разности температур между верхом и низом колонны необходимо в низ колонны подводить тепло, наверху отнимать его.