Надземные и наземные газопроводы. Сущность нефтеперерабатывающего производства

Эффективное обессоливание позволяет значительно уменьшить коррозию технологического оборудования установок по переработке нефти, предотвратить дезактивацию катализаторов, улучшить качество топлив, нефтяного кокса, битумов и других нефтепродуктов.

2. Прямая  перегонка нефти

Под прямой перегонкой нефти  понимают процесс извлечения из нефти отдельных углеводородов при помощи последовательного или одновременного их испарения с дальнейшим разделением образующихся их паров и их конденсацией. При прямой перегонке нефть физически разделяется на составляющие ее части – фракции, и никаких химических преобразований УВ, входящих в состав нефти, не происходит.         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 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. Атмосферные и вакуумные трубчатые установки существуют независимо друг от друга или комбинируются в составе одной установки.                       АТ установки подразделяются в зависимости от их технологической схемы на установки с однократным и двукратным испарением нефти.          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.                                                                     На установках и блоках вакуумной перегонки также применяются схемы однократного и двукратного испарения. Наиболее распространены блоки с однократным испарением мазута.                                                 Технологические установки перегонки нефти предназначены для разделения нефти на фракции и последующей переработки или использования их как компоненты товарных нефтепродуктов. Они составляют основу НПЗ. На них вырабатываются практически все компоненты моторных топлив, смазочных масел, сырье для вторичных процессов и для нефтехимических производств. От их работы зависят ассортимент и качество получаемых компонентов и технико-экономические показатели последующих процессов переработки нефтяного сырья. Современные процессы перегонки нефти являются комбинированными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ, ЭЛОУ-АВТ- 6 и т.д.                                                                                                                           Блок атмосферной перегонки нефти, высокопроизводительной наиболее распространенной в нашей стране установки ЭЛОУ – АВТ – 6, функционирует по схеме двукратного испарения и двукратной ректификации: обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подогревается в теплообменниках и поступает на разделение в колонну частичного отбензинивания 1. Уходящие с верха этой колонны углеводородный газ и легкий бензин конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного и водяного охлаждения и поступают в емкость орошения. Часть конденсата возвращается на верх колонны 1 в качестве острого орошения. Отбензиненная нефть с низа колонны 1 подается в трубчатую печь 4, где нагревается до требуемой температуры и поступает в атмосферную колонну 2. Часть отбензиненной нефти из печи 4 возвращается в низ колонны 1 в качестве горячей струи. С верха колонны 2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку через отпарные колонны 3 выводятся топливные фракции 180 – 220(230), 220(230) – 280 и 280 – 350С. Атмосферная колонна, кроме острого орошения, имеет 2 циркуляционных орошения, которыми отводится тепло ниже тарелок отбора фракций 180 – 220 и 220 – 280С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый водяной пар для отпарки легкокипящих фракций. С низа атмосферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуумной перегонки.

Описание принципиальной схемы блока вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ – АВТ – 6.

Мазут, отбираемый с низа атмосферной колонны блока АТ, прокачивается параллельными потоками через печь 2 в вакуумную колонну 1. Смесь нефтяных и водяных паров, газы разложения (и воздух, засасываемый через неплотности) с верха вакуумной колонны поступают в вакуумсоздающую систему. После конденсации и охлаждения в конденсаторе – холодильнике она разделяется в газосепараторе на газовую и жидкую фазы. Газы отсасываются трехступенчатым пароинжэкторным насосом, а конденсаты поступают в отстойник для отделения нефтепродукта от водного конденсата. Верхним боковым погоном вакуумной колонны отбирают фракцию легкого вакуумного газойля (соляр). Часть его после охлаждения в теплообменниках возвращается на верх колонны в качестве верхнего циркуляционного орошения.                                                                                                               Вторым боковым погоном отбирают широкую газойлевую (масляную) фракцию. Часть его после охлаждения используется как среднее циркуляционное орошение вакуумной колонны. Балансовое количество целевого продукта вакуумного газойля после теплообменников и холодильников выводится с установки и направляется на дальнейшую переработку.                                                                                                                 С нижней тарелки концентрационной части колонны выводится затемненная фракция, часть которой используется как нижнее циркуляционное орошение, часть – может выводиться с установки или использоваться как рецикл вместе с загрузкой вакуумной печи.                                                                                   С низа вакуумной колонны отбирается гудрон и после охлаждения направляется на дальнейшую переработку. Часть гудрона после охлаждения в теплообменнике возвращается в низ колонны в качестве квенчинга. В низ вакуумной колонны и змеевик печи подается водяной пар.

3. Стабилизация  и вторичная перегонка бензина

Получаемая на атмосферном блоке бензиновая фракция содержит газы (в основном пропан и бутан) в объёме, превышающем требования по качеству, и не может использоваться ни в качестве компонента автобензина, ни в качестве товарного прямогонного бензина. Кроме того, процессы нефтепереработки, направленные на повышение октанового числа бензина и производства ароматических углеводородов в качестве сырья используют узкие бензиновые фракции. Этим обусловлено включение в технологическую схему переработки нефти данного процесса, при котором от бензиновой фракции отгоняются сжиженные газы, и осуществляется её разгонка на 2-5 узких фракций на соответствующем количестве колонн. Продукты первичной переработки нефти охлаждаются в теплообменниках, в которых отдают тепло поступающему на переработку холодному сырью, за счет чего осуществляется экономия технологического топлива, в водяных и воздушных холодильниках и выводятся с производства. Аналогичная схема теплообмена используется и на других установках НПЗ. Современные установки первичной переработки зачастую являются комбинированными и могут включать в себя вышеперечисленные процессы в различной конфигурации. Мощность таких установок составляет от 3 до 6 млн. тонн по сырой нефти в год. На заводах сооружается несколько установок первичной переработки во избежание полной остановки завода при выводе одной из установок в ремонт.

Термические процессы переработки нефтяного сырья. Вторичная переработка

Вторичная (деструктивная) переработка нефти вызывает изменение химического состава фракций и остаточных продуктов прямой перегонки нефти. Сочетание первичных и вторичных процессов обеспечивает получение горючего заданного качества и в большем количестве.                  Еще в прошлом веке стало известно, что под действием высоких температур органические соединения нефти химически видоизменяются, распадаются и вступают в различные вторичные реакции между собой. Это позволило создать новые, так называемые процессы переработки нефти. Применение термических процессов немного расширило возможности использования нефти как химического сырья. Термин «крекинг» получил название от английского глагола to crack – расщеплять.                                                Основные технические принципы крекинга нефтяного сырья под давлением были изложены в патенте, выданном в 1891 г. русским инженерам Шухову и Гаврилову. Но промышленное освоение процесса началось лишь в ХХ в, когда в связи с развитием автомобильного транспорта значительно вырос спрос на бензин. Благодаря термическому крекингу дополнительно к прямогонному бензину стали получать бензин из малоценных тяжелых фракций. Бензины крекинга к тому же в ряде случаев обладают более высоким октановым числом, чем прямогонный бензин из той же нефти.             В зависимости от условий (температура, давление и наличие катализатора), при которых идет крекинг – процесс, последний делится на два основных вида:

1. термический крекинг;

2. каталитический крекинг.

1. Термический крекинг.

Под термическим крекингом понимается раздробление, расщепление крупных молекул УВ на более мелкие под воздействием высоких температур и давления.                                                                                                              Легче всего крекингуются парафиновые УВ. При этом, чем крупнее молекула, тем меньше ее термическая стабильность (устойчивость), тем легче она разрушается. Расщепление происходит примерно посередине молекулы, в результате чего образуется две молекулы: одна – насыщенного характера, другая – ненасыщенного.

Схема такого крекинга может быть представлена следующим образом:

С26Н54->(t, p)C13H28(предельные)+C13H26(непредельные)

              ->С6Н14+С7Н14

              ->С3Н8+С3Н6

Получающиеся в процессе крекинга непредельные углеводороды склонны к реакции полимеризации (уплотнению молекул), при этом образуются тяжелые молекулы, дающие смолистые вещества. При повышении температуры 500-600С и выше место расщепления парафинов смещается от середины молекулы к концу цепи, в результате чего увеличивается выход газообразных углеводородов.                                                                            Помимо парафинов и олефинов при крекинге в зависимости от условий могут образовываться и другие углеводороды: диолефины, ароматические и др.                                                                                                            Расщепляться могут не только парафиновые УВ, но и нафтены, олефины и арены. Нафтены и арены термически более устойчивы, чем парафины, однако при высоких температуре и давлении они распадаются.                               В продуктах крекинга содержится больше непредельных, ароматических и изопарафиновых УВ, чем в продуктах прямой перегонки, поэтому антидетонационные свойства крекинг – бензинов выше, чем бензинов прямой перегонки, получаемых из тяжелых нефтей.

Термический крекинг может осуществляться следующими способами:

1. термический крекинг под высоким давлением (при температуре 450-470С и давлении 40-70 атм.). Процесс предназначен для получения компонента автомобильного бензина из тяжелого остатка вакуумной перегонки мазута.
2. крекинг под низким давлением (коксование при температуре 450-550С и давлении, близкому к атмосферному). Процесс применяется для переработки тяжелых остатков прямой перегонки и крекинга под высоким давлением с целью получения широкой нефтяной фракции. В дальнейшем данная фракция используется для получения дизельного топлива.
3. высокотемпературный крекинг (при температуре 670-900С и атмосферном давлении). Процесс предназначен для получения из керосиновых фракций газообразных алкенов.

Для осуществления процесса крекинга пользуются теми же аппаратами, что и при прямой перегонке. Отличие – в условиях процесса (температура и давление) и технологической схеме.

Описание принципиальной схемы крекинг – установки.  Крекингируемое сырье, подогретое в теплообменниках, подается обычно в ректификационную колонну, где смешивается с крекинг флегмой, затем – в трубчатую печь для нагрева до температуры реакции крекинга. Для доведения крекинга до желаемой глубины требуется не только нагреть продукт, но и выдержать его определенное время при соответствующей температуре. Это осуществляется в реакционной секции печи или в специальной реакционной камере – пустотелом цилиндрическом сосуде. Продукты крекинга, выходящие из зоны реакции, должны подвергаться разделению. Для этого их направляют в испаритель или в эвапорационную часть колонны, где отделяется крекинг – остаток, и затем в ректификационную колонну для отделения газа и бензина от промежуточных фракций. Так как ректификация проводится под давлением, которое меньше давления в трубчатой печи, то между печью и испарителем ставится редукционный вентиль, обеспечивающий перепад давления. Ввиду того что температура крекинга выше температуры, необходимой для испарения и ректификации, прореагировавшие продукты после выхода из печи должны охлаждаться. Это необходимо для того, чтобы прекратить реакцию крекинга, которая, продолжаясь в испарителе, вызывает быструю закоксованность последнего. Охлаждение осуществляется в тройнике смешения, устанавливаемом между печью и испарителем. Для охлаждения применяется соляровый дистиллят или мазут. После ректификации пары дистиллята поступают в конденсатор, затем конденсат и газы направляются в газосепаратор, где происходит отделение несконденсировавшихся газов от дистиллята. Дистиллят из газосепаратора  частично подается на орошение ректификационной колонны и частично направляется в цех очистки. Дистилляты крекинга подвергаются щелочной очистке, после чего используются как компоненты товарных нефтепродуктов крекинга, в том числе автобензинов и керосинов.

Внедрение и развитие термического крекинга позволило успешно разрешить проблему обеспечения горючим автомобильного транспорта. Однако быстрое развитие авиации поставило перед нефтяниками задачу получения высококачественного авиационного бензина. Термический крекинг не обеспечивает ее решения, так как октановое бензина ниже потребного (около 70), содержание непредельных УВ в бензине понижает его чувствительность ТЭС(тетраэтилсвинцу) и увеличивает склонность к смолообразованию.

2. Каталитический крекинг.

Каталитический крекинг – процесс получения легких продуктов из различных фракций нефти, проводимый в присутствии катализаторов, ускоряющих и направляющих процесс крекинга. При каталитическом крекинге идут в основном те же реакции, что и при термическом крекинге, но катализатор изменяет скорость реакции и изменяет ее в нужную сторону. Так, если при термическом крекинге реакции изомеризации (получения изопарафинов), алкилирования (присоединения молекул непредельного углеводорода к молекуле парафинового или ароматического углеводорода с целью получения изостроения) и дегидрогенизации (отщепления водорода от молекулы) незначительны, то при каталитическом крекинге в большем количестве, чем бензины термического крекинга, содержат изопарафины и ароматические углеводороды, имеющие высокие антидетонационные свойства (октановое число и сортность).                                                      Каталитический крекинг предусматривает переработку вакуумного газойля, выкипающего в интервале 350-500С, с целью получения компонентов бензина с высокой детонационной стойкостью. Процесс проводится в присутствии синтетического алюмосиликатного катализатора при 460-500С и давлении, близком к атмосферному. Газойлевая фракция каталитического крекинга используется в качестве компонентов некоторых сортов дизельного топлива (до 20%). Основным назначением каталитического крекинга, протекающего при температурах 470 – 530 С и небольшом избыточном давлении 0,05 – 0,1 МПа, является получение высокооктанового компонента товарного бензина, с  числом 90 пунктов и более, его выход составляет от 50 до 65% в зависимости от используемого сырья, применяемой технологии и режима. Высокое октановое число обусловлено тем, что при каткрекинге происходит также изомеризация. В ходе процесса образуются газы, содержащие пропилен и бутилены, используемые в качестве сырья для нефтехимии и производства высокооктановых компонентов бензина, легкий газойль - компонент дизельных и печных топлив, и тяжелый газойль - сырьё для производства сажи, или компонент мазутов. Образующийся во время реакции кокс выжигается с поверхности катализатора в процессе регенерации. В качестве сырья каталитического крекинга чаще всего используют прямогонную широкую масляную фракцию, выкипающую в пределах 350 – 500 С.                                                                                 Установка для каталитического крекинга состоит в  основном из тех же аппаратов, что и установка термического крекинга. Мощность современных установок в среднем - от 1,5 до 2,5 млн тонн, однако на заводах ведущих мировых компаний существуют установки мощностью и 4,0 млн. тонн. Сырьем для крекинга обычно служит керосино – газойлевые фракции. Ключевым участком установки является реакторно-регенераторный блок. В состав блока входит печь нагрева сырья, реактор, в котором непосредственно происходят реакции крекинга, и регенератор катализатора. Назначение регенератора - выжиг кокса, образующегося в ходе крекинга и осаждающегося на поверхности катализатора. Реактор, регенератор и узел ввода сырья связаны трубопроводами (линиями пневмотранспорта), по которым циркулирует катализатор. Наиболее удачная, хотя и не новая, отечественная технология используется на установках мощностью 2 млн. тонн в Уфе, Омске, Москве. Сырьё с температурой 500-520°С в смеси с пылевидным катализатором движется по лифт-реактору вверх в течение 2-4 секунд и подвергается крекингу. Продукты крекинга поступают в сепаратор, расположенный сверху лифт-реактора, где завершаются химические реакции и происходит отделение катализатора, который отводится из нижней части сепаратора и самотёком поступает в регенератор, в котором при температуре 700°С осуществляется выжиг кокса. После этого восстановленный катализатор возвращается на узел ввода сырья. Давление в реакторно-регенераторном блоке близко к атмосферному. Общая высота реакторно-регенераторного блока составляет от 30 до 55 м, диаметры сепаратора и регенератора - 8 и 11 м соответственно для установки мощностью 2,0 млн тонн. Продукты крекинга уходят с верха сепаратора, охлаждаются и поступают на ректификацию. Каткрекинг может входить в состав комбинированных установок, включающих предварительную гидроочистку или легкий гидрокрекинг сырья, очистку и фракционирование газов.