Основные этапы нефтепереработки. Краткое описание основных технологических процессов топливного производства Основы нефтепереработки

В настоящее время из сырой нефти можно получить различные виды топлива, нефтяные масла, парафины, битумы, керосины, растворители, сажу, смазки и другие нефтепродукты, полученные путем переработки сырья.

Добытое углеводородное сырье (нефть , попутный нефтяной газ и природный газ) на месторождении проходит долгий этап, прежде чем из этой смеси будут выделены важные и ценные компоненты, из которых впоследствии будут получены пригодные к использованию нефтепродукты.

Переработка нефти очень сложный технологический процесс, который начинается с транспортировки нефтепродуктов на нефтеперерабатывающие заводы. Здесь нефть проходит несколько этапов, прежде чем стать готовым к использованию продуктом:

подготовка нефти к первичной переработке
первичная переработка нефти (прямая перегонка)
вторичная переработка нефти
очистка нефтепродуктов

Подготовка нефти к первичной переработке

Добытая, но не переработанная нефть, содержит различные примеси, например, соль, воду, песок, глина, частицы грунта, попутный газ ПНГ. Срок эксплуатации месторождения увеличивает обводнение нефтяного пласта и, соответственно, содержание воды и других примесей в добываемой нефти. Наличие механических примесей и воды мешает транспортированию нефти по нефтепродуктопроводам для дальнейшей ее переработки, вызывает образование отложений в теплообменных аппаратах и других , усложняет процесс переработки нефти.

Вся добытая нефть проходит процесс комплексной очистки, сначала механической, затем тонкой очистки.

На данном этапе также происходит разделение добытого сырья на нефть и газ в нефти и газа.

Отстаивание в герметичных резервуарах на холоде или при подогреве способствует удалению большого количества воды и твердых частиц. Для получения высоких показателей работы установок по дальнейшей переработке нефти последнюю подвергают дополнительному обезвоживанию и обессоливанию на специальных электрообессоливающих установках.

Зачастую вода и нефть образуют труднорастворимую эмульсию, в которой мельчайшие капли одной жидкости распределены в другой во взвешенном состоянии.

Выделяются два вида эмульсий:

гидрофильная эмульсия, т.е. нефть в воде
гидрофобная эмульсия, т.е. вода в нефти

Существует несколько способов разрушения эмульсий:

механический
химический
электрический

Механический метод в свою очередь делится на:

отстаивание
центрифугирование

Разность плотностей составляющих эмульсии позволяет легко расслаивать воду и нефть методом отстаивания при нагреве жидкости до 120-160°С под давлением 8-15 атмосфер в течение 2-3 часов. При этом не допускается испарение воды.

Эмульсия также может разделяться под действием центробежных сил в центрифугах при достижении 3500-50000 оборотов в минуту.

При химическом методе эмульсия разрушается путем применения деэмульгаторов, т.е. поверхностно-активных веществ. Деэмульгаторы имеют большую активность по сравнению с действующим эмульгатором, образуют эмульсию противоположного типа, растворяют адсорбционную пленку. Данный способ применяется вместе с электрическим.

В установках электродегидратора при электрическом воздействии на нефтяную эмульсию частицы воды объединяются, и происходит более быстрое расслоение с нефтью.

Первичная переработка нефти

Добытая нефть есть смесь нафтеновых, парафиновых, ароматических углеводов, которые имеют разный молекулярный вес и температуру кипения, и сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Первичная переработка нефти заключается в разделении подготовленной нефти и газов на фракции и группы углеводородов. При перегонке получают большой ассортимент нефтепродуктов и полупродуктов.

Суть процесса основана на принципе разности температур кипения компонентов добытой нефти. В результате сырье разлагается на фракции - до мазута (светлые нефтепродукты) и до гудрона (масла).

Первичная перегонка нефти может осуществляться с:

однократным испарением
многократным испарением
постепенным испарением

При однократном испарении нефть нагревается в подогревателе до заданной температуры. По мере нагрева образуются пары. При достижении заданной температуры парожидкостная смесь поступает в испаритель (цилиндр, в котором пар отделяется от жидкой фазы).

Процесс многократного испарения представляет собой последовательность однократных испарений при постепенном повышении температуры нагрева.

Перегонка постепенным испарением представляет собой малое изменение состояния нефти при каждом однократном испарении.

Основные аппараты, в которых проходит перегонка нефти, или дистилляция, - это трубчатые печи, ректификационные колонны и теплообменные аппараты.

В зависимости от типа перегонки трубчатые печи делятся на атмосферные печи АТ, вакуумные печи ВТ и атмосферно-вакуумные трубчатые печи АВТ. В установках АТ осуществляют неглубокую переработку и получают бензиновые, керосиновые, дизельные фракции и мазут. В установках ВТ производят углубленную переработку сырья и получают газойлевые и масляные фракции, гудрон, которые в последствии используются для производства смазочных масел, кокса, битума и др. В печах АВТ комбинируются два способа перегонки нефти.

Процесс переработки нефти принципом испарения происходит в ректификационных колоннах . Там исходная нефть с помощью насоса поступает в теплообменник, нагревается, затем поступает в трубчатую печь (огневой подогреватель), где нагревается до заданной температуры. Далее нефть в виде парожидкостной смеси входит в испарительную часть ректификационной колонны. Здесь происходит деление паровой фазы и жидкой фазы: пар поднимается вверх по колонне, жидкость стекает вниз.

Вышеперечисленные способы переработки нефти не могут быть использованы для выделения из нефтяных фракций индивидуальных углеводородов высокой чистоты, которые впоследствии станут сырьем для нефтехимической промышленности при получения бензола, толуола, ксилола и др. Для получения углеводородов высокой чистоты в установки перегонки нефти вводят дополнительное вещество для увеличения разности в летучести разделяемых углеводородов.

Полученные компоненты после первичной переработки нефти обычно не используются в качестве готового продукта. На этапе первичной перегонки определяются свойства и характеристики нефти, от которых зависит выбор дальнейшего процесса переработки для получения конечного продукта.

В результате первичной обработки нефти получают следующие основные нефтепродукты:

углеводородный газ (пропан, бутан)
бензиновая фракция (температура кипения до 200 градусов)
керосин (температура кипения 220-275 градусов)
газойль или дизельное топливо (температура кипения 200-400 градусов)
смазочные масла (температура кипения выше 300 градусов)остаток (мазут)

Вторичная переработка нефти

В зависимости от физико-химический свойств нефти и от потребности в конечном продукте происходит выбор дальнейшего способа деструктивной переработки сырья. Вторичная переработка нефти заключается в термическом и каталитическом воздействии на нефтепродукты, полученные методом прямой перегонки. Воздействие на сырье, то есть содержащиеся в нефти углеводороды, меняют их природу.

Выделяются варианты переработки нефти:

топливный
топливно-масляный
нефтехимический

Топливный способ переработки применяется для получения высококачественных автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив, топлив для реактивных двигателей, котельных топлив. При данном методе используется меньшее количество технологических установок. Топливный метод представляет собой процессы, в результате которых из тяжелых нефтяных фракций и остатка получают моторные топлива. К данному виду переработки относят каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг, гидроочистка и другие термические процессы.

При топливно-масляной переработке наряду с топливами получают смазочные масла и асфальт. К данному виду относятся процессы экстракции и деасфальтизации.

Наибольшее разнообразие нефтепродуктов получается в результате нефтехимической переработки . В связи с этим используется большое число технологических установок. В результате нефтехимической обработки сырья вырабатываются не только топлива и масла, но и азотные удобрения, синтетический каучук, пластмассы, синтетические волокна, моющие средства, жирные кислоты, фенол, ацетон, спирт, эфиры и другие химикалии.

Каталитический крекинг

При каталитическом крекинге используется катализатор для ускорения химических процессов, но в то же время без изменения сути этих химических реакций. Суть крекинг-процесса, т.е. реакции расщепления, заключается в прогоне нагретых до парообразного состояния нефтей через катализатор.

Риформинг

Процесс риформинга применяется в основном для производства высокооктанового бензина. Данной переработке могут подвергаться только парафиновые фракции, кипящие в пределах 95-205°С.

Виды риформинга:

термический риформинг
каталитический риформинг

При термическом риформинге фракции первичной переработки нефти подвергаются воздействию только высокой температуры.

При каталитическом риформинге воздействие на исходные фракции происходит как температурой, так и с помощью катализаторов.

Гидрокрекинг и гидроочистка

Данный метод переработки заключается в получении бензиновых фракций, реактивного и дизельного топлива, смазочных масел и сжиженных газов за счет воздействия водорода на высококипящие нефтяные фракции под воздействием катализатора. В результате гидрокрекинга исходные нефтяные фракции проходят также гидроочистку.

Гидроочистка заключается в удалении серы и других примесей из сырья. Обычно установки гидроочистки совмещают с установками каталитического риформинга, так как в результате последнего выделяется большое количество водорода. В результате очистки качество нефтепродуктов повышается, уменьшается коррозия оборудования.

Экстракция и деасфальтизация

Процесс экстракции заключается в разделения смеси твердых или жидких веществ при помощи растворителей. В используемом растворителе хорошо растворяются извлекаемые компоненты. Далее проводится депарафинизация для снижения температуры застывания масла. Получение конечного продукта заканчивается гидроочисткой. Данный метод переработки применяется для получения дистдизельного топлива и извлечении ароматических углеводородов.

В результате деасфальтизации из остаточных продуктов дестиляции нефти получаются смолисто-асфальтеновые вещества. В последствии деасфальтизат используется для производства битума, применяется в качестве сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Коксование

Для получения нефтяного кокса и газойлевых фракций из тяжелых фракций перегонки нефти, остатков деасфальтизации, термического и каталитического крекинга, пиролиза бензинов используют процесс коксования. Данный вид переработки нефтепродуктов заключается в последовательном протекании реакций крекинга, дегидрирования (выделение водорода из сырья), циклизации (образование циклической структуры), ароматизации (увеличение ароматических углеводородов в нефти), поликонденсации (выделение побочных продуктов, таких как, вода, спирт) и уплотнения для образования сплошного "коксового пирога". Летучие продукты, выделяющиеся в процессе коксования, подвергают процессу ректификации, чтобы получить целевые фракции и их стабилизировать.

Изомеризация

Процесс изомеризации заключается в превращении из исходного сырья его изомеров. Подобные превращения приводят к получении бензинов с высоким октановым числом.

Алкинирование

Путем введения в соединения алкиновых групп получают высокооктановые бензины из углеводородных газов.

Следует отметить, что в процессе переработки нефти и для получения конечного продукта используется весь комплекс нефтегазовых и нефтехимических технологий. Сложность и разнообразие готовых продуктов, которые можно получить из добытого сырья, определяют и разнообразность нефтеперерабатывающих процессов.

Соединения сырой нефти - это сложные вещества, состоящие из пяти элементов - C, H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82-87% углерода, 11-15% водорода, 0,01-6% серы, 0-2% кислорода и 0,01-3% азота.

Обычная сырая нефть из скважины - это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом. Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей - частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц и воды затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти. С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерным износом нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках. Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. Существуют два типа нефтяных эмульсий:

нефть в воде, или гидрофильная эмульсия,

и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия.

Существуют три метода разрушения нефтяных эмульсий:

Механический:

отстаивание - применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 атмосфер в течение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

центрифугирование - отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 350 до 5000 в мин., при производительности 15-45 м3 /ч каждая.

Химический:

разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ - деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

Электрический:

при попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами.

Важным моментом является процесс сортировки и смешения нефти. Близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку.

Различают три основных варианта переработки нефти:

- топливный,
- топливно-масляный,
- нефтехимический.

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные топлива. Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Сюда относятся каталитические процессы - каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла, дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс. Нефтехимический вариант переработки нефти - помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий. Основным способом переработки нефти является ее прямая перегонка.

Перегонка -- дистилляция (отекание каплями) -- разделение нефти на отличающиеся по составу фракции (отдельные нефтепродукты), основанное на различии в температурах кипения ее компонентов. Перегонку нефтепродуктов с температурами кипения до 370°С ведут при атмосферном давлении, а с более высокими -- в вакууме или с применением водяного пара (для предупреждения их разложения).

Нефть под давлением подают насосами в трубчатую печь, где ее нагревают до 330…350°С. Горячая нефть вместе с парами попадает в среднюю часть ректификационной колонны, где она вследствие снижения давления испаряется и испарившиеся углеводороды отделяются от жидкой части нефти - мазута. Пары углеводородов устремляются вверх по колонне, а жидкий остаток стекает вниз. В ректификационной колонне по пути движения паров устанавливают тарелки, на которых конденсируется часть паров углеводородов. Более тяжелые углеводороды конденсируются на первых тарелках, легкие успевают подняться вверх по колонне, а самые в смеси с газами проходят всю колонну, не конденсируясь, и отводятся сверху колонны в виде паров. Так углеводороды разделяются на фракции в зависимости от температуры их кипения.

При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты: бензин (tкип 90-200°С), лигроин (tкип 150-230°С), керосин (tкип 180-300°С), легкий газойль - соляровое масло (tкип 230-350°С), тяжелый газойль (tкип 350-430°С), а в остатке - вязкую черную жидкость - мазут (tкип выше 430°С). Мазут подвергают дальнейшей переработке. Его перегоняют под уменьшенным давлением (чтобы предупредить разложение) и выделяют смазочные масла. Перегонка с многократным испарением состоит из двух или более однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе. Продукты, получаемые способом прямой перегонки, обладают высокой химической стабильностью, так как в них отсутствуют непредельные углеводороды. Использование для переработки нефти крекинг-процессов позволяет увеличить выход бензиновых фракций.

Крекинг -- процесс переработки нефти и ее фракций, основанный на разложении (расщеплении) молекул сложных углеводородов в условиях высоких температур и давлений. Существуют следующие виды крекинга: термический, каталитический, а также гидрокрекинг и каталитический риформинг. Термический крекинг используют для получения бензина из мазута, керосина и дизельного топлива. Бензин, получаемый посредством термического крекинга, имеет недостаточно высокое октановое число (66...74) и большое содержание непредельных углеводородов (30... 40 %), т. е. он обладает плохой химической стабильностью, и его используют в основном только в качестве компонента при получении товарных бензинов.

Новые установки для термического крекинга в настоящее время уже не строят, так как получаемые с их помощью бензины при хранении окисляются с образованием смол и в них необходимо вводить специальные присадки (ингибиторы), резко снижающие темп осмоления. Термический крекинг разделяют на парофазный и жидкофазный.

Парофазный крекинг - нефть нагревают до 520…550°С при давлении 2…6 атм. В настоящее время не применяется по причине низкой производительности и большого содержания (40%) непредельных углеводородов в конечном продукте, которые легко окисляются и образуют смолы.

Жидкофазный крекинг - температура нагрева нефти 480…500°С при давлении 20…50 атм. Увеличивается производительность, снижается количество (25…30%) непредельных углеводородов. Бензиновые фракции термического крекинга используются в качестве компонента товарных автомобильных бензинов. Однако, для топлив термического крекинга характерна низкая химическая стабильность, которую улучшают путем введения в топлива специальных антиокислительных добавок. Выход бензина 70% - из нефти, 30% - из мазута.

Каталитический крекинг -- это процесс получения бензина, основанный на расщеплении углеводородов и изменении их структуры под действием высокой температуры и катализатора. Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при температуре и атмосферном давлении. Одним из катализаторов является специально обработанная глина. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор - в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются. В качестве сырья при каталитическом крекинге используют газойлевую и соляровую фракции, получаемые при прямой перегонке нефти. Продукты каталитического крекинга являются обязательными компонентами при производстве бензинов марок А-72 и А-76.

Гидрокрекинг -- процесс переработки нефтепродуктов, сочетающий в себе крекирование и гидрирование сырья (газойлей, нефтяных остатков и др.). Это разновидность каталитического крекинга. Процесс разложения тяжелого сырья происходит в присутствии водорода при температуре 420…500°С и давлении 200 атм. Процесс происходит в специальном реакторе с добавлением катализаторов (окиси W, Mo, Pt). В результате гидрокрекинга получают топливо.

Риформинг - (от англ. reforming - переделывать, улучшать) промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. В качестве сырья для каталитического риформинга обычно используют бензиновые фракции первичной перегонки нефти, выкипающие уже при 85... 180"С. Риформинг проводят в среде водородосодержащего газа (70... 90 % водорода) при температуре 480... 540 °С и давлении 2... 4 МПа в присутствии молибденового или платинового катализатора. Для улучшения свойств бензиновых фракций нефти они подвергаются каталитическому риформингу, который проводится в присутствии катализаторов из платины или платины и рения. При каталитическом риформинге бензинов происходит образование ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола и др.) из парафинов и циклопарафинов. Риформинг при использовании молибденового катализатора называется гидроформинг, а при использовании платинового катализатора -- платформинг. Последний, являющийся более простым и безопасным процессом, в настоящее время применяется значительно чаще.

Пиролиз. Это термическое разложение углеводородов нефти в специальных аппаратах или газогенераторах при температуре 650°С. Применяется для получения ароматических углеводородов и газа. В качестве сырья можно применять как нефть, так и мазут, но наибольший выход ароматических углеводородов наблюдается при пиролизе легких фракций нефти. Выход: 50% газа, 45% смолы, 5% сажи. Из смолы получают ароматические углеводороды путем ректификации.

Владимир Хомутко

Время на чтение: 5 минут

А А

Современные технологии углубления переработки нефти

В стратегическом плане основными целями модернизации российской нефтепереработки являются:

максимизация производства топлив, отвечающих стандарту Евро-5;
минимизация при этом выхода мазута.

И как должна развиваться углубленная переработка нефти тоже понятно – необходимо строительство и введение в эксплуатацию новые конверсионные процессы, с целью увеличения их годовой мощности почти вдвое: с 72-х до 136-ти миллионов тонн.

К примеру, на предприятиях мирового лидера в нефтеперерабатывающей отрасли – США, доля углубляющих переработку процессов составляет более 55-ти процентов, а в нашей стране – только 17-ть.

Изменение этой ситуации возможно, но с помощью каких технологий? Применение классического набора процессов является долгим и весьма затратным путем. На современном этапе крайне необходимы самые эффективные технологии, которые можно было бы применить на каждом российском НПЗ. Поиск таких решений должен проводиться с учетом специфических свойств тяжелых нефтяных остатков, таких, как повышенное содержание асфальтеновых и смолистых веществ и высокий уровень коксуемости.

Именно эти свойства остатков косвенно подталкивают специалистов к тому, что классические технологии тяжелых остатков (например, коксование, деасфальтизация и термический крекинг) ограниченны в своих возможностях по отбору светлых дистиллятов, а значит, углубление переработки нефти с их помощью будет недостаточным.

Доступные современные технологии

Основные углубляющие технологии в основаны на процессе замедленного коксования гудронов, которые обеспечивают максимальный выход дистиллятов (от 60-ти до 80-ти процентов от общего объема перерабатываемого сырья). При этом получаемые фракции относятся к средним и газойлевым дистиллятам. Средние фракции отправляются на гидроочистку для получения дизельных топлив, а тяжелые газойлевые – подвергаются каталитической переработке.

Если взять такие страны, как Канада и Венесуэла, то в них уже больше двух десятилетий замедленное коксование применяется в качестве базового процесса промысловой переработки нефтей тяжелых сортов. Однако, для сырья с высоким содержанием серы коксование неприменимо по причинам экологического характера. Кроме того, вырабатываемый в колоссальных объемах высокосернистый кокс в качестве топлива эффективного применения не имеет, а подвергать его обессериванию – попросту нерентабельно.

России кокс плохого качества, тем более – в таких количествах, не нужен тоже. Кроме того, замедленное коксование является весьма энергоемким процессом, вредным с точки зрения экологии и нерентабельным при малых мощностях переработки. В связи с этими факторами, нужно найти другие углубляющие технологии.

Гидрокрекинг и газификация – самая дорогостоящая глубокая нефтепереработка, поэтому в ближайшее время они на российских НПЗ применяться не будут.

Поэтому и уделять им внимание мы в этой статье не станем. России необходимы наименее капиталоемкие, но достаточно эффективные конверсионные технологии.

Поиск таких технологических решений ведется давно, и основной задачей такого поиска является получение квалифицированных остаточных продуктов.

Таковыми являются:

высокоплавкий пек;
«жидкий кокс»;
различные марки битумов.

Кроме того, выход остатков должен быть минимален, чтобы его переработка с помощью коксования, газификации и гидрокрекинга было рентабельна.

Также одним из критериев выбора метода вторичной углубленной переработки остатков нефтяного сырья является получение востребованного качественного продукта без потери эффективности самой технологии. В нашей стране таким продуктом, вне всякого сомнения, является дорожный битум высокого качества, поскольку состояние российских дорог является извечной проблемой.

Поэтому, если удастся подобрать и реализовать эффективный процесс получения средних дистиллятов и остатков в виде качественных битумов – это даст возможность одновременно решить и проблему углубления нефтепереработки, и обеспечить дорожно-строительную отрасль высококачественным остаточным продуктом.

Среди таких технологических процессов, которые можно внедрить на российских перерабатывающих предприятиях, внимания достойны следующие методики:

Это – широко известный технологический процесс, используемый в производстве битумов и гудронов. Стоит сразу сказать, что примерно 80-90 процентов получаемых вакуумной мазутной перегонкой гудронов по своим качественным характеристикам не соответствуют требованиям, предъявляемым к товарным битумам, и необходима их дальнейшая переработка с помощью окислительных процессов.

Как правило, гудроны перед окислением подвергают дополнительному висбрекингу, с целью понизить значение вязкости получаемого котельного топлива, а также для уменьшения концентрации в битумном сырье трудноокисляемых парафинов.

Если говорить о получаемых с помощью этого процесса вакуумных газойлях, то для них характерны:

высокая плотность (больше 900 килограмм на кубический метр);
высокой степень вязкости;
высокие значения температур застывания (нередко – больше млюс тридцати – сорока градусов Цельсия).

Такие высоковязкие и, в основном, высокопарафинистые газойли по сути представляют собой полупродукты, которые необходимо подвергнуть дальнейшей каталитической переработке. Основная масса получаемых гудронов – это котельное топливо марки М-100.

Исходя из вышесказанного, вакуумная переработка мазута уже не удовлетворяет современные требования к процессам, которые призваны углубить нефтепереработку, вследствие чего в качестве базового процесса, способного кардинально увеличить ГПН, её рассматривать не стоит.

Пропановая деасфальтизация, как правило, используется для получения высокоиндексных масел.

Деасфальтизация гудронов при помощи бензина применяется в основном для выработки сырья, которое затем идет на производство битумов, хотя выделяемая при этом асфальтовая фаза далеко не всегда имеет свойства, необходимые для получения товарного битума нужного качества. В связи с этим получаемый асфальтит нужно дополнительно подвергать или окислению, или разбавлению масляной фазой.

Легкой фазой этого технологического процесса является деасфальтизат. Его показатели еще тяжелее, чем у вакуумного газойля:

значение плотности – более 920-ти килограммов на кубометр;
температура застывания – больше сорока градусов Цельсия;
большее значение вязкости.

Все это требует дополнительной каталитической переработки. Кроме того, деасфальтизат, в силу своей высокой вязкости, очень трудно перекачивать.

Но самой большой проблемой деасфальтизации является высокая степень её энергоемкости, из-за чего размер капитальных вложений, по сравнению с вакуумной перегонкой, возрастает больше, чем в 2 раза.

Основная масса получаемого асфальтита требует дополнительной переработки с помощью конверсионных процессов: замедленного коксования или газификации.

В связи со всем сказанным выше, деасфальтизация также не отвечает основным требованиям к технологии, призванной одновременно углубить нефтепереработку и получить качественные дорожные битумы, поэтому в качестве эффективной технологии увеличения ГПН также не подходит.

Висбрекинг мазута

Этот техпроцесс переживает свое второе рождение и становится все более востребованным.

Если ранее висбрекинг применялся для понижения значения вязкости гудронов, то на современном этапе развития технологии он становится основным углубляющим нефтепереработку процессом. Практически все крупнейшие фирмы мира (Chioda, Shell, KBR, Foster Wuiller, UOP и так далее) за последнее время разработали сразу несколько оригинальных технологических решений.

Основными достоинствами этих современных термических процессов являются:

простота;
высокая степень надежности;
малая стоимость необходимого оборудования;
рост значения выхода средних дистиллятов, получаемых из тяжелых нефтяных остатков, на 40 – 60 процентов.

Кроме того, современный висбрекинг дает возможность получать качественные дорожные битумы и такое энергетическое топливо, как «жидкий кокс».

Например, такие крупные корпорации, как Chioda и Shell, отправляют тяжелые газойли (как вакуумные, так и атмосферные) в печи жесткого крекинга, что позволяет исключить выход фракций, температура кипения которых больше 370-ти градусов Цельсия. В получаемых продуктах остаются только бензиновые и дизельные дистилляты и очень тяжелый остаток, а вот тяжелых видов газойлей – нет совсем!

Технология «Висбрекинг – ТЕРМАКАТ»

Эта современная технология позволяет получить из перерабатываемого мазута от 88-ми до 93-х процентов дизельно-бензиновых дистиллятов.
При разработке технологии «Висбрекинг-ТЕРМАКАТ» удалось выйти на управление сразу двумя параллельно происходящими процессами: термодеструкцией и термополиконденсацией. При этом деструкция происходит в пролонгированном режиме, а термополиконденсация – в отложенном режиме.
Именно это дает максимальный выход бензиново-дизельных фракций, а в качестве остатков получаются дорожные битумы высокого качества и с заданными свойствами.

В зависимости от того, насколько велико содержание асфальтеновых веществ и исходной нефти, выход битумов варьируется от 3-5 до 20-30 процентов. Если потребности в битумах нет, из остатков можно произвести либо вторичное котельное топливо, либо использовать их в качестве сырья для процессов гидрокрекинга и газификации.

Процессы нефтепереработки

Сырая нефть впервые в значительных количествах была добыта в 1880 г, с тех пор ее добыча росла экспоненциально. Сырая нефть является смесью химических веществ, содержащей сотни компонентов. Основную массу нефти составляют углеводороды - алканы, циклоалканы, арены. Содержание в нефтях алканов (предельных углеводородов) может составлять 50-70%. Циклоалканы могут составлять 30-60% общего состава сырой нефти, большинство из них является моноциклическими. Наиболее часто можно обнаружить циклопентан и циклогексан. Непредельные углеводороды (алкены), как правило, в нефти отсутствуют. Арены (ароматические углеводороды) составляют меньшую долю общего состава по сравнению с алканами и циклоалканами. В легкокипящих фракциях нефти преобладают простейший ароматический углеводород бензол и его производные.

Помимо углеводородов в составе органической части нефти находятся смолистые и асфальтовые вещества, представляющие собой высокомолекулярные соединения углерода, водорода, серы и кислорода, сернистые соединения, нафтеновые кислоты, фенолы, азотистые соединения типа пиридина, хинолина, различные амины и др. Все эти вещества являются нежелательными примесями нефти. Для очистки от них требуется сооружение специальных установок. Сернистые соединения, вызывающие коррозию аппаратуры, наиболее вредны как при переработке нефти, так и при использовании нефтепродуктов. К минеральным примесям нефти относят воду, присутствующую, как правило, в двух видах - легко отделяемую от нефти при отстаивании и в виде стойких эмульсий. Вода содержит растворенные в ней минеральные соли - NaCI, СаС1 2 , MgCl, и др. Зола составляет в нефти сотые и тысячные доли процента. Кроме того, в нефти имеются механические примеси - твердые частицы песка и глины.

Важнейшие нефтепродукты

Из нефти в процессе переработки получают топливо (жидкое и газообразное), смазочные масла и консистентные смазки, растворители, индивидуальные углеводороды - этилен, пропилен, метан, ацетилен, бензол, толуол, ксилол и др., твердые и полутвердые смеси углеводородов (парафин, вазелин, церезин), нефтяные битумы и пеки, технический углерод (сажу) и др.

Жидкое топливо подразделяют на моторное и котельное. Моторное топливо, в свою очередь, делят на карбюраторное, реактивное и дизельное. Карбюраторное топливо включает в себя авиационные и автомобильные бензины, а также тракторное топливо - лигроины и керосины. Топливо для авиационных реактивных двигателей представляет собой фракции керосина различного состава или их смесь с бензиновыми фракциями (авиакеросины). Дизельное топливо содержит газойли, соляровые фракции, применяемые в поршневых двигателях внутреннего сгорания с зажиганием от сжатия. Котельное топливо сжигается в топках тепловозов, пароходов, тепловых электростанций, в промышленных печах и подразделяется на мазут топочный, топливо МП для мартеновских печей.

К газообразному топливу относят углеводородные сжиженные топливные газы, применяемые для коммунально-бытового обслуживания. Это смеси пропана и бутана в разных соотношениях.

Смазочные масла , предназначенные для жидкостного смазывания в различных машинах и механизмах, подразделяют в зависимости от применения на индустриальные, турбинные, компрессорные, трансмиссионные, изоляционные, моторные. Специальные масла предназначены не для смазывания, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных смесях, гидравлических устройствах, пароструйных насосах, а также в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды. Названия этих масел отражают область их использования, например трансформаторное, конденсаторное и т. п.

Консистентные смазки представляют собой нефтяные масла, загущенные мылами, твердыми углеводородами и другими загустителями. Все смазки делят на два класса: универсальные и специальные. Смазки отличаются большим многообразием, их насчитывается свыше ста наименований.

Индивидуальные углеводороды , получаемые в результате переработки нефти и нефтяных газов, служат сырьем для производства полимеров и продуктов органического синтеза. Из них наиболее важны предельные - метан, этан, пропан, бутан и др.; непредельные - этилен, пропилен; ароматические - бензол, толуол, ксилолы. Помимо перечисленных индивидуальных углеводородов продуктами переработки нефти являются предельные углеводороды с большой молекулярной массой (С 16 и выше) - парафины, церезины, применяемые в парфюмерной промышленности и в виде загустителей для консистентных смазок.

Нефтяные битумы , получаемые из тяжелых нефтяных остатков их окислением, используют для дорожного строительства, получения кровельных материалов, приготовления асфальтовых лаков и полиграфических красок и др.

Одним из главных продуктов переработки нефти является моторное топливо , которое включает в себя авиационные и автомобильные бензины. Важное свойство бензина, характеризующее его способность противостоять преждевременному воспламенению в камере сгорания,- детонационная стойкость . Стук в двигателе указывает обычно на то, что произошло опережающее взрывное воспламенение и энергия израсходована бесполезно.

По эмпирической шкале, введенной в 1927 г., принимают октановое число для н-гептана, который очень легко детонирует, равным нулю, а для изооктана, обладающего высокой стойкостью к детонации, равным 100. Если, например, испытуемый бензин по детонационной стойкости оказался при испытаниях эквивалентным смеси, состоящей из 80% изооктана и 20% н-гептана, то его октановое число равно 80. Со времени введения шкалы были найдены эталоны, превосходящие по детонационной стойкости изооктан, и в настоящее время октановая шкала расширена до 120.

Определение октанового числа различных углеводородов показало, что в ряду алканов октановое число повышается по мере их разветвления и понижается с возрастанием длины углеводородной цепи. Октановое число алкенов выше, чем соответствующих алканов, и повышается по мере смещения двойной связи к центру молекул. У циклоалканов октановое число выше, чем у алканов. Наиболее высокие октановые числа имеют ароматические углеводороды; так, например, октановое число н-пропилбензола равно 105, этилбензола- 104, толуола - 107.

Бензин, полученный в процессе прямой перегонки нефти, состоит в основном из алканов с октановым числом 50-70. Для повышения октанового числа осуществляют обработку, в результате которой углеводороды бензина изомеризуются с образованием более благоприятных структур, а также используют антидетонаторы - вещества, которые добавляют к бензинам в количестве не более 0,5% для значительного увеличения их детонационной стойкости.

В качестве антидетонатора впервые начали применять тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(С 2 Н 5) 4 , промышленный выпуск которого начался в 1923 г. Ипользуют также и другие алкилы свинца, например тетраметилсвинец. К новым добавкам относятся карбонилы переходных металлов. Антидетонаторы, в частности ТЭС, применяют в смеси с этилбромидом, дибромэтаном, дихлорэтаном, монохлорнафталином (этиловая жидкость). Бензины с добавлением этиловой жидкости называются этилированными. Этиловая жидкость очень ядовита, и при обращении с ней и этилированными бензинами необходимо соблюдать специальные правила предосторожности.

Первичная переработка нефти

Подготовка нефти к переработке. Сырая нефть содержит растворенные в ней газы, называемые попутными, воду, минеральные соли, различные механические примеси. Подготовка нефти к переработке сводится к выделению из нее этих включений и нейтрализации химически активных примесей.

Выделение из нефти попутных газов проводится в газоотделителях уменьшением растворимости газов вследствие снижения давления. Затем газы направляются для дальнейшей переработки на газобензиновый завод, где из них извлекают газовый бензин, этан, пропан, бутан. Окончательное отделение газов от нефти происходит в стабилизационных установках, где они отгоняются в специальных ректификационных колоннах.

В специальном подогревателе выделяют из нефти легкие бензиновые фракции, а затем, добавив в нее деэмульгатор, направляют в отстойные резервуары. Здесь происходят освобождение нефти от песка и глины и обезвоживание. Для разрушения эмульсий и удаления воды применяют различные способы, в том числе термохимическую обработку под давлением. Более качественным способом разрушения эмульсий является электрический способ, заключающийся в пропускании нефти между электродами, включенными в цепь переменного электрического тока высокого напряжения (30-45 кВ). При обезвоживании нефти происходит и удаление значительной части солей (обессоливание).

Присутствующие в нефти химически активные примеси в виде серы, сероводорода, солей, кислот нейтрализуются растворами щелочей или аммиака. Этот процесс, имеющий целью предотвращение коррозии аппаратуры, называется защелачиванием нефти.

Кроме того, подготовка нефти к переработке включает в себя сортировку и смешение нефтей для получения более равномерного по составу сырья.

Перегонка нефти. Первичная перегонка нефти - первый технологический процесс переработки нефти. Установки первичной переработки имеются на каждом нефтеперерабатывающем заводе.

Перегонка, или дистилляция,- это процесс разделения смеси взаимнорастворимых жидкостей на фракции, которые отличаются по температурам кипения как между собой, так и с исходной смесью. На современных установках перегонка нефти проводится с применением однократного испарения. При однократном испарении низкокипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате и снижают парциальное давление испаряющихся высококипящих фракций, что дает возможность вести перегонку при более низких температурах.

При однократном испарении и последующей конденсации паров получают две фракции: легкую, в которой содержится больше низкокипящих компонентов, и тяжелую, с меньшим числом низкокипящих компонентов, чем в исходном сырье, т. е. при перегонке происходит обогащение одной фазы низкокипящими, а другой высококипящими компонентами. При этом достичь требуемого разделения компонентов нефти и получить конечные продукты, кипящие в заданных температурных интервалах, используя перегонку, нельзя. В связи с этим после однократного испарения нефтяные пары подвергают ректификации.

На установках первичной перегонки нефти однократное испарение и ректификация, как правило, совмещаются. Для перегонки нефти используют одно- и двухступенчатые трубчатые установки. Теплоту, необходимую для проведения процесса, получают в трубчатых печах.

В зависимости от общей схемы нефтеперерабатывающего завода и свойств поступающей для переработки нефти перегонку ведут либо на атмосферных трубчатых установках (AT), либо на установках, сочетающих атмосферную и вакуумную перегонку,- атмосферно-вакуумных трубчатых установках (АВТ).

По высоте колонны отбираются дистилляты различного состава в строго определенных интервалах температур. Так, при 300-350 °С конденсируется и отбирается соляровое масло, при 200-300 °С - керосин, при 160-200 °С - лигроиновая фракция. Из верхней части колонны выводятся пары бензина, которые охлаждаются и конденсируются в теплообменниках. Часть жидкого бензина подают на орошение колонны. В ее нижней части собирается мазут, который подвергают дальнейшей перегонке для получения из него смазочных масел во второй ректификационной колонне, работающей под вакуумом во избежание расщепления углеводородов под воздействием высоких температур. Гудрон используется как сырье для термического крекинга, коксования, производства битума и высоковязких масел.

Методы переработки нефти делятся на первичные и вторичные. Рассмотрим первичные методы при поступлении нефти на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ).

Предварительная подготовка нефти

Ректификация

Предварительно подготовленная сырая нефть разделяется на группы углеводородов (фракции) при помощи процессов первичной переработки – атмосферной перегонки и вакуумной дистилляции.
Сам процесс переработки представляет собой испарение сырой нефти и отгон полученных фракций за счёт разности температур закипания. Такой процесс называется прямой перегонки или ректификацией.

Атмосферная перегонка – происходит в ректификационной колонне при атмосферном давлении. В результате которой получают бензиновую, керосиновую, дизельную фракции и мазут.

Вакуумная дистилляция – разделение мазута, оставшегося от атмосферной перегонки, до гудрона с получением либо широкой дистиллятной фракции (топливный вариант), либо узких масляных фракций (маслянный вариант).

Таким образом, результатом первичной переработки нефти являются нефтепродукты и полупродукты для дальнейшей переработки вторичными методами с улучшением их товарного качества.

Процессы вторичной переработки нефти

Методы вторичной переработки нефти можно разделить на термические и каталитические.

Методы, используемые для вторичной переработки нефти можно разделить на термические и каталитические процессы.

Висбрекинг

Висбрекинг – процесс выработки из гудрона и подобных ему остаточных продуктов нефтепереработки котельного топлива с улучшенными эксплуатационными свойствами, характеризующимися пониженными уровнем вязкости и показателем температуры застывания.

При термическом крекинге происходит выработка дополнительного объема светлого сырья, также при использовании этого процесса обработки возможно получение нефтепродуктов, используемых на оборудовании, применяемом для производства электродного кокса и сырья, на основе которого получают технический углерод. Объем получаемого светлого нефтепродукта при этом достаточно низок и требует дальнейшей обработки.

Сырье для переработки путем риформинга – прямогонный бензин с октановым числом 80-85 единиц. Данный метод нефтепереработки позволяет вывести 78-82% конечного продукта. Вместе с тем, получаемый таким способом базовый бензин содержит достаточно высокий процент ароматических углеводородов (50-65%), в том числе до 7% бензола, что в значительной степени увеличивает уровень образования нагара и способствует увеличению уровня выбросов в атмосферу канцерогенных веществ, а также содержит недостаточное количество легких фракций.

Для получения бензина, соответствующего утвержденным стандартам, используют легкие изопарафины, которые выводят из парафинов нормального строения с помощью каталитической изомеризации в водородсодержащей среде.

В виде компонента товарного бензина на нефтеперерабатывающих заводах в процессе выработки сырья риформинга остается наиболее легкая часть прямого бензина, так называемая головка. При этом для основной доли перерабатываемой нефти характерно наличие головной фракции с низким октановым числом. Повышение октанового числа легкой фракции на 15-20 единиц возможно путем ее изомеризации, что позволяет использовать ее в качестве компонента товарного бензина.

Гидрокрекинг

Гидрокрекингом называют процесс переработки мазута, вакуумного газойля или деасфальтизата под давлением водорода, предназначенный для получения любых видов светлых нефтепродуктов, в том числе автомобильного бензина, дизельного топлива, сжиженных газов и других видов светлых нефтепродуктов. Вид конечного продукта зависит от настроек и объема используемого водорода.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Установка замедленного коксования

Гидрокрекинг применяют и для выработки легкокипящих углеводородов. В этом случаем сырьевым материалом выступают среднедистиллятные фракции и тяжелый бензин.

С помощью процесса гидрокрекинга возможна выработка только продуктов разложения, реакции уплотнения при этом методе обработки нефтепродукта подавляются из-за воздействия водорода.

Предприятия, специализирующиеся на производстве топливно-масляной продукции, получают дистиллятные фракции посредством выделения из фракций вакуумного газойля, остаточные масляные фракции – из диасфальтизата гудрона. Обычно при производстве масел используют экстракционные процессы. При этом условия, необходимые для успешного протекания процессов переработки, различны, что обусловлено различием химического состава конечного продукта, получаемого из нефтей разного происхождения.

Для нормального функционирования сегодня нефтеперерабатывающие заводы должны отвечать следующим требованиям:

– иметь возможность производства достаточного объема конечного продукта, чтобы полностью покрывать потребности региона;

– производить продукцию, отвечающую современным высоким стандартам качества;

– стремиться к налаживанию безостановочного процесса нефтепереработки;

– осуществлять комплексное производство продукции нефтегазовой отрасли;

– удерживать высокий уровень конкурентоспособности;

– отвечать всем нормам технологической и экологической безопасности производства.