Цель переработки нефти (нефтепереработки) — производство нефтепродуктов, прежде всего различных видов топлива (автомобильного, авиационного, котельного и т. д.) и сырья для последующей химической переработки.
Первичные процессы
Сначала промышленная нефть проходит первичный технологический процесс очистки добытой нефти от нефтяного газа, воды и механических примесей — этот процесс называется первичной сепарацией нефти.
Подготовка нефти
Атмосферная перегонка
Качество получаемых фракций не соответствует требованиям, предъявляемым к товарным нефтепродуктам, поэтому фракции подвергают дальнейшей (вторичной) переработке.
Вакуумная дистилляция
Материальный баланс атмосферной перегонки западно-сибирской нефти
|
ПРЕДЕЛЫ ВЫКИПАНИЯ, °С |
ВЫХОД ФРАКЦИИ, % (МАСС.) |
|
|
Газ |
1,1 % |
|
|
Бензиновые фракции |
||
|
<62°С |
4,1% |
|
|
62—85°С |
2,4% |
|
|
85—120°С |
4,5% |
|
|
120—140°С |
3,0% |
|
|
140—180°С |
6,0% |
|
|
Керосин |
||
|
180—240°С |
9,5% |
|
|
Дизельное топливо |
||
|
240—350°С |
19,0% |
|
|
Мазут |
49,4% |
|
|
Потери |
1,0% |
|
нефтепереработка ректификационный бензин
2. Сырье
Сырьем для установки Элоу-Авт является сырая нефть. Нефть (из тур. neft, от персидск. нефт]) — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.
Относится к каустобиолитам (ископаемое топливо).
По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролиты. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф, бурые и каменный уголь,антрацит, сланцы).
Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций.
Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования — например, битуминозные пески и битумы.
2.1 Нефтеобразование
Нефтеобразование — стадийный, длительный процесс образования нефти из органического вещества осадочных пород (остатков древних живых организмов), согласно доминирующей биогенной (органической) теории происхождения нефти.
Данный процесс занимает десятки и сотни миллионов лет. В XX веке определенную популярность, особенно в СССР, имела гипотеза абиогенного происхождения нефти из неорганического вещества на больших глубинах в условиях колоссальных давлений и высоких температур, однако подавляющее большинство доказательств свидетельствует в пользу биогенной теории. Абиогенные гипотезы не позволяли делать эффективных прогнозов для открытия новых месторождений.
2.2. Свойства нефти
Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти).
Средняямолекулярная масса 220—400 г/моль (редко 450—470).
Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см?; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой.
Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от ?35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов).
Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.
3. Типы промышленных установок
Процессы перегонки нефти осуществляют на так называемых атмосферных трубчатых (AT) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно- вакуумных трубчатых (АВТ) установках.
В зависимости от направления использования фракций установки перегонки нефти принято именовать топливными, масляными или топливно-масляными и соответственно этому — варианты переработки нефти.
На установках AT осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фракции и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые. масляные фракции и гудрон используют в качестве сырья процессов последующей (вторичной) переработки их с получением топлив, смазочных масел, кокса, битумов и других нефтепродуктов.
Современные процессы перегонки нефти являются комбинированными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ — AT, ЭЛОУ -АВТ, ЭЛОУ-АВТ- вторичная перегонка и т.д.
Диапазон мощностей отечественных установок перегонки нефти широк — от 0,5 до 8 млн. т. нефти в год. До 1950 г. максимальная мощность наиболее распространенных установок AT и АВТ составляла 500-600 тыс.т/год. В 1950-60-х гг. проектировались и строились установки мощностью 1; 1,5; 2 и 3 млн. т/год нефти. В 1967 г. ввели в эксплуатацию высокопроизводительную установку АВТ мощностью 6 млн. т/год. Преимущества установок большой единичной мощности очевидны: высокая производительность труда и низкие капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с установками малой производительности.
Еще более существенные экономические преимущества достигаются при комбинировании AT и АВТ (или ЭЛОУ — AT и ЭЛОУ -АВТ) с другими технологическими процессами, такими, как газо-фракционирование, гидроочистка топливных и газойлевых фракций, каталитический риформинг, каталитический крекинг, очистка масляных фракций и т.д.
Надо отметить, что старые установки малой мощности подверглись модернизации с увеличением их мощности в 2 — 2,5 раза и более по сравнению с проектной.
Поскольку в эксплуатации находятся AT и АВТ довоенного и последующих поколений, отечественные установки перегонки нефти характеризуются большим разнообразием схем перегонки, широким ассортиментом получаемых фракций. Даже при одинаковой производительности ретификационые колонны имеют разные размеры, неодинаковое число и разные типы тарелок; по разному решены схемы теплообмена, холодного, горячего, и циркуляционного орошения а также вакуумсоздающей системы. В этой связи ниже будут представлены лишь принципиальные технологические схемы отдельных блоков (секций), входящих в состав высокопроизводительных современных типовых установок перегонки нефти.
Стандартно в ЭЛОУ АВТ входят следующие установки:
Установки обессоливания и обезвоживания нефти (блок ЭЛОУ)
Установка атмосферной и вакуумной перегонки нефти (АВТ)
Блок стабилизации бензина
Установка вторичной перегонки бензина на узкие фракции
Установка защелачивания дизельного топлива и бензина
3.1 Блок атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ — АВТ
При выборе технологической схемы и режима атмосферной перегонки нефти руководствуются главным образом ее фракционным составом и, прежде всего, содержанием в ней газов и бензиновых фракций.
Перегонку стабилизированных нефтей постоянного состава с небольшим количеством растворенных газов (до 1,2 % по С4 включительно), относительно невысоким содержанием бензина (12-15 %) и выходом фракций до 350°С не более 45 % энергетически наиболее выгодно осуществлять на установках (блоках) AT по схеме с однократным испарением, то есть с одной сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями.
Установки такого типа широко применяются на зарубежных НПЗ. Они просты и компактны, благодаря осуществлению совместного испарения легких и тяжелых фракций требуют минимальной температуры нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона, характеризуются низкими энергетическими затратами и металлоемкостью.
Основной их недостаток — меньшая технологическая гибкость и пониженный (на 2,5 -3,0 %) отбор светлых, по сравнению с двухколонной схемой, требуют более качественной подготовки нефти.
Для перегонки легких нефтей с высоким содержанием растворимых газов (1,5 — 2,2 %) и бензиновых фракций (до 20 — 30 %) и фракций до 350°С (50-60%) целесообразно применять атмосферную перегонку двухкратного испарения, то есть установки с предварительной отбензинивающей колонной и сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями для разделения частично отбензиненной нефти на топливные фракции и мазут.
Двухколонные установки атмосферной перегонки нефти получили в отечественной нефтепереработке наибольшее распространение. Они обладают достаточной технологической гибкостью, универсальностью и способностью перерабатывать нефти различного фракционного состава, так как первая колонна, в которой отбирается 50 — 60 % бензина от потенциала, выполняет функции стабилизатора, сглаживает колебания в фракционном составе нефти и обеспечивает стабильную работу основной ректификационной колонны.
Применение отбензинивающей колонны позволяет также снизить давление на сырьевом насосе, предохранить частично сложную колонну от коррозии, разгрузить печь от легких фракций, тем самым несколько уменьшить требуемую тепловую ее мощность.
Недостатками двухколонной AT является более высокая температура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, на что требуются затраты дополнительной энергии.
Кроме того, установка оборудована дополнительной аппаратурой: колонной, насосами, конденсаторами-холодильниками и т.д.
Блок атмосферной перегонки нефти высокопроизводительной, наиболее распространенной в нашей стране установки ЭЛОУ — АВТ — 6 функционирует по схеме двухкратного испарения и двухкратной 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 наверх 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 280-350°С. Атмосферная колонна, кроме острого орошения, имеет 2 циркуляционных орошения, которыми отводится тепло ниже тарелок отбора фракций 180-220 и 220-280°С.
В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый водяной пар для отпарки легко кипящих фракций. С низа атмосферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуумной перегонки.
Ниже приведены материальный баланс, технологический режим и характеристика ректификационных колонн блока атмосферной перегонки нефти.
3.2 Блок стабилизации бензина
4. Продукты ЭЛОУ-АВТ
Продукты атмосферной перегонки на ЭЛОУ АВТ
|
Наименование |
Фракции |
Выход в % |
Использование полученного продукта |
|
|
Газ с атмосферной и отбензинивающей колонны |
С1-С4 |
0,10-0,8 |
В качестве топлива для печей |
|
|
Газ с колонны стабилизации бензина |
С1-С2 |
0,5-1,0 |
В качестве топлива для печей |
|
|
Сжиженный газ |
С3-С4 |
0,6-1,2 |
На установку ГФУ или в качестве бытового топлива |
|
|
Бензиновая головка |
НК-85°С |
2-5 |
На изомеризацию |
|
|
Бензин |
85-180°С |
5-15 |
На каталитический риформинг |
|
|
Авиакеросин ТС-1 (или уайт-спирит) |
140-230°С (150-200)°С |
7-12 (5-7) |
Товарный растворитель |
|
|
Дизельное топливо Летнее Зимнее |
180-360°С 150-340°С |
22-26 15-20 |
На гидроочистку, депарафинизацию и получение низкозастывающего топлива и жидкого парфина |
|
|
Мазут |
Выше 350°С |
40-70 |
Сырье для дальнейшей вакуумной перегонки |
|
Продукты вакуумной перегонки мазута на ЭЛОУ АВТ
|
Наименование |
Фракции |
Выход в % |
Использование полученного продукта |
|
|
Газойлевая фракция |
150-280°С |
0,5-0,8 |
Компонент дизельного топлива |
|
|
Легкий вакуумный газойль |
250-380°С |
2-4 |
Компонент дизельного, котельного и газотурбинного топлива |
|
|
Вакуумный газойль (или утяжеленный вакуумный газойль) |
300-500°С (350-550°С) |
20-25 (25-32) |
На гидроочистку и каталитический крекинг с получением ценных моторных топлив |
|
|
Гудрон |
Выше 500°С (550°С) |
12-15 (10-12) |
На коксование или висбкрекинг На получение битума, как компонент котельного топлива |
|
Заключение
Технологические установки перегонки нефти предназначены для разделения нефти на фракции и последующей переработки или использования их как компоненты товарных нефтепродуктов. Они составляют основу всех 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.
