Процессы переработки нефти. При переработки нефти


Процессы и методы первичной и вторичной переработки нефти

Процессы первичной переработки нефти

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

Предварительная подготовка нефти

Поступающая на НПЗ нефть очищается от механических примесей, легких газов, а также обессоливается и обезвоживается на установках ЭЛОУ.

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 вторичной переработки нефтиМетоды вторичной переработки нефти

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.

Во время термического крекинга неизбежно образуется остаточное вещество – кокс, который принято считать вредным побочным продуктом, из-за чего дальнейшее углубление процесса переработки становится невозможным. Вместе с тем, в ряде случаев коксование (термическая обработка для выработки кокса с целью его дальнейшего использования) применимо в нефтяной промышленности, что позволяет в значительной мере увеличить объем получаемых светлых дистиллятов.

В последние годы процесс замедленного коксования (метод, при котором кокс вырабатывается в необогреваемых камерах) приобретает все большую популярность. Применение бензиновых фракций, содержащих большое количество серы и непредельных углеводородов, в товарных бензинах осложняется необходимостью дополнительного облагораживания. В качестве компонента дизтоплива допустимо использование легкого газойля, но его возможно применять только после гидроочистки.

Пиролиз

Самым жестким из всех термических процессов нефтепереработки является пиролиз. Пиролизные установки применяются для получения пропилена, этилена и других углеводородных газов, для которых характерно высокое содержание непредельных углеводородов. Благодаря выделению жидких продуктов при пиролизе возможна выработка ароматических углеводородов.

Чтобы избежать перемещение газов на дальние расстояния, пиролизные установки принято размещать непосредственно на территории химзаводов, но есть исключения, например, Кстовский НПЗ в Волгограде.

Каталитический крекинг

Глубокая нефтепереработка стала возможной после изобретения каталитического крекинга, что делает его одним из самых важных процессов нефтяной промышленности. Введение в эксплуатацию этого вида термической обработки стало возможным после получения эффективных катализаторов с длительным сроком эксплуатации.

Основное преимущество каталитического крекинга заключается в возможности применения при переработке фактически любых нефтяных фракций, при этом конечный продукт отличает высокое качество. Также стоит отметить его легкую сочетаемость с иными процессами, такими как гидроочистка, алкилирование и т.д. Благодаря своей универсальности этот процесс весьма распространен в промышленности.

Алкилирование

Метод селективной каталитической полимеризации, называемой олигомеризацией, и алкилирования, при котором применяют пропан-пропиленовую и бутан-бутиленовую фракции, выделенные в процессе разделения непредельных газов, делает возможным получение высокооктановых компонентов бензина.

Самым распространенным является процесс алкилирования изобутана олефинами при воздействии серной или фтористоводородной кислот. Стоит отметить, что применение метода алкилирования на практике ограниченно сложностью выведения изобутана: в значительном количестве он содержится только в газах, получаемых в ходе каталитического крекинга и гидрокрекинга, либо может быть выделен из попутного газа.

Олефины содержатся в газах, получаемых при каталитическом, термическом крекинге и коксовании. Выход легкого алкилата с октановым числом 92-95, являющегося целевым продуктом метода, достигает до 200-220% от объема олефинов, содержащихся в сырье.

Каталитический риформинг

Выполняемый с целью увеличения уровня детонационной стойкости бензинов, а также производства ароматических углеводородов процесс называется каталитическим риформингом. Этот процесс также позволяет получить широко используемый в ходе гидроочистки нефтяных дистиллятов водородсодержащий газ.

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.

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. 

pronpz.ru

Трубопроводы при первичной переработке нефти

    Павлодарский НПЗ-один из лучших заводов по соотношению первичных и вторичных процессов. Построен в 1978 г. в г. Павлодаре. Нефть поступает из Западной Сибири по трубопроводу Омск-Павлодар. Глубина переработки нефти составляет 77,9%). На заводе построены 2 комбинированные установки ЛК-6У и КТ-1. Как известно, установка ЛК-6У включает атмосферную перегонку нефти, гидроочистку бензинов, керосина, дизельного топлива, риформинг и ГФУ. В состав комбинированной установки КТ-1 входят вакуумная установка мазута, установки гидроочистки вакуумного газойля, каталитического крекинга с лифт-реактором, газофракционирующая установка, установка висбрекинга гудрона. [c.157]     Причины коррозии при переработке нефти. При переработке нефти происходит разрушение металла, из которого выполнена аппаратура, оборудование и трубопроводы, вызываемое коррозией. Коррозию на установках первичной перегонки могут вызывать  [c.152]

    Экологические проблемы защиты водного и воздушного бассейнов промышленных регионов от отрицательного влияния производственных выбросов в настоящее время являются общегосударственной задачей. В нефтеперерабатывающей промышленности основными блоками, имеющими наибольшие выбросы как в атмосферу, гак и в стоки, являются вакуумсоздающие системы атмосферно-вакуумных трубчаток (АВТ) и вакуумных трубчаток (ВТ). Совершенствование вакуумных блоков установок первичной переработки нефти имеет своей целью дальнейшее углубление вакуума при перегонке тяжелых остатков и сокращение как стоков, так и выбросов в атмосферу. Решению этой проблемы способствует разработка новых схем фракционирования тяжелых остатков, способов создания вакуума, а также совершенствование и модернизация оборудования существующих вакуумных блоков - вакуумных печей (частей), трансферных трубопроводов, вакуумных колонн и контактных устройств, предварительных и межступенчатых конденсаторов, самих вакуумсоздающих систем. Полное решение проблемы зак- [c.11]

    На процесс первичной переработки нефти приходится значительная доля капитальных и эксплуатационных затрат нефтеперерабатывающих предприятий, в том числе связанных с коррозией оборудования и трубопроводов. [c.284]

    Основные установки производственного объединения Нижнекамскнефтехим построены в 1980 г. в г. Нижнекамске. Нефть поступает по трубопроводу из Западной Сибири и Волго-Уральского региона. Из числа нефтеперерабатывающих производств в объединении функционируют установки первичной переработки нефти и получения битума. Объединение выпускает дизельное топливо, мазуты и битумы. [c.140]

    Херсонский нефтеперерабатывающий завод построен в 1938 г., расположен в г. Херсоне. Производительность первичных установок переработки нефти 8,4 млн т/год. Нефть поступает из месторождений Западной Сибири и Урала по трубопроводу из Кременчуга, а также по трубопроводу из Полтавы-украинских месторождений. Глубина переработки нефти составляет 54,3%. На заводе работают установки первичной переработки нефти, установка коксования производительностью 600 тыс. т/год, установка риформинга с неподвижным слоем катализатора и блоком гидроочистки бензина, битумная установка. В ассортименте завода этилированные и неэтилированные бензины, дизельные топлива, мазуты. [c.153]

    Одесский нефтеперерабатывающий завод был построен в 1937 г. в г. Одессе. По производительности завод маленький, работает на нефти, поступающей из Тюмени по трубопроводу. Глубина переработки нефти 72%. Кроме установок первичной переработки нефти завод имеет установку риформинга производительностью 300 тыс. т/год с неподвижным слоем катализатора и блоком гидроочистки и битумную установку. В ассортименте завода бензины, дизельные топлива, мазуты и битумы. [c.153]

    Почти все используемые в химических производствах вещества оказывают разрушающее (коррозионное) воздействие на материал оборудования. Коррозионная устойчивость оборудования и трубопроводов является важнейшим показателем, определяющим их надежность, межремонтный пробег, затраты на ремонт. Поэтому разработке способов повышения коррозионной устойчивости уделяется большое внимание, начиная с проектирования и конструирования. Основные способы предотвращения коррозионного износа оборудования можно условно разделить на три группы подбор коррозионно-стойких конструкционных материалов, применение защитных покрытий, использование химических противокоррозионных методов. Последнюю фуппу способов используют, например, в первичной переработке нефтей, в которых содержатся агрессивные компоненты. Обессоливание, обезвоживание и защелачивание нефти, ввод ингибиторов коррозии в систему конденсации легких фракций позволяет сократить число аварийных неплановых остановок и увеличить межремонтный пробег атмосферно-вакуумных трубчатых установок (АВТ) до 1-1,5 лет. Даже вода может быть агрессивным компонентом. В кипятильниках, паровых котлах из воды выпадают содержащиеся в ней соли и осаждаются на теплообменных поверхностях, что может вызывать их разрушение. [c.306]

    Тепло в виде пара различных параметров расходуют для нагрева продуктов до умеренных температур, в качестве испаряющего агента в колоннах, турбулизатора жидкостных потоков в змеевиках печей с целью снижения коксования, распыливающего агента при сжигании жидкого топлива в форсунках печей, для привода насосов, компрессоров, обогрева трубопроводов и резервуаров с застывающими продуктами, зданий и помещений, подают в эжекторы вакуум-создающей системы. Ниже показан ориентировочный расход пара на установках первичной переработки нефти (в %)  [c.9]

    На технологических трубопроводах установок первичной переработки нефти типа ЭЛОУ, АТ, АВТ, ГФУ применение этих компенсаторов не допускается. [c.28]

    На установках первичной переработки особенно сильной коррозии подвергается аппаратура, а также обвязочные трубопроводы. С хлористым водородом встречаются не только в процессах первичной переработки и крекинга засоленных нефтей и мазута, но и в других технологических процессах. [c.66]

    По физико-химическим свойствам получаемая ири перегонке сланцев смола отличается от природной нефти большей вязкостью, плотностью, высоким содержанием азота и кислорода. Свойства смолы в определенной мере зависят и от способа ее получения (табл. 3.13) [123]. Так как первичная сланцевая смола имеет высокую температуру застывания, обычно превышающую 20 °С, для получения из нее моторных топлив требуется предварительная переработка смолы, например коксование пли гидрирование. Смола, не прошедшая предварительную обработку, транспортируется до перерабатывающих предприятий ио специальным трубопроводам с обогревом. Определенную трудность при гидроочистке смолы может представлять наличие в ней твердых взвешенных частиц, которые должны удаляться центрифугированием или отгонкой тяжелого остатка. Гидроочистку смолы можно проводить без ее предварительного фракционирования с применением технологии гидрообессеривания нефтяных остатков. При этом для полного удаления азота потребуется от 260 до 350 м водорода на 1 м смолы (в зависимости от ее качества). Однако более целесообразно гидроочистку проводить до содержания азота в смоле л 0,15% (масс.), а затем после фракционирования подвергать гидроочистке бензин, средние дистилляты и газойль раздельно. В таком варианте общий расход водорода на очистку 1 м смолы составит в среднем 280 м  [c.112]

    Поступающие на переработку конденсат и нефть после первичной подготовки их на УКПГ содержат достаточно высокое количество воды, солей и механических примесей. При перекачке по трубопроводам нефти и конденсата образуются эмульсии воды в нефти. Присутствие в нефти воды, солей и механических примесей приводит к сокращению межремонтного пробега технологических установок, в первую очередь установки первичной переработки нефти. [c.174]

    Многие пефти содержат более или менее значительную примесь сернистых соединений, которые корродируют аппаратуру. Если подвергать первичной переработке нефть, содержащую сернистые соединения и свободную серу, то в результате нагрева образуется сероводород. В ряде случаев такая нефть уже содержит растворенный сероводород. Воздействие сероводорода на металлические части установок — (трубопроводы, ректификационные колонны и др.) приводит к их коррозии, быстрой порче и выходу из строя. Сернистые нефти часто содержат повышенные концентрации солей — хлоридов натрия, кальция и магния. При первичной nepe-работке нефти вследствие разложения этих солей происходит образование хлористоводородной кислоты, которая также вызывает коррозию аппаратуры. [c.254]

    Нефть поступает на завод по двум трубопроводам в сырьевые резервуары, далее на установки электрообессоливания и обезвоживания, где происходит выделение солей из нефти. На заводе имеются две отдельные электрообессоливающие установки ЭЛОУ и блок ЭЛОУ в составе АВТ-6. Обессоленная нефть поступает на установки первичной переработки нефти АТ-висбрекинга (атмосферная перегонка), АВТ-3, АВТ-6 (атмосферно-вакуумная перегонка). В процессе первичной переработки из нефти извлекают компоненты (бензин, керосин, дизельное топливо, вакуумный газойль) и получают тяжелые остатки (мазут и гудрон). Продукты первичной переработки нефти направляют на вторичные процессы переработки каталитический крекинг (Г-43-107), каталитический риформинг (35-11/300 и ЛЧ-35/11-1000Х гидроочистки (24/2000, 24/5), стабилизацию бензинов, производство окисленных битумов. С целью повышения октанового числа бензинов бензиновые прямогонные фракции перерабатывают на установках каталитического риформинга. Средние показатели качества нефтей приведены в табл. 2.6. [c.84]

    Старый бакинский нефтеперерабатывающий завод (Азнефтехим) - построен в 1870 г. в г. Баку, Нефть поступает из местных месторождений - Нефтяные Камни, Бузачи, Балаханы и т.д., а также из Западной Сибири по трубопроводу. В 1981 г. была построена совместно со специалистами ГДР установка первичной переработки нефти с электрообессоливателем. Среди вторичных [c.158]

    Нефтеперерабатывающий завод в Чарджоу-один из самых молодых заводов стран бывшего Советского Союза. Он был построен в 1989 г. недалеко от г. Чарджоу. Нефть поступает из Западной Сибири по трубопроводу Тюмень-Омск-Павлодар-Чимкент-Чарджоу. Мощность завода-6,5 млн т/год, глубина переработки нефти-71,6%. Кроме установок первичной переработки нефти на заводе построена установка риформинга с неподвижным слоем катализатора и блоком гидроочистки бензинов. В 1992-1993 гг. в связи с ограничением подачи нефти по трубопроводу завод работал ограниченное число дней и испытывал серьезные трудности. [c.160]

    При переработке нефтей с высоким (0,3—3,0%) содержанием нефтяных (нафтеновых) кислот наблюдается интенсивное разъедание оборудования из углеродистой стали, работающего при 200—400 °С. Коррозия поражает на установках первичной переработки нефти трубы и печные двойники на выходе радиантных секций печей, трубопроводы от печей до ректификационных колонн, корпуса колонн в зоне ввода горячей струи, ректификационные тарелки эвапорационного пространства над питательным вводом, трубопроводы и арматуру на линиях транспортировки горячих среднедистиллатных нефтепродуктов [69. Отмечаются случаи коррозии теплообменного оборудования. Обследования предприятий в СССР и за рубежом 70, 71] показали коррозионные разрушения также оборудования вакуумного блока (для получения масел), охватывавшие среднюю часть корпуса и тарелки колонны над вводом мазута, трансферные линии с температурой 150—300°С и последние трубы потолочного экрана печей. В меньшей степени поражается оборудование установок крекинга и переработки продуктов крекинга [70]. Коррозия перечисленного оборудования отмечается при переработке черноморских нефтей (Кубанского месторождения) [69], ряда нефтей Азербайджана, а также Румынии, Венесуэлы, Калифорнии [70]. [c.101]

    Сероводородная высокотемпературная коррозия колонн, равно как и трубопроводов, арматуры и насосов на установках первичной переработки нефти, не носит очень разрушительного характера. Разъедания углеродистой стали имеют специфический характер мелких широких язв, переходяших одна в другую. Такое разрушение с достаточной точностью может быть охарактеризовано средними потерями веса (массы). Это, в частности, доказывается тем, что результаты оценки коррозии внутри аппаратов при помощи датчиков с элементом электрического сопротивления (резистометрические зонды) имеют хорошую корреляцию с результатами весовых определений [100]. Надо иметь в виду, что в обоих случаях правильно регистрируется только равномерная или близкая к равномерной форма коррозии. [c.121]

    Применение комбинированных установок сокращает протяженность трубопроводов, вследствие чего уменьшается возможность потерь нефтепродуктов через неплотности соединений. При комбинировании исчезает необходимость в промежуточных резервуарах, которые являются значительным источником утечек нефтепродуктов в канализацию. Укрупненные комбинированные установки максимально оснащены аппаратами воздушного охлаждения. В настоящее время на отечественных НПЗ сооружаются укрушенные комбинированные установки, объединяющие процессы первичной переработки нефти с каталитическим ри-формингом, гидроочисткой, газофракционированием, изомеризацией. [c.148]

    В течение семилетки в нефтедобывающей пром-стн будут внедряться унифицированные системы диспетчеризации, охватывающие весь технологич. цикл добычи нефти, включая ее учет и откачку в трубопровод, с охватом автоматизацией и телемеханизацией производственных процессов в 1965 ок. 70% нефтяных сква жин и трапных установок, примерно 30% компрессорных и водонасосных станций, ок. 75% резервуар-ных парков с насосными станциями и 100% водозаборных установок. В нефтеперерабатывающей и топливной пром-сти осуществляются комплексная автоматизация установок по первичной переработке нефти на вновь строящихся, расширяемых и реконструируемых заводах перевод управления работой магистральных газопроводов (протяженностью в несколько десятков тысяч км) па диспетчерскую систему с автоматизацией компрессорных станций комплексная автоматизация большого количества перевалочных н распределительных нефтебаз автоматизация магистральных нефтепроводов протяженностью в несколько тысяч км. [c.12]

    Принципиальная схема ЭЛОУ, оборудованной шаровыми электроде-гидраторами, приводится на рис. 3.2. Сырая нефть забирается изрезерву-аранасосом Н-1 и прокачивается через теплообменник Т-1, где нафевает-ся теплом обессоленной нефти, уходящей с установки на первичную переработку, и далее дофевается до температуры 70-100°С острым паром в теплообменнике Т-2. Обессоливание нефти производится вдве (или три) ступени в шаровых электродегидраторах Э-1 и Э-2. Перед входом на первую ступень насосом Н-3 в нефть подается вода и смешивается с нефтью в трубопроводе за счет создаваемого клапанами-регуляторами давления С-1 и С-2 перепада давления 0,05-0,07 МПа. Количество подаваемой воды зависит от ряда факторов и составляет от 10 до 25%. Вода образует с нефтью эмульсию и растворяет соли, находящиеся в нерастворенном состоянии. [c.37]

    Структурные образования молекул и макромолекул в нефтяных системах создают технологические проблемы на всех стадиях цепочки добыча, транспорт и переработка нефти. Это, например, проблемы отложений парафинов, транспорта реофи-зически сложных нефтей, смолисто-асфальтеновые отложения в трубопроводах и резервуарах, закоксовывание змеевиков реакционных печей нефтепереработки, удержание на дисперсных структурах легких фракций нефти в процессах первичной переработки, проблемы переработки вторичных высокоструктурированных нефтяных остатков. [c.87]

    В отличие от электрохимической особенностью химической коррозии является то, что продукты коррозии, образующиеся при взаимодействии металла с агрессивной средой, могут отлагаться на поверхностях контакта в виде пленок или окалипы, образуя защитный слой. В условиях эксплуатации аппаратуры для переработки нефти химическая коррозия проявляется главным образом пр11 контакте металла с сернистыми соединениями нефти и продуктами их разложения в зонах повышенных и высоких температур. Такой коррозии подвергаются при переработке сернистых нефтей горячие насосы, теплообменники, трубы нагревательных печей, испарители, ректификационные колонны и горячие трубопроводы крекинг-установок и установок первичной перегонки. [c.51]

    Традиционно в отрасли используются технологические мероприятия по повышению коррозионной стойкости объектов. Для защиты нефтегазопромысловых трубопроводов и скважинного оборудования широко применяются различные ингибиторы коррозии и элект-рохимзащита [1]. Для решения указанной проблемы наиболее эффективным является создание оборудования в коррозионностойком исполнении и дополнительное проведение технологических мероприятий на определенной стадии эксплуатации. Это, в первую очередь, касается таких наиболее металлоемких видов оборудования и сооружений, как магистральные и промысловые нефтегазопроводы, различные технологические аппараты для первичной подготовки и переработки нефти и газа, сква- [c.67]

chem21.info

Химические методы переработки нефти



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО

«воронежская государственная технологическая академия»

 

 
 

 

Кафедра технологии органического синтеза

И высокомолекулярных соединений

 
 

 

ОБЩая ХИМИЧЕСКая ТЕХНОЛОГИя

Теоретические основы процесса

Пиролиз углеводородов

 

 

Для студентов, обучающихся по направлениям 240500 – «Химическая технология

высокомолекулярных соединений и полимерных материалов», 240800 – «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»,

240900 – «Биотехнология» (специальности 240502 – «Технология переработки пластических масс и эластомеров», 240801 – «Машины и аппараты химических производств», 240902 – «Пищевая биотехнология»). Предназначено для закрепления теоретических

знаний дисциплин цикла ОПД. Может быть использовано для подготовки инженеров-экологов по направлению 280200 – «Защита окружающей среды» (специальности 280201 – «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»)

при изучении дисциплины «Промышленная экология»

 

________________

Воронеж

Лабораторная работа

Пиролиз углеводородов

Главным источником жидких и твердых углеводородов, используемых в процессах органического синтеза и других отраслях промышленности, является нефть.

Сырая нефть представляет собой маслянистую жидкость от темно-коричневого до зеленого цвета или почти бесцветную. Нефть состоит, главным образом, из алканов (насыщенных углеводородов), имеющих неразветвленное, разветвленное и циклическое строение с числом атомов углерода от 5 до 40. Промышленное название алканов линейного строения – парафины, циклоалканов – нафтены. Кроме того, в состав нефти входят ароматические углеводороды, кислород-содержащие и сернистые соединения.

Общие формулы перечисленных низкокипящих соединений (до 360 °С) приведены ниже:
СnН2n+2 - парафиновые углеводороды;
СnН2n - нафтены;
СnН2n-6 - моноциклические ароматические, бензольные
  углеводороды;
СnН2n-8 - нафтеноароматические углеводороды;
СnН2n-12 - бициклические ароматические углеводороды.

К высококипящим относятся высокомолекулярные парафи-новые углеводороды, моно-, би-, и трициклические циклопарафи-новые углеводороды, би- и трициклические ароматические углеводо-роды и др.

В сыром виде нефть используется мало. Ее перерабатывают, разделяя на множество составных частей. Фракционный состав определяется температурой начала и конца кипения фракций.

Газовая фракция представляет собой простейшие алканы – этан, пропан, бутан. Эта фракция имеет промышленное название нефтяной газ и может быть использована в качестве газообразного горючего или подвергнута сжижению под давлением с целью получения сжиженного нефтяного газа, который используется в качестве жидкого топлива или как сырье для получения этилена на крекинг-установках.

Бензиновая фракция представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов и используется для получения различных сортов моторного топлива, который применяют в качестве топлива для поршневых карбюраторных двигателей с искровым зажиганием (самолеты, автотранспорт и др.) Такой бензин должен обладать определенными свойствами (фракционный состав, давление насыщенных паров, достаточная детонационная стойкость, химическая стабильность, отсутствие коррозии аппаратуры).

Детонационная стойкость – важная характеристика бензина. К.П.Д. двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше степень сжатия смеси паров бензина и воздуха в цилиндре. Однако степень сжатия ограничена характером горения смеси паров в цилиндре. При некоторых степенях сжатия наступает детонация, при которой скорость распространения пламени резко увеличивается (до 2500 м/с). Это сопровождается стуком в цилиндре, перегревом, черным дымом на выхлопе.

Склонность бензина к детонации характеризуется октановым числом, которое определяется сравнением детонационных свойств бензина со свойствами смеси, состоящей из изооктана и гептана нормального строения. Принимают, что мало склонный к детонации изооктан имеет октановое число 100, а н-гептан, чрезвычайно склонный к детонации, имеет октановое число 0. Октановое число бензина равно процентному содержанию изооктана в стандартной смеси изооктана и н-гептана, которая детонирует при той же степени сжатия, что и испытуемый бензин. Чем больше октановое число, тем выше качество бензина. Октановое число бензиновой фракции получаемой из сырой нефти не превышает 60. Характеристики горения бензина улучшаются при добавлении в него антидетонационной присадки, например тетраэтилсвинца, который входит в состав этиловой жидкости. При горении бензина, содержащего эту присадку, образуются частицы свинца, замедляющие определенные стадии горения и препятствующие детонации. Высококачественный бензин, с высоким содержание ароматических углеводородов и углеводородов построения и, соответственно, большим октановым числом (80) получают в результате крекинга нефтепродуктов.

Лигроин. Большую часть лигроина, получаемого при ректификации нефти, подвергают дальнейшей переработке для получения ненасыщенных газообразных углеводородов, используемых в органическом синтезе, и некоторого дополнительного количества бензина.

Керосин. Эта фракция состоит из алканов, нафталинов и ароматических углеводородов. Основная часть этой фракции используется как горючее для реактивных самолетов. Часть ее подвергается очистке для использования в качестве источника насыщенных углеводородов - парафинов, а другая подвергается крекингу с целью получения бензина.

Газойль (соляровый дистиллят). Фракция носит название дизельного топлива и используется в качестве горючего для дизельных двигателей. Газойль используют как топливо для промышленных печей, часть фракции подвергают крекингу для получения нефтяного газа и бензина.

Мазут. Большая часть используется в качестве жидкого топлива для нагревания котлов и получения пара на промышленных предприятиях. Некоторую часть мазута подвергают вакуумной ректификации для получения дистиллятов, из которых в дальнейшем после очистки получают смазочные масла и парафиновые воски.

Используя процесс коксования (термического разложения без доступа воздуха при 450-500 °С) можно получить из мазута некоторое количество жидкого топлива (бензина и др.) и беззольного нефтяного кокса.

Методы переработки нефти и жидких нефтепродуктов можно разделить на физические и химические. Начальной стадией переработки нефти является прямая перегонка при атмосферном давлении (атмосферная перегонка), при которой из нефти выделяют газовую фракцию, бензин, лигроин, керосин, газойль. Остаток от атмосферной перегонки (мазут) подвергают далее вакуумной перегонке для получения дистиллятов смазочных масел (соляровое, веретенное, машинное, легкое цилиндровое, тяжелое цилиндровое), остаток от перегонки мазута — гудрон (таблица 1).

Таблица 1 – Выход дистиллятов на двухступенчатых атмосферно-

вакуумных установках перегонки нефти

 

 

 

Дистиллят Температура, °С Выход, мас.д., %
Туймазинская нефть Ромашкинская нефть Грозненская (парафинистая) нефть
Бензин до 170 20,0 18,6 14,5
Лигроин 160-200 - - 7,5
Керосин 200-250 10,0 9,5 18,0
Дизельное        
топливо 240-350 17,5 17.5 5,0
Масла 230-370 25,0 25,4 25,0
Гудрон 350-370 25,0 26,5 27-30

 

В технической литературе для приведенных выше процессов разделения нефти традиционно используется термин – перегонка. Однако более верно отражает существо происходящих процессов термин «ректификация». Ректификация – это непрерывный процесс многократного испарения жидкости с последующей ее конденсацией. Число испарений определяется конструкцией ректификационной колонны (числом тарелок в колонне). Непрерывность процесса - основная отличительная черта ректификации от процесса перегонки. Ректификация мазута в условиях вакуума (Р = 0,01 МПа) осуществ-ляется с целью снижения температуры кипения входящих в состав мазута углеводородов. При этом обеспечивается возможность ведения процесса при более низких, по сравнению с условиями ректификации температурах (400-420 °С). В таких условиях снижается вероятность побочных реакций, приводящих к глубокой термической деструкции.

Физические методы основаны на различии физических свойств, входящих в ее состав углеводородов - температурах кипения и кристаллизации, растворимости.

Химические методы основаны на способности углеводородов, входящих в состав нефти, претерпевать глубокие химические превращения под влиянием температуры, давления, катализаторов.

Аппаратура, применяемая для осуществления физических и химических процессов переработки нефти, должна обеспечивать, во-первых, нагревание сырья до высокой температуры, при которой достигается достаточная скорость процесса и, во-вторых, разделение получаемых продуктов. Нагревание нефти производится, главным образом, в трубчатых печах, а разделение продуктов нефтеперера-ботки – в ректификационных колоннах. Наибольшее распространение получили колонны с барботажными колпачками. Каталитические процессы проводят в контактных аппаратах разнообразной конструкции.

Сырая нефть и продукты ее переработки нередко оказываются загрязнителями окружающей среды. В качестве последних могут быть:

- сырая нефть, разлитая в результате аварий;

- оксид углерода (II). Он образуется при неполном сгорании различных видов топлив в воздухе. Оксид углерода (II) прочно соединяется с гемоглобином крови, препятствуя её насыщению кислородом, оказывает токсическое действие;

- не полностью сгоревшие углеводороды. Они образуются при неполном сгорании топлив. На ярком солнечном свету они могут приводить к образованию фотохимического смога;

соединения свинца. Они попадают в атмосферу вследствие использования тетраэтилсвинца в качестве антидетонационной добавки к бензинам;

- твердые частицы углерода и не полностью сгоревших углеводородов, попадают в атмосферу в результате неполного сгорания топлив и могут принимать участие в образовании смога;

- оксиды азота и серы. Соединения азота и серы присутствуют в качестве примесей во многих видах углеводородных топлив. Они вступают в реакцию с кислородом воздуха и образуют кислые оксиды, которые являются причиной выпадения кислотных дождей.

 

Химические методы переработки нефти

Химические методы переработки нефти включают в себя процессы крекинга и риформинга.

Крекингом называется вторичный процесс переработки нефтепродуктов, проводимый с целью повышения общего выхода бензина. Применение вторичных процессов в нефтепереработке позволяет увеличить на 30-35 % выход светлых продуктов (моторных топлив), повысить их антидетонационные свойства и термическую стабильность, а также расширить диапазон производимого переработкой нефти химического сырья. В процессе крекинга крупные молекулы высококипящих фракций сырой нефти расщепляются на меньшие молекулы. Способность к расщеплению под воздействием температуры определяется температурной зависимостью изобарно-изотермического потенциала образования. Изобарно-изотермический потенциал взаимного превращения связан с константой равновесия уравнением

ΔG° = -R T lnKp

и может быть определен по разности ординат соответствующих прямых. Так как система всегда стремится перейти в состояние с наименьшей энергией, то, например, при температуре 700 °С (рис. 1) наиболее устойчив бензол, затем циклогексан, гексен и гексан.

Как видно на рисунке 1 при низких температурах стабильность уменьшается в ряду:

 

парафины > нафтены > олефины > ароматические углеводороды.

 

При высокой температуре порядок меняется:

 

ароматические углеводороды > олефины > нафтены > парафины.

 

Следовательно, при повышенной температуре в первую очередь разрушаются парафиновые и нафтеновые углеводороды и происходит накопление ароматических углеводородов в продуктах крекинга.

Скорость крекинга приближенно описывается уравнением первого порядка

где kср–усредненная константа скорости реакции; х –степень разложения.

Усредненная константа kср уменьшается по мере углубления процесса, что объясняется замедлением расщепления устойчивых молекул сырья.

Крекинг нефтепродуктов может быть термическим и каталитическим.

Термический крекинг разделяют на жидкофазный (протекает в системе жидкость–пар) и парофазный (в паровой фазе). Жидкофазный ведут при температуре 470-540 °С и давлении до 7 МПа, парофазный – при температуре более 550 °С и давлении близком к атмосферному.

 

Таблица 2 – Сравнение условий протекания и образующихся

продуктов

 

Процесс Условия Механизм Получаемые продукты
Термический 470-540 °С Р=2-7 МПа свободно-радикальный газ состоит из этилена, пропилена, жидкая фракция содержит олефины, ароматические продукты
Каталитический 450-520 С Р=0,2 МПа ионный в газе много водорода, мало этилена, жидкая фракция содержит много шопарафинов и арома-тических углеводородов

Пиролиз - парофазный крекинг нефтепродуктов, проводимый при температурах 670-720 °С и давлении, близком к атмосферному. Сырьем для него служат углеводородные газы, легкие, средние и тяжелые продукты нефтепереработки, в результате пиролиза получают газообразные олефины, являющиеся сырьем для органического синтеза и жидкие продукты с высоким содержанием ароматических углеводородов. Процесс пиролиза развивается по мере нагрева сырья вплоть до образования метана, углерода и водорода, а также продуктов уплотнения ароматических углеводородов (бензол, толуол, ксилол). Поэтому кроме жидких и газообразных продуктов при пиролизе образуются сажа и кокс (твердая фаза). Характер продуктов пиролиза и его скорость зависят от качества исходного сырья, температуры процесса, времени контакта. Чем ниже температура кипения исходного нефтепродукта, тем выход ароматических углеводородов выше.

В отличие от термического, каталитический крекинг проводят в паровой фазе при 450-500 °С и 0,2 МПа. В этих условиях из тяжелого нефтяного сырья получают бензины с повышенным октановым числом (77-78). В качестве катализаторов используют алюмосили-каты. Достоинство каталитического крекинга - возможность переработки сернистых жидких продуктов, в результате получают бензины с низким содержанием серы, а сернистые соединения переходят в газовую фазу.

При термическом крекинге происходит распад углеводородов по связи С-С и претерпевают изменения следующие классы соединений:

- парафиновые углеводороды разлагаются на предельные и непредельные углеводороды:

- нафтеновые углеводороды дегидрогенизируются ароматичес-ких углеводородов:

- от разветвленных ароматических углеводородов, образующих-ся в процессе крекинга, отщепляются боковые цепи с образованием олефинов:

- непредельные соединения дегидрируются с образованием диенов:

- диеновые углеводороды взаимодействуют с олефинами с образованием ароматических углеводородов:

 

- образование сажи происходит в результате распада углеводородов до элементарного углеводорода:

- кокс получается при глубокой конденсации ароматических соединений с отщеплением водорода (дегидроконденсация) по типу:

.

Бензины термического крекинга имеют сравнительно небольшое октановое число (70) и характеризуются низкой химической устойчивостью (из-за большого числа непредельных углеводородов) и не могут непосредственно использоваться в автомобильных двигателях. Для этого нужна дополнительная переработка и стабилизация крекинг-бензинов.

Последовательность реакций в условиях каталитического крекинга: превращение олефинов → нафтенов → ароматических углеводородов с боковыми цепями.

Зависимость выхода бензина каталитического крекинга от времени пребывания сырья в реакторе и температуры представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость выхода бензина от времени пребывания

сырья в реакторе (1) и температуры (2)

Степень превращения за один проход не может быть достигнута в связи с наблюдаемыми зависимостями х от τ и t более 50-70 % за один проход. В связи с этим возникает необходимость организации циклического процесса с выводом из зоны реакции образовавшихся продуктов и возвратом непревращенного сырья в рецикл.

Относительный выход жидких продуктов (бензина или крекинг-остатка или смолы пиролиза), газа (крекинг-газа и газа пиролиза) и твердого остатка (кокс или сажа) зависит от трех основных факторов: вида сырья (рисунок 3), температуры (рисунок 4) и времени контакта (рисунок 5).

 

Таким образом, в зависимости от целевого назначения процесса подбирают сырье, температуру и время контакта, так кокс получают из тяжелых остатков при температуре 500-550 °С и большой продолжительности под давлением.

Для получения бензинов или олефинов берут среднюю фракцию проводя процесс при 500-550 °С и времени контакта, обеспечи-вающим лишь частичное превращение с последующим рециклом.

Пиролиз, предназначенный для получения низших олефинов, проводят при 800-900 °С и малом времени контакта, с разбавлением сырья водяным паром. В качестве сырья может использоваться ряд от этана до сырой нефти.

Коксование — процесс термического разложения нефтяных остатков (мазута, битума, гудрона, крекинг-остатка и др.) без доступа воздуха при температуре 450-500 °С. Коксование нефтяных остатков проводят с целью получения дополнительного количества жидкого топлива и беззольного нефтяного кокса, который служит топливом, сырьём при получении электродов и т.д.

Каталитический риформинг, применяемый для пере-работки легких нефтяных фракций, проводится, в отличие от крекинга, под давлением в среде водорода, в присутствии катализатора.

megapredmet.ru