ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДЕСТРУКТИВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ. Термические процессы переработки нефти


В.В. Васильев, е.В. Саламатова технология переработки нефти и газа и производства масел

Минобрнауки России

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

инженерно-экономический университет»

Кафедра экономики и менеджмента

в нефтегазохимическом комплексе

Конспект лекций

Специальность 080502(н) - Экономика и управление на предприятии

нефтяной и газовой промышленности

Санкт-Петербург

2011

Допущено

редакционно-издательским советом СПбГИЭУ

в качестве методического издания

Составители

докт. техн. наук, доц. В.В. Васильев

канд. техн. наук, доц. Е.В. Саламатова

Рецензент

канд. техн. наук, проф. Е.Е. Никитин

Подготовлено на кафедре

экономики и менеджмента в нефтегазохимическом комплексе

Одобрено научно-методическим советом специальностей 060502(5), 080502(н) - Экономика и управление на предприятии

нефтегазохимического комплекса

Отпечатано в авторской редакции с оригинал-макета,

представленного составителем

© СПбГИЭУ, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………

Тема 1. Подготовка и первичная переработка нефти………

1.1 Подготовка нефти к переработке…………………..

1.2 Первичная переработка нефти…………………….

Тема 2. Термические процессы переработки нефти…………

2.1 Теоретические основы термических процессов…….

2.2 Промышленные процессы термической переработки нефти и нефтяных фракций……………………………………

Тема 3. Термокаталитические процессы переработки нефти и газа…………………………………………………………….

3.1 Теоретические основы термокаталитических процессов переработки нефти……………………………………..

3.2 Каталитический крекинг…………………………….

3.3 Каталитический риформинг………………………..

Тема 4. Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке

4.1 Гидроочистка……………………………………….

4.2 Гидрокрекинг……………………………………….

Тема 5. Технология производства товарных топлив и масел

5.1 Производство товарных топлив

5.2 Производство масел

5.3 Переработка нефтяных газов

Заключение……………………………………………................

Список литературы……………………………………………...

Терминологический словарь……………………………………

Приложение 1. Извлечение из рабочей программы....................

Введение

В настоящее время основной задачей развитие нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности является углубление переработки нефти за счет внедрения современных процессов гидрокрекинга и каталитического крекинга. Изучение современных процессов нефтепереработки и нефтехимии является неотъемлемым условием подготовки экономистов-менеджеров по специальности 080502(н) - Экономика и управление на предприятии нефтяной и газовой промышленности.

Предметом изучения дисциплины являются: общие физико-химические закономерности химико-технологических процессов переработки нефти газа; технология производства в ключевых отраслях нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности.

Объектом изучения являются предприятия, входящие в подотрасли нефтегазодобывающей и нефтехимической и газовой промышленности.

Цель изучения дисциплины состоит в овладении принципами и закономерностями функционирования технологических процессов переработки нефти и газа, формировании технологического экологического мышления, фундаментальной информационной базы для решения конкретных производственных задач.

Исходя из общей направленности дисциплины, рассматривается следующее: подготовка нефти; атмосферная, вакуумная разгонка; термические, термокаталитические и гидрогенизационные превращения углеводородов нефти. Особое внимание уделяется изучению технологии производства нефтепродуктов: олефинов, бензинов, керосинов, дизельных топлив; газотурбинных, печных и котельных топлив, сжиженных газов, нефтяных масел, парафинов и церезинов, ароматических углеводородов, и др.

Технология производства увязывается с вопросами охраны окружающей среды.

Задача изучения дисциплины:

- подготовка студента к выполнению курсового и дипломного проектов;

- формирование у студентов знаний по промышленной технологии переработки нефти и газа;

- формирование знаний по оптимизации и выбору технологических схем;

- овладение основами технохимических расчетов нефте- и газопереработки.

studfiles.net

Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций

Фракционная перегонка нефти. Сырая нефть после из­влечения ее из недр специальными приемами очищается от растворенного в ней газа, воды, минеральных солей и различных механических примесей в виде песка и глины. Практически вся нефть подвергается перегонке на фракции. Фракционная перегонка основана на разнице в температуре кипения отдельных фракций углеводоро­дов, близких по физическим свойствам. Принципиальная схема перегонки нефти на атмосферно-вакуумных уста­новках (АВУ) показана на рис. 5.12. Нефть, нагретая то­почными газами в печи 1 до температуры кипения (~ 350 °С) поступает в среднюю часть ректификационной колонны 2, работающей под атмосферным давлением. Низкокипящие фракции превращаются в пар и устре­мляются вверх, а высококипящий мазут стекает вниз ко­лонны. Внутри колонны установлены тарелки - перфори­рованные листы с отверстиями для прохода пара и жидкости. На тарелках в результате противоточного движения фаз образуется пенный слой. В таком слое высококипящие углеводороды охлаждаются, конденсируют­ся и остаются в жидкости, в то время как растворенные в жидкости низкокипящие углеводороды, нагреваясь, переходят в пар. Пары поднимаются на верхнюю тарел­ку, а жидкость перетекает на нижнюю. Там процесс кон­денсации и испарения снова повторяется. Современные колонны диаметром до 6 м и высотой до 50 м имеют до 80 тарелок и перерабатывают до 12 млн. т нефти в год. Достигаемая при этом степень разделения обеспечивает

выход бензина ~ 14,5 % при температуре отбора до 170 °С, лигроина -7,5% (160 -200 °С), керосина-18% (200- 300 °С) и солярового масла 5% (300- 350 °С). Оста­ток (55 % от массы нефти) составляет мазут, который со­бирается в нижней части ректификационной колонны 2. При содержании в ней серы более 1% мазут использует­ся как котельное топливо, и на этом перегонку прекра­щают. При меньшем содержании серы мазут либо разго­няют на масляные компоненты, либо подвергают крекин­гу для получения дополнительных количеств бензина, керосино-соляровой фракции и ценных углеводородных газов.

При необходимости получения из мазута смазочных масел его подвергают дальнейшей перегонке под вакуу­мом. Для этого подогретый до кипения в печи 3 мазут подается на разгонку в ректификационную колонну 4, на­ходящуюся под разрежением 0,08 — 0,09 МПа. В результа­те образуется до 30% гудрона и смазочных масел: 10—12% веретенного, 5% машинного, 3% легкого и 7% тяжелого цилиндрового.

Улучшение технико-экономических показателей ра­боты атмосферно-вакуумных установок достигается: 1) утилизацией теплоты отходящих продуктов (для этого нефть перед подачей в печь 1 предварительно подогре­вают до 170-175 °С в теплообменниках 5 теплом про­дуктов перегонки; последние при этом охлаждаются, что экономит не только тепловую энергию, но и воду на ох­лаждение в холодильниках 6); 2) использованием вакуума на второй стадии перегонки удается предотвратить тер­мическое разложение тяжелых углеводородов и снизить температуру кипения мазута, а значит, и расход топлива на его нагревание. Кроме того, вакуум увеличивает ско­рость парообразования и конденсации, что значительно интенсифицирует процесс.

Однако подобная первичная переработка нефти дает лишь грубые фракции сравнительно невысокого выхода и низкого качества. Поэтому большинство из этих фрак­ций подвергают дополнительной вторичной термической переработке. Особенность такой переработки заключает­ся в том, что наряду с температурой, являющейся ре­шающим фактором процесса, вспомогательную роль для уменьшения образования нежелательных побочных про­дуктов играют давление и время пребывания нефтяных фракций в высокотемпературной зоне. Пример тому — термический крекинг.

Термический крекинг мазута. Коксование мазута для уменьшения образования кокса ведут в две стадии. Вна­чале при 450 —470 °С и давлении 2,5 МПа получают бен­зин и среднекипящую фракцию. Для замедления по­бочных реакций ароматизации углеводородов с образо­ванием кокса выход бензина доводят всего лишь до 10%. На второй стадии увеличивают давление до 4,5 МПа и при 500 —520 °С из среднекипящей фракции за счет более глубокого расщепления получают до 30 — 35 % бензина. Наряду с бензином получается до 55 % крекинг-остатка и до 10—15% газов.

Водород, метан, этан, пропан, бутан, этилен, пропилен и бутилен, содержащиеся в газовой смеси, после разделе­ния используются для синтеза полимеров, различных ор­ганических соединений, качественного бензина либо вы­сокооктановых добавок к нему. Крекинг-остаток может быть направлен на коксование для получения дополни­тельных количеств моторного топлива либо использован как местное топливо для сжигания в котельных. При не­обходимости получения из нефтяных фракций газов и жидких ароматических углеводородов применяют пи­ролиз.

Пиролиз нефтяных фракций происходит в паровой фа­зе при атмосферном давлении и повышенной до 670 — 720 °С температуре. В результате глубокого расще­пления и вторичных реакций синтеза из керосина или легкого газойля получают до 50% газа, ароматические углеводороды и смолу.

Газы пиролиза отличаются от газов крекинга по­вышенным содержанием этилена, пропилена, бута­диена — исходного сырья для получения продуктов основного и тонкого органического синтезов (эти­лового и метилового спирта, уксусной кислоты, кра­сителей, лекарств) и особенно для получения синтетиче­ских волокон, пластмасс, каучуков.

По сравнению с термическим крекингом, где сырье и конечные продукты находятся в основном в жидком виде, при пиролизе парообразное состояние нефтяных фракций ухудшает условия передачи теплоты в трубчатой печи от внутренних стенок парам, приводит к увеличе­нию длины труб в печи, большому расходу теплоты на нагревание, росту материалоемкости основного оборудо­вания.

В настоящее время термические методы переработки нефтяных фракций быстро вытесняются менее энергоемкими и более эффективными каталитическими процесса­ми, осуществляемыми под значительно меньшим давле­нием.

Высокотемпературная переработка углеводородных газов

Известно, что все углеводородные газы можно раз­бить на три группы: 1) природные газы, образующие самостоятельные месторождения, состоящие на 90% из метана; 2) попутные, сопровождающие добываемую нефть и содержащие метан, этан, пропан и бутан; 3) нефтегазы, образующиеся в результате различных процес­сов деструктивной переработки нефти: крекинга, пироли­за, риформинга, коксования, гидрокрекинга и т. д., содержащие до 6% водорода, метан, этан, пропан, бутан, а также непредельные углеводороды (этилен, пропилен, бутилен), составляющие до 40% от общего количества газов нефтепереработки. Все эти газы служат ценным то­пливом и богатым источником сырья ддя производства органических веществ, в том числе полимеров, лаков, красок, лекарственных веществ и т. д.

После очистки, осушки, разделения на компоненты абсорбцией, ректификацией, адсорбцией и хроматогра­фией непредельные углеводороды идут на производство полимеров и другой продукции. На основе парафиновых и ароматических углеводородов производится каталити­ческое алкилирование олефинами, например, с целью по­лучения высококачественных бензинов. Парафиновые углеводороды (метан, этан, пропан, бутан и др.) подвер­гаются разложению на различные углеводороды и водо­род при высокой температуре.

Как известно, термическая устойчивость простейших парафинов очень велика, например метан при температу­ре ниже 700 —800 °С практически не разлагается. По мере увеличения молекулярной массы термическая устойчи­вость парафинов растет. Академик Н. Н. Семенов убеди­тельно показал, что при данной температуре имеется практически прямая зависимость между числом углево­дородных атомов в молекуле и константой скорости кре­кинга углеводорода.

Термическая обработка метана, этана, бутана прово­дится при 1000 °С для получения непредельных углеводо­родов и водорода. Например, при крекинге метана обра­зуется ацетилен и водород:

2СН4С2Н2+3h3

Пиролиз предельных углеводородов имеет несколько разновидностей: термический, термоокислительный, плазменный крекинг, электрокрекинг. Все эти производ­ства связаны с высокими энергозатратами, но наиболее перспективными являются термоокислительный и плаз­менный методы. Пиролиз метана в настоящее время — весьма важный способ получения водорода и ацетилена. Кроме этого, метан используют для производства ам­миака, альдегидов, кислот и других веществ. Подвергая метан конверсии парами воды при 800— 1000 °С в присут- ! ствии катализаторов, получают оксид и диоксид угле­рода, водород. Водород используют главным образом для производства аммиака

СН4 + Н2О  СО + ЗН2 - Q

CO + h3O CO2 + h3 + Q

Конверсия метана при недостатке водяного пара и ча­стичное окисление метана дают синтез-газ СО 4- 2Н2, ко­торый используется в качестве сырья дня получения ме­тилового спирта. Частичное окисление метана при 1300—1500°С и небольшом давлении приводит к получе­нию оксида углерода и водорода

2СН4 + О2  2СО + 4Н2

Чрезвычайно перспективным в настоящее время является процесс прямого окисления метана в метанол и формальдегид при 440 °С в присутствии катализаторов

ЗСН4 + ЗО2  СН3ОН+Ch3O+CO+3h3O

при этом метанола СН3ОН получают 71%, формальде­гида СН2О-14%.

В последние годы разрабатывают новые термические методы переработки метана, например, для получения цианистого водорода

10000C

кат

СН4 + Nh4 + l,5O2 HCN + ЗН2О

и сероуглерода

СН4+2S2  CS2+2h3S

Дегидрирование бутана, пентана и других углеводородов для получения олефинов ведут при высокой температуре и в присутствии катализатора.

studfiles.net

Термические процессы деструктивной переработки нефти — КиберПедия

При атмосферной и вакуумной перегонке нефтепродукты получают физическим разделением на фракции, которые отличаются температурой кипения.

Термические процессы переработки нефти - это химические процессы получения нефтепродуктов.

Различают следующие основные разновидности термических процессов переработки нефти:

1) термический крекинг нефтяного сырья под высоким давлением;

2) коксование или термический крекинг нефтяных остатков при низком давлении;

3) пиролиз или высокотемпературный термический крекинг под низким давлением жидкого и газообразного нефтяного сырья,

Эти разновидности термических процессов часто называют деструктивной переработкой нефти.

Термический крекинг под высоким давлением - это распад органических соединений нефти под влиянием высоких температур и давления (t = 470 - 540° С; р - 4,0 - 6,0 МПа). Сырьем в этом случае являются низкооктановый бензин первичной перегонки, керосиновая и дизельная дистиллятные фракции, мазуты первичной перегонки, масляные гудроны и др. В результате крекинга получают крекинг-бензин, крекинг-керосин, товарный топочный мазут и крекинг-газ.

Коксование - это термический крекинг тяжелых нефтяных остатков, проводимый с целью получения нефтяного кокса (при давлении р = 0,1- 0,4 МПа и t = 450 - 550° С) или увеличения выхода светлых нефтепродуктов.

Сырьем для коксования являются тяжелые нефтяные остатки: мазуты и гудроны первичной перегонки нефти, крекинг-остатки, асфальты установок очистки масляного производства, смолы пиролиза и др. От состава сырья, его качества и условий проведения процесса зависят выход и качество получаемых продуктов. В результате коксования получают товарный нефтяной кокс, газ, бензин и керосино-газойлевые фракции (дистилляты коксования). Наивысший выход кокса получают при условии содержания в исходном сырье наибольшего количества асфальто-смолистых соединений.

Различают следующие способы коксования: периодический, полунепрерывный и непрерывный.

Периодический способ коксования заключается в том, что процесс ведется в специальных аппаратах, называемых кубами. Схема коксования приведена на рис. 129. Сырье загружается в куб и одновременно зажигается форсунка. После наполнения куба интенсивной шуровки при 380-400° С начинается выделение дистиллятов, количество которого увеличивается до определенной температуры, после чего подъем температуры замедляется. Затем температура в кубе поднимается до 450-500° С, причем скорость выделения отгона уменьшается. После прекращения выделения отгона образовавшийся кокс прокаливают, повышая температуру днища куба до 700- 720° С. Затем куб пропаривается и охлаждается водяным паром.

К недостаткам процесса коксования в кубах относятся: небольшая производительность, значительный расход топлива (до 8 %) и металла (быстрый износ куба), трудоемкий и тяжелый способ выгрузки кокса. Кроме того, кубовые батареи громоздки и занимают большую площадь.

Полунепрерывный способ коксования иначе называют замедленным коксованием. Процесс этот проводится в специальных аппаратах, называемых коксовыми камерами, которые представляют собой пустотелые цилиндры, рассчитанные на невысокое давление (до 0,4 МПа). Сущность способа: сырье коксования нагревают в печи до 500° С и направляют в коксовую камеру. Здесь сырье находится длительное время и за счет тепла, полученного в печи, коксуется. Из верхней части коксовой камеры уходят легкие дистилляты, в нижней части образуется кокс. После того как камера заполнится на 30-90 % коксом, сырье из печи направляется в другую камеру, а из первой выгружается кокс. Таким образом, при данном способе коксования происходит непрерывная подача сырья, выгрузка кокса - периодическая.

Непрерывный способ коксования заключается в следующем: нагретое сырье вступает в контакт с подвижным теплоносителем и коксуется на его поверхности. Образовавшийся кокс вместе с теплоносителем выводится из зоны реакции в регенератор, где часть кокса выжигается. За счет тепла выжигания теплоноситель (кокс) подогревается и возвращается в зону реакции. Кокс может быть крупногранулированным или порошкообразным. Если кокс порошкообразный, коксование происходит в кипящем слое теплоносителя. Здесь выход кокса происходит в меньших количествах.

Наиболее распространен способ замедленного коксования.

Пиролиз - термический крекинг, проводимый при температуре 750-900° С и давлении, близком к атмосферному, с целью получения сырья для химической промышленности.

Сырье для пиролиза: легкие углеводороды, содержащиеся в газах (природных, нефтяных из стабилизационных установок), бензины первичной перегонки, лигроиновая фракция, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фракция и т. п.

Пиролизу может подвергаться жидкое и газообразное нефтяное сырье. При пиролизе газообразных углеводородов температура процесса выше, чем при пиролизе жидкого сырья. Выбор сырья определяется целевым продуктом пиролиза.

В результате пиролиза получают пиролизный газ и смолы (жидкие продукты). Состав газа зависит от условий пиролиза (температуры, времени контакта, качества сырья). Пиролиз может проводиться для получения этилена, пропилена, бутадиена или ацетилена. Этилен - ценное сырье для производства этилового спирта, каучука и других химических соединений.

Из смол при этом процессе получают бензол, толуол, ксилол, нафталин и другие ароматические углеводороды. Наибольший выход этилена имеем при пиролизе парафинистогО сырья, наименьший — нафтенового, но при пиролизе нафтенового сырья получают максимальный выход ароматики.

cyberpedia.su

ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДЕСТРУКТИВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ

При атмосферной и вакуумной перегонке нефтепродукты получают физическим разделением на фракции, которые отличаются температурой кипения.

Термические процессы переработки нефти — это химические процессы получения нефтепродуктов.

Различают следующие основные разновидности термических процессов переработки нефти:

1) термический крекинг нефтяного сырья под высоким давлением;

2) коксование или термический крекинг нефтяных остатков при низком давлении;

3) пиролиз или высокотемпературный термический крекинг под низким давлением жидкого и газообразного нефтяного сырья.

Эти разновидности термических процессов часто называют деструктивной переработкой нефти.

Термический крекинг под высоким давлением— это распад органических соединений нефти под влиянием высоких температур и давления (/ = 470—540° С; р — 4,0— 6,0 МПа). Сырьем в этом случае являются низкооктановый бензин первичной перегонки, керосиновая и дизельная дистиллятные фракции, мазуты первичной перегонки, масляные гуд-роны и др. В результате крекинга получают крекинг-бензин, крекинг-керосин, товарный топочный мазут и крекинг-газ.

Коксование — это термический крекинг тяжелых нефтяных остатков, проводимый с целью получения нефтяного кокса (при давлении р = 0,1—0,4 МПа и / = 450—550° С) или увеличения выхода светлых нефтепродуктов.

Сырьем для коксования являются тяжелые нефтяные остатки: мазуты и гудроны первичной перегонки нефти, крекинг-остатки, асфальты установок очистки масляного производства, смолы пиролиза и др. От состава сырья, его качества и условий проведения процесса зависят выход и качество получаемых продуктов. В результате коксования получают товарный нефтяной кокс, газ, бензин и керосино-газойлевые фракции (дистилляты коксования). Наивысший выход кокса получают при условии содержания в исходном сырье наибольшего количества асфальто-смолистых соединений.

Различают следующие способы коксования: периодический, полунепрерывный и непрерывный.

Периодический способ коксования заключается в том, что процесс ведется в специальных аппаратах, называемых кубами.

Схема коксования приведена на рис. 129. Сырье загружается в куб и одновременно зажигается форсунка. После наполнения куба интенсивной шуровки при 380—400° С начинается выделение дистиллятов, количество которого увеличивается до определенной температуры, после чего подъем температуры замедляется. Затем температура в кубе поднимается до 450—500° С, причем скорость выделения отгона уменьшается. После прекращения выделения отгона образовавшийся

Рис. 129. Схема коксования в кубах:

/ — куб; 2 — разгрузочный люк; 3 — шламовая труба; 4 — конденсатор-холодильник; 5 — газоотделитель; 6 — приемник дистиллята коксования; 7 — бачок для хвостовых погонов; S — аварийный бачок

кокс прокаливают, повышая температуру днища куба до 700— 720° С. Затем куб пропаривается и охлаждается водяным паром.

К недостаткам процесса коксования в кубах относятся: небольшая производительность, значительный расход топлива (до 8%) и металла (быстрый износ куба), трудоемкий и тяжелый способ выгрузки кокса. Кроме того, кубовые батареи громоздки и занимают большую площадь.

Полунепрерывный способ коксования иначе называют замедленным коксованием. Процесс этот проводится в специальных аппаратах, называемых коксовыми камерами, которые представляют собой пустотелые цилиндры, рассчитанные на невысокое давление (до 0,4 МПа). Сущность способа: сырье коксования нагревают в печи до 500° С и направляют в коксовую камеру. Здесь сырье находится длительное время и за счет тепла, полученного в печи, коксуется. Из верхней части коксовой камеры уходят легкие дистилляты, в нижней части образуется кокс. После того как камера заполнится на 30—90% коксом, сырье из печи направляется в другую камеру, а из первой выгружается кокс. Таким образом, при данном способе коксования происходит непрерывная подача сырья, выгрузка кокса — периодическая.

Непрерывный способ коксования заключается в следующем: нагретое сырье вступает в контакт с подвижным теплоносителем и коксуется на его поверхности. Образовавшийся кокс вместе с теплоносителем выводится из зоны реакции в регенератор, где часть кокса выжигается. За счет тепла выжигания теплоноситель (кокс) подогревается и возвращается в зону реакции. Кокс может быть крупногранулированным или порошкообразным. Если кокс порошкообразный, коксование происходит в кипящем слое теплоносителя. Здесь выход кокса происходит в меньших количествах.

Наиболее распространен способ замедленного коксования.

Пиролиз — термический крекинг, проводимый при температуре 750—900° С и давлении, близком к атмосферному, с целью получения сырья для химической промышленности.

Сырье для пиролиза: легкие углеводороды, содержащиеся в газах (природных, нефтяных из стабилизационных установок), бензины первичной перегонки, лигроиновая фракция, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фракция в т. п.

Пиролизу может подвергаться жидкое и газообразное нефтяное сырье. При пиролизе газообразных углеводородов температура процесса выше, чем при пиролизе жидкого сырья. Выбор сырья определяется целевым продуктом пиролиза.

В результате пиролиза получают пиролизный газ и смолы (жидкие продукты). Состав газа зависит от условий пиролиза (температуры, времени контакта, качества сырья). Пиролиз может проводиться для получения этилена, пропилена, бутадиена или ацетилена. Этилен — ценное сырье для производства этилового спирта, каучука и других химических соединений.

Из смол при этом процессе получают бензол, толуол, ксилол, нафталин и другие ароматические углеводороды. Наибольший выход этилена имеем при пиролизе парафинистого сырья, наименьший — нафтенового, но при пиролизе нафтенового сырья получают максимальный выход ароматики.

studlib.info