XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой её физическое разделение на фракции. Сначала промышленная нефть проходит первичный технологический процесс очистки добытой нефти от нефтяного газа, воды и механических примесей — этот процесс называется первичной сепарацией нефти.

Первичные процессы переработки нефти

Подготовка нефти

Нефть поступает на НПЗ (нефтеперерабатывающий завод) в подготовленном для транспортировки виде. На заводе она подвергается дополнительной очистке от механических примесей, обезгаживанию от растворённых лёгких углеводородов (фракции С1—С4) и обезвоживанию на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ).

Атмосферная перегонка

Атмосферной перегонкой называют процесс ректификации, проводимый при атмосферном давлении. Нефть поступает в ректификационные колонны где разделяется на несколько фракций: лёгкую и тяжёлую бензиновые фракции, керосиновую фракцию, дизельную фракцию и остаток атмосферной перегонки — мазут. Качество получаемых фракций не соответствует требованиям, предъявляемым к товарным нефтепродуктам, поэтому фракции подвергают дальнейшей (вторичной) переработке.

Вакуумная дистилляция

Вакуумная дистилляция — процесс отгонки из мазута (остатка атмосферной перегонки) фракций, пригодных для переработки в моторные топлива, масла, парафины и церезины, и другую продукцию нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Остающийся после этого тяжёлый остаток называется гудроном, который может служить сырьём для получения битумов и асфальта.

Вторичные процессы переработки нефти

Целью вторичных процессов является увеличение выхода производимых моторных топлив, они связаны с химической модификацией молекул углеводородов, входящих в состав нефти, как правило, с их преобразованием в более удобные для окисления формы.

По своим направлениям, все вторичные процессы можно разделить на три вида:

Углубляющие: каталитический крекинг, термический крекинг, висбрекинг, замедленное коксование, гидрокрекинг, производство битумов и т. д.

Облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация и т. д.

Прочие: процессы по производству масел, алкилирования, производство ароматических углеводородов и т. д.

Каталитический риформинг — каталитическая ароматизация нефтепродуктов (повышение содержания аренов в результате прохождения реакций образования ароматических углеводородов). Риформингу подвергаются бензиновые фракции с пределами выкипания 85—180 °С. В результате риформинга бензиновая фракция обогащается ароматическими соединениями, и октановое число бензина повышается примерно до 85. Полученный продукт, называемый риформатом, используется как компонент для производства автобензинов и как сырьё для извлечения индивидуальных ароматических углеводородов, таких как бензол, толуол и ксилол.

Гидроочистка — процесс химического превращения веществ под воздействием водорода при высоком давлении и температуре. Гидроочистка нефтяных фракций направлена на снижение содержания сернистых соединений в товарных нефтепродуктах. Побочно происходит насыщение непредельных углеводородов, снижение содержания смол, кислородсодержащих соединений, а также гидрокрекинг молекул углеводородов. Является наиболее распространённым процессом нефтепереработки.

Каталитический крекинг — процесс термокаталитической переработки нефтяных фракций с целью получения компонента высокооктанового бензина и непредельных газообразных углеводородов.

Сырьём для каталитического крекинга служат атмосферный и лёгкий вакуумный газойль, в процессе происходит расщепление молекул тяжёлых углеводородов, что позволяет использовать их для выпуска топлива. В процессе крекинга выделяется большое количество газообразных алканов (пропан-бутан), которые разделяются на отдельные фракции и, по большей части, используются в третичных технологических процессах на самом НПЗ. Основными продуктами крекинга являются пентан-гексановая фракция (т. н. газовый бензин) и нафта крекинга, которые используются как компоненты автобензина. Остаток после крекинга является компонентом мазута.

Гидрокрекинг — процесс расщепления молекул углеводородов в избытке водорода. Сырьём гидрокрекинга является тяжёлый вакуумный газойль (средняя фракция вакуумной дистилляции). Главным источником водорода служит водородсодержащий газ, образующийся при риформинге бензиновых фракций. Основными продуктами гидрокрекинга являются дизельное топливо и т. н. бензин гидрокрекинга (компонент автобензина).

Коксование — процесс получения нефтяного кокса из тяжёлых фракций и остатков вторичных процессов.

Процесс получения изомеров углеводородов (изобутан, изопентан, изогексан, изогептан) из углеводородов нормального строения. Целью процесса является получение сырья для нефтехимического производства (изопентана из н-пентана, изобутилен из изобутана) и высокооктановых компонентов автомобильных бензинов.

Алкилирование — введение алкила в молекулу органического соединения. Алкилирующими агентами обычно являются алкилгалогениды, алкены, эпоксисоединения, спирты, реже альдегиды, кетоны, эфиры, сульфиды, диазоалканы.

Назначение установок атмосферных перегонок нефти

Установки первичной переработки нефти составляют основу всех нефтеперерабатывающих заводов, от работы этих установок зависят качество и выходы получаемых компонентов топлив, а также сырья для вторичных и других процессов переработки нефти.

В промышленной практике нефть разделяют на фракции, различающиеся температурными пределами выкипания. Это разделение проводят на установках первичной перегонки нефти с применением процессов нагрева, дистилляции и ректификации, конденсации и охлаждения. Прямую перегонку осуществляют при атмосферном или несколько повышенном давлении, а остатков — под вакуумом. Атмосферные и вакуумные трубчатые установки (АТ и ВТ) строят отдельно друг от друга или комбинируют в составе одной установки (АВТ).

Атмосферные трубчатые установки (АТ) подразделяют в зависимости от технологической схемы на следующие группы:

установки с однократным испарением нефти;

установки с двукратным испарением нефти;

установки с предварительным испарением в эвапораторе легких фракций и последующей ректификацией.

Третья группа установок является практически вариантом второй, поскольку в обоих случаях нефть подвергается двукратному испарению.

Вакуумные трубчатые установки (ВТ) подразделяют на две группы:

установки с однократным испарением мазута;

установки с двукратным испарением мазута (двухступенчатые).

Вследствие большого разнообразия перерабатываемых нефтей и широкого ассортимента получаемых продуктов и их качества применять одну типовую схему не всегда целесообразно. Широко распространены установки с предварительной отбензинивающей колонной и основной ректификационной атмосферной колонной, работоспособные при значительном изменении содержания в нефтях бензиновых фракций и растворенных газов.

Технологическая схема установки атмосферной перегонки нефти

На атмосферных нефтеперегонных установках нефть или смесь нефтей обычно разделяется на четыре дистиллятные фракции и остаток — мазут. Побоч­ным продуктом является смесь углеводородных га­зов, часто содержащая сероводород, который обра­зуется из нестойких соединений серы при нагреве нефти.
    Установка, схема которой представлена на рис. 1, —двухколонная (по числу основных колонн: первая—простая, вторая—сложная, без учета внешних отпарных колонн) с двукратным испарением сырья. До поступления в первую ректификационную колонну, называемую также испарительной колон­ной, нефть нагревается только в теплообменниках, проходя в них одним, двумя или несколькими парал­лельными потоками. Верхним продуктом первой колонны являются легкая бензиновая фракция и небольшое количество газа. Остальные дистилляты, выводимые с установки, а также мазут получаются во второй колонне. Обе колонны обслуживаются общей трубчатой печью. Часть нижнего продукта испарительной колонны циркулирует между печью и первой колонной, этим достигается снабжение ее отгонной секции дополнительным количеством тепла. Ниже описана технологическая схема двухступенча­той установки атмосферной перегонки.
     Обессоленная нефть, нагнетаемая насосом 8, проходит двумя параллельными потоками группу теплообменников 10, 11, 23, 26, 29 и нагретая до температуры 200—220°С поступает в среднюю часть колонны 2. Ректификационная колонна 2 работает при избыточном давлении, достигающем на некото­рых установках 0,45 МПа.
     Пары легкого бензина (конец кипения этой фрак­ции в одних случаях равен 85 °С, а в других — 140 или 160 °С) по выходе из колонны 2 конденсируются в аппарате воздушного охлаждения 3. Далее конден­сат и сопутствующие газы, охлажденные в водяном холодильнике 4, разделяются в газосепараторе 5. Отсюда легкий бензин насосом 7 направляется в секцию (блок) стабилизации и вторичной пере­гонки. Часть легкого бензина возвращается как орошение в колонну 2.

Рис. 1 - Технологическая схема установки атмосферной перегонки нефти:
1, 7 - 9, 13, 20-22 - насосы; 2 ,4 - ректификационные колонны; 3, 15, 24,2 7, 30 - аппараты воздушного охлаждения; 4, 16, 25, 31 - холодильники; 10,11, 23, 26, 29 - теплообменники; 5,11 - газосепараторы - водоотделители; 6 - трубчатая печь; 18, 19 - отпарные колонны

Из колонны 2 снизу частично отбензиненная нефть забирается насосом / и подается в змеевик трубчатой печи 6. Нагретая в змеевиках печи нефть поступает в парожидком состоянии в основную ректификационную колонну 14. Часть же нефти после печи возвращается как рециркулят,  или «горячая струя», на одну из нижних тарелок колон­ны 2.
     Верхним продуктом колонны 14 является бензи­новая фракция, более тяжелая по сравнению с отво­димой с верха испарительной колонны 2. По выходе из колонны 14 пары бензина, а также сопровождаю­щие их водяные пары конденсируются в аппарате воздушного охлаждения 15. Охлажденная в водяном холодильнике 16 смесь разделяется в газосепараторе 17 на газ, водный и бензиновый конденсаты. Жидкая бензиновая фракция из газосепаратора 17 (или до­полнительного водоотделителя, не показанного на схеме) забирается насосом 22 и подается в секцию вторичной перегонки. Часть бензина этим же насо­сом возвращается в колонну 14, на ее верхнюю тарелку, как орошение.
     Фракции 140—240 и 240—350 °С (или 140—220 и 220—350 °С) выводятся из отпарных колонн 18 и 19, прокачиваются с помощью насосов 20 и 21 и охлажда­ются в последовательно соединенных аппаратах. Первая — керосиновая фракция — в теплообмен­нике 23, аппарате воздушного охлаждения 24 и водяном кожухотрубном холодильнике 25; вто­рая — фракция дизельного топлива — в теплооб­меннике 26, холодильнике 27 и водяном холодиль­нике 28.
     Под нижние тарелки отпарных колонн вводится перегретый водяной пар.
    Тяжелый неиспаренный остаток нефти в смеси с жидкостью, стекающей с последней тарелки кон­центрационной секции колонны 14, проходя нижние шесть тарелок в колонне, продувается перегретым водяным паром. Мазут, освобожденный в значитель­ной мере от низкокипящих фракций, с низа колонны 14 направляется насосом 13 через теплообменник 29 и холодильники 30 и 31 в резервуар. В колонне 14 имеются два циркуляционных орошения, тепло кото­рых отдается нефти в теплообменниках 10 и 11.

Последовательность прохождения. нефтью тепло­обменников может быть и иной, чем показано на рис. 2

Рис. 2 - Температура и давление в основных аппаратах установки AT

Список использованных источников

КАЛИШУК Д. Г. ПиАХТ ЛЕКЦИИ Ч. 3

https://www.belstu.by/Portals/0/userfiles/72/LK/LK2-11.pdf

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ по дисциплине «Технология первичной переработки нефти и газа»

http://cme.dstu.edu.ru/attachments/Metod_TehnologPervPer_18.03.01TEP_17.02.14.pdf

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ АТМОСФЕРНОЙ ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ

https://mendeleev.today/gotovye-raboty/65-opisanie-tekhnologicheskikh-skhem/702-tekhnologicheskaya-skhema-ustanovki-atmosfernoj-peregonki-nefti

Исследование работы ректификационной колонны периодического действия

https://www.isuct.ru/dept/chemkiber/piaht/metodwork/metods/rekt1.htm

Первичная переработка нефти

https://www.gazprom-neft.ru/press-center/sibneft-online/archive/2016-may-projects/1113436/

Код для цитирования: Скопировать