Способ вторичной перегонки нефти

Как перерабатывают нефть?

Из нефти можно получить более 70 различных продуктов: от топлива до сложных химических соединений. Процесс переработки занимает время и требует больших производственных площадей. Для этого строятся огромные комплексы заводов, которые занимаются выпуском сложных продуктов.

Процесс переработки

Первый этап начинается на месторождении. Только что извлеченная из земли нефть содержит посторонние примеси, которые могут испортить дорогое перерабатывающее оборудование. Чтобы этого не произошло, требуется предварительная обработка и очистка.

Подготовка нефти

Необходимо удалить песок, глину и другие горные породы. В месторождении нефть находится между слоями других пород, они проникают друг в друга. Добывающее оборудование захватывает сырье вместе с твердыми частицами.

Что будет, если твердые примеси не убрать:

• засорение труб, клапанов, быстрый износ трубопроводов;
• плавление и образование налета на всех нагревающих элементах оборудования;
• механическое воздействие на движущиеся части, клапаны, фильтры.

Чтобы очистить нефть от примесей, ее помещают в герметичные резервуары. Процесс отстаивания похож на тот, который помогает избавиться от осадка в питьевой воде: под действием силы тяжести твердые частицы опускаются на дно. Чтобы ускорить процесс, нефть нагревают и охлаждают.

Для устранения растворенных в нефти соединений используются электрообессоливающие установки, так как они позволяют вывести соли в твердое состояние, чтобы они выпали в осадок. После того как нефть отстоялась, ее отправляют на следующие этапы, а осадок периодически счищают со стенок резервуара.

Разделения нефти и воды

Вода попадает в нефть двумя путями – естественным и искусственным. Первый – это соседство нефтяных и водоносных пластов. Слой воды лежит выше нефти, поэтому всегда повреждается при добыче, происходит смешивание пластов. Искусственный – вода используется для более эффективной и экономной добычи нефти.

Но разбавление водой резко снижает качество природного сырья, затрудняет его переработку. Вода способна превращаться в пар и замерзать, что значительно снижает возможности транспортировки. Каким бы путем ни смешались две жидкости, их нужно разделить.

Нефть без твердых примесей называют эмульсией. Она может быть гидрофильной (преобладает вода) или гидрофобной (преобладает полезное ископаемое).

Способы разделения эмульсии:

• Отстаивание. Используются герметичные емкости под давлением и с высокой температурой. Вода опускается вниз, нефть поднимается на поверхность.
• Центрифугирование – разделяет тяжелую фракцию (воду) и легкую – нефть.
• Электрохимический метод – сочетание тока и поверхностно-активных веществ.

После этих процедур нефть готова к транспортировке на перерабатывающий завод.

Первичная переработка

Нефтеперерабатывающие заводы строят не рядом с месторождениями, а в крупных городах, где есть возможность продать продукт. Это сделано для того, чтобы не усложнять логистику около месторождений, которая сама по себе не такая уж легкая.

Продукты первичной перегонки:

• топливо;
• моторные и технические масла;
• сырье для нефтехимии.

Процесс перегонки основан на разнице в физических и химических свойствах разных фракций.

Способы перегонки нефти

Наиболее распространены четыре вида перегонки: равновесная дистилляция, ректификация, химическое испарение, разница давлений. Все они основаны на том, что разные фрагменты нефти кипят при той или иной температуре.

Однократное испарение – это постепенное подогревание нефти. Пар отводится в отдельные емкости и охлаждается. Результатом становится разделение на легкие и тяжелые фракции. Исторически это один из первых способов переработки. Продукты получаются недостаточно чистыми.

Ректификация – процесс периодического нагревания и охлаждения сырья в специальных колоннах. В результате получаются четыре фракции разной плотности: легкая бензиновая, тяжелая бензиновая, керосиновая, мазутная.

Вакуумная дистилляция – процесс получения масел из мазутной фракции. Используется разница в плотности, которая становится заметна при низком атмосферном давлении. Выделяются масла различных типов и гудрон.

Химическое испарение – новый и дорогой способ. Используется испаряющий агент, который разлагает сырье на фракции. Результат – более чистые соединения, чем при других способах переработки.

Оборудование для перегонки

На заводах оборудование соединено в единый цикл – это позволяет сделать переработку более быстрой и дешевой. В самой распространенной на 2019 г. системе объединены:

• электрообессоливающая установка (после того, как нефть очищена от воды и примесей);
• атмосферный блок;
• вакуумный блок;
• стабилизационный блок;
• вторичный ректификационный блок;
• защелачивающий блок.

Все блоки вместе формируют комплекс переработки нефти. Работа идет круглосуточно. Запуск оборудования продолжителен, поэтому останавливать однажды запущенный процесс нельзя, это ведет к большим финансовым потерям. Сотрудникам нефтеперерабатывающих заводов приходится работать в несколько смен в любые дни, в том числе выходные.

Вторичная переработка

Продукты первичной переработки недостаточно чистые, чтобы их использовать. Вторичная перегонка позволяет разделить фракции более тонко, получить качественные конечные продукты, добиться высокой степени очистки.

Гидроочистка

В процессе используется водород, высокая температура (300-400˚) и высокое давление (2-4МПа). Водород взаимодействует с соединениями серы и азота. Образуется аммиак и сероводород, которые затем удаляются. Топливо получается более чистым и качественным. Метод можно использовать сам по себе или в сочетании с другими способами. Соответствует современным стандартам безопасности для окружающей среды.

Каталитический крекинг

Этот процесс протекает с использованием катализаторов при более высокой температуре, чем гидроочистка (550˚). Используется в основном для получения высококачественного бензина (в том числе из мазутных фракций). Соответствует современным стандартам безопасности для окружающей среды. Экономически эффективен. Наиболее распространен на современных заводах.

Каталитический риформинг

Сочетает высокую температуру (как при крекинге), водородную среду и использование катализаторов. В процессе ряд углеводородов изменяет химическую структуру – из нафтеновых превращается в ароматические. Это повышает качество бензина. Используется для получения больших количеств высококачественного бензина, повышения качества уже произведенного топлива.

Гидрокрекинг

Используется водород, высокое давление, температура и молибденовые катализаторы. Цель обработки – получить не только качественный бензин, но и реактивное топливо. Сочетается с другими методами обработки сырья. Катализаторы многоразовые – после использования их регенерируют и возвращают в производственный цикл. Это повышает экономическую эффективность и экологическую безопасность производства.

Экстракция и деасфальтизация

Этим методом обработки подвергаются тяжелые фракции – мазуты и гудроны. Цель – получение качественных масел, которые сохраняют свои свойства при низких температурах. Сочетание с гидроочисткой помогает получить высококачественные чистые масла, дизельное топливо высокой очистки, соединения на основе ароматических углеводородов.

Деасфальтизация – это разделение легких и тяжелых мазутов. Легкие становятся сырьем для получения масел, тяжелые – для битумов, асфальтового покрытия и катализаторов в следующих процессах очистки.

Другие методики

Другие методы применяются, чтобы получить отдельные виды топлива. Методики:

• Алкилирование – реакция с органическими соединениями. Получается высококачественный бензин.
• Изомеризация – изменение структуры веществ, входящих в состав нефти. Повышает октановое число бензина.
• Полимеризация – объединение простых углеводородов в сложные. Получается сырье для химической промышленности.
• Коксование – уплотнение тяжелых фракций. Нефтяной кокс используется для создания плотных соединений.

Не вся нефть становится топливом, так как ее большая часть нужна для нефтехимической промышленности. Там получают резину различного назначения – от автомобильных покрышек до тонких шлангов, пластмассы, пластика и т. д. (вплоть до парфюмерных изделий).

Добыча и переработка нефти остается важнейшей отраслью мировой экономики. Истощение запасов углеводородов требует повышения качества обработки сырья. Процессы развиваются в сторону большей эффективности и безопасности для окружающей среды.

Источник

Способы фракционной перегонки нефти

Нефть в первозданном виде сильно отличается от товарных продуктов, реализуемых на рынке. Первым делом нефтеперерабатывающие заводы приступают к фракционной перегонке нефти – сначала первичной, а потом вторичной.

Первичная перегонка

Вся сырая нефть, поступившая на НПЗ, перед процессом переработки очищается от примесей – будь то газы, неорганические соединения, или подземные воды.

Для этого углеводороды отправляются на установки ЭЛОУ. Сырьё прогоняют на электродегидраторах для обезвоживания и обессоливания: данная процедура обеспечивает улучшение качество будущих нефтепродуктов, а также защищает технологическое оборудование от коррозии.

После очистки НПЗ приступают к первичной перегонке нефти. Она состоит из 2 ключевых процессов:

• атмосферная перегонка

• вакуумная дистилляция

С ЭЛОУ очищенная нефть для атмосферной перегонки направляется на установку АВТ. По пути нагреваясь, углеводороды поступают в ректификационные колонны. Внутри них расположены перегородки или по-другому тарелки, выступающие в роли фильтров.

В нижней части ректификационной колонны установки АВТ размещён подвод тепла, в верхней части – отвод тепла. За счёт этого температура внутри установки постепенно снижается от нижней части к верхней. Проходя через тарелки колонн, пары лёгких фракций поднимаются наверх, а тяжёлые углеводороды опускаются вниз.

Температура при атмосферной перегонке не должна превышать 360 °С, иначе ряд углеводородных соединений может потерять свои полезные свойства.

На этапе атмосферной перегонки нефти заводы получают бензин, керосин, лёгкое и тяжёлое дизельное топливо. С верхней части установки АВТ отводят бензиновые фракции, а керосин и дизель конденсируются и выводятся в других частях колонны.

Фракция	Температура выкипания, °С
Бензин	100-140
Керосин	180-220
Дизельное топливо	180-360
Мазут	более 360

В нижней части ректификационной колонны скапливается остаточный продукт мазут, поскольку температура его кипения превышает 360 °С. Именно для него предусмотрена вакуумная дистилляция.

Дело в том, что в вакууме любая жидкость кипит при более низких температурах, поэтому мазут можно разделить ещё на несколько фракций: вакуумный газойль широкого фракционирования (350-500 °С), гудрон или узкие масляные дистиллянты.

Практически все НПЗ для первичной перегонки используют комплексные установки ЭЛОУ-АВТ. Они одновременно производят все процессы: обезвоживание и обессоливание, а также атмосферную и вакуумную перегонку.

Итак, после первичной перегонки нефтеперерабатывающие заводы получают нефтепродукты, которые ещё не в полной мере соответствуют товарной продукции. Для улучшения своих качественных свойств фракции отправляются на дальнейшую переработку.

Вторичная перегонка

Вторичная переработка проводится для повышения выхода нефтепродуктов. Существует два метода – термический и каталитический, они в свою очередь имеют массу ответвлений.

Термические методы

Крекинг. Разделение полученных ранее полупродуктов на фракции с меньшей молекулярной массой. Проводится при температурах 470-550 °С под давлением 2-7 МПа. В качестве оборудования применяются трубчатые печи – именно в них происходит нагрев с различными химическими превращениями, меняющими состав углеводородов.

На выходе получают: легкие фракции крекинг-бензин, керосино-газойлевую фракцию, термагазойль, газ с высоким содержанием непредельных углеводородов и крекинг-остаток.

Пиролиз. Нефтяное сырьё подвергается обработке в специальных аппаратах или газогенераторах при температурах 700-1000 °С. Там углеводороды превращаются в газообразную форму, после чего их закаливают с помощью впрыскивания воды. На конечном этапе газы проходят очистку и последующее разделение на фракции в ректификационных колоннах.

Пиролизом получают этилен, пропилен и другие углеводородные газы с высоким содержанием непредельных углеводородов.

Коксование. Является самой жёсткой формой термического крекинга нефтяных остатков. Прямогонные углеводороды проходят термическую обработку при 480-550°С с последующим расщеплением на различные фракции.

Процесс может проходить по-разному: в зависимости от требований к конечному продукту разделяют замедленное коксование в камерах, периодическое коксование в коксовых кубах либо непрерывное коксование в слое кокса-носителя.

Данным методом НПЗ получают нефтяной кокс, углеводородные газы, бензины и керосины.

Каталитические методы

Каталитический крекинг. Проводится при нормальном атмосферном давлении под действием температур 450-500 °С. Этот способ подразумевает применение катализаторов (смесь оксида алюминия и оксида кремния). Они серьёзно ускоряют реакцию разделения сырья на фракции, на выходе получаются нефтепродукты более высокого качества.

Каталитический метод получил наибольшее распространение, поскольку позволяет расщеплять углеводороды практически без потерь (менее 1,5%). Кроме того, он легко сочетается с другими методами вторичной перегонки – гидроочисткой, алкированием, деасфальтизацией и пр.

Методом каталитического крекинга производят высокооктановые бензины, лёгкий газойль, газы с 80-90% содержанием непредельных углеводородов.

Гидрокрекинг: От каталитического крекинга отличается тем, что расщепление углеводородов производится под давлением водорода при температурах 420-500 °С. Также используются катализаторы с гидрирующими и кислотными свойствами.

Гидрокрекинг делится на лёгкий (давление 5-10 МПа, степень превращения 50-60%) и глубокий (давление10-20 МПа, степень конверсии 90%).

Гидроочистка нефтяных фракций повышает качество продуктов за счёт снижения смол, сернистых и кислородсодержащих соединений. На выходе получаются малосернистые бензины, реактивное, дизельное и котельное топлива.

Риформинг. Проводится при температурах 480-520 °С и давлением 1,2-4 Мпа. Катализатором выступает окись алюминия с вкраплениями кристаллов платины.

Данный метод имеет разные вариации. Иногда риформинг проводится непрерывно сразу в 3-4 реакторах, при этом катализатор полностью вырабатывает свой потенциал, а аппараты останавливаются в момент его полного восстановления.

Другой способ – обеспечение периодического восстановления в каждом реакторе по мере выработки без остановки процесса.

Главное назначение каталитического риформинга – получение лёгких ароматических углеводородов и высокооктановых компонентов бензина.

Источник