Принципиальные схемы нефтепереработки

Описание основных узлов НПЗ (рассматриваются упомянутые в презентации)

ЭЛОУ-АВТ

Комбинированная установка с 2 блоками.

ЭЛОУ: отделить воду и соли от нефти для дальнейшего фракционирования. Сырье смешивается с промывочной водой и поступает в электродегидратор для обезвоживания и обессоливания под действием электрического тока

Атмосферно-вакуумный блок: после нагрева в теплообменниках, нефти дважды проходит ректификационные колонны. 1-я – отбензинивающая, получают летучие компоненты идущие на газофракционирование, бензиновую фракцию, керосиновую и фракцию дизельного топлива, последние идут на гидроочистку. Отбензиненная нефть идет во 2-ю колонну для дальнейшего фракционирования. Получают: легкий, средний и тяжелый дистилляты, проходящие потом очистку и депарафинизацию, вакуумный газоиль – сырье для крекинга, гудрон.

Гидроочистка

Используется водород под давлением для удаления серы, азота, кислорода, смол, непредельных углеводородов. Нагретое сырье поступает в реактор, где через штуцер равномерно распределяется по пространству реактора. Далее, оно попадает на катализатор, происходит реакция, после чего полученный гидрогенизат сепарируется и ректифицируется. Снизу колонны – дизельная фракция, сверху – смесь бензина и газов, которая потом сепарируется.

Установка каталитического крекинга с регенерацией катализатора

Вакуумный газоиль нагревают в 2 этапа, затем поступает в прямоточный реактор – райзер –в слой катализатора (алюмосиликат). После этого, смесь поступает в циклоны (сепаратор), в первом отбивается катализатор, затем чистится во втором циклоне, после чего, катализатор обдается паром и идет на обжиг, чтобы сжечь образовавший на поверхности катализатора кокс, ухудшающий реакционную способность.

Установка висбрекинга

Тяжелые углеводороды проходят трубчатую печь, затем дозревают в реакционной камере, после чего идут в ректификационную колонну – сверху бензин и газ, снизу – жидкое котельное топливо (т.н. крекинг-остаток).

 

Газ

Компримирование - процесс повышение давления в магистральном газопроводе на компрессорной станции с целью обеспечения бесперебойной доставки потребителю.

СУГ (сжиженные углеводородные газы) - смесь сжиженных под давлением легких углеводородов, состоящая в основном из пропана, нормального и изобутана и производимая в результате ректификации ШФЛУ. Применяется в качестве топлива ДВС, газоснабжения домов (частных)

Газомоторное топливо - природный газ в компримированном виде, используемый в качестве топлива ДВС. Отличается дешевизной, высоким октановым числом.

Установка комплексной подготовки газа (УКПГ) - комплекс оборудования для сбора и обработки природного газа и газового конденсата, производящий сухой газ газовых месторождений, сухой отбензиненный газ, газовый конденсат. Включает в себя:

· установки адсорбционной и абсорбционной сушки,

· установку низкотемпературной сепарации

· установку масляной абсорбции.

Биогаз - газ, получаемый в результате метанового или водородного брожения биомассы. Процесс протекает за счет жизнедеятельности бактерий. Выход 300 м³ с тонны. Часто используется в качестве автомобильного топлива.

Метановоз - особый вид грузовых судов, предназначенный для перевозки метана в сжиженном виде. Конструкционно аналогичен танкеру, однако танки делаются из хладостойкого материала. 133 тыс. м3 - самый большой метановоз.

· Положительный эффект использования:

o низкие капитальные затраты,

o мобильность в рынках сбыта,

o легкость преодоления больших расстояний

· Отрицательный эффект использования:

o Высокие операционные издержки

o Необходимость строительства береговой инфраструктуры

Регазификация – процесс перевода сжиженного природного раза в газообразное состояние. Выполняется преимущественно водой.

Газоконденсат было в нефти

Одорант/одорирование - вещество и процесс его добавления в газ идущий к потребителям для наделения его запахом с целью безопасности (диагностика утечки). В основном используется этилмеркаптан.

Дросселирование газа - понижение давления в потоке газа при прохождении его через дроссель, при этом местное гидродинамическое сопротивление сопровождается изменением температуры. Используют для сжижения и глубокого переохлаждения газов, а также для регулирования давления и расхода газа в магистральных трубопроводах.

Кристаллогидраты - кристаллические структуры с включениями молекул воды в кристаллическую решетку при условии возможности образования с элементами решетки более прочной связи. образуются в трубопроводах. предотвращение появления - глубокая очистка и осушка сырья, устранение - метанол, подогрев, ультразвук

Газогидрат - то же. применяются для опреснительных установок, предполагается использование для хранения.

Абсорбция - селективное поглощение влаги и конденсата по всему объему

Адсорбция - селективное поглощение влаги и конденсата на границе фаз. растворение либо реакция.

Сжиженный природный газ (СПГ) - природный газ, искусственно сжиженный путем охлаждения до -160 для удобства хранения и транспортировки. Готовят на специальных установках. Цепочка:

· отбор,

· очистка,

· осушка,

· охлаждение до Та,

· охлаждение жидким азотом,

· дросселирование,

· сжижение,

· хранение,

· отгрузка.

ПХГ (подземное хранилище газа) - система хранения газа в геологических полостях различного генезиса (истощенные месторождения, водоносные антиклинали, залежи негорючих ПО), создаваемая с целью компенсации сезонных колебаний потребления газа. Состоит из:

· магистрального и соединительного газопроводов

· пылеуловителя

· компрессора

· сепараторов

· воздушных градирен

· газораспределительного пункта

· установки сушки

· скважин

o эксплуатационных

o контрольных

o наблюдательных

Компрессорная станция - станция обеспечивающая повышение давления газа в магистральном газопроводе за счет газовых турбин и электродвигателей. Неземные станции располагают через каждые 100-150 км трубы. Также станция сжижения газа.

Сосуд Дьюара - сосуд длительного хранения веществ при повышенной или пониженной относительно окружающей среды температуре. Конструктивно представляет собой два вложенных друг в друга сосуда, разделенных вакуумом. За счет практически полного отсутствия частиц газа, вакуум является первоклассным теплоизолятором, что и позволяет веществу внутри сосуда сохранять свою внутреннюю энергию.

Последовательность процессов на установке по сжижению газа:

1. Отбор газа из магистрального трубопровода

2. Очистка (удаление влаги, ртути, CO₂) и осушка

3. Охлаждение до атмосферной температуры

4. Охлаждение жидким азотом (пропаном или этаном)

5. Дросселирование (переохлаждение)

6. Сжижение (Т падает до –160°C)

7. Временное хранение

8. Отгрузка потребителю

Принципиальная схема ГПЗ

Газоперерабатывающий завод осуществляет следующие производственные операции:

1. переработка попутных нефтяных газов, газовых конденсатов

2. сепарация газа в циклонах

3. осушка

4. низкотемпературная ректификация

5. абсорбция кислых компонентов

6. адсорбция от меркаптанов

7. пиролиз и другие деструктивные термические и каталитические процессы.

Результаты переработки:

· отбензиненный сухой газ – сырье химической промышленности, топливо для коммунально-бытовых и промышленных нужд

· широкая фракция легких углеводородов – сырье нефтехимии (каучук, пластмассы, этанол, растворители)

· сера – производство серной кислоты, вулканизация каучука, фунгицид в с/х, спички.

· газомоторное топливо

o плюсы

§ дешево

§ чисто

§ щадяще к двигателям

§ безопасно (при соблюдении правил)

o минусы

§ тяжелые баллоны

§ регламентное ТО

§ низкая плотность сети заправок

Потребители природного газа

· Энергетика

o ТЭЦ

o ГРЭС

o Газотурбинные и парогазовые ЭС

· Коммунальный сектор

o котельные

· Химическая промышленность

o Органический синтез (жирные газы)

o Азотные удобрения (сухой ПГ, метан)

· Бытовой сектор

o Бытовые плиты

o Индивидуальное отопление

Нефтехимия (не было, но пусть будет)

Полиэтилен — это термопластичный прозрачный полимер с высокой химической стойкостью. Сырьем для него служит простейший олефин — газ этилен.

ПЭТФ — полиэтилентерефталат — это наиболее распространенный в быту термопластик (пр: пластиковые бутылки).

ПВХ — поливинилхлорид — это бесцветная, прозрачная пластмасса, термопластичный полимер винилхлорида, искусственное полотно смешанного состава.

Риформат — жидкая смесь преимущественно ароматических и насыщенных углеводородов, используемая в качестве высокооктанового компонента автомобильных и авиационных бензинов. Риформат получают каталитическим риформингом прямогонных бензиновых фракций, главным образом углеводородов С₆-С₁₀ (выход 78-84% по массе).

Синтетический каучук — синтетический эластомер, характеризующийся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которого путём вулканизации получают резины и эбониты.

Нафта — 1) летучая форма нефти; 2) (лигроин) — горючая смесь жидких углеводородов, более тяжелая, чем бензин.

 

ПНГ и газовый конденсат поступают на газоперерабатывающие заводы, где из них получают природный газ и основу нефтехимии — СУГ и нафту. На нефтеперерабатываю-щих заводах в качестве попутного продукта также вырабатывается нафта.

На нефтехимическом заводе 2 ключевых процесса: пиролиз (высокотемпературная обработка, приводящая к разложению на мономеры — этилен, пропилен и др.) и полимеризация (мономеры объединяются в сложные молекулярные цепочки + добавки). Далее полимер гранулируется и расфасовывается, транспортируется на конечное предприятие.

ПЭТФ — полиэтилентерефталат — получают путем полимеризации 2-ух мономеров терефталевой кислоты (из аренов) и моноэтиленгликоля.

На газоперерабатывающем заводе ПНГ делят на сухой газ (поступает в квартиры и на КЭС) и ШФЛУ (ценная смесь разных веществ, которые необходимо разделить на отдельные — газофракционирование). Отдельные фракции выделяются на основе разных температур кипения (пр: в итоге можно получить пропан, бутан, ИЗОБУТАН, пентан — СУГ). Далее пиролиз (этилен, пропилен, бутадиен), полимеризация (каучук, ПВХ, полистирол, полипропилен, полиэтилен) —> переработчики полимеров

 

Алканы=парафины, бензольное кольцо имеют арены.

Алкены=олефины., циклопарифины=нафтены.

Из книги «Нефтехимия для неспециалистов»: бензол можно получать различными способами. Один из них — при сухой перегонке каменного угля в процессе коксования. ПКГ наряду с парами КУС и соединениями аммиака содержит сырой бензол, из которого впоследствии можно выделить конкретные вещества (например, арены). Но сегодня так получают не более 5 % всего бензола.

Более ходовым является извлечение бензола из нефти, в частности, в процессе каталитического риформинга, основной целью которого на самом деле является увеличение октанового числа у бензинов. Точнее материалом для печи риформинга является нафта (лигроин) — смесь парафинов и циклических соединений С₆–С₉. Собственно, при этом имеют место такие полезные переходы в составе нафты («полезные» именно, потому что получаются продукты с более высоким октановым числом, нежели те, из которых они образовались):

· Парафины переходят в изопарафины

· Парафины переходят в нафтены (циклопарафины)

· Циклопарафины переходят в арены

При этом происходят и обратные процессы по снижению октанового числа — отщепление радикалов с образованием легких газов (типа бутана). Каталитический крекинг протекает в специальных реакторах при 450–480°C и под давлением 14–21 атм. и только в присутствии катализатора (шарики алюминия или кварца, покрытые платиной). Как только нафта соприкасается с платиной, начинается реакция. Выделяющийся водород отправляют на рециркуляцию, то есть смешивают с исходным сырьём.

После реакторов и узла отделения водорода продукты поступают в ректификационную колонну, где их делят на несколько порций. Риформат — это смесь, получаемая в результате каталитического риформинга и после отделения бутана и более легких газов. Если обработка серьёзнее, то можно получит так называемый концентрат бензола — «центральная фракция», кипящая в узком интервале температур (около 80°C), в которой сконцентрирован; смесь, состоящая на 50 % из бензола, кроме того, содержит др. УВ С₄–С₆ температурой кипения, близкой к бензольной (фракционирование не поможет, разные Т_{кипения}))

Извлечение бензола растворителями. Концентрат бензола поступает в нижнюю часть реактора, где располагается система перемешивания: смеситель с вращающимися дисками перемешивает поступающий сверху растворитель и подаваемый снизу концентрат; когда один поток проходит через другой, то бензол извлекается из концентрата (разбавитель) и переходит в растворитель. Далее растворитель и бензол разделяют фракционированием, растворитель рециркулируют (обратно в начало процесса). Рафинат бензола — оставшиеся УВ, выходящие из верхней части реактора смешения.

Бензол с заводов по производству олефинов (этилена и пропилена).

Гидродеалкилирование толуола. Толуол смешивают с водородом, нагревают и нагнетают давление. Добавляют тот же платиновый катализатор, при соприкосновении с которым метильная группа отщепляется и образуется бензол. Фракционированием отделяем водород (рециркуляция), легкие УВ (на отопление) и бензол.

Выделение толуола из риформата называется азеотропной перегонкой — аналог экстракции растворителем (суть: используем растворитель, улучшающий летучесть удаляемых компонентов, они поднимаются вверх по ректификационной колонне, а жидкий толуол стекает вниз).

Ксилол. Температуры кипения бензола, толуола, этилбензола и орта-ксилола довольно отличны, поэтому они могут быть отделены простой перегонкой (в ректификационных колоннах). Но с мета-ксилолом и пара-ксилолом этот способ не прокатит) близкие температуры кипения, но зато довольно отличающиеся температуры замерзания. Сначала из смеси ксилолов отделяют орта-ксилол и этилбензол, затем охлаждают их до –68°C => криогенная кристаллизация.

Адсорбционный метод отделения пара- и мета-ксилолов (с помощью молекулярных сит; десорбция — процесс очищения сит от пара-ксилола).

Циклогексан — сырьё для производства нейлона-6 или нейлона-66 — получают в результате гидрирования бензола, то есть присоединения к нему молекул водорода.

Особенность производства этилена — широкая сырьевая база (от этан-пропанового сырья до нафты и газойля). Крекинг этана и пропана проще, чем крекинг нафты и газойля, поэтому про них напишем раньше. Когда этан нагревают до 925°C, то начинается рандомное расщепление связей: либо «углерод—водород» => этилен, либо «углерод—углерод» => метан. Расщепление пропана чуть сложнее из-за большего количества вариантов конечного продукта: разрыв связей «углерод—водород» даёт пропилен, «углерод—углерод» => метан и этан, разрыв и тех и других связей => этилен.

Крекинг нафты и газойля (смесей УВ составов C₅–C₁₀ и С₁₀–С₃₀) — большее разнообразие продукта на выходе.

 

Химическая промышленность

Гро́хот — одно или несколько вибрационных сит для разделения сыпучих материалов по размерам кусков или частиц.

Экстракт (вытяжка) — вещество, химически извлеченное из органических тканей или соединений.

Карбамид (мочевина) — химическое соединение, диамид угольной кислоты. Белые кристаллы, растворимые в полярных растворителях. CH₄N₂O

Барабанно-шаровая мельница — устройство для тонкого измельчения твёрдых материалов. Применяется в основном в горнорудной промышленности, для создания порошка для использования в красках, пиротехнических средствах, и в керамике.

Пу́льпа — смесь твёрдых частиц и жидкости, негустая неоднородная система.

Рафинат — очищенная масляная фракция, состоящая главным образом из парафиновых и нафтеновых углеводородов, а также моноциклической ароматики с длинными боковыми цепями. После селективной очистки (нефтяного сырья) рафинат направляется на депарафинизацию с целью удаления твёрдых углеводородов. Побочным продуктом процесса является э кстракт — вязкая жидкость темного цвета, содержащая извлеченные из масляной фракции нежелательные компоненты. Экстракт может служить сырьём для различных деструктивных процессов нефтепереработки.

Экстрагент — растворитель, с помощью которого и проводится экстракция (пр: вода, спирт, водо-спиртовые растворы, эфир, углекислота).

Каустическая сода (гидроксид натрия NaOH, едкий натр) — самая распространённая щёлочь.

Кальцинированная сода — (натрий двууглекислый) неорганическое соединение, натриевая соль угольной кислоты с химической формулой Na₂CO₃.

Суперфосфат

Шлам — отходы.

Вся химическая промышленность может быть подразделена на 3 части:

1) Горнохимическая (добыча апатитового, фосфоритового концентратов и калийных солей)