52. Нефт ь. Состав и продукты переработки нефти.

Нефть – важнейшее ископаемое жидкое топливо и сырьё для органического синтеза. Нефть представляет собой маслянистую жидкость, имеющую обычно окраску от жёлтого до тёмно-коричневого цвета, иногда и чёрного цвета.

Физико-химические свойства и состав нефти

Физические параметры нефти различных месторождений колеблются в приделах:а) плотность составляет от 0,73 до 0,95 г/см³;

б) теплотворная способность – от 40 000 до 44 000 кДж/кг;

в) температура застывания от -20 до +20ºС; г) t_кип. < 100ºС.

Элементарный состав нефти из различных месторождений довольно постоянен и изменяется лишь в узких приделах: 84-87% С, 12-14% Н и 0,5-2% O, N, S. Химический состав всех нефтей (до 95-97%) составляют жидкие и растворённые в них углеводороды трёх классов:

1) парафиновые (от С₁ до С₃₀) преимущественно с нормальной цепью (непредельные углеводороды в нефтях отсутствуют);

2) - нафтеновые моноциклические в виде циклопентана и циклогексана и их производных с боковыми углеродными цепями различной величины;

- ди-, три- и полициклические полиметиленовые углеводороды, в том числе и с боковыми цепями;

3) ароматические углеводороды:

- бензол и его гомологи;

- многоядерные нафталин, антрацен и их гомологи;

- гибридные нафтеноароматические углеводороды, представляющие собой многоядерные гетероциклические соединения, содержащие в качестве гетероатомов кислород, серу, азот, и их гомологи.

По содержанию серы и парафина нефти делят на:

- малосернистые, содержащие до 0,5% серы;

- сернистые, содержащие от 0,5 до 2% серы;

- высокосернистые, содержащие > 2% серы;

- малопарафинистые – до 1,5 % твёрдого парафина;

- парафинистые - от 1,5 до 6% парафина;

- высокопарафинистые - > 6% парафина.

11.1.2 Продукты переработки нефти

В настоящее время вся извлекаемая из недр нефть подвергается переработке с целью получения из неё разнообразных нефтепродуктов, которые используются в качестве целевых продуктов, так и в качестве сырья для дальнейшей переработки.

Все нефтепродукты можно разделить на следующие группы.

1. Моторные топлива:

- карбюраторное топливо для поршневых двигателей с зажиганием от электрической искры – автомобильные и тракторные бензины;

- дизельное топливо для поршневых дизельных двигателей с воспламенением от сжатия.

2. Котельные топлива: для топок паровых котлов, генераторных установок, металлургических печей – мазут, гудрон.

3. Реакционное топливо для авиационных реактивных и газотурбинных двигателей – авиакеросины.

4. Смазочные масла для смазки трущихся деталей машин с целью уменьшения трения и отвода тепла - моторное, индустриальное, турбинное, компрессионное, цилиндровое.

5. Продукты, используемые для химического синтеза – мазут, широкая фракция.

53.Подготовка нефти к переработки. Перв.(прямая) гонканефти………….

Добытая на промыслах нефть содержит- растворённые газы;- минеральные соли;

- воду и механические примеси – песок и глину.

В связи с этим нефть подвергают подготовке и очистке непосредственно на нефтепромыслах и на нефтеперерабатывающих заводах.

Стабилизация нефтиСырая нефть содержит значительное количество растворённых в ней лёгких углеводородов С₁-С₄ (которые при н. у. находятся в газообразном состоянии). При транспортировке и хранении нефти они могут выделяться, вследствие чего состав нефти будет меняться.

!!! Процесс выделения лёгких водородов из нефти в виде попутного газа называется стабилизацией нефти.

Прежде, чем подвергнуть нефть перегонке, её из скважин направляют по трубопроводам в сепараторы-газоотделители (траппы) – стальные вертикальные цилиндры, в которых попутный газ отделяют от нефти многоступенчатой сепарацией путём последовательного снижения давления до атмосферного и скорости потока нефти.

В результате происходит десорбция газов, совместно с которыми удаляются и затем конденсируются летучие жидкие углеводороды, образуя «газовый» конденсат.

Одновременно отстаиванием частично удаляются механические примеси (песок и глина) и буровые воды. Минеральные соли удаляются промывкой нефти тёплой умягчённой (обессоленной) водой, отделяемой длительным отстаиванием.

Обезвоживание и обессоливание нефти

В связи с тем, что вода с нефтью образует очень стойкие эмульсии, дальнейшее обезвоживание и обессоливание осуществляют комбинированным способом, сочетающим термохимический и электрохимический методы.Эмульсию разрушают на электрообессоливающей установке (ЭЛОУ).

1. Нагретую до 110-150ºС нефть смешивают с раствором едкого натра (электролит) и деэмульгатора, например со смесью оксиэтилированных жирных кислот:

RCOО(CH₂CH₂O)nH,

где R > С₂₀, n = 8-10.

2. Затем нефть пропускают через два электродегидратора – горизонтальные сосуды, в которых она проходит тонким слоем между электродами и подвергается действию переменного электрического тока (20-20 тыс. в).

3. Это приводит к слиянию мелких капелек воды в крупные, которые отделяются в отстойнике.

Обессоливание и обезвоживание нефти:

- увеличивает сроки межремонтной работы установок гонки нефти;

- снижает расход тепла, реагентов и катализаторов в процессе вторичной переработки нефтепродуктов. Прямая гонка нефти

Нефть как топливо непосредственно почти не применяется, а перерабатывается в товарные продукты.

!!! Первичная перегонка нефти – прямая гонка – процесс переработки нефти, основанный на разделении смеси составляющих её углеводородов методом фракционной разгонки (ректификации) на отдельные фракции (дистилляты) с определённым интервалом температур кипения.

Прямую перегонку нефти и её разделение по температурам кипения на отдельные фракции ведут на двухступенчатых установках:

1-я стадия - перегонка нефти при атмосферном давлении с получением моторных топлив и мазута.

2-я стадия – перегонка мазута при пониженном давлении с выделением различных смазочных масел и гудрона, перерабатываемых далее в пёк, асфальт и нефтяной кокс.

Прямая гонка – непрерывный процесс, проводимый в атмосферно-вакуумной трубчатой установке (АВТ), основными аппаратами которой являются: трубчатые печи и ректификационные колонны.

Основным аппаратом нагрева нефтепродуктов является трубчатая печь беспламенного горения : Трубчатая печь беспламенного горения представляет собой камеру 1, выполненную из сборных ребристых панелей с теплоизоляционной кладкой.

Внутри печи расположены огнеупорные перегородки 2, образующие конвекционную камеру для отвода топочных газовПечь обогревается газовым топливом с помощью горелок 3, выполненных в виде керамических призм и вмонтированных в стенки печи.Предварительно подогретое в теплообменниках сырьё подаётся в нижние трубы конвекционной камеры 6, и, проходя через трубы этой камеры, нагреваются отходящими топочными газами.

Затем нефть поступает в радиантные трубы 4 и 5, в которых нагревается благодаря тепловому излучению и сильно нагретому топочному газу. Нагретая нефть отводится из верхней части печи и направляется на переработку.

Принципиальная схема АВТ приведена1) Нефть из установки ЭЛОУ последовательно прокачивается через трубчатые теплообменники 6, 9, 12, 13, где подогревается до 170-180ºС.

2) Затем нефть подаётся в трубчатую печь 2, где нагревается до температуры 320ºС и в паражидкостном состоянии подаётся в нижнюю часть ректификационной колонны 3.

3) В колонне 3 смесь паров углеводородов отделяется от неиспарившегося остатка и разделяется на фракции путём ректификации. Ректификационная колонна – это вертикальный стальной цилиндр диаметром 4-6 м и высотой 35-45 м, тщательно изолированный снаружи асбестом. Внутри колонны имеется до 40 стальных или чугунных перегородок, называемых тарелками (Рис. 3):

а) в каждой тарелке 1 (рис. 3) имеется большое число отверстий, в которых укреплены короткие направленные вверх трубки, так называемые патрубки 2, прикрытые сверху колпачками 3, имеющими зубчатый нижний край;б) через эти патрубки и колпачки проходят пары нефти, которые поднимаются по колонне снизу верх;в) в тарелках укреплены сливные стаканы 4, служащие для стекания жидкости (флегмы) с вышележащей на нижележащую тарелку;

г) неиспарившаяся часть нефти стекает с одной тарелки на другую;

(1) На самую нижнюю тарелку подают перегретый водяной пар, что способствует удалению из мазута летучих веществ. Пузырьки водяного пара перемешивают жидкость и увеличивают поверхность испарения.

(2) Пары летучих углеводородов, поднимаясь вверх и подвергаясь ректификации, разделяются на фракции.

(3) Пары в виде пузырьков, выходящих между зубцами колпачков 3, побулькивают через слой флегмы в тарелках.

(4) Благодаря этому пары нагревают флегму, испаряя из неё более летучие углеводороды, а менее летучие, содержащиеся в парах, вследствие охлаждения флегмой конденсируются и увлекаются ею на нижележащие тарелки.

!!! Таким образом, на каждой тарелке происходит как обмен теплом между парами и конденсатом, так и переход из пара в жидкость и обратно – как бы отдельный процесс перегонки на каждой тарелке.

4) Из поднимающихся вверх паров на первых (самых нижних) тарелках конденсируются углеводороды, с наибольшими температурами кипения образуя 1-ю фракцию – соляровое масло (300-350ºС, 5%);

2-я фракция - керосин (200-300ºС, 18%);

3-я фракция - лигроин (160-200ºС, 8%).

5) После охлаждения эти фракции направляются в сборники.

6) 4-ю фракцию - бензин (до 170ºС, 15%) отбирают в верхней части колонны в парообразном состоянии и охлаждают сначала в теплообменнике 6 свежими порциями нефти, затем в конденсаторе 7 и в виде жидкости он попадает в отстойник 8 для отделения от воды.

7) Часть бензина возвращается в колонну 3 на орошение для конденсации паров, что улучшает качество бензина.

8) 5-ю фракцию - мазут (270-280ºС, 55%), вытекающий из нижней части колонны 3, подают в трубчатую печь 2, в которой он нагревается до 400-420ºС и направляют в ректификационную колонну 4, работающую под вакуумом 8-11 КПа.

9) В нижнюю часть колонны 4 подаётся острый пар.

10) Отделившиеся от гудрона пары, поднимаясь вверх, делятся на фракции цилиндрового, машинного и веретённого масел, которые отбирают, охлаждают и направляют в сборники.

11) Тяжёлый газойль отводят из колонны в виде паров, охлаждают в теплообменнике 9, конденсаторе 10 и направляют в сборник. Часть его возвращается на орошение колонны 4.

12) Получаемые при такой перегонке фракции подвергают очистке от серы, и кислородсодержащих соединений, затем используют в качестве готовых продуктов: моторных топлив и смазочных масел.