Химическая технология топлив и углеродных материалов.
Подготовка нефти к переработке, эмульсионность нефти. Три метода разрушения эмульсий и их комбинации.
Добываемая из недр нефть сод-т разл-е прим-си, частицы песка, глины, соли, воду, раств-е газы. Сод-е тв. частиц в нефти доходит до 1,5%, а кол-во воды может изм-ся в широких пределах. В начале работы скважины воды может быть менее 0,3%, по мере старения ее сод-е воды может доходить до 90%, для перекачки нефти по магистр-м трубопроводам необходим, чтобы воды было не более 1%. А на НПЗ на переработку нефть поступает с содер-ем воды 0,1%. Вода спос-ет гидролизу солей. Дает большой объем при исп-ии и на ее исп-е тратиться большое кол-во тепла, т.е. она явл-ся вредной примесью.
Мех-е прим-си выз-ют эрозию труб-ов, насосов, вызывают в печах и хол-х отл-я тем самым сниж-я коэфф-т теплопередачи, увел-ют зольность ост-ов, соли могут нах-ся в виде кристаллогидратов. Частично соли гид-ся с обр-ем кислот, что способ-ет коррозии обор-я. Одной из важных хар-к при переработке явл-ся эмульсионность нефти.
Эмульсионность нефти – условно принято принимать за кол-во ост-ся воды после центриф-я отнесенное к общему ее кол-ву в эмульсии и выр-е в %. По уст-ти эмульсий нефти делятся на 3 группы: к первой относятся нефти,образующие с водой наиболее устойчивые эмульсии, к третьей – самые легкие нефти, которые образуют малостойкие эмульсии с водой. Прим-ся 3 метода разрушения эмульсии: механическая, химическая, электрическая или их комбинации. К мех-м относятся – отстаивание, центрифугирование, фильтрование
Отст-е идет по закону осажд-я частиц в жид-ти. В зависимости от разности плотностей. На промыслах уст-ся дегидр-ры, подогрев нефти способ-ет снижению вязкости и повер-го натяжения, по этому нефть нагревают до 120-160 С, под давлением от 8 до 15 атм. время пр-са 2-3 часов.
Центриф-е в этом случае отстой идет под действием центробежной силы в центрифугах или сепараторах. Исп-ся аппараты с числом оборотов 3,5-50 тыс. об/мин.
Фильтрование происходит за счет явления смачивания в осн-м прим-ся для отд-я воды от уже разрушенной эмульсии, этот способ имеет высокую эф-ть. Колонну зап-ют стекловатой, стекловол-ом, стужкой из разл-й древесины. Недостаток быстрое заб-е филь-го слоя и необход-ть его чистки.
К химическим относят:
Разруш-е за счет ввода ПАВ, к-е действуют как деэмульгаторы. Деэмульгатор может, во-первых, адсорб-но вытесн-ть дейст-й эмульгатор в-вом с большей поверх-й актив-ю; во-вторых, обр-ть эм-сии противоп-го типа и за счет этого разруш-ть сущ-е; в-третьих, растворять или разрушать адсорб-е пленки за счет взаим-я с деэмульгатором.
Роль деэмульгаторов при обессол-ии нефти закл-ся в разрушении брониров-го слоя, окружающего капельки пластовой воды. и предотвр-е обр-е его вокруг капелек вновь подаваемой в нефть промывной воды. Отсюда следует: чем больше сод-ся воды, вкл-я промывную, и выше диспергированность эмульсии, тем больше межфаз-я поверх-ть и след-но треб-ся больше деэмульгатора.
К электрическим относятся: для разрушения эмульсии используется переменный ток высокого напряжения. Эмульсия попадает между электродами электродегидратора под действие эл-го период-го поля. Капля воды преобретает грушевидную форму острый конец к-й направлен к «+» электроду и стремиться двигаться к нему. Частота поля 60 Гц при изм-ии напр-я форма капли меняется, капли сталкиваются друг с другом, при высоком напр-ии происходит пробой обол-ки диэлектрика, капли сливаются, укрупняются и осаждаются. Нефть уходит сверху электродегидратора.
Фактически в эл-дегид-ре раб-ет не только эл-во, но и термохим-е добавки деэм-ор подается щелочь для нейт-ции воды и подается чистая вода для удал-я солей. Напр-е в элдегид-х 22-27-33-38,5-44 тыс. Вт. Температура от 100 до 160 и подбирается таким образом, чтобы вязкость нефти была 2-4 мм/с.
Давление выбирается в зависимости от температуры: определяется давление, при котором будет закипать вода при данной температуре, и берется 20%-й запас.
Термические процессы (классификация термических и термокаталических процессов).
Эти процессы связаны с преобразованием компонентов нефти или вторичные процессы т.е. процессы направленные на получение дополнительных светлых топлив.
Термические процессы
1.термический крекинг Проводится при повышенном давлении 2-4 МПа жидкого тяжелого сырья с получением жидких продуктов и газа. Тем-ра 470-540 С.
Термический крекинг под давлением проводят для получения автомобильного бензина. В качестве сырья используют газойль и мазут.
2.Коксование тяжелых остатков или высокоароматизированных тяжелых дистиллятов Проводится при невысоком давлении до 0,5 МПа при т-рах 450-550 0С. Получают кокс, газ и жидкие продукты. Целевым продуктом явл. кокс, но также находят применение и др. жидкие и газообразные продукты.
3. Пиролиз (высокотемпературный крекинг) Жидкого или газообразного сырья при невысоком давлении 0,2-0,5 МПа, а зачастую и при атмосф-м давлении получают газ богатый непредельными углеводородами и жидкий продукт. Это наиболее жесткий крекинг тем-ра 700-900 С. Цель: получение этилена, пропилена, бутиленов. В качестве побочных продуктов получают ароматику (бензол, толуол, нафталин)
4. Висбрекинг - легкий крекинг, при котором за счет крекинга легко снижается вязкость и тяжелые мазуты превращаются в высококачественные остаточные топлива. Процесс проводят до 3 МПа и тем-ре 450-500 0С.
5. Деструктивная перегонка Когда отгон продуктов ведется с одновременным крекингом, резко увеличивается выход дисциллятных фракций, явл-ся сырьем для других процессов. Процесс проводят при тем-ре 450-500 0С, при атмосферном давлении или вакууме.
6. Процесс термического разложения (термолиз) Где получают очень тяжелый остаток (почти коксовый) в котором концентрируются все тяжелые металл (Ni, V и др.) соли и др. примеси. А также получается жидкий продукт, который является сырьем для кат. крекинга.
7. Процесс термического риформинга Прямогонный бензин при давлении 1-5 МПа подвергается воздействию тем-ры 450-600 С, при которой протекают процессы крекинга, изомеризации, ароматизации, гидрирования и др. в результате чего повышается октановое число бензина и улучшается его качество.
8. Производство сажи В этом процессе при повышенных тем-ах без давления часто в присутствии кислорода воздуха, происходит частичное сгорание газового сырья или специальных высокоароматизированных жидких видов сырья. Выделяется при сгорании тепло, расходуется на крекинг сырья и образование сажи т. е. продукт полного разложения углеводородов.
Все эти процессы характеризуются высокими тем-ми в зоне реакции происходит крекинг, процессы сопровождаются вторичными реакциями уплотнения вновь образовавшихся углеводородных молекул, они сопровождаются перераспределением водорода и крекингом полученных крекинг продуктов.
Термокаталитические процессы
Каталитический крекинг Назначение: получение высококачественного бензина, получают газ богатый бутан-бутиленовой фракцией, является сырьем для получения высокооктановых компонентов бензинов, и высокоцетановых компонентов ДТ.
Катализаторы: алюмосиликатные аморфные или циалитосодержащие с кристаллической структурой.
По температурному режиму процесс близок к термическому крекингу 440-540 С. Давление близко к атмосферному, но скорость реакций на несколько порядков выше и качество полученного бензина намного выше, чем при термокрекинге.
Каталитический риформинг Ароматизация бензиновой фракции, протекающая в результате преобразования нафтенов и парафиновых углеводородов в ароматические. Продуктами явл-ся высокооктановые высокоароматизированные бензины или индивидуальные ароматические углеводороды (бензол, толуол, этилбензол и др.). Процесс осуществляется на алюмоплатиновых катализаторах или полиметаллических катализаторах. При тем-ре 480-540 С и давление 2-4 МПа в присутствии водородсодержащего газа. Побочный ценнейший продукт процесса это ВСГ.
Каталитическая изомеризация легкой бензиновой фракции или пентан-гексанов Служит для повышении их октанового числа и используются они в качестве высокооктанового компонента бензинов.
Процесс осуществляется под давлением водорода или ВСГ на алюмоплатиновых катализаторах тем-ре 480-500 С давление 2-4 МПа.
Каталитическая изомеризация твердых углеводородов С целью получения высококачественных высокоиндексных и изопарафиновых масел. После изомеризации проводят отгон легких фракций и глубокую депарафинизацию продуктов.
Гидрогенизационные процессы.
В этих процессах в результате термокаталитических преобразований исходного сырья под давлением водорода получают высококачественные продукты требуемого хим.состава и физ-хим свойств
В зависимости от глубины воздействия температуры и водорода, а также назначения различают три принципиальных разновидности гидрогенизационных процессов: