книги из ГПНТБ / Сыркин, А. М. Соединения нефти и методы ее переработки учебное пособие для студентов нехимических специальностей

Г Л A B A III

ПОДГОТОВКА НЕФТИ К ПЕРЕРАБОТКЕ

Поступающие на нефтеперерабатывающие заводы нефти со­ держат воду (до 1% и более) с растворимыми в ней минераль­ ными солями. Прежде чем начать переработку нефти, ее необхо­ димо подвергнуть обезвоживанию и обессоливанию. Это вызвано тем, что вода и соли вызывают коррозию и загрязнение аппара­ туры, вспенивание и выбросы нефги при резком испарении воды.

Обезвоживание и обессоливание нефти производится на уста­ новках ЭЛОУ.

§ 1. Основные факторы процесса

Сырье. Обезвоживание нефтей представляет определенную трудность, т. к. вода с нефтью образует весьма стойкие эмульсии в виде мельчайших капель. Поверхность капель окружена ад­ сорбированными полярными веществами, например, нафтеновы­ ми и асфальтогеновыми кислотами, смолами, асфальтенами, вви­ ду чего эмульсии не разрушаются путем простого отстаивания. Наиболее стойкие эмульсии дают высокосмолистые вязкие неф­ ти, например, арланская, чекмагушевская.

Электрическое поле. Процесс разрушения эмульсии путем слияния капель значительно усиливается в электрическом поле переменной частоты. Под действием электрического поля частицы эмульсии вытягиваются и при столкновении.друг с другом ук­ рупняются, а затем оседают. Напряжение между электродами составляют 15000—33000 в.

Деэмульгатор. Целый ряд поверхностно-активных веществ обладают способностью понижать стойкость водо-нефтяных эмульсий. Наибольшее применение получили деэмульгаторы ОЖК (оксиэтилированные жирные кислоты) и ОП-Ю (окспэтилированные алкилфенолы). Расход деэмульгатора зависит от стойкости эмульсий и требуемой глубины обессоливания и сос-

49

тавляет обычно 10—40 г/г. Деэмульгатор применяют в виде 2—5%-ного водного раствора. Стойкость эмульсии снижается при добавлении чистой воды в количестве до 10% от нефти.

Температура и продолжительность. Частицы эмульсии, имею­ щие достаточно большие размеры (более 0,5 мк), способны осе­ дать и сливаться в сплошной водный слой. Процесс осаждения капель воды в нефти описывают законом Стокса:

Повышение температуры снижает вязкость нефти и поэтому ускоряет процесс осаждения частиц эмульсии. Ограничение верх­ него предела температуры вызвано испарением нефти. Обычнс процесс обессоливания проводят при 80—110°С. В редких слу­ чаях температуру поднимают до 150°С. Продолжительность раз ­ рушения и отстоя эмульсии составляет 2—3 часа.

Н—2, Н—3, Н—4, Н—5 —насосы

По т о к и : I—сырая нефть; II—деэмульгатор; III—щелочь; IV—свежа* вода; V—обессоленная нефть; VI—соленая вода, выделенная из нефти

50

Г Л А В А IV

ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

Использование нефти без разделения на фракции нецелесо­ образно. Первичная переработка нефти предназначена для раз­ деления ее на ряд фракций, отличающихся по температурным пределам выкипания и другим физико-химическим свойствам.

Эти фракции подвергают химической переработке, а затем путем компаундирования и добавок различных присадок получа­ ют товарные топлива, масла, битумы, парафины и ряд других нефтепродуктов.

§ 1. Основы ректификации нефти

Ректификация является основным способом разделения неф­ ти на фракции. Ректификация основана на свойстве нефти при нагревании испаряться с образованием пара, по составу отли­ чающегося от жидкого остатка. Между концентрациями компо­ нентов нефти в жидкой и паровой фазе существует определен­ ная зависимость, обычно выражаемая уравнением

52

Р и с . 2. Устройство колпачковой тарелки:

1—пластина; 2—сливной стакан; 3—колпачок; 4—паровой патрубок; 5—про­ рези колпачка; 6—кольцевое пространство; 7—подпорная перегородка; 8—стенка колонны

лее легкие фракции, чем находящаяся в равновесии с ней жид­ кая фаза.

Процесс ректификации осуществляется в вертикальных ко­ лоннах, в которых имеются контактирующие устройства (тарел­ ки, насадки), обеспечивающие обогащение паровой фазы низкокипящими компонентами, а жидкой фазы — высококипящими. Устройство тарелок показано на рис. 2. Тарелка представляет собой горизонтальную перегородку с колпачками и сливным ста­ каном. Нефтяные пары, проходя вверх через колпачки, контак­ тируют с жидкостью, стекающей с выше расположенной тарел­ ки. При этом жидкость обогащается высококипящими компонен­ тами, а пары низкокипящими. Жидкостный поток или орошение образуется за счет конденсации части паров в результате их охлаждения наверху колонны.

Для образования парового потока поступающее в колонну сырье подвергают предварительному испарению путем нагрева,, а также подводят тепло или подают водяной пар в низ колонны. Та часть колонны, которая расположена над вводом сырья, под­ лежащего ректификации, называется концентрационной, т. к. в ней происходит концентрация легкокипящих компонентов в па­ рах. Часть колонны, расположенная ниже ввода смеси, называ­ ется отгонной (в ней осуществляется отгон из стекающей жид­ кости низкокипящих компонентов). Продукт, отбираемый с верха

53

ректификационной колонны, называется дистиллятом, а отби­ раемый снизу — остатком.

С тарелок колонны можно отобрать продукты с летучестью ниже, чем у дистиллята верха колонны, и выше, чем у остатка, выходящего с низа колонны. Однако эти продукты довольно силь­ но обогащены низкокипящими компонентами. Поэтому их про­ пускают через дополнительную колонну, где с помощью водяно­ го пара отгоняются низкокипящие компоненты, которые снова отправляются в основную колонну.

§ 2. Факторы процесса первичной переработки нефти

Сырье. Поступающая на фракционировку нефть (или смесь нефтей) должна быть обезвожена и обессолена. Для уменьше­ ния коррозии в нефть иногда добавляют щелочь. От качества нефти зависит ассортимент выделяемых фракций и направление ее первичной перегонки.

Температура. Повышение температуры сырья, поступающего в колонну, благоприятно сказывается на четкости ректификации. Однако чрезмерное повышение температуры вызывает расход топлива, воды и электроэнергии и может привести к снижению производительности установки.

Давление. Повышение давления ухудшает четкость ректифи­ кации, но позволяет увеличить производительность установки.

Различают атмосферную перегонку нефти до мазута, которая осуществляется при давлении 2 ата и сводится к выделению из нефти светлых нефтепродуктов. Для выделения путем ректифи­ кации при атмосферном давлении из мазута масляных дистилля­ тов или вакуумного газойля требуется температура 450°С и бо­ лее. Однако при такой температуре имеет место разложение (кре­ кинг) мазута. Чтобы избежать этого, перегонку ведут под ваку­ умом (при остаточном давления 20—60 мм рт. ст.) и в присутст­ вии водяного пара, что позволяет снизить температуру до 380— 420°С.

Число тарелок. Чем больше тарелок установлено в колонне, тем более четко удается разделить нефть на фракции. Практикой установлено, что на каждую выделяемую из нефти фракцию в концентрационной части колонны требуется примерно 15 таре­ лок. В отгонной части колонны обычно устанавливают 6—8 та­ релок. На чистоту выделяемых фракций оказывает влияние крат­ ность орошения колонны.

§ 3. Технологические схемы установок первичной перегонки нефти

Установки первичной перегонки нефти различаются по про­ ектной производительности, по ассортименту получаемых про­ дуктов и по технологической схеме.

54

Известны установки с проектной производительностью 0,6; 1,0; 2,0; 3,0 и 6,0 млн. т/г. На высокопроизводительных установ­ ках переработка нефти ведется с меньшими капитальными и экс­ плуатационными затратами.

Г1о ассортименту полученных продуктов установки можно разделить на топливные и топливно-масляные.

На топливных установках получают:

1)карбюраторные, реактивные и дизельные топлива и мазут или вместо мазута вакуумный газойль и гудрон;

2)узкие бензиновые фракции, дизельное топливо и мазут или вместо мазута вакуумный газойль и гудрон.

На топливно-масляных установках получают:

1)карбюраторные, реактивные и дизельные топлива, масля­

ные дистилляты и гудрон; 2) узкие бензиновые фракции, дизельное топливо, масляные

дистилляты и гудрон.

Перегонку нефти до мазута осуществляют на атмосферных трубчатках (АТ) с однократным или двукратным испарением нефти (рис. 3). Схема с однократным испарением более проста, но ее применяют для перегонки малосернистых нефтей со срав­ нительно небольшим содержанием бензиновых фракций. Нали-

Р и с. 3. Принципиальные схемы перегонки нефти До мазута с однократ­ ным (а) и двукратным (б) испарением

А п п а р а т ы : 1—сырьевой насос; 2 — трубчатая нагревательная печь; 3—основная (атмосферная) ректификационная колонна; 4—колонна предва­ рительной ректификации (отбензинивающая колонна); 5—отпарные колон­ ны; 6—конденсатор-холодильник; 7—сырьевые теплообменники

П о т о к и : I—нефть; II—отбензиненная нефть; III—орон ение; IV—бен­ зиновая фракция НК—120’С; V—бензин; VI—тяжелый бензин; VII*—керо­ син; VIII—дизельное топливо; IX—атмосферный газойль; X—мазут;.

XI—водяной пар

55

чие предварительной колонны на установке с двукратным ис­ парением снижает отложения солей в трубах печи и уменьшает коррозию основной колонны. На установках с двукратным испа­ рением перерабатывают сернистые и высокосернистые нефти, а также нефти с большим содержанием светлых фракций.

Выделение масляных дистиллятов и вакуумного газойля из мазута производят на вакуумных установках (ВТ), включаю­ щих трубчатую печь, одну или две ректификационных колонны с отпарными секциями и систему создания вакуума (рис. 4).

Обычно на нефтеперерабатывающих заводах атмосферную перегонку нефти и вакуумную перегонку мазута осуществляют на атмосферно-вакуумных трубчатках (АВТ). Режим работы основ­ ных аппаратов АВТ показан в табл. 16.

§ 4. Ассортимент продуктов и материальный баланс установок первичной перегонки нефти

При первичной перегонке нефти получают следующие про­ дукты: углеводородный газ, бензиновую фракцию 30—180°С (или узкие бензиновые фракции 30—62°С, 62—85°С, 85—120°С, 120— 140°С), реактивное топливо с пределами кипения 120—240°С, ди­ зельную фракцию 180—350°С, мазут с н. к. 350°С (котельное

56

топливо), вакуумный газойль 350—500°С, масляные дистилляты:

легкий (300—400°С), средний (400—450°С) и тяжелый (450— 500°С) и гудрон с н. к. 500°С.

Выход отдельных продуктов зависит в основном от состава Исходной нефти.

57

ГЛАВА V

ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДЕСТРУКТИВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

Существующие в настоящее время физические методы пере­ работки (перегонка, кристаллизация, экстракция и адсорбция) позволяют разделять сырую нефть лишь на группы углеводоро­ дов. Этими методами переработки, однако, можно получить лишь те углеводороды, которые находятся в естественном виде в сы­ рой нефти. Физических методов переработки уже давно недоста­ точно.

Для удовлетворения изменяющихся и непрестанно растущих требований техники и для рационального использования нефти ее подвергают химической переработке. Важное место среди хими­ ческих методов переработки сегодня занимают термические про­ цессы: термический крекинг, коксование и пиролиз.

Термическое разложение высокомолекулярных углеводоро­ дов с образованием низкомолекулярных газообразных и жидких продуктов было исследовано еще в прошлом столетии русским ученым А. А. Летним, а инженеры В. Г. Шухов, С. П. Гаврилове конце XIX века показали возможность получения газа, фракций бензина и керосина при термическом разложении высокомоле­ кулярного нефтяного сырья.

Промышленные установки термического крекинга стали стро­ ить в США, начиная с 1913 года. Они в сущности являлись вари­ антами процесса Шухова. К 1928—1932 гг. термический крекинг получил широкое развитие и долгое время занимал ведущее мес­ то в переработке нефти.

Крекинг — это процесс разложения и превращения высококипящих углеводородов нефти (газойля и остатков первичной пе­ регонки) под действием высокой температуры (на практике 450—550’С) в более летучие низкокипящие продукты.

58