книги из ГПНТБ / Суханов, В. П. Переработка нефти учебник

в другой в виде мельчайших капелек (во взвешенном состоянии). Нефтяные эмульсии бывают двух типов: «нефть в воде» (гидрофиль­ ная эмульсия) и «вода в нефти» (гидрофобная эмульсия). Цвет эмульсии — от желтого до темно-коричневого, консистенция — от сметанообразной до мазеподобной. Чем больше воды в эмульсии, тем меньше ее подвижность.

Стойкость эмульсии зависит от наличия в ней эмульгатора — ве­ щества, растворимого в одной из жидкостей, которое образует как бы пленку, обволакивающую капельки распыленного вещества и препятствующую их слиянию. Эмульгаторы бывают гидрофильные и гидрофобные. К гидрофильным эмульгаторам, хорошо раствори­ мым в воде и не растворимым в нефти, относятся натриевые соли нафтеновых кислот, сульфокислоты и др. К гидрофобным эмульга­ торам, хорошо растворимым в нефти и не растворимым в воде, от­ носятся нафтенаты, а также тонкоизмельченные частицы глины, окислов металлов и особенно Са, Mg, Fe, А1, асфальтовые и смо­ листые вещества и др. Наличие тех или иных эмульгаторов способ­ ствует образованию эмульсии, отвечающей по типу названию эмуль­ гатора.

Другая причина устойчивости эмульсии — накопление зарядов статического электричества на каплях воды и твердых взвесей. Под влиянием зарядов статического электричества происходит взаимное отталкивание, препятствующее слиянию частиц воды.

Для определения типа эмульсии существует два способа. Пер­ вый— растворение ее в воде и в бензине. Гидрофильная эмульсия («нефть в воде») растворяется в воде и опускается на дно в бензи­ не, обратное явление наблюдается у гидрофобной эмульсии («вода в нефти»).

Второй способ основан на определении проводимости электриче­ ского тока. Электрический ток будет проводить только гидрофиль­

новные способы: механический, термический, химический, термохи­ мический и электрический.

Механический способ разрушения эмульсий основан на приме­ нении отстоя, центрифугирования и фильтрации. Процесс отстаива­ ния общепринят, но он дает результат только при наличии нестой­ ких эмульсий. В большинстве случаев он является первой стадией для одного из основных методов разрушения эмульсий. Центрифу­ гирование и фильтрацию применяют в лабораторных условиях для определения содержания воды в нефти и ловушечном продукте. В промышленности центрифугирование из-за малой производитель­ ности центрифуг и большого расхода электроэнергии не нашло при­ менения. Практически не применяют и фильтрацию, так как она требует частой смены загрузки фильтров, что связано с большими трудовыми затратами.

Термический способ разрушения нефтяных эмульсий основан на применении тепла. При нагревании эмульсии пленка эмульгатора

расширяется и лопается, а капельки жидкости сливаются друг с другом. Внизу отстаивается вода, наверху нефть. Обычно отстаива­ ют и нагревают нефть в резервуарах-отстойниках при температуре до 60° С. Но встречаются эмульсин, которые не разрушаются даже при нагревании до 120° С. В этом случае прибегают к другим мето­ дам разрушения эмульсии или проводят процесс с большей гермети­ зацией во избежание потерь легких фракций.

Химический способ разрушения эмульсий применяют сейчас все чаще. Используемые для этого вещества — деэмульгаторы дают эф­

зованию эмульсий, противоположных по типу разрушаемым. При соприкосновении таких эмульсий их эмульгирующая способность парализуется, и эмульсия расслаивается.

Термохимический способ заключается во введении в подогретую нефть деэмульгатора. Он эффективен при использовании высокока­

150—155° С, отстаивается от воды. Этот способ применяют при раз­ рушении стойких эмульсий тяжелых нефтей.

Электрический способ нашел применение на промыслах и осо­ бенно на нефтеперерабатывающих заводах. Сущность его заклю­ чается в том, что под действием на эмульсию электрического поля, созданного высоким напряжением переменного тока, пленка разры­ вается и эмульсия .разрушается.

При электрическом способе разрушения эмульсии основное зна­ чение имеют аппараты, в которых происходит обезвоживание и обес­ соливание нефти. Обычно этот аппарат называют электродегидрато­ ром. На рис. 30 показано устройство одного из таких аппаратов. По­ догретая нефть поступает по трубе 1 к распределителю 3, помещен­ ному между электродами 2. ^Электроды подвешены на гирляндах 4 из подвесных изоляторов и присоединены через два проходных изо­ лятора 6 к трансформатору (каждый электрод к своему трансфор­ матору), имеющему на высокой стороне напряжение 15 тыс. В. Эмульсия разбрызгивается между электродами круговым горизон­ тальным потоком. Под воздействием тока высокого напряжения эмульсия разрушается. Вода собирается в нижней части аппарата и выходит по трубе 12 (постоянный уровень поддерживается регу­ лятором). Чистая нефть отстаивается в верхней части аппарата и отводится при помощи автоматического регулятора-поплавка, ко-- торый соединен с электрическим выключателем, поэтому при пони­ жении уровня жидкости подача тока прекращается. Для сброса из­ быточного давления в верхней части аппарата установлен предохра­ нительный клапан.

52

литель; 4 — гирлянды; 5 — трансформатор; 6 — изолятор; 7 — предо­ хранительный клапан; 8 — труба для выхода очищенной нефти; 9 — выключатель; /0 —корпус аппарата; // — регулятор уровня; /2 —тру­ ба для воды; 13 — щиток

Конструкция электродегидраторов неоднократно менялась. На рис. 31 показан один из типов шарового электродегидратора емко­ стью 600 м3. Он может пропускать до 6500 м3 нефти в сутки. Однако для установки большой производительности шаровые злектродегид-

53

раторы оказались нерациональными, так как увеличение диаметра их шаров для повышения производительности установок приводит к нерациональному использованию объемов аппаратов, располо­ женных выше и ниже межэлектродных зон. Поэтому дегидраторы

Рис. 31. Шаровой электродегидратор:

стали конструировать в виде горизонтальных цилиндрических сосу­ дов с торцевыми полусферическими поверхностями.

В горизонтальных электродегидраторах при сравнительно не­ большом диаметре цилиндрической части (2,5—3,5 м) можно путем увеличения длины аппаратов (до 2 0 м) увеличивать плоскость го-

54

ризонтального сечения, в котором расположены электроды, и тем самым увеличивать производительность аппаратов. Такие электро­ дегидраторы работают при температуре ПО—150°С и давлении

10—24 кгс/см2.

В последние годы в целях экономии тепла и энергии на перекач­ ку нефти, а'Также уменьшения капитальных вложений внутри аппа­ рата устанавливают глухую вертикальную перегородку, разделяю­

городок. Образующиеся при этом секции электродегидратора с самостоятельными электродами

сообщаются между собой через проемы в перегородках, находящие­ ся на уровне межэлектродных промежутков. Схематически конст­ рукция такого электродегидратора показана на рис. 32.

Несмотря на свою сложность, электрический способ разрушения эмульсии наиболее выгоден, так как малые эксплуатационные рас­ ходы быстро окупают стоимость оборудования. Кроме того, благо­ даря использованию герметизированной аппаратуры практически отсутствуют потери легких углеводородов.

На новых установках в Советском Союзе уже применяются гори­ зонтальные электродегидраторы. Так, на комбинированных установ­ ках ЭЛОУ-АТ-б и ЭЛОУ-АВТ-6 (см. стр. 61) имеется шесть гори­ зонтальных электродегидраторов конструкции Гипронефтемаша ти­ па 1ЭГ-160 (три для первой ступени и три для второй). Конструктив,- ные данные аппаратов следующие: диаметр 3400 мм, длина 18 640, толщина стенки 8 мм, масса 39 500 кг. Внутри аппаратов смонтиро­ ваны электроды, подвесные проходные изоляторы, обслуживающие металлоконструкции и пр.; на аппаратах установлены трансформа­ торы высокого напряжения. Электродегидраторы работают при дав­ лении 10—11 кгс/см2 и температуре 110° С на обеих ступенях.

В настоящее время применяют эффективные деэмульгаторы ОП-Ю, ОЖК, Проксанол-305, Дисольван-4411 и др.

Подготовка нефти на промыслах и нефтеперерабатывающих заводах

Добываемая на промыслах нефть обычно смешана со значи­ тельным количеством соленой воды и грязи. На некоторых место­ рождениях (особенно в первоначальный период их эксплуатации) нефть содержит от 2 до 2 0 % соленой воды, на' других более 60%

55

(обводненные месторождения). Смесь нефть — вода обычно добы­ вают из скважин в виде более или менее устойчивой эмульсии. По­ требителю же нужна нефть с минимальным содержанием соли и воды, поэтому уже на месте добычи или на нефтесборных пунктах ее необходимо подвергать глубокой очистке.

Рис. 33. Принципиальная схема технологического процес­ са сбора нефти и газа и подготовки их к сдаче потреби­ телям на промыслах:

нефтеперерабатывающие заводы (или на нефтебазы н головные станции нефтетрубопроводов): III — газа (попутного нефтяного)

на газоперерабатывающие заводы

Схема технологического процесса сбора нефти и газа п подго­ товки их для передачи потребителям показана на рис. 33. В зависи­ мости от качественной характеристики нефти и газа степень полно­ ты технологического процесса бывает различной. Сейчас на ряде промыслов в основном производят обезвоживание (до 1—2 %) и только частично обессоливание. В ближайшие годы па промыслах должна быть достигнута такая подготовка нефти, чтобы содержа­ ние в ней воды не превышало 0 ,1—0,3% и солей 1 0 0 мг/л (для за­ падносибирских нефтей 300 мг/л). При этом все нефти должны быть обработаны деэмульгатором, что облегчает их дальнейшую обработку на нефтеперерабатывающих заводах.

Уже отмечалось, что для обеспечения высокоэффективных пока-- зателей работы установок по переработке нефти необходимо на них подавать нефть с содержанием солей не более 6 мг/л и воды 0 ,2 %. Поэтому получаемую с промыслов нефть подвергают доочистке (додеэмульсации) на нефтеперерабатывающих заводах.

Эта доочистка в основном осуществляется на электрообессоли­ вающих установках ЭЛОУ. Принципиальная схема ЭЛОУ приведе­ на на рис. 34. Нефть двумя потоками поступает в теплообменник 1, где нагревается за счет тепла обессоленной нефти, а оттуда — в по­ догреватели 2, где нагревается отработавшим паром. После этого потоки нефти направляются в отстойники термохимического обес­ соливания 3. Перед отстойниками в подогретую, нефть подают де­ эмульгатор. После отстойников нефть двумя потоками поступает в первый коллектор электрообессоливания (на рисунке не показан).

56

В каждый поток для вымывания солей подкачивают подогретую до 70—80° С щелочную воду. Из сырьевого коллектора нефть поступает на электродегидраторы первой ступени 4, а затем, пройдя сборник нефти 5, в электродегидраторы второй ступени 6. Перед поступле­ нием в электродегидратор второй ступени 6 в частично обессолен­ ную нефть подкачивают щелочную воду. После второй ступени электрообессоливания нефть перетекает в сборник 7.

новки:

/ — теплообменники; 2 — подогреватели; 3 — отстойники термохимическо­ го обессоливания; 4 — электродегндратор первой ступени; 5 — сборник нефти после первой ступени; 6 — электродегидратор второй ступени; 7 — сборник нефти после второй ступени; линии: / — входа нефти; // — по­ дачи деэмульгатора; // / — подачи щелочной воды; IV — сброса воды;

V' — выхода обессоленной нефти

На установке имеется технологическая карта, руководствуясь которой, поддерживают заданный технологический режим. Автома­ тическое регулирование и автоблокировка обеспечивают безопас­ ность работы, отключая ток при создании аварийного положения.

§ 8. ПРОЦЕССЫ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Основное назначение и типы установок для перегонки нефти

Переработка нефти начинается с ее перегонки, которую сейчас производят исключительно на трубчатых установках.

Основное назначение перегонки нефти — разделение ее на от­ дельные фракции (продукты). Для получения светлых нефтепродук­ тов (бензина, керосина, дизельного топлива) перегонку ведут на установках, работающих под атмосферным давлением, — атмос­ ферных трубчатках (АТ).

В остатке при перегонке нефти на АТ получают мазут, который используют как товарный продукт или как сырье для других про­ цессов. Мазут молено подвергнуть перегонке на установках, рабо­ тающих под вакуумом, и получить масляные дистилляты или сырье для каталитического крекинга.

57

Внекоторых случаях атмосферную п вакуумную перегонку неф­ ти ведут на одной установке. Такие комбинированные установки называют атмосферно-вакуумными трубчатками (АВТ). Остатком при атмосферно-вакуумной перегонке нефти является гудрон, кото­ рый используют для получения котельных топлив или как сырье для получения высоковязких масел (так называемых остаточных масел), битума и кокса. АВТ занимают меньшую территорию, рас­ ходуют меньше топлива, электроэнергии и пр., чем АТ и ВП (ваку­ умная перегонка мазута). Поэтому на современных заводах с вы­ соким отбором светлых нефтепродуктов или с большим объемом производства масел и битума сооружают в основном атмосферно­ вакуумные трубчатки, причем часто в комбинации с блоком элек­ трообессоливания. Такие установки называют ЭЛОУ-АВТ.

Втех случаях, когда производство масел не предусматривается,

аотбор светлых нефтепродуктов не превышает 45%, обычно строят атмосферные трубчатки, сочетая их с ЭЛОУ (ЭЛОУ-АТ). Иногда, если объем производства масел или битума незначителен, а отбор светлых нефтепродуктов мал, ограничиваются строительством ком­ бинированных установок ЭЛОУ-АТ и дополнительно в схему завода включают вакуумную перегонку части мазута, получаемого на ЭЛОУ-АТ.

Атмосферная перегонка нефти

Атмосферные установки бывают следующих типов: с однократ­ ным испарением, с двукратным испарением в двух колоннах и с предварительным испарением легких бензиновых фракций.

На установках с однократным испарением (рис. 35, а) нефть на­ сосом 1 прокачивается через теплообменники 2 в электродегидра­ тор 3 и далее под давлением, создаваемым тем же насосом, посту­ пает в трубчатую печь 4, а затем в ректификационную колонну 5. Этот тип установок наиболее экономичен для переработки несерни­ стых нефтей с содержанием бензиновых фракций не более 15%. При большем их содержании в аппаратуре повышается давление, что усложняет и удорожает ее.

На установках с двукратным испарением (рис. 35, б) нефть на­ сосом 1 подается через теплообменники 2 и электродегидратор 3 в первую колонну 6, из низа которой отбензиненная (освобожденная

установки используют для перегонки нефти с содержанием бензина более 15%. По сравнению с первым типом атмосферной установки аппаратура таких установок более сложная (добавляется горячий насос и колонна) и температура нагрева продукта в печи выше вследствие того, что легкие фракции, отогнанные в первой колонне, уже не способствуют испарению более тяжелых углеводородов.

На установках с предварительным испарением (рис. 35, в) в от­ дельном испарителе отгоняются легкие бензиновые фракции, а в ректификационную колонну подается отбензиненная нефть для от­

58

гона светлых нефтепродуктов. Нефть, подогретая в теплообменник ках 2, через электродегидратор 3 поступает в предварительный испаритель 7, а из него горячим насосом 5 отбензиненная нефть по­ дается в печь и далее в ректификационную колонну 5. Пары из ис­ парителя направляются тоже в колонну.

Рис. 35. Схемы трубчатых установок:

а — с однократным испарением; 5 — с двукратным испарением; в — с предварительным испарением; г — двухступенчатая атмос­ ферно-вакуумная; I — сырьевой насос; 2 — теплообменник; 3 — электродегндратор; 4, 9 — трубчатые печи; 5 — ректификационная колонна (атмосферной части установки); 6 — колонна; 7 — пред­ варительный испаритель; 5 —горячий насос; 10 — ректификацион­

ная колонна (вакуумной части установки)

Испарение на установке двукратное, а ректификация осу­ ществляется в одной колонне. Таким образом, в этой установке как бы сочетаются преимущества первой и второй установок, основным из которых является отсутствие повышенных давлений в системе на­ сос— теплообменники — электродегидраторы — печь (при работе

59

на стабилизированных нефтях) и вследствие этого облегчение кон­ струкции теплообменников. Совместная ректификация легких и тя­ желых паров в колонне позволяет применять более низкие конечные температуры подогрева. Особенно приемлемы эти установки для пе­ регонки нестабилизированных и обводненных нефтей.

Кнедостаткам установок этого типа следует отнести усложнение

иутяжеление конструкции основной колонны.

в ректификационную колонну 5. В ректификационной колонне при атмосферном давлении выделяют фракции светлых нефтепродуктов (до 350°С), а остаток (мазут) из ее низа горячим насосом 8 про­ качивают через печь 9 в колонну 10 для разделения мазута на фрак­ ции. Печь 9 и колонна 10 работают под вакуумом.

На нефтеперерабатывающих заводах СССР применяют уста­ новки всех указанных типов.

Мощности и основные типы промышленных установок для первичной переработки нефти

По мере развития нефтеперерабатывающей промышленности мощности заводов непрерывно возрастали. До 50-х годов мощности заводов увеличивались как за счет интенсификации действующих установок, так и за счет строительства новых с единичной мощ­ ностью по первичной перегонке 2 млн. т нефти в год.

Затем были введены в эксплуатацию заводы с установками для первичной перегонки нефти мощностью 2 н 3 млн. т в год каждая. В конце 50-х — начале 60-х гг. были созданы проекты новых заво­ дов мощностью каждый 12 млн. т нефти в год. Они включали два блока, имеющих укрупненную или комбинированную высокопроиз­ водительную установку для первичной перегонки нефти мощностью 6 млн. т в год каждая. В последние годы 8 -й пятилетки такие уста­ новки были введены в эксплуатацию.

Стремление повысить мощности установок объясняется тем, что укрупненные установки экономичнее, чем установки небольшой мощности. Например, увеличение мощности установки с 3 до 6 млн. т нефти в год позволило снизить удельные (на 1 т нефти в год) капи­ тальные вложения на 31%, расход металла на 47% и повысить про­ изводительность труда в 2,4 раза.

Существует много типов установок для первичной перегонки нефти. На рис. 36 показана принципиальная технологическая схема современной установки ЭЛОУ-АТ- 6 мощностью 6 млн. т нефти в год, запроектированной ВНИПИнефтью. Эта установка является не только укрупненной, но и комбинированной, так как имеет элек­ тродегидраторы, осуществляющие процесс электрообессоливания.'

Сырая нефть из линии / насосами 1 прокачивается двумя пото­ ками через группу теплообменников 2 и электродегидраторы 3, за­ тем через группу теплообменников 4 и по линии II подается в пред­ варительный испаритель 5.

60