книги / Технология глубокой переработки нефти и газа
..pdfС.А. АХМЕТОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ГЛУБОКОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ
НЕФТИ И ГАЗА
Допущ ено Министерством образования Российской Федерации в ха честве учебного пособиядля студентов высших учебны х заведений, обучающихся по специальности «Химическая
технология природных энергоносителей и
углеродны х материалов»
Издательство «Гилем:
Уфа - 2002
УДК 665.63(675.8) ББК 35.514
All
Ахметов С.А. Технология глубокой перерлбоки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. 672 С.
ISBN 5-7501-0296-3
В книге рассмотрены: современное состояние развития топливно-энер гетического комплекса мира и России; современные нредетавления о про исхождении горючих ископаемых; основы химии нефти и нефтепродуктов; основы химмотологии топлив и масел; теоретические основы и технология физико-химических процессов, применяемых на современных нефтепере рабатывающих заводах; современное состояние и актуальные проблемы нефтепереработки.
Для студентов вузов, инженерно-технических и научных работников нефтеперерабатывающей отрасли топливно-энергетического комплекса.
Рецензенты:
кафедра химии и технологии нефти ТюмГНГУ (зав. кафедрой, д-р техн. наук, профессор Р.З.Магарил),
д-р техн. наук, профессор Э.Г.Теляшев
|
© Ахметов С.А., 2002 |
ISBN 5-7501-0296-3 |
© Издательство «Гилем», 2002 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................................................................. |
|
11 |
Глава 1. Современное состояние топливно-энергетического комплекса |
||
мира и России |
|
|
1.1. Значение горючих ископаемых в мировой экономике................ |
. |
13 |
1.2. География месторождений и запасы горючих ископаемых |
|
|
в мире........................................................................................................ |
|
16 |
1.2.1. Ресурсы и месторождения нефти......................... |
Г.................. |
18 |
1.2.2. Ресурсы и месторождения природного газа............................. |
|
21 |
1.2.3. Ресурсы и месторождения углей............................................... |
|
22 |
1.2.4. Ресурсы горючих сланцев, тяжелых нефтей и битумов......... |
23 |
|
1.3. Динамика и география добычи горючих ископаемых в мире............ |
23 |
|
1.3.1. Добыча нефти............................................................................. |
|
23 |
1.3.2. Добыча природного газа...................................................... |
|
26 |
1.3.3. Добыча угля................................................................................. |
|
27 |
1.4. Топливно-энергетический баланс мира, развитых |
|
|
капиталистических стран и бывшего СССР....................................... |
|
27 |
1.5. Краткие сведения о геологии, добыче и транспортировании нефти, |
||
газа и других горючих ископаемых...................................................... |
|
30 |
1.5.1. Геолого-поисковые работы на нефть, газ и твердые горючие |
||
ископаемые.................................................................................. |
|
30 |
1.5.2. Бурение нефтяных скважин...................................................... |
|
32 |
1.5.3. Методы разработки месторождений горючих ископаемых ... |
34 |
|
1.5.4. Транспортирование нефти, газа идругих горючих ископаемых ... |
37 |
|
1.6. Краткий исторический обзор развития топливной |
|
|
промышленности...................................................................................... |
|
39 |
1.6.1. Развитие нефтяной и газовой промышленности.................... |
39 |
|
1.6.2. Развитие угольной промышленности....................................... |
|
41 |
1.6.3. Развитие нефтеперерабатывающей промышленности.......... |
42 |
|
Вопросы........................................................................................................... |
|
46 |
Глава 2. Современные представления о происхождении |
|
|
горючих ископаемых |
|
|
2.1. Основы геохимии.................................................................................. |
|
48 |
2.2. Основы биогеохимии.................................................................. |
|
54 |
2.3. Основные положения теорий органического происхождения |
|
|
твердых горючих ископаемых................................................................ |
|
57 |
2.4. Современные представления о происхождении нефти...................... |
60 |
|
2.5. Основные положения современной органической теории |
|
|
происхождения нефти..................... |
,,,,,,................................................. ..... 65 |
|
Вопросы.......................................................................................................... |
|
68 |
Глава 3. Основы химии нефти................................... |
—.............. ............... |
69 |
3.1. Элементный и фракционный состав нефти..................................... . |
70 |
|
3.2. Химический состав и распределение групповых углеводородных |
|
|
компонентов по фракциям нефти........................................................ |
71 |
|
3.2.1. Парафиновые углеводороды...................................................... |
72 |
|
3.2.2. Нафтеновые углеводороды........................ |
74 |
|
3.2.3. Ароматические углеводороды.................................................... |
76 |
|
3.2.4. Гибридные углеводороды......................................... |
78 |
|
3.3. Гетероатомные соединения нефти............................................. |
78 |
|
3.3.1. Серосодержащие соединения............................ |
79 |
|
3.3.2. Азотсодержащие соединения................... |
84 |
|
3.3.3. Кислородсодержащие соединения.......................... |
85 |
|
3.4. Смолисто-асфальтеновые вещества в нефтях и нефтяных |
|
|
остатках................................................................................................ |
|
87 |
3.5. Основные физические свойства нефтей и нефтяных фракций........ |
91 |
|
3.5.1. Плотность.................................................................................... |
|
91 |
3.5.2. Средняя температура кипения нефтяной фракции............... |
93 |
|
3.5.3. Характеризующий фактор............................................ |
93 |
|
3.5.4. Молярная масса......................................................................... |
|
93 |
3.5.5. Давление насыщенных паров.................................................. |
94 |
|
3.5.6. Температура кипения при нестандартных давлениях......... |
95 |
|
3.5.7. Критические и приведенные параметры............................... |
- 96 |
|
3.5.8. Фугитивность............................................................................. |
|
97 |
3.5.9. Вязкость и вязкостно-температурные свойства..................... |
97 |
|
3.5.10. Тепловые свойства.................................................................. |
|
99 |
3.5.11. Низкотемпературные свойства.............................................. |
101 |
|
3.5.12. Оптические свойства................................................................ |
|
102 |
3.6. Классификация нефтей...................... |
|
ЮЗ |
3.6.1. Химическая классификация ....................................................... |
Ю4 |
|
3.6.2. Технологическая классификация........................................... |
105 |
|
3.7. Производственно-проектная оценка и основные направления |
|
|
переработки нефтей и газоконденсатов.................................... |
Ю5 |
|
3.8. Классификация процессов переработки нефти, |
|
|
газовых конденсатов и газов.................................... |
............................ |
Ю9 |
Вопросы......................................................... |
................................................ |
И2 |
4
о
Глава 4. Классификация и товарная характеристика нефтепродуктов
4.1. Классификация товарных нефтепродуктов........................................ |
|
114 |
4.2. Основы химмотологии моторных топлив и смазочных масел........... |
116 |
|
4.2.1. Химмотология - новая отрасль знаний................................... |
116 |
|
4.2.2. Классификация и принципы работы тепловых двигателей •• 119 |
||
4.3. Химмотологические требования и марки моторных топлив............ |
123 |
|
4.3.1. Автомобильные и авиационные бензины..................... |
123 |
|
4.3.2. Дизельные топлива..................................................................... |
|
136 |
4.3.3. Реактивные топлива........................................................ |
|
145 |
4.4. Основные требования к качеству энергетических топлив и их марки .... |
150 |
|
4.4.1. Газотурбинные топлива........................................................ |
|
150 |
4.4.2. Котельные топлива..................................................................... |
|
154 |
4.5. Основные химмотологические требования к нефтяным маслам...... |
156 |
|
4.5.1. Моторные масла.................................................................. |
|
160 |
4.5.2. Трансмиссионные и осевые масла............................................ |
|
160 |
4.5.3. Индустриальные масла.............................................................. |
|
163 |
4.5.4. Энергетические масла (турбинные, компрессорные, |
|
|
трансформаторные и цилиндровые)........................... |
|
164 |
4.5.5. Присадки к маслам.................................................................. |
|
167 |
4.6. Основные эксплуатационные требования к некоторым |
|
|
нетопливным нефтепродуктам........................................................ |
|
169 |
4.6.1. Битумы.................................................. |
,4.................................. |
169 |
4.6.2. Нефтяной кокс............. ............................................................. |
|
170 |
Вопросы............................................. |
|
171 |
Глава 5. Теоретические основы и технология процессов |
|
|
первичной переработки нефти и газов |
|
|
5.1. Научные основы и технология процессов подготовки нефти и |
|
|
горючих газов к переработке............................................... |
|
174 |
5.1.1. Сбор и подготовка нефти на промыслах................................. |
174 |
|
5.1.2. Обессоливание нефтей на Н П З ..................................... |
-...,.....170 |
|
5.1.3. Подготовка горючих газов к переработке................... . |
188 |
|
5.2. Теоретические основы процессов перегонки нефти и газов...... |
194 |
|
5.2.1. Общие сведения о перегонке и ректификации нефти-и газов 194 |
||
5.2.2. Особенности нефти как сырья процессов перегонки.............. |
199 |
|
5.2.3. Способы регулирования температурного режима |
|
|
ректификационных колонн.................................................... |
|
201 |
5.2.4. Выбор давления и температурного режима в ректификацион |
||
ной колонне.................................................... |
|
204 |
5.2.5. Особенности перегонки с водяным паром................................ |
207 |
|
5.2.6. Классификация ректификационных колонн И их контактных |
||
устройств.......................................................................... |
|
208 |
5
5.3.Современные промышленные установки перегонки нефти я газов. 216
5.3.1. Типы промышленных устпнонок................................ |
,............216 |
5.3.2. Блок атмосферной перегонки нефти установки |
|
ЭЛОУ-АВТ-6....................................................................................... |
218 |
5.3.3.Блок вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ-АВТ-6 222
5.3.4.Блок стабилизации и вторичной перегонки бензина
установки ЭЛОУ-АВТ-6............................................................. |
225 |
5.3.5. Особенности технологии вакуумной перегонки мазута |
|
по масляному варианту............................................... |
229 |
5.3.6. Вакуумная (глубоковакуумная) перегонка мазута в |
|
насадочных колоннах................................................................ |
230 |
5.3.7. Перекрестноточные насадочные колонны для четкого |
|
фракционирования мазута с получением |
|
масляных дистиллятов........................................................ ...... |
236 |
5.3.8. Фракционирование углеводородных газов |
|
нефтепереработки.............................. |
242 |
5.3.9. Вопросы................................................................................ |
249 |
Глава б. Теоретические основы и технология производства |
|
смазочных масел |
|
Введение................................................................................................... |
252 |
6.1. Основные понятия и определения экстракционных процессов......... |
253 |
6.2. Теоретические основы экстракционных процессов очистки масел.. 259 |
|
6.2.1. Основы молекулярной теории растворов................................. |
260 |
6.2.2. Классификация растворителей................................................. |
263 |
6.2.3. Растворяющие и избирательные свойства растворителей .... |
265 |
6.3. Технология процесса пропановой деасфальтизации гудрона............ |
273 |
6.3.1. Влияние оперативных параметров на эффективность процес |
|
сов пропановой деасфальтизации...................................................... |
276 |
6.3.2. Принципиальные технологические схемы установок |
|
деасфальтизации пропаном........................................................ |
280 |
6.3.3. Процесс пропановой деасфальтизации с регенерацией |
|
растворителя в сверхкритических условиях..................................... |
282 |
6.4. Технология процессов селективной очистки масляных фракций |
|
и деасфальтизатов................................................................................... |
284 |
6.4.1. Влияние оперативных параметров на эффективность процес |
|
сов очистки масел селективными растворителями.......................... |
285 |
6.4.2. Принципиальные технологические схемы селективной |
|
очистки масел............................................................................... |
293 |
6.4.3. Отличительные особенности установки селективной очистки |
|
масел N-метилпирролидоном.................................................... |
297 |
6.5. Технология процессов депарафинизации рафинатов |
|
кристаллизацией..................................................................................... |
298 |
6
6.5.1. Основные закономерности застывания и кристаллизации |
|
углеводородных компонентов сырья депарафинизации....... |
299 |
6.5.2. Влияние оперативных параметров на эффективность.......... |
306 |
процессов депарафинизации |
|
6.5.3. Принципиальная технологическая схема установки двухсту
пенчатой депарпфипизации в растворе кетон-толуол.......... |
|
311 |
6.5.4. Другие разновидности процессов депарафинизации |
|
|
экстрактной кристаллизацией........................................................... |
|
319 |
6.6. Краткие сведения о прочих процессах депарафинизации................. |
|
320 |
6.6.1. Процесс цеолитной депарафинизации «Парекс»................... |
|
321 |
6.6.2. Карбамидная депарафинизация................................................ |
|
322 |
6.6.3. Процессы микробиологической депарафинизации........... |
|
324 |
6.7. Краткие сведения о прочих физико-химических процессах |
|
|
очистки масел....................................................................................... |
.... |
325 |
6.7.1. Процессы адсорбционной очистки масел..................... |
|
325 |
6.7.2. Кислотная очистка масел.......................................................... |
|
328 |
Вопросы........................................................................................................... |
|
330 |
Глава 7. Теоретические основы и технология термических |
|
|
процессов переработки нефтяного сырья |
|
|
7.1. Типы и назначение термических процессов........................................ |
|
322 |
7.2. Теоретические основы термических процессов переработки |
|
|
нефтяного сырья..................................................................................... |
|
334 |
7.2.1. Основы химической термодинамики термических реакций |
|
|
углеводородов.......................................................................... |
|
334 |
7.2.2. Основные понятия и терминология кинетики сложных |
|
|
химических реакций................................................................... |
|
342 |
7.2.3. Основные положения механизма термических реакций |
|
|
нефтяного сырья.............................................................. |
|
349 |
7.2.4. Неформальная кинетика цепных реакций термолиза |
|
|
(пиролиза) этана.................................................................. |
|
335 |
7.2.5. Химизм газофазного термолиза нефтяного сырья................ |
|
358 |
7.2.6. Краткая характеристика сырья термодеструктивных |
|
|
процессов................................ |
|
363 |
7.2.7. Основные закономерности жидкофазного термолиза |
|
|
нефтяных остатков............................................................... |
|
366 |
7.2.8. Влияние качества сырья и технологических параметров |
|
|
на процесс термолиза нефтяных остатков............................... |
|
369 |
7.3. Технология современных термических процессов |
|
|
переработки нефтяного сырья.......................... |
|
373 |
/,.3.1. Термический крекинг дистиллятного сырья................................. |
|
373 |
1 3.2. Установки висбрекинга тяжелого сырья.................................... |
1.... |
378 |
7
7.3.3. Установки замедленного коксования..................................... |
382 |
7.3.4. Особенности технологии производства игольчатого кокса............. |
389 |
7.3.3 Процессы получения нефтяных пеков |
|
термоконденсацией остаткоп....................................... |
391 |
7.3.6. Установки пиролиза нефтяного сырья.................................. . |
395 |
7.3.7. Производство технического углерода................................................ |
401 |
7.3.8. Производство нефтяных битумом............................................. |
405 |
7.3.9. Установка непрерывного коксования в псевдоожиженном слое |
|
порошкообразного кокса (термоконтактного коксования)............. |
408 |
Вопросы..................................................................................................... |
411 |
Глава 8. Теоретические основы и технология каталитических гетеролитических процессов переработки нефти и газов
8.1. Общие сведения о катализе и катализаторах..................................... |
|
414 |
8.2. Адсорбция и катализ.................................................. |
|
421 |
8.3. Энергетика и химическая природа катализа............................ |
|
423 |
8.4. Основы макро- и микрокинетики гетерогенных |
|
|
каталитических реакций........................................................................ |
|
432 |
8.5. Технология процесса каталитического крекинга..................... |
|
439 |
8.5.1. Значение и назначение процесса.............................................. |
|
439 |
8.5.2. Сырье каталитического крекинга..................... |
|
440 |
8.5.3. Катализаторы крекинга........................................... |
|
447 |
8.5.4. Механизм и химизм каталитического крекинга..................... |
|
456 |
8.6. Основы управления процессом каталитического крекинга.... |
464 |
|
8.6.1. Технологические параметры................................ |
'................... |
464 |
8.6.2. Типы реакторов........................................................................... |
|
467 |
8.6.3. Влияние оперативных параметров на материальный |
|
|
баланс и качество продуктов крекинга.................................... |
|
472 |
8.6.4. Технологическая схема установки каталитического |
|
|
крекинга с прямоточным лифт-реактором............................... |
|
476 |
8.7. Синтез высокооктановых компонентов бензинов из |
|
|
газов каталитического крекинга.......................................................... |
|
478 |
8.7.1. Каталитическое С-алкилирование изобутана олефинами.... 480 |
||
8.7.2. Каталитическое О-алкилирование метанола |
|
|
изобутиленом............................................................ |
|
.....491 |
Вопросы........................................................................................................... |
|
499 |
Глава 9. Теоретические основы и технология каталитических |
|
|
гемолитических процессов нефтепереработки |
|
|
9.1. Теоретические основы и технология процессов паровой |
|
|
каталитической конверсии углеводородов.......................................... |
|
502 |
9.2. Окислительная конверсия сероводорода в элементную |
|
|
серу (процесс Клауса)............................... |
|
513 |
8
9.3. Окислительная демеркаптанизация сжиженных газов и |
|
бензино-керосиновых фракций............................................................. |
516 |
9.4. Производство водорода парокислородной газификацией |
|
твердых нефтяных остатков................................................................... |
519 |
Вопросы.............................................. |
526 |
Глава 10. Теоретические основы и технология гидрокаталитических процессов переработки нефтяного сырья
10.1. Классификация, назначение и значение |
, |
|
гидрокаталитических процессов........................................... |
|
527 |
10.2. Теоретические основы и технология процессов |
|
|
■каталитического риформинга............................................................. |
|
529 |
10.2.1. Химизм и термодинамика процесса...................................... |
|
530 |
10.2.2. Катализаторы и механизм их каталитического |
|
|
действия................................. |
|
533 |
10.2.3. Основы управления процессом............................................... |
|
537 |
10.2.4. Промышленные установки каталитического |
|
|
риформинга.......................................................................... |
|
546 |
10.2.5. Установки каталитического риформинга со |
|
|
стационарным слоем катализатора..................................... |
|
548 |
10.2.6. Установки каталитического риформинга с |
|
|
непрерывной регенерацией катализатора................ |
551 |
|
10.3. Каталитическая изомеризация пентан-гексановой |
|
|
фракции бензинов........................................... .................................. |
|
553 |
10.3.1. Теоретические основы........................................ |
|
554 |
10.3.2. Основные параметры процесса............................................... |
|
555 |
10.3.3. Установки изомеризации фракции НК -62 °С ...................... |
556 |
|
10.4. Теоретические основы и технология каталитических гидрогенизаци -
онных процессов облагораживания нефтяного сырья..................... |
559 |
10.4.1. Краткие сведения об истории развития |
|
гидрогенизационных процессов................ |
559 |
10.4.2. Химизм, термодинамика и кинетика реакций |
|
гидрогенолиза гетероорганических соединений сырья........ |
561 |
10.4.3. Катализаторы гидрогенизационных процессов |
|
и механизм их действия............................................................ |
565 |
10.4.4. Основы управления гидрогенизационными процессами..... |
570 |
10.4.5. Промышленные процессы гидрооблагораживания |
|
дистиллятных фракций............................................................. |
573 |
10.4.6. Процессы гидрооблагораживания нефтяных остатков ........ |
579 |
9
10.5. Каталитические процессы гидрокрекинга нефтяного |
|
|
сырья...................................................................................................... |
|
583 |
10.5.1. Особенность химизма и механизма реакций гидрокрекинга. |
||
Катализаторы процесса..................................... ............. |
л.^... |
584 |
10.5.2. Основные параметры процессов гидрокрекинга................... |
|
588 |
10.5.3. Гидрокрекинг бензиновых фракций....................................... |
|
591 |
10.5.4. Процессы селективного гидрокрекинга.................... ....... |
|
594 |
10.5.5. Гидродеароматизация керосиновых фракций..................... |
|
596 |
10.5.6. Легкий гидрокрекинг вакуумного газойля............................. |
|
598 |
10.5.7. Гидрокрекинг вакуумного дистиллята при 15 МПа..... |
|
599 |
10.5.8. Гидрокрекинг высоковязкого масляного сырья.................... |
|
603 |
10.5.9. Гидрокрекинг остаточного сырья............ ............................... |
|
604 |
10.5.10. Некаталитические гидротермические процессы переработки |
||
тяжелых нефтяных остатков (гидровисбрекинг, гидропиролиз, |
||
динакрекинг, донорно-сольвентный крекинг)..................... |
|
606 |
Вопросы........................................................................................................... |
|
606 |
Глава 11. Современное состояние и актуальные проблемы |
|
|
нефтепереработки |
|
|
11.1. Краткая характеристика и классификация Н П З .............................. |
|
613 |
11.2. Основные принципы проектирования Н П З ....................................... |
|
617 |
11.3. Основные принципы углубления переработки нефти и поточные |
|
|
схемы нефтеперерабатывающих заводов топливного профиля..... |
622 |
|
11.4. Зачем икак перерабатыватьнефтяные остатки в моторныетоплива |
632 |
|
11.5. Проблемы экологизации технологии в нефтепереработке............... |
|
638 |
11.6. Основные тенденции и современные проблемы |
|
|
производства высококачественных моторных топлив..................... |
|
645 |
11.7. Современное состояние и тенденции развития |
|
|
нефтеперерабатывающей промышленности мира и России ... |
»....... |
658 |
Вопросы.......................................................................................... |
|
667 |
Рекомендуемая литература |
|
669 |