книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

изводные, CH3NOq и др. И з бутана получаю т изобутилен, бутадиен и изооктан. Высш ие алканы применяю т в технологиях крекинга, в изго­ товлении асф альта, озокерита и церезина. Этилен идет на производ­ ство стирола, этанола и хлористого винила. А цетилен п ерерабаты вает­ ся на уксусный альдегид и уксусную кислоту, трихлорэтан СНС1=СС12, который является растворителем ж иров и серы.

Бензол ш ироко прим еняется в химии красителей, лекарственны х препаратов, синтетических волокон, стирола, фенола, а такж е как р а ­ створитель и высокооктановая добавка к бензину. Толуол перерабаты ­ вается на тринитротолуол (тротил) и красители. Ксилолы использую тся при производстве лаков, красителей, как растворители для каучуков, высокооктановая добавка к моторным топливам, а такж е при производ­ стве синтетических волокон. И з фенола получаю т пром еж уточны е про­ дукты, необходимые д л я производства моющих средств, смол и приса­ док к маслам. А ром атические углеводороды получаю т в реакциях пи­ ролиза и каталитического риформинга.

Спирты применяю т при производстве полимеров, каучуков, моющих средств, в качестве растворителей . Д вухатомные спирты (гликоли) т я ­ желее воды, труднолетучи и не имею т запаха. Одним из методов полу­ чения спиртов явл яется гидратация олефинов. М етиловый спирт полу­ чают гидрированием окиси углерода в условиях высоких давлений и температур в присутствии катализатора. Высш ие спирты образую тся при гидрировании вы сш их ж ирны х кислот и их эфиров.

М олекулы алканов представляю т собой простые или разветвленны е цепи из углеродны х атомов с очень высокой прочностью ковалентны х С—С -связей (347 кД ж /м оль) и С— Н -связей. Энергия С— Н -связи при ­ нимает значения от 376 до 414 кД ж /м ол ь и зависит от того, в каком ок­ ружении находится атом углерода, с которым связан водород. По при ­ чине высокой прочности этих связей неф тяны е ф ракции и газы не мо­ гут быть прямо переработаны в товарны е химические продукты .

Для осущ ествления такой переработки предварительно получаю т химически активны е углеводороды, к которым в первую очередь отно­ сятся непредельны е углеводороды (олефины): этилен С2Н4, пропилен С3НГ), бутилен С4Н Я.Основным промыш ленным методом получения оле­ финов является терм ическое разлож ен ие (пиролиз) газообразного или жидкого нефтяного сырья.

Еще одним видом сы рья явл яется ацетилен С2Н 2, получаем ы й при высокой тем пературе путем электрокрекинга метана. А цетилен я в л я ­ ется одним из исходных м атериалов для производства синтетических волокон и пластмасс.

О кисление С— Н -связей в алканах происходит только в присутств^ катализаторов, пониж аю щ их энергию активации в реакции с О.,. По кой технологии окисляю т алканы до альдегидов, кетонов и карбоновцх кислот. В аж нейш ей реакцией окисления м етана явл яется его конве^ сия с парами воды в смесь СО и Н 20 над хромовым катализатором:

СН4 + Н ,0 -> СО + з н ,.

Эта реакция явл яется главным источником СО и Н 2Т которые ш ир^ ко прим еняю тся в пром ы ш ленны х синтезах.

Больш ое промыш ленное значение имею т реакции парного расще^_ ления С — Н -связей, которы е носят название дегидрирования (удал^ ния водорода). Д егидрирование с удалением атома водорода от сосе^_ них С -атомов происходит в паровой ф азе над хромовыми катализат^ рами при тем п ер ату р е около 600 °С. Н априм ер, реакц и я п ол учен ^ б у тад и ен а -1,3 из н-бутана происходит следую щ им образом:

СН ^СН.^СН.СНз -> с н 2= с н — с н = с н , + н 2.

Эта реакция ш ироко используется в производстве каучуков, лак^в и других ценных продуктов. Дегидрирование циклогексана и его пр^_ изводны х над платиновым катализатором при 300 °С приводит к их матизации. Н апример, из м етилциклогексана C fiH n — C H :i получают луш г

К ак и все х им ические соединения, алкан ы и циклоалканы имеют предел устойчивости и при вы сокой тем п ер ату р е подвергаю тся тер м ическом у р азл о ж ен и ю (пиролизу). П ри тем п ер ату р ах 400— 600 °СВ п ри сутстви и к атал и зато р о в происходит расщ еп лен и е вы сш их гомо^ логов алканов по С— С -связям на н изш ие алкан ы с короткой цепы^ которы е п р ед ставл яю т больш ую ценность как сы рье и топливо. Та ’ ким путем возм ож но образован и е эти лен а, его гомологов, циклоал_ канов и др.

Полное разложение на углерод и водород достигается при 700— 1000 О кончательными продуктами реакции являю тся углерод (сажа, графи^, алмаз) и водород. С аж а представляет собой смесь большого числа струк^ турны х образований из атомов углерода, в том числе устойчивые ассо_ циаты сф ерической структуры — ф уллерены С70.

Согласно ном енклатуре соединения углерода с двойными (С = С ) или тройны м и связям и н азы ваю т непредельны м и . Н аиболее типичны^ представителем непредельны х углеводородов является этилен. Пропи_ лен, бутен имею т строение, аналогичное строению предельны х углево_

дородов, но одна из просты х углеродны х связей зам енена одной двой­ ной. Эти соединения назы ваю тся олефинами.

Реакционная способность двойных связей — это важ нейш ее свой­ ство, которое используется в нефтехимии. К прим еру, этилен прим е­ няют для получения винилхлорида, этанола, стирола, or-олеф инов, по­ лиэтилена, ацетальдегида и многих других продуктов.

Заводы по производству олефинов являю тся источниками основных строительных блоков неф техим ии: этилена, пропилена, бутенов, бута­ диена и бензола. Эти заводы огромны и превосходят по своим разм ерам многие неф теперерабаты ваю щ ие заводы .

Этилен ввиду простоты его м олекулы (СН .,=СН „) образуется при крекинге многих углеводородов. Однако наиболее высокий вы ход эти ­ лена получается при крекинге этана и пропана (табл. 11.4)- По этой при ­ чине около половины заводов по производству этилена использую т этанпропановое сырье, а остальны е — наф ту и газойль.

Таблица 11.4. Выходы продуктов на установках по производству

Крекинг этана и пропана прощ е, чем крекинг газойля и наф ты . П ри нагревании этана до 925 ‘С м ож ет пойти одна из двух реакций: разры в связей углерод— водород или связей углерод— углерод. Этилен полу­ чается в результате разры ва связей углерод— водород; доетан — в р е ­ зультате разры ва связей углерод— углерод и присоединения атома во­ дорода к образовавш ем уся м етильному радикалу.

Крекинг пропана слож нее, так как им еется больш е вариантов обра­ зования различны х ф рагм ентов и их последую щ его сочетания. Конеч­ ными продуктами в данном случае могут быть не только этилен и м е­ тан, но еще пропилен и этан.

В ходе крекинга нафты и газойля возможно бесконечное число комби­ наций. Нафта состоит из молекул углеводородов от С- до С 10, газойль —

от С И) до С.,() и выше. Они могут содерж ать вещ ества от просты х пара­ финов до слож ны х полициклических аром атических соединений. По­ этому спектр молекул, которые могут образовы ваться, намного разно­ образнее. Здесь образуется новый класс соединений: углеводороды со­ ставов С4 и С5, в м олекулах которы х им еется несколько двойны х связей. В аж ны ми представителям и этого класса соединений являю тся бутадиен и изопрен, которые прим еняю тся как сы рье для производства синтети­ ческого каучука.

Добывать неф ть — дело непростое, но как это, например, отличает­ ся от слож нейш ей технологии производства ам м иака, где используют­ ся высокое давление и низкий холод, суперсоврем енны е конструкци­ онные м атериалы , слож ней ш ая автом атика и электроника, высокие тем п ер атуры и уникальны е катали заторы . У глубление переработки неф ти и газа позволяет вы йти на целую гамму синтетических продук­ тов и м атериалов — пластмассы , каучуки, ш ины, ам м иак и др. Они яв­ ляю тся не только ценными экспортны ми продуктам и, но и создают в ходе переработки сотни ты сяч новых рабочих мест. И, главное, падение цен на н еф ть лр&ктически не сказы вается на стоимости продуктов ее дальнейш ей переработки, поскольку нормы прибыли по переделам мало чувствительны к колебаниям стоимости сырья.

Н еф теб азам и назы ваю тся предприятия, состоящ ие из ком­ плекса сооруж ений и установок, предназначенны х д л я приема, хране­ ния и отпуска нефтепродуктов потребителям. Основное их назначение — обеспечить бесперебойное снабж ение пром ы ш ленности, транспорта, сельского хозяйства и других потребителей неф тепродуктам и в необ­ ходимом количестве и ассортименте; сохранение качества и сокраще­ ние до минимума их потерь.

Н еф тебазы представляю т больш ую опасность в пож арном отноше­ нии. З а критерий пож ароопасности неф тебаз принимаю т суммарный объем резервуарного парка. По величине этого объема неф тебазы де­ л ят на следую щ ие категории:

В зависимости от категории строительны ми нормами устанавлива­ ются минимально допустимые расстояния до соседних объектов. Н апри­ мер. расстояние от неф тебаз первой категории до ж иды х и общ ествен­ ных зданий должно быть не менее 200 м.

По принципу оперативной деятельности неф тебазы д елятся на пе­ ревалочные, распределительны е и перевалочно-расгф еделительны е.

Перевалочные н е ф т е б а зы предназначены для перегрузки (перевал­ ки) нефтепродуктов с одного вида транспорта на другой. Разм ещ аю т их на берегах судоходны х рек и м орских портов, крупны х ж елезнодорож ­ ных магистралей, пром еж уточны х перекачиваю щ их станций. П ерева­ лочные неф тебазы обычно играю т роль конечного пункта МН.

Р асп редели тельн ы е н е ф т е б а зы предназначены для н еп родолж и ­ тельного хран ен и я н еф теп ро дуктов и сн абж ен и я и ^ и потребителей обслуживаемого района. И х р азд ел я ю т на н еф теб азы оперативного и сезонного хран ен и я. П оследние п редн азн ачен ы д л я ком пенсации неравномерности подачи н еф теп р о д у к то в на о п ерати вн ы е н е ф т е ­ базы.

По ном енклатуре хран ен и я разли чаю т н еф тебазы общего хран е ­ ния, хранения только светлы х неф тепродуктов и тодько тем ны х н еф ­ тепродуктов.

К основным операциям на н еф тебазах относятся:

• прием неф тепродуктов;

• хранение неф тепродуктов в р езервуарах и тарны х хранилищ ах;

•отпуск неф тепродуктов в ж елезнодорож ны е и автомобильные ци­ стерны, танкеры и по трубопроводам;

•замер и учет неф тепродуктов.

К вспомогательным операциям относятся:

• очистка и обезвож ивание масел;

• смеш ение м асел и топлив;

• регенерация отработанны х м асел и топлив.

11.4.2. О б ъ ек ты н е ф т е б а з и их р а зм е щ е н и е

Р азм ещ ен и е объектов на тер ри тор и и н еф теб азы долж но обеспечить удобство их взаим одействия, минимальную длину техноло­ гических трубопроводов, водопроводных и тепловы х сетей при соблю­ дении всех противопож арны х требований.

В общем случае терри тория неф тебазы разделена на семь зон:

•ж елезнодорож ны х операций;

•водных операций;

•хранения неф тепродуктов;

•оперативная зона;

•очистных сооружений;

•вспомогательных сооружений;

•адм инистративно-хозяйственная зона.

Взоне ж елезнодорож ны х операций разм ещ аю тся сооружения для приема и отпуска неф тепродуктов по ж елезной дороге. Основные объек­ ты этой зоны -, сливо-наливны е эстакады д л я прием а и отпуска нефте­ продуктов; насосные станции д л я перекачки неф тепродуктов из ваго­ нов-цистерн в р езервуар ы и обратно; лаборатории д л я проведения ана­

лизов нефтепродуктов. И з возм ож ны х схем налива нефтепродуктов в ж елезнодорож ны е цистерны наиболее предпочтительным является гер­ метичны й налив, при котором используется герм етизирую щ ая крыш­ ка и линия отвода и улавливания паровоздуш ной смеси.

Слив ж елезнодорож ны х цистерн производится принудительно или сифоном через их горловину (верхний слив), а такж е принудительно или самотечно через сливной прибор, располож енны й снизу цистерны (нижний слив).

В зоне водны х операций сосредоточены сооруж ения д л я приема и отпуска неф тепродуктов танкерам и и барж ам и. К ним относятся: нефтегавани; причалы и пирсы для ш вартовки неф теналивны х судов; ста­ ционарны е и плавучие насосные. Д ля предотвращ ения растекания по воде неф тепродуктов, попавш их на поверхность воды, акватория нефтегавани отд еляется от остального водного пространства плавучими боновыми ограждениями. Д ля ш вартовки неф теналивны х судов служат причалы , располож енны е параллельно берегу, и пирсы, расположен­ ные под некоторы м углом к берегу.

Соединение трубопроводов неф тебаз с нефтеналивны м и судами осу­ щ ествляется либо с помощью гибких прорезиненны х рукавов (шлан­ гов), либо с помощью ш арнирно-сочлененны х трубопроводов (стенде­ ров). Д иам етр стендеров достигает 500 мм, а рабочее давление в них — 1,6 МПа. С тендеры более надеж ны , чем ш ланги, и обеспечивают более высокую производительность операций слива-налива.

В зоне х р ан ен и я неф тепродуктов разм ещ аю тся: резервуарны е пар­ ки д л я светлы х и тем ны х неф тепродуктов; резервуары малой вмести­ мости для отпуска небольш их партий неф тепродуктов (мерники); об­ валование — ограж дения вокруг р езервуарн ы х парков, препятствую­ щ ие розливу неф тепродуктов при повреж дении резервуаров.

В зоне о ч и с т н ы х сооруж ений сосредоточены объекты, предназна­ ченные д л я очистки неф тесодерж ащ их вод от нефтепродуктов: нефте-

ловушки; ф лотаторы ; пруды -отстойники; иловы е площ адки; ш ламонакопители; береговые станции по очистке балластны х вод; насосные.

Набор перечисленны х зон и объектов зависит от категории н еф те­ базы, назначения и характера проводимых операций.

Довольно ш ирокое распространение получил способ подземного х р а ­ нения нефти и неф тепродуктов. Различаю т следую щ ие типы подзем ­ ных хранилищ:

• в отработанных зал еж ах углеводородов;

• хранилищ а, сооруж аем ы е в отлож ениях каменной соли (галите);

•хранилищ а в пластичны х породах, сооруж аем ы е методом глубин­ ных взрывов;

•шахтные и льдогрунтовы е хранилищ а.

По материалу, из которого они изготовлены, различаю т м еталлические, железобетонные, резинотканевы е и сооруж аемые в горных выработках. Для обеспечения сохранности качества и количества нефтепродуктов разработано большое количество различны х конструкций. Современные стальные резервуары подразделяю тся на вертикальны е цилиндричес­ кие, горизонтальные (цистерны), каплевидны е, сф ерические и др.

Для хранения больш их объемов неф ти наиболее распространенны ­ ми являю тся вертикальны е резерву ары (типа РВС). И х цилиндричес­ кий корпус сварен из стальны х листов толщ иной от 4 до 25 мм, а кровля имеет коническую форму. Один горизонтальны й ряд сваренны х м еж ду собой листов назы вается поясом резервуара. Н иж ние пояса испы ты ва­ ют большую гидростатическую нагрузку, чем верхние пояса, поэтому они выполняются из более толсты х стальны х листов.

Щ итовая кровля больш их р езервуаров оп ирается на ф ерм ы и на центральную стойку. Сварное днищ е располагается на песчаной подуш ­ ке, обработанной битумом, и им еет уклон от центра к периф ерии. Этим обеспечивается более полное удаление подтоварной воды.

Резервуары типа РВС сооруж аю тся объемом от 100 до 50 000 мя и рассчитаны на избыточное давление 2 кП а и вакуум 0,2 кПа. Д ля сокра­ щения потерь неф ти от испарения вертикальны е р езерву ары оснащ а­ ют понтонами или плаваю щ ими крыш ами.

Резервуары с плаваю щ ей кры ш ей (РВСПК) не имею т стационарной кровли. Роль кры ш и у них вы полняет плаваю щ ий на поверхности не­ фти стальной диск. Дисковые однослойные кры ш и менее металлоемки,

но при появлении течи такие крыши тонут. Двухслойные кры ш и — это пустотелые короба, разделенные перегородками на отсеки, обеспечи­ вающие плавучесть. Диаметр крыш на 100— 400 мм меньше диаметра резервуара. Кольцевое пространство герметизируется с помощью уп­ лотняющих затворов. В крайнем нижнем положении плаваю щ ая кры­ ша опирается на опорные стойки высотой 1,8 м, что позволяет рабочим проникать внутрь резервуара и выполнять необходимые работы.

Эксплуатируются такж е резервуары , имею щ ие стационарную крышу, снабженные плавающим на поверхности понтоном. М еталли­ ческие понтоны мало отличаются от плавающих крыш . Синтетичес­ кие понтоны покрыты ковром из полиамидной пленки и практически непотопляемы.

Рис. 11.10. Схема расположения оборудования вертикального резервуара:

1 — световой люк; 2 — предохранительны й клапан; 3 — огневой п р едох ­ ранитель; 4 — дыхательный клапан; 5 — зам ерны й люк; б — указатель уровня; 7 — люк-лаз; 8 — сифонный кран; 9 — хлопуш ка; 10 — п ри ем н о­ раздаточны е патрубки; И — п ер еп уск н ое устр ой ств о; 1 2 — у п р а в л е ­ ние хлопуш кой; 13 — лебедка; 14 — п одъ ем н ая тр уба; 15 — ш арнир подъемной трубы; 16 — блок

Горизонтальные стальные цилиндрические резервуары (тип РГС) в отличие от вертикальных изготавливают на заводе и поставляют в го­ товом виде. Их объем составляет от 3 до 100 м3. В системе МН такие резервуары используют для сбора утечек.

Каплевидные резервуары применяют для хранения легкоиспаряющихся нефтепродуктов с высокой упругостью паров. Оболочке резер­ вуара придают очертания капли жидкости, свободно леж ащ ей на не-

смачиваемой плоскости и находящ ейся под действием сил поверхност­ ного натяж ения. Б лагодаря такой ф орме все элем енты корпуса испы ­ тывают примерно одинаковы е напряж ения. Эта особенность обеспечи­ вает минимальный расход стали на изготовление резервуара.

4

Рис. 11.11. Каплевидный резервуар:

I —днище; 2— корпус; 3 —лестница; 4 — площадка с оборудованием; 5 — опорное кольцо

На резервуарах устанавливается следую щ ее оборудование:

• обеспечиваю щ ее надеж ную работу и сниж ение потерь неф тепро ­ дуктов;

• для обслуж ивания и ремонта;

•противопожарное, д ля контроля и сигнализации. К оборудованию первой группы относится:

•ды хательная арм атура;

• прием о-раздаточны е патрубки с хлопуш ками;

• средства защ иты от внутренней коррозии;

• оборудование для подогрева нефти.

Н азначение д ы х а те л ь н о й а р м а т у р ы состоит в следую щ ем . При заполнении резервуаров или повыш ении тем пературы в газовом про­ странстве давление в них возрастает. Во избеж ание разры ва р езервуа ­ ров на них устанавливаю тся ды хательны е и предохранительны е кл а ­ паны. П ервы е откры ваю тся, как только избыточное давление в газовом пространстве достигнет 2000 Па, предел срабаты вания вторы х — на 5 % выше, они страхую т ды хательны е клапаны .

Д ы хательная арм атура защ ищ ает резервуары и от см ятия при сни­ ж ении давления в период опорож нения или при уменьш ении тем пера­ туры в газовом пространстве. П ри достиж ении определенной величи­ ны вакуум а ды хательны е клапаны откры ваю тся, и в газовое простран­ ство резервуаров поступает атм осф ерны й воздух.

П рием о-раздаточны е патрубки служ ат для приема и откачки нефти из резервуаров. Их количество зависит от производительности закач­ ки -вы качки неф тепродуктов.

Сифонный кран устанавливается в первом поясе резервуара на вы­ соте 350 мм от дна и служ и т для удаления воды из резервуара.

П ротекторная защ ита предотвращ ает внутренню ю коррозию дни­ щ а и первого пояса резервуаров. Ее сущ ность заклю чается в создании коррозионной пары «сталь-протектор», в которой разруш ается протек­ тор, а не сталь днищ а или стенки.

Л ю ки -лазы разм ещ аю тся в первом поясе и сл уж ат для проникнове­ ния рабочих внутрь резервуара. Кроме того, на кры ш е резервуара мон­ тирую тся люк зам ерны й и люки световые.

Система размы ва и предотвращ ения накопления донных отложений представляет собой группу веерных сопел. Скорость истечения нефти из сопла такова, что обеспечивает срыв частиц осадка и их взвешивание.

тери происходят в р езу л ьтате негерметичности сварны х швов, утечек чер ез свищ и, уноса при дренировании подтоварной воды, а такж е в ре­ зультате испарения и последую щ его вы теснения паровоздуш ной сме­ си в атм осф еру.

Процесс испарения с поверхностного слоя в резерву арах происхо­ дит при любой тем пературе. В герметичном р езервуаре испарение про­ исходит до тех пор, пока его газовое пространство (ГП) не будет насы­ щено углеводородами до концентрации насы щ енны х паров. Давление насы щ енны х паров летом больш е, чем зимой, поэтому в теплое время года в атм осф еру вы тесняется более насы щ енная углеводородами па­ ровоздуш ная смесь.

П отери от испарения неизбеж ны д аж е из герметичны х резервуа­ ров. В зависим ости от м еханизм а попадания паровоздуш ной смеси из резервуара в атм осф еру различаю т потери от «больших дыханий», по­ тери от «малых дыханий» и потери от вентиляции.

П о т е р и о т «больш их ды ханий» происходят при операциях запол­ нения-опорож нения. П ри отборе н еф тепродукта из резервуара объем