ВСТУП

Відомо, що роль нафти в сучасному світі винятково важлива, оскільки в основі всіх галузей виробництва лежить енергетика. Нафта - це рідка речовина, що добувається з надр землі і використовується при виробництві палива. У її складі є не лише вуглеводні, але також азот, сірка і кисень. Після переробки такої сировини виходить те, що прийнято називати нафтопродуктами. Досягається це шляхом ділення нафти на фракції.

Традиційні процеси автоматизації нафтогазової промисловості діляться на три основні напрямки: автоматизація видобутку нафти (газу), автоматизація переробки нафти (газу), автоматизація транспортування нафти (газу). Варто виділити напрямок переробки нафти (газу), як один з найбільш складних і відповідальних процесів.

Продукти переробки нафти можуть бути твердими і газоподібними. Вони знайшли широке застосування в різних галузях. Основна відмінність між ними полягає в тому, що кожна речовина має свій набір вуглеводнів.

Нафтова продукція досить різноманітна. До неї відносяться не тільки бензин і дизельне паливо, але також керосин, масла, бітум, мазут, поліетилен і ціла серія інших продуктів. Можна з повною впевненістю сказати про те, що пов'язані з нафтопереробкою матеріали зустрічаються всюди, і людство поки не може обійтись без такого цінного природного ресурсу.

Звичайно, автоматизація нафтопереробної промисловості дуже розвинена. Але технології розвиваються і, в умовах жорсткої конкуренції і швидко мінливої ​​ситуації на ринку підприємств нафтогазової галузі, виникає необхідність підвищення ефективності виробництв нафтогазової сфери за допомогою впровадження надійних систем автоматизації і управління технологічними процесами.

Одним з важливих завдань переробки нафти є ділянка первинної переробки нафти, особливо ректифікаційна колона К-2. Метою технологічного процесу первинної перегонки нафти є одержання різноманітного асортименту фракцій, призначених для подальшої переробки в товарні продукти.

Завдання даного проекту обмежено створенням компьютерно-інтегрованої системи управління для атмосферної колони К-2.

1. Загальна характеристика технологічного процесу атмосферної перегонки нафти

   1. Продукти і методи переробки нафти

Звичайна сира нафта зі свердловини - це зеленувато-коричнева легко займиста масляниста рідина з різким запахом. Після видобутку вона зберігається у великих резервуарах, звідки транспортується танкерами або по трубопроводах у резервуари переробних заводів. На багатьох заводах різні типи сирої нафти розділяються по властивостям відповідно до результатів попередньої лабораторної переробки. Вона вказує приблизну кількість бензину, гасу, мастил, парафіну і мазуту, яку можна виробити з даної нафти. Хімічно нафти дуже різні і змінюються від парафінових, які складаються здебільшого з парафінових вуглеводнів, до нафтенових або асфальтенових, які містять в основному циклопарафінові вуглеводні; існує багато проміжних або змішаних типів. Парафінові нафти в порівнянні з нафтеновими або асфальтеновими звичайно містять більше бензину і менше сірки і є головною сировиною для одержання мастил і парафінів. Нафтенові типи сирої нафти, загалом, містять менше бензину, але більше сірки і мазуту, а також асфальту.

Сира нафта містить деяку кількість розчиненого газу, що відповідає по сполуці та будові природним газам і складається з легких парафінових вуглеводнів. Рідка фаза сирої нафти містить сотні вуглеводнів та інших сполук, що мають точку кипіння від 38° С до приблизно 430°С, причому процентний вміст кожного з вуглеводнів невеликий. Наприклад, бензинова фракція може містити до 200 індивідуальних вуглеводнів, однак у типовому бензині присутнє лише близько 60 вуглеводнів – від метану з температурою кипіння 161° С до мезитилена (ароматичного вуглеводню) з температурою кипіння 165°С. Вони включають парафіни, циклопарафіни і ароматичні сполуки, але олефіни відсутні. Тому всі горючі нафтові продукти підрозділяються на фракції по температурних межах їхнього кипіння і по густині, а не по хімічному складу.[5]

На початкових етапах розвитку нафтохімічної промисловості сира нафта піддавалася так званій періодичній перегонці у вертикальному циліндричному перегінному апарату. Процеси дистиляції були неефективні, тому що були відсутні ректифікаційні колони і не виходило чистого поділу продуктів перегонки. Розвиток процесу періодичної перегонки призвів до використання загальної ректифікаційної колони з різних тарілок якої відбиралися дистиляти з різною температурою кипіння. Ця система використовується і сьогодні. Поступаюча нафта нагрівається в змійовику приблизно до 320° С, і розігріті продукти подаються на проміжні рівні в ректифікаційній колоні. Така колона може мати від 30 до 60 розташованих з певним інтервалом піддонів і жолобів, кожний з яких має ванну з рідиною. Через цю рідину проходять пари, що піднімаються, які обмиваються стікаючим униз конденсатом. При належному регулюванні швидкості зворотного стікання (тобто кількості дистилятів, що відкачуються назад у колону для повторного фракціонування) можливе одержання бензину нагорі колони, гасу і світлих горючих дистилятів точно певних інтервалів кипіння на послідовно, що знижуються рівнях. Звичайно для того, щоб поліпшити подальший поділ, залишок від перегонки з ректифікаційної колони піддають вакуумної дистиляції.

Головним процесом переробки нафти є атмосферна перегонка, на якій відбираються паливні фракції (бензинові, освітлювального гасу, реактивного і дизельного палив) і мазут, використовуваний або як компонент котельного палива, або як сировина для наступної глибокої переробки.

Бензин – найважливіший продукт переробки нафти – із сирої нафти виробляється до 50% бензину. Ця величина включає природний бензин, бензин крекінг-процесу, продукти полімеризації, зріджені нафтові гази і всі продукти, використовувані в якості промислових моторних палив. Кожному процесу переробки нафти пред'являються вимоги по кількості і якості виробленого бензину.

Промисловий бензин являє собою суміш вуглеводнів в інтервалі температури кипіння 30–200° C. Деякі бутани, що киплять при температурі нижче 38°С, має високий тиск пар.

Бензини класифікуються по різних підставах, включаючи інтервали температур кипіння, октанове число, зміст сірки.

Більшість бензинів кипить в інтервалі 30–200° С. 50%-ва точка, тобто температура, при якій кипить половина компонентів суміші і яка визначає сполуку суміші під час прогріву двигуна, а частково і при розгоні транспортного засобу, розташовується в межах 98–104° С. Високий зміст низькокиплячих компонентів, таких, як бутани і пентани, обумовлює винятково високий тиск пар і у теплий час є причиною утворення парових пробок, коли газові пухирці перешкоджають плину палива по вузьких трубах двигунів і теплових установок. У той же час недолік низькокиплячих компонентів служить причиною труднощів запуску двигуна взимку. 90%-ва точка кипіння бензину визначає час прогріву двигуна і ефективність використання палива.

Октанове число - найбільш важлива характеристика бензину. Воно звичайно визначається в одноциліндровій стаціонарній установці, постаченої різними приладами для реєстрації схильності до детонації. Нормальний гептан (сім атомів вуглецю в лінійному ланцюзі) детонує дуже легко; для нього прийняте нульове октанове число. Ізооктан (вісім атомів вуглецю в розгалуженому ланцюзі) не детонує доти, поки не будуть досягнуті екстремальні умови тиску, температури і навантаження; для нього довільно встановлене октанове число 100. При випробуванні бензину з невідомими детонаційними властивостями його порівнюють із сумішшю гептану і ізооктану, що має таку ж здатність до детонації, як і випробуваний бензин; октанове число бензину - це процентний вміст ізооктану в такій суміші. У нафтовій промисловості використаються два методи - моторний метод і дослідницький метод. Октанове число визначається як середнє із двох таких визначень.

Практично всі бензини містять різні присадки, у тому числі інгібітори смолоутворення і невелику кількість барвників. Законодавством багатьох промислово розвинених країн істотно знижено припустимий рівень сполук свинцю в бензині (вміст етилованого бензину, тобто утримуючої добавки тетраетилсвинцю, що підвищує октанове число бензину, становить менш 20% від усього бензину, який виробляється в США).[6]

Гас – це найлегше та найбільш летуче рідке топкове паливо. Спочатку гас використався тільки для висвітлення, тепер він уживається як паливо для реактивних двигунів, печей, тракторів, опалювальних і нагрівальних приладах, у засобах для знищення комах. Гарний гас повинен мати особливі кольори (приблизно 250-300 мм по шкалі Штаммера для нафтопродуктів), достатню в'язкість для стійкого та рівномірного просочення ґнота, повинен горіти ясним високим полум'ям без кіптяви або відкладення твердих углистих осадів на ґноті, кіптяві в димоходах і на ламповому склі.

Дизельне паливо - проміжні нафтові дистиляти, що киплять при температурах вище, ніж гас, але нижче, ніж мастила, являють собою пальне для середньо- і високошвидкісних дизельних двигунів. Дизельні палива оцінюються їх цетановим числом – це реальний вимір легкості запалення під дією температури та тиску. При цьому паливо рівняється із сумішшю цетана – парафінового вуглеводню з 16-ю атомами вуглецю, що легко запалюється під тиском, і a-метилнафталіна, що не займається. Відсоток цетана в суміші, що показує ту ж займистість, що й дизельне паливо в стандартних умовах випробування, називається цетановим числом.

Мазут. Більшість промислових котелень і теплових електростанцій використовують як палива чорні грузлі залишкові продукти переробки нафти – топковий мазут. У більшості випадків це продукти крекінгу, хоча є і продукти прямої перегонки.