Введение

Ни одна проблема, пожалуй, не волнует сегодня человечество так, как топливо. Топливо – основа энергетики, промышленности, сельского хозяйства, транспорта. Без топлива немыслима жизнь людей.

Топливно-энергетический комплекс тесно связан со всей промышленностью страны. На его развитие расходуется более 20% денежных средств. На топливноэнергетический комплекс (ТЭК) приходиться 30% основных фондов и 30% стоимости промышленной продукции России. Он использует 10% продукции машиностроительного комплекса, 12% продукции металлургии, потребляет 2/3 труб в стране, дает больше половины экспорта РФ и значительное количество сырья для химической промышленности. Его доля в перевозках составляют 1/3 всех грузов по железным дорогам, половину перевозок морского транспорта и всю транспортировку по трубопроводам.

Топливно энергетический комплекс имеет большую районообразовательную функцию. С ним папрямую связано благосостояние всех граждан России, такие проблемы, как безработица и инфляция.

Наибольшее значение в топливной промышленности страны принадлежит трем отраслям: нефтяной, газовой и угольной, из которых особо выделяется нефтяная.

Действительно, отрасли ТЭК дают не менее 60% валютных поступлений, в Россию, позволяют иметь положительное внешнеторговое сальдо, поддерживать курс рубля. Высоки доходы в бюджет страны от акцизов на нефть и нефтепродукты.

Успехи нефтяников бесспорны и в области поиска новых крупных месторождений нефти и газа, и в области их разработки. Тем не менее, время, когда запасы этих уникальных природных соединений исто­щатся, с каждым годом становится все ближе. Уже сейчас ученые многих стран задумываются над проблемой получения нефти искусствен­ным путем. В лабораторных условиях была доказана принципиальная возможность этого.

Велика роль нефти и в политики. Регулирования поставок нефти в страны ближнего зарубежья является, по сути дела, важным аргументом в диалоге с новыми государствами.

Таким образом, нефть – это богатство России. Нефтяная промышленность РФ тесно связана со всеми отраслями народного хозяйства, имеет огромное значение для российской экономики. Спрос на нефть всегда опережает предложение, поэтому в успешном развитии нашей нефтедобывающей промышленности заинтересованы практически все развитые государства мира.

Нефть и газ – наиболее эффективное и наиболее удобное на сегодня топливо. К сожалению, более 90 % добытых нефти и газа сжигаются в промышленных топках и в двигателях автомашин. Стало крылатым высказыванием Д.И. Менделеевым о том, что сжигать нефть и газ – это все равно, что растапливать печь ассигнациями. К этой мысли специалисты возвращаются и теперь. Американский ученый Ральф Лэпп в одной из своих статей пишет: «Я считаю варварством сжигания уникального наследия Земли – углеводородов – в форме нефти и природного газа. Сжигание этих молекулярных структур только для получения тепла следует считать преступлением».

1ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Характеристика нефти и нефтепродуктов

Важнейшим источником получения различных углеводородов в промышленности является нефть.

1.1.1 Ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а н е ф т и и н а х о ж д е н и е е ё в

п р и р о д е. Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цвета со своеобразным запахом. Она немного легче воды и в воде не растворяется.

Рисунок 1- Геологический разрез нефтеносной местности

Нефть залегает в земле, заполняя пустоты между частицами различных горных пород (рисунок 1). Для добывания её бурят скважины (рисунок 2).

Рисунок 2 - Наклонное бурение скважин позволяет добывать нефть

из - под водоёмов и капитальных сооружений

Если нефть богата газами, она под давлением их сама поднимается на поверхность, если же давление газов для этого недостаточно, в нефтяном пласту создают искусственное давление путём нагнетания туда газа, воздуха или воды. В царской России нефть добывалась почти исключительно на Кавказе (Баку, Грозный).

1.1.2 С о с т а в н е ф т и. Если нефть нагревать в приборе, изображённом на рисунке 4, то можно заметить, что она кипит и перегоняется не при постоянной температуре, что характерно для чистых веществ, а в широком интервале температур. Это значит, что нефть пред­ставляет собой не индивидуальное вещество, а смесь веществ. При нагревании нефти сначала перегоняются вещества с меньшим молекулярным весом, обладающие более низкой температурой кипения, затем температура смеси постепенно повышается, и начи­нают перегоняться вещества с большим молекулярным весом, имеющие более высокую температуру кипения.

В состав нефти входят главным образом углеводороды. Основную массу её составляют жидкие углеводороды, в них растворены газообразные и твёрдые углеводороды.

Состав нефти различных месторождений неодинаков. Грозненская и западноукраинская нефть состоят главным образом из предельных углеводородов. Бакинская нефть состоит преимущественно из циклических углеводородов - цикланов. Цикланы - это углеводороды, отличающиеся по своему строению от предельных тем, что содержат замкнутые цепи (циклы) углеродных атомов, например:

Цикланы были открыты в нефти и изучены выдающимся учеником А. М. Бутлерова, профессором Московского университета В. В. Mapков пиковым.

1.1.3 Н е ф т е п р о д у к т ы и и х п р и м е н е н и е . Так как нефть - это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты рисунок бензин, содержащий наиболее лёгкие углеводороды, кипящие от 40 до 200°, с числом атомов углерода в молекулах от 5 до 11; лигроин, содержащий углеводороды с большим числом атомов углерода, с темп, кипения от 120 до 240°; керосин с темп, кипения от 150 до 310° и, далее, соляровое масло. После отгонки из нефти этих продуктов остаётся вязкая чёрная жидкость — мазут.

Рисунок 3 - Перегонка нефти в лаборатории

Рисунок 4 - Температура кипения различных видов топлива, получае- мых из нефти

НЕФТЬ	Бензин
	Лигроин
	Керосин
	Соляровое масло
	Мазут	Смазочное масло	Веретенное
			Машинное
			Цилиндровое
		Вазелин
		Парафин
		Гудрон

Таблица 1 - Важнейшие продукты, получаемые из нефти

Бензин применяется в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. В зависимости от назначения он подразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин используется также в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и тому подобное. Керосин применяется как горючее для тракторов. Он используется также для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего для дизелей. Из мазута путём дополнительной перегонки получают смазочные масла для смазки различных механизмов. Перегонку ведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипения углеводородов и избежать разложения их при нагревании. После перегонки мазута остаётся нелетучая тёмная масса — гудрон, идущая на асфальтирование улиц. Важнейшие продукты, получаемые из нефти, указаны в таблице (рисунок 6). Из некоторых сортов нефти выделяют твёрдые углеводороды — так называемый парафин (идущий, например, на изготовление свечей) и смесь жидких углеводородов с твёрдыми — вазелин. Кроме переработки на смазочные масла, мазут применяется в качестве топлива в заводских и паровозных топках, в которые ом подаётся при помощи форсунок. Большие количества мазута подвергаются химической переработке в бензин и другие виды топлива.

1.1.4 П е р е г о н к а н е ф т и. Сначала перегонку нефти в промышленности производили по тому же принципу, что и в описанном выше лабо­раторном опыте. Нефть нагревали в особых резервуарах — «кубах», выделяющиеся пары отбирали в определённых интервалах температур и конденсировали, получая, таким образом бензин, керосин и другие нефтепродукты. Но когда сильно возросла потребность в жидком топливе, такой способ оказался невыгодным, так как он требовал много времени и большого расхода топлива на нагревание нефти, не обеспечивал высокой производительности и достаточно хорошего разделения нефти на отдельные нефтепродукты. В настоящее время перегонку нефти в промышленности произ­водят на непрерывно действующих так называемых трубчатых установках (рисунок 7), отвечающих требованиям современного производства. Установка состоит из двух сооружений — трубчатой печи для нагрева нефти и ректификационной колонны для разделения нефти на отдельные продукты. Трубчатая печь представляет собой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположен многократно изогнутый стальной трубопровод. Печь обогревается горящим мазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. По трубопроводу непрерывно, с помощью насоса, подаётся нефть. В нём она быстро нагревается до 300—325° и в виде смеси жидкости и пара поступает далее в ректификационную колонну. Ректификационная колонна имеет внутри ряд горизонтальных перегородок с отверстиями — так называемых тарелок. Пары нефти, поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенно охлаждаясь, они сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температур кипения. Углеводороды, менее летучие, сжижаются уже на первых тарелках, образуя соляровое масло; более летучие углеводороды собираются выше и образуют керосин; ещё выше собирается лигроин; наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и образуют бензин. Часть бензина подаётся в колонну в виде орошения для охлаждения и конденсации поднимающихся паров. Жидкая часть нефти, поступающей в колонну, стекает по тарелкам вниз, образуя мазут. Чтобы облегчить испарение летучих углеводородов, задерживающихся в мазуте, снизу навстречу стекающему мазуту подают перегретый пар.

1 – топливо; 2 – трубчатая печь; 3 – ректификационная колона;

4 – нефть; 5 – пар; 6 – мазут; 7 – соляровое масло; 8 – керосин; 9 – лигроин

10 – бензин; 11 – холодильник; 12 – пары бензина

Рисунок 5- Схема трубчатой установки для непрерывной перегонки

нефти

Устройство тарелок схематически изображено на рисунке 8. Отверстия в тарелках, через которые проходят поднимающиеся кверху пары, имеют небольшие патрубки, покрытые сверху колпачками с зубчатыми краями. Через зазоры, образующиеся в месте соприкосновения колпачка с тарелкой, и проходят вверх пары углеводородов. Пробулькивая через жидкость на тарелке, пары охлаждаются, вследствие чего наименее летучие составные части их сжижаются, а более летучие увлекаются на следующие тарелки. Жидкость, находящаяся на тарелке, нагревается проходящими парами, вследствие чего летучие углеводороды из неё испаряются и поднимаются кверху. Избыток жидкости, собирающейся на тарелке, стекает по переточной трубке на нижерасположенную тарелку, где проходят аналогичные явления. Процессы испарения и конденсации, многократно повторяясь на ряде тарелок, приводят к разделению нефти на нужные продукты. Крекинг нефти. При перегонке нефти выход бензина составляет лишь 10—15%. Такое количество бензина не может удовлетворить всё возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобильного транспорта. Источником получения из нефти дополнительного количества бензина является крекинг-процесс. Если в нагреваемую на сильном пламени трубку (заполненную железными стружками для улучшения теплопередачи) пускать из воронки по каплям керосин или смазочное масло, очищенные от непредельных углеводородов (рисунок 9), то в U-образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилиндре над водой-газ. Полученная жидкость, в отличие от взятой для реакции, обесцвечивает бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Собранный газ хорошо горит и так же обесцвечивает бромную воду. Результаты опыта объясняются тем, что при нагревании произошёл распад углеводородов, например:

Образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов с меньшими молекулярными весами, аналогичная бензину. Получившиеся жидкие вещества частично могут разлагаться далее, например:

Рисунок 6 - Схема устройства тарелок ректификационной колонны

Процесс химического разложения углеводородов нефти на более, летучие вещества называется крекингом (крекинг — расщепление). Крекинг даёт возможность повысить выход бензина из нефти до 50% и более. Крекинг-процесс был изобретён русским инженером В. Г. Шуховым в 1891 г.

Рисунок 7 - Крекинг керосина (лабораторный опыт)

Существуют два вида крекинга-термический, когда расщепление углеводородов производится при высокой температуре, и каталитический, идущий при повышенной температуре с применением катализаторов.

Газы крекинга содержат разнообразные предельные и непредельные углеводороды (рисунок 7), что делает их ценным сырьём для органического синтеза. Одной из важнейших задач химической и нефтяной промышленности в шестой пятилетке является резкое повышение использования нефтяных, природных газов и нефтепродуктов для производства синтетического каучука, спирта, моющих средств и других химических продуктов.

1.1.5. П р и н ц и п ы п о л у ч е н и я т о п л и в. Получение топлив для двигателей внутреннего сгорания - сложный процесс, включающий получение первичных его компонентов, их смешивание и улучшение присадками до товарных показателей качества в соответствии с требованиями стандартов. Первоначальным сырьем топлив традиционно является нефть. Различают две группы способов переработки нефти с целью получения топлив и смазочныхматериалов:

1)способы, не изменяющие индивидуальных углеводородов;

2) способы термокаталитической деструкции индивидуальных углеводородов.

В первую группу входят процессы прямой перегонки, то есть разделение нефти на отдельные фракции в зависимости от температуры их кипения. Перегонка нефти (дистилляция) - процесс, обязательный для получения естественных фракций бензина, дизельного топлива и других содержащихся в нефти фракций. В зависимости от месторождения нефть содержит 10-15 % бензиновых фракций, 15-20 % топлива для реактивных двигателей, 15-20 % дизельного топлива и примерно 50 % мазута, который, в свою очередь, является сырьем для получения различных смазочных материалов. Вторая группа включает процессы вторичной переработки нефти, принцип которой основан на термическом разложении индивидуальных углеводородов, позволяющем существенно увеличить выход из нефти бензиновых и других фракций, улучшить их показатели качества (детонационную стойкость, химическую стабильность). К способам вторичной переработки относят термический и каталитический крекинг, каталитический риформинг, пиролиз, гидрокрекинг, алкилирование. Рассмотрим способы переработки нефти более подробно. Первичная (прямая) переработка Все современные нефтеперерабатывающие установки имеют секции первичной переработки. Их задача - разделить нефть на отдельные фракции. Для этого используют сложный комплекс автоматизированных аппаратов. Фракции, выкипающие до 330-350 °С, выделяются на установках под атмосферным давлением. Такие установки носят название атмосферных. Отгонять из

нефти фракции, выкипающие при более высокой температуре, при атмосферном давлении нельзя, так как в этих условиях разложение углеводородов (крекинг) начинается раньше, чем их выкипание. Для более глубокого фракционирования, то есть выделения масляных фракций, давление в установках понижают до 4-6 кПа. При этом понижается температура кипения углеводородов, что позволяет продолжить дистилляцию (перегонку) и получить уже не только топливные, но и масляные фракции. Такие установки называют вакуумными. Объединенные в единый комплекс атмосферная и вакуумная установки носят название атмосферно-вакуумной установки.

В атмосферных секциях выделяются следующие фракции: 1) углеводородный нефтяной газ; 2) бензин, выкипающий в диапазоне 35-205 °С; 3) топливо для реактивных двигателей (120-315 °С); 4) дизельное топливо (180-360 °С).

Оставшийся мазут подается в вакуумные секции, где под вакуумом фракционируется на легкие, средние и тяжелые масла. Если мазут предназначается для использования в качестве котельного топлива, отгоняют только его фракцию. После отгона из мазута дистиллятных масляных фракций или фракций котельного топлива остается гудрон. Гудрон уже при 30-40 °С застывает, образуя твердую массу. Его используют как сырье для приготовления битума или масел очень высокой вязкости.

1.1.6 П е р е г о н к а н е ф т и в т р у б ч а т ы х п е ч а х. Для перегонки нефть нагревают в трубчатых печах. Это большие и сложные сооружения, нагревающие до 1000 т сырья в 1 ч при тепловой нагрузке до 4,2-10е кДж/ч и КПД печи 70-80 % (КПД печи - отношение теплоты, переданной продукту, к теплоте, полученной при сгорании топлива). Из трубчатой печи нагретую до высокой температуры нефть и испарившиеся фракции направляют в специальную установку, называемую ректификационной колонной, которая представляет собой вертикально установленный прочный металлический цилиндр с наружной теплоизоляцией.

Рисунок 8 - Схема комплексной атмосферно-вакуумной установки

современного нефтеперерабатывающего производства

Внутри колонны поперек цилиндра расположены перегородки с отверстиями, прикрытыми колпачками (колпачковые тарелки). Часть колонны, лежащая на уровне ввода нагретого в трубчатой печи продукта, является испарительной (эвапорационной) зоной. Пары из этой зоны поднимаются в верхнюю часть колонны, проходя через колпачковые тарелки, где постепенно охлаждаются и конденсируются на тарелках различного температурного уровня. Чем выше расположены колпачковые тарелки, тем более легкие (тое есть более низкокипящие) фракции на них конденсируются. Для лучшей конденсации в верхней части колонны установлено устройство для орошения. В качестве орошающей жидкости используют фракции нефти того температурного диапазона, продукты которого выводятся из колонны в паровой фазе. Схема комплексной атмосферно-вакуумной установки современного нефтеперерабатывающего производства приведена на рисунке 11. Вторичная переработка нефти методами термической деструкции и синтеза Возрастающая потребность в производстве топлив и ограниченность их содержания в исходном сырье сделали необходимым применение вторичной переработки нефти, позволяющей значительно увеличить выход топливных фракций (например, выход бензина может возрасти с 20 до 60 %). Идея практического использования расщепления углеводородов нефти путем воздействия высоких температур была выдвинута русским инженером В. Г. Шуховым еще в 1891 г. Теоретические основы этой идеи разработал русский химик А. А. Летний, описавший в 1875 г. процесс разложения тяжелых углеводородов на более легкие путем их нагревания. Слово "крекинг" от английского crack (расщепляться) обозначает ряд процессов термической деструкции углеводородов. Разработаны, изучены и нашли .практическое применение несколько видов крекинга: термический, каталитический, гидрокрекинг, каталитический риформинг. Термический крекинг. Механизм и направление термической деструкции зависят от термодинамической вероятности протекания определенного процесса в данном направлении до достижения равновесного состояния. Термодинамическая вероятность протекания какого-либо процесса деструктивных превращений определяется величиной изменения энергии Гиббса, то есть. части внутренней энергии тела, которая может быть превращена в работу. Механизм распада алканов основан на различной энергии диссоциации связей С-С и С-Н. Энергия диссоциации связи С-С меньше, поэтому деструкция нормальных алканов, как правило, происходит вследствие разрыва связи С-С. Место разрыва зависит в основном от давления и температуры. Чем выше температура и меньше давление, тем ближе к концу молекулы происходит ее разрыв. Таким образом, представляется возможность управлять процессом деструкции. При температуре около 450 °С деструкция алканов происходит посередине цепи. Например, алкан С18Н38 (октадекан), имеющий температуру кипения 317,5°С и плотность 782 кг/м3, распадается на алкан С9Н20 (нонан) с температурой кипения 150,8 °С и плотностью 718 кг/м3 и на алкен С9Н18 (нонилен) с температурой кипения 146,9 °С и плотностью 729 кг/м33 (плотность указана при температуре 20 °С). Значительно сложнее механизм крекинга алкенов и алкадиенов. Несмотря на то, что в исходных продуктах этих групп углеводородов чаще всего нет, возникновение их в процессе термической деструкции и их последующие превращения серьезно влияют на состав конечных продуктов.

В ненасыщенных углеводородах не все связи С-С равнопрочны. Наименьшей прочностью обладают так называемые бэтта-связи; по ним и происходят наиболее вероятные разрушения молекул алкенов и алкадиенов, причем последние расщепляются менее активно, чем алканы, а значительная их часть полимеризуется и уплотняется. Цикланы в условиях крекинга теряют боковые цепи, которые, отделившись от кольца, расщепляются так же, как алканы; одновременно происходит дегидрирование цикланов.

1.1.7. К р е к и н г н е ф т и.. Термический крекинг из-за низкого качества получаемых продуктов (бензинов), не удовлетворяющих требованиям современных двигателей, почти полностью вытеснен другими, более современными методами вторичной переработки нефти. Новые установки термического крекинга теперь не строят, а действующие по возможности переоборудуют в установки каталитического крекинга и других современных процессов.

Метан и его гомологи	40%
Н2	7%
С4Н8	10%
С3Н6	16%
С2Н4	27%

Таблица 2 - Примерный состав газов термического крекинга нефти

Каталитический крекинг. Основным современным методом, позволяющим получать высококачественный и стабильный бензин из тяжелых фракций, выкипающих при температуре 300-500 °С, является каталитический крекинг. От термического он отличается применением катализаторов, в присутствии которых процессы деструкции идут в направлении образования изомерных, наиболее ценных для бензинов углеводородов. Процесс протекает при давлении 0,14-0,18 МПа и температуре 450-500 °С. В качестве катализатора используют природные алюмосиликаты; пористая структура катализатора (1 г катализатора . обладает активной поверхностью до 400-500 м2) обеспечивает высокую активность алюмосиликатов. В последнее время ряд установок переводят на новые цеолитсодержащие катализаторы, которые активнее алюмосиликатов, а главное - еще больше повышают содержание в бензине изомерных соединений и уменьшают количество ненасыщенных углеводородов. Необходимо обеспечить периодическое удаление с поверхности катализатора смолистых отложений и кокса, образующихся от соприкосновения с углеводородами сырья и получаемых продуктов. Чаще всего смолистые отложения просто выжигают при температуре 550 - 680 °С пропусканием через катализатор воздуха. Характерной особенностью каталитического крекинга является избирательная активность к различным типам углеводородов, а также высокая скорость протекания реакций, значительно большая, чем при термическом крекинге. Кроме того, здесь активно развиваются процессы изомеризации, обусловливающие особую ценность получаемых продуктов, и особенно бензина. В результате каталитического крекинга получаются продукты, в которых содержание изоалканов и ароматических углеводородов достигает 55 %, цикланов 20-25 %; алкены и алкадиены, характерные для продуктов термического крекинга и являющиеся основной причиной их низкого качества, составляют всего 5-9 %; общий выход бензиновых фракций достигает от 50 % и более. Целевым продуктом каталитического крекинга является бензин высокой детонационной стойкости (октановое число от 87 до 91 по исследовательскому методу).

Гидрокрекинг. В продуктах термического и даже каталитического крекинга всегда наблюдается недостаток водорода. Это основная причина содержания в них непредельных углеводородов; поэтому и выход бензинов не превышает 40-50 % от исходного сырья. Гидрокрекинг представляет собой разновидность каталитического крекинга в присутствии водорода. Гидрокрекинг кроме увеличения выхода целевого продукта может быть использован и для гидроочистки продукта, в первую очередь, от серы, что имеет большое значение, особенно при переработке сырья с высоким ее содержанием. Гидрокрекинг осуществляют при температуре 420-500 °С и давлении 3-10 МПа. Массу исходного сырья вместе с катализатором пропускают через реактор, в который под давлением подается водород. В результате первой стадии процесса получается обычно широкая фракция с концом кипения 300-350 °С. Этот продукт подвергается дальнейшей обработке, при которой температуру снижают до 380-450 °С, а давление водорода поддерживают на уровне 10 МПа. В качестве катализатора используют сульфиды вольфрама и молибдена, а также другие соединения, в том числе на основе платины. Последнюю не применяют при переработке сырья с высоким содержанием сернистых соединений, которые оказывают отрицательное влияние на платиновый катализатор. В качестве носителя катализатора применяют синтетические алюмосиликаты. Изменяя режим гидрокрекинга (давление, температуру и объемную скорость подачи реагентов), можно получать необходимые фракционный и групповой химические составы целевого продукта (бензина, реактивного или дизельного топлива). Остаточные продукты переработки можно вводить в процесс повторно. Гидрокрекинг, в частности, широко используют при получении топлив для турбореактивных двигателей из сернистых мазутов. Сырьем могут быть и бензиновые фракции, тогда целевым продуктом являются сжиженные газы (бутан-пропановые фракции). Процесс осуществляется под давлением водорода 25 МПа. Каталитический риформинг. В отечественной нефтеперерабатывающей промышленности риформинг занимает важное место и является основным способом производства высококачественных бензинов (в частности, бензинов АИ-93 и АИ-98). Если в качестве катализатора используют платину, то риформинг называют платформингом. Сырьем для риформинга являются бензиновые фракции с началом кипения обычно выше 110 °С. Каталитический риформинг осуществляют при температуре 470-530 °С и давлении 2-4 МПа. Утилизация тяжелых остатков крекинга может быть проведена коксованием, которое проводится при атмосферном давлении и температуре 550 °С. При таком режиме тяжелые углеводороды превращаются в кокс и жидкие фракции, из которых можно получить бензин; кроме того, образуются нефтяные газы. Высокооктановые компоненты бензина получают из побочных продуктов крекинга и коксования. Целевыми продуктами процесса являются изооктан (октановое число 100), алкилат (алкилбензин) и алкилбензол. Все эти продукты широко применяют как добавки к товарным бензинам для повышения их детонационной стойкости. В нефтеперерабатывающей промышленности широко внедряются комплексные автоматизированные установки. В перерабатывающие комплексы включаются установки по вакуумной перегонке мазута и висбре-кйнга (легкого термического крекинга) гудронов, а также установки гидрокрекинга. Это позволяет значительно увеличить выход светлых нефтепродуктов Очистка, легирование и получение топлив товарных марок.

1.1.8 О ч и с т к а т о п л и в а. Для удаления из топлив нежелательных и вредных продуктов применяют различные методы очистки. Наиболее традиционным методом является щелочная очистка, которая позволяет удалить из топлива органические кислоты, сероводород и другие соединения серы. Нефтяные кислоты образуют со щелочью соли, хорошо растворимые в воде и таким образом выводимые из очищаемого продукта. Для щелочной очистки бензинов и дизельных топлиз применяют 10 % раствор NаОН. Причем при очистке бензинов каталитического крекинга важно обеспечить концентрацию щелочи к моменту окончания очистки не менее 4 %, так как иначе содержание фактических смол в очищенном бензине может оказаться чрезмерно высоким. Перспективны методы избирательной адсорбции с применением молекулярных сит (цеолитов), существенно улучшающие показатели качества бензинов. Самым эффективным и перспективным методом очистки является гидроочистка. Принципы ее сходны с принципами гидрокрекинга. В присутствии катализатора и водорода идет процесс гидрирования (насыщения) непредельных углеводородов; одновременно почти полностью удаляются соединения серы. Поэтому продукты гидрокрекинга обычно не нуждаются в дальнейшей очистке. Для улучшения низкотемпературных свойств топлив (в первую очередь дизельных) применяют депарафинизацию, то есть селективное удаление парафина. В качестве растворителей используют ацетон, жидкий пропан, дихлорэтан и другие жидкости с низкой температурой кипения. Смесь охлаждают и после застывания парафина фильтруют. Парафин остается на фильтре, а растворители после их отгонки снова используют для очистки топлива.

1.2 Подготовки нефти к переработке

1.2.1 Д е г а з а ц и я н е ф т и. Нефть, добываемая из земных недр, как правило, содержит газ, называемый попутным. На каждую тонну добытой нефти приходится 50-100 м³ попутного газа. Перед транспортировкой и подачей нефти на переработку газ должен быть отделен от нефти. Удаление газа из нефти - дегазация проводится с помощью сепарации и стабилизации.

В условиях нефтяного пласта при высоком давлении газы растворены в нефти. При подъеме нефти на земную поверхность дав­ление падает и растворенный газ выделяется. Важно в этот момент уловить его. Существует несколько схем отделения газа от нефти на промысле, различающихся условиями перемещения нефти и газа. Схемы первой группы характеризуются тем, что газ отделяют от нефти на кратчайшем расстоянии от скважины. После отделения газа к центральным пунктам сбора перемещается только нефть. Пример подобной схемы отделения газа от нефти приводится на рисунок 12а.

Газонефтяная смесь из скважины поступает, в вертикальную емкость С-1, оборудованную устройствами для предотвращения уноса нефти с газом. Эта емкость носит название трапа. Из трапа С-1 газ поступает в газосборный коллектор, а нефть - в мерник Е-1. По газосборному коллектору попутный газ передается для дальнейшей обработки на газобензиновые заводы. К коллектору подключается до ста и более скважин одного или нескольких близлежащих нефтяных месторождений. Поскольку давление, при котором происходит разделение, невысокое, для подачи газа на газобензиновые заводы его сжимают компрессорами ЛК-1.

Нефть из мерника Е-1 самотеком или насосами подается на нефтесборный пункт, где подвергается обезвоживанию.

Рисунок 9 - Схемы отделения газа от нефти на нефтепромысле

Описанная схема отличается простотой, но не обеспечивает полноты улавливания попутного газа. После одноступенчатой сепа­рации в нефти остается до 40-50% попутного газа. Этот газ, попадая вместе с нефтью в мерники Е-1 и резервуары нефтесборных пунктов, в значительной степени улетучивается в атмо­сферу. Более эффективны системы многоступенчатой сепарации (рисунок 12б).

На устье нефтяной скважины поддерживается повышенное давление. В непосредственной близости от скважины размещается газоотделитель первой ступени сепарации С-1, давление в котором равно 6-7 Ват. Этого давления достаточно, чтобы без дополнитель­ного сжатия подать газ на газобензиновый завод. Из газоотделителя первой ступени нефть вместе с оставшимся в ней растворенным газом самотеком перемещается на центральный сборный пункт. На этом пункте собираются потоки от большого числа скважин. В результате снижения давления на центральном сборном пункте вновь происходит выделение газа в сепараторе С-2. Этот газ подается на газобензиновый завод компрессорами. Преимущества многоступенчатой схемы сепарации:

-более полное отделение газа от нефти;

-сокращение уноса капель нефти с газом;

-уменьшение расхода электроэнергии на сжатие газа.

1.2.2 О б е з в о ж и в а н и е н е ф т и. Наиболее простой способ удаления воды из нефти на промыслах - термохимическое обезвоживание при атмосферном давлении. К подогретой до 30-50°С нефти добав­ляется деэмульгатор, а затем нефть поступает в резервуар для отстаивания. При такой обработке нефти возможны большие по­тери легких нефтепродуктов во время отстаивания в негерметичных резервуарах. Эти недостатки устраняются при термохимическом отстаивании под давлением (рисунок 14).

Сырую нефть забирают из Е-1 насосом Н-1, смешивают с деэмульгатором, подаваемым из Е-2, прокачи­вают через теплообменник Т-1 и паровой подогреватель Т-2 в термоотстойник Е-З. В термоотстойнике под давлением 15 ат нефть находится в течение 1-3 ч. Обезвоженная нефть через теплообмен­ник Т-1 направляется в резервуар Е-4. В резервуаре нефть допол­нительно отделяется от воды. Отстоявшаяся вода сбрасывается в нефтеловушку Е-5, а затем закачивается в скважину А-1. Часть сточных вод, удаленных из термостойника, возвращается на прием сырьевого насоса, с целью повторного использования содержащегася в сточной воде деэмульгатора. Нефть из ловушки вновь подается на обезвоживание.

1.2.3 О б е с с о л и в а н и е н е ф т е й. При глубоком обезвоживании некоторых нефтей, в пластовой воде которых содержится мало солей, про­исходит почти полное их удаление. Однако большинство нефтей нуждается в дополнительном обессоливании.

В некоторых случаях для обессоливания используется термохимический метод, но чаще применяется способ, сочетающий термо­химическое отстаивание с обработкой эмульсии в электрическом поле. Установки последнего типа носят название электрообессоливающих (ЭЛОУ).

1.2.4 С т а б и л и з а ц и я н е ф т и. Даже после многоступенчатой промысловой сепарации в нефти остается весьма значительное количество углеводородов С₁-С₄. Значительная часть этих углеводородов может быть потеряна при перекачках из резервуара в резервуар, при хранении и транспортировке нефти. Вместе с газами теряются ценные легкие бензиновые фракции.

Чтобы ликвидировать потери газов и легких бензиновых фракций, предотвратить загрязнение воздуха, уловить ценные газообразные компоненты, необходимо максимально извлечь углеводороды С₁-С₄ из нефти перед тем, как отправить ее на нефтеперерабатывающие заводы. Эта задача решается на установках стабилизации нефти, расположенных обычно в непосредственной близости от места ее добычи. Методы стабилизации нефти могут быть различными. Для большинства нефтей стабилизация производится на установках с применением ректификации.

Нефть, поступающая с промысловых установок сепарации, проходит через теплообменники Т-1, где подогревается уже стабилизированной нефтью, и паро­вые подогреватели Т-2. Подогретая нефть поступает в ректификационную колонну-стабилизатор К.-1. Уходящие с верха стабилизатора легкие углеводороды конденсируются в конденсаторе холодильнике ХК-1 и поступают в емкость Е-1. С верха стабилизатора уходят углеводороды от С₁ до С₅ включительно. При охлаждении оборотной промышленной водой в конденсаторе-хо­лодильнике конденсируется не весь продукт, уходящий с верха колонны. Поэтому в емкости Е-1 происходит разделение смеси, поступившей из кон­денсатора, на газ и жидкость.

Газ из Е-1 направляется в топливную сеть. Жидкий продукт - газовый конденсат частично возвращается в колонну К-1 в качестве орошения, а балансовое количество¹ выводится со стабилизационной установки и передается на центральные газофракционирующие установки (ЦГФУ). Эти установки предназначаются для разделения газового конденсата нескольких стабилизационных установок на индивидуальные углеводороды.

С низа стабилизатора уходит стабильная нефть, которая отдает свое тепло поступающему сырью в теплообменнике Т-1 и доохлаждается в холодильнике. Необходимое для ректификации тепло под­водится в нижнюю часть стабилизационной колонны через трубчатую печь. Содержание газа (углеводородов С₁ - С₄) в стабильной нефти составляет 0,8-1,5%.