Нефть является основным источником сырья для нефтеперерабатывающих заводов при получении моторных топлив, масел и мазута. Нефть и продукты ее переработки являются сырьем для синтеза многочисленных

Нефтепереработка

Нефть является основным источником сырья для нефтеперерабатывающих заводов при получении моторных топлив, масел и мазута. Нефть и продукты ее переработки являются сырьем для синтеза многочисленных химических продуктов: полимерных материалов, пластических масс, синтетических каучуков и волокон, растворителей и т.д.

Нефти различных месторождений заметно отличаются по составу, по плотности, по температуре кипения.

Большинство нефтей содержит до 25% бензиновых фракций, выкипающих до 180^оС и до 55% фракций, перегоняющихся до 350^оС. Общее содержание алканов (парафины) в нефтях достигает 30-50%, циклоалканов (циклопарафины, нафтены) – 25-75%, арены (ароматические углеводороды) содержатся, как правило, в меньшем по сравнению с алканами и циклоалканами количестве (10-20%). Кроме того, нефть, поступающая на переработку, содержит до 1,5% солей и 30% воды. Для переработки пригодна нефть, содержащая не более 0,0005% солей и 0,1% воды.

Основные химические элементы, входящие в состав нефти: углерод 82-87%), водород (11-14%), сера (0,1-7%), азот (0,001-1,8%), кислород (0,5-1%).

Плотность - физическая константа, масса единицы объема, выражаемая в кг/м³, т/м³, числом баррелей в метрической тонне, числом галлонов в метрической тонне. Плотность существенно зависит от температуры. Плотность некоторых товарных нефтепродуктов приведена в таблице.

Табл.1

Нефтепродукт	Плотность, т/м^3	Число баррелей в т
Нефти	0,80 – 0,97	8,0 - 6,6
Авиационные бензины	0,70 – 0,78	9,1 – 8,2
Автомобильные бензины	0,71 – 0,79	9,0 – 8,1
Керосины	0,78 – 0,74	8,2 – 7,6
Газойли	0,82 – 0,90	7,8 – 7,1
Дизельные топлива	0,82 – 0,92	7,8 – 6,9
Смазочные масла	0,85 – 0,95	7,5 – 6,7
Мазуты	0,92 – 0,99	6,9 – 6,5
Битумы	1,0 – 1,1	6,4 – 5,8

Подготовка нефти к переработке.

Обессоливание и обезвоживание нефти производят на установках ЭЛОУ. Исходная нефть может содержать 200-300кг воды и 10-15 кг солей в одной тонне. В нефть водят промывную воду, деэмульгатор и щелочь, смесь подогревают до 120-150^оС и подают в ЭЛОУ, в которой после отстаивания и расслаивания смеси отделяется основная масса воды и солей. Вода, содержащая соли, нефть, сернистые соединения, отводится в специальную сеть канализации. На отдельных заводах концентрация нефти в отводящейся воде достигает 125 дм3, при предельно допустимом содержании ее в таких водах 10 г/дм3.

Первичная (физическая) переработка нефти.

Первичная (физическая) переработка нефти основана на различии физических свойств фракций, составляющих нефть, в частности. температуре кипения. К первичной (прямой) перегонке относятся процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. Эти процессы проходят соответственно в атмосферных трубчатых (АТ) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумных (АВТ) установках. На 1-й стадии перегонки (установки АТ) осуществляют неглубокую переработку нефти при атмосферном давлении в интервале температур 80-350^оС с получением следующих продуктов (%):

- бензин –14,5,

- лигроин – 7,5,

- керосин – 8,5

- соляровый дистиллат – 5,5,

- мазут – 55.

Остаток 1-й ступени перегонки – мазут направляют на установки ВТ для углубления переработки нефти. На 2-й стадии переработка идет под вакуумированием в интервале при температур 200-370^оС с получением следующих продуктов (смазочных масел)(%):

- веретенное – 11-12,

- машинное – 5,

- легкое цилиндровое – 3,

- тяжелое цилиндровое – 7,

- остаток перегонки - гудрон – 27-30.

Вторичная (химическая) переработка нефти.

Для увеличения выхода бензина большую часть мазута направляют на вторичную (химическую) переработку, цель которой – разложение тяжелых углеводородов на более легкие.

В зависимости от условий проведения различают крекинг и риформинг (платформинг) и др.

Крекинг – процесс разложения остатков первичное переработки нефти – мазута и гудрона. Крекинг, проходящий при высокой температуре и повышенном давлении, называется термическим. Выход легких жидких фракций увеличивается с ростом температуры и давления и достигает максимума (35%) при давлении 6 МПа и 470-540^оС. Крекинг, проходящий в присутствии катализаторов (Al-Si) при 550^оС называется каталитическим. Выход бензиновых фракций возрастает до 70%. В процессе каталитического крекинга сырье превращается в бензин, газ, кокс и соляровые фракции. Каталитические превращения проходят в условиях контакта исходного сырья в газообразном состоянии с твердым мелкодисперсным катализатором. Катализатор представляет собой сыпучий материал, который легко переносится потоками воздуха или паров сырья. Крекинг сопровождается отложением кокса на развитой поверхности катализатора. Катализатор регенерируют, выжигая кокс в потоке воздуха в регенераторе.

Газ и пары бензина, покидающие аппарат, в котором проходила каталитическое превращение сырья, уносят частицы катализатора. Запыленность паров достигает 500г/м3. В пылеуловителях частицы катализатора отделяют, направляют на регенерацию и возвращают в процесс. В процессе пропарки регенерированного катализатора образуются самые загрязненные сточные воды, содержащие нефтепродукты, NH4S, фенол, растворенную органику, в количестве 8-10 м3/ч.

Октановое число бензина, полученного каталитическим крекингом 78_85. (Октановое число – характеристика качества топлива, условный показатель антидетонационных качеств топлива. Топливо сравнивается со смесью изооктана (о.ч.=100) и н-гептана (о.ч.=0). Процент изооктана в смеси, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу, называется октановым числом топлива).

Для получения высококачественных бензинов с высоким октановым числом, а также для получения индивидуальных ароматических углеводородов применяется процесс риформинга. Исходным сырьем для этого процесса являются низкооктановые бензины термического и каталитического крекинга. Каталитический риформинг осуществляют в водородсодержащей среде под давлением. Водород в каталитическом риформинге получают за счет дегидрирования тяжелых углеводородов. Действие водорода препятствует коксообразованию, поэтому длительность работы катализаторов возрастает до нескольких месяцев. Водород насыщает непредельные углеводороды, гидрирует серосодержащие соединения, что способствует стабилизации и обессерванию получаемого бензина.

По используемому катализатору различают несколько видов риформинга:

- платформинг проводят в присутствии платинового катализатора, нанесенного на фтороированный оксид алюминия при 480-510^оС и давлении водорода 2-4 Мпа;

- гидроформинг ведут в присутствии алюмо-молибденового катализатора при давлении водорода 1,7-1,9 МПа.

Очистка нефтепродуктов.

Нефтепродукты, получаемые при переработке нефти содержат примеси: олефины, серо-, азот-, кислородсодержащие соединения. Эти примеси – причина нестабильности свойств нефтепродуктов, полимеризации и окисления углеводородов с образованием осадков, нагара в цилиндрах двигателей, коррозии их металлических частей. Очистка нефтепродуктов – завершающая стадия их производства.

Очистка щелочами (едким натром, преимущественно) применяется для удаления кислот и серосодержащих соединений (нафтеновых и жирных кислот, фенола, сероводорода).

Сернокислотную очистку ведут концентрированной серной кислотой (90-93% H2SO4) для удаления олефинов (непредельных углеводородов), смолистых, азот- и серосодержащих соединений. В результате сернокислотной очистки, а также в некоторых других процессах переработки нефтепродуктов в качестве отхода образуются кислые гудроны – основной твердофазный отход нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности

Очистку нефтепродуктов методом гидрирования проводят в присутствии алюмо-кобальт-молибденового катализатора при повышенных температуре и давлении. Водород взаимодействует с серо-, азот-, кислородсодержащими соединениями, образуя легкоустраняемые сероводород, аммиак и воду. Одновременно происходит гидрирование ненасыщенные соединений, что повышает стабильность продукта. Такая очистка позволяет использовать высокосернистые нефти для получения качественных нефтепродуктов.

К физико-химическим методам очистки нефтепродуктов относятся:

- адсорбция – поглощение поверхностью твердого тела вредных примесей, содержащихся в нефтепродуктах. В качестве поглотителей используют природные глины, через которые нефтепродукт фильтруют, либо глину перемешивают с нефтепродуктом, отстаивают и отделяют;

- абсорбция – поглощение примесей жидким реагентом (нитробензол, форфурол, дихлорэтиловый эфир). Очистка дорогая, поэтому применяется достаточно редко.

Работа нефтеперерабатывающих заводов связана со следующими воздействиями на окружающую среду.

Организованные выбросы в атмосферу отводятся на улавливание веществ и обезвреживание либо на дожигание в факеле. Неорганизованные выбросы связаны с «дыханием» резервуаров, выбросами канализационных колодцев, нефтеловушек и нефтеотделителей, а также с неплотностями и разгерметизацией основного технологического процесса.

В сырой нефти и нефтепродуктах содержатся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Содержание б(а)п в нефтях украинских месторождений достигает 50-5000 мкг/м3. В процессе термической переработки его концентрация возрастает до 300 мкг/г (0,03%). Канцерогены в процессе переработки могут поступать в окружающую среду, в первую очередь, на промплощадку.

Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов имеют состав (мг/дм3):

Табл.2.

Процесс (установка)	Нефть и нефтепродукты	Взв.вещества	Другие
название	концентрация
ЭЛОУ			хлориды фенолы ПАВы
Крекинг			Na3PO4
Риформинг

Состав поверхностного стока с территории нефтеперерабатывающего завода, мг/л

Табл.3.

Показатели	Дождевой	Талый	Фон в водоемах
Взвешенные вещества Нефтепродукты ХПК БПКполн Минерализация Хлориды Сульфаты	260-3730 10-50 250-1000 30-240 300-640 15-75 50-460	310-3800 35-1280 220-910 38-260 320-740 19-90 110-375	- - -

К твердым отходам нефтепереработки относятся кислые гудроны. Этот отход представляет собой смолообразные высоковязкие массы, содержащие серную кислоту, воду и различные органические вещества. Содержание органики изменяется от 10 до 93%. По содержанию основных компонентов кислые гудроны делят на два вида:

- с большим содержание кислоты (более 5-% моногидрата),

- с высоким содержанием органической массы (более 50%).

Объемы этих отходов весьма значительны. В странах СНГ их выход оценивается в 300тыс.т в год. Степень использования не превышает 25%, что приводит к накоплению их в заводских прудах-накопителях (амбарах).

Кроме этого для этой отрасли промышленности характерно образование нефтяного шлама, выход которого составляет около 7 кг на 1 т перерабатываемой нефти. Это тяжелые нефтяные остатки, содержащие от 20 до 80% нефтепродуктов, 30-60% воды и до 45% твердых примесей. При хранении в шламонакопителях происходит расслоение таких отходов с образованием верхнего (в основном, водная эмульсия нефтепродуктов), среднего (загрязненная нефтепродуктами и взвешенными веществами вода) и нижнего (твердая фаза, пропитанная нефтепродуктами) слоя. На Надворянском НПЗ (Украина) скопилось более 40тыст таких шламов.

В нефтешламах и тяжелых остатках происходи концентрирование тяжелых металлов, входящих в состав нефтей.

Табл.4

Концентрация тяжелых металлов в нефтешламе АО «Уфимский НПЗ»:

Компонент	Концентрация, мг/кг
В составе мех.примесей	В пересчете на нефтешлам	В золе
Cu Zn Cd Cr Co Ni Mn Mo Pb V	967,6 671,4 16,1 770,1 200,9 1698,3 566,8 2835,0 805,7 не опред.	116,11 80,5 1,9 92,4 24,1 203,8 68,0 340,1 96,6 не опред.	не опред. не опред. не опред. не опред.

Табл.5

Содержание некоторых металлов в дизельном топливе, мазуте и гудроне, %*10^-4

Нефте-продукт	Металлы
V	Ni	Fe	Cu	Mn	Cr	Zn	Ba	Pb	Co
Мазут Гудрон	59-288 88-400	13-100 85-200	40-70 до 800	до 1,2 до 3,2	0,3-0,6 до 2,0	0,2-5 до 1,4	1,2 3,4	до 2 до 10		до 1 2,2

Табл.6

Суммарная мощность по первичной переработке нефти в Украине достигает 52млн.т/год.

	Атмосферная перегонка	Вакуумная перегонка мазута	Катал.и терм.крекинг	Гидроочистка	Катал. риформинг	Про-во битума	Про-во масел
Лукойл-Одесский НПЗ			-				-
Всего (Украина)

Табл.7

Динамика нефтепереработки в Украине, млн.т:

Переработка нефти	58,5	15,0	24,0	31,0	40,0	45,0
Производство нефтепродуктов:
бензин	8,4	3,7	5,7	8,0	10,4	11,5
дизельное топливо	12,7	4,6	8,12	10,6	15,0	17,2
мазут	26,1	5,3	6,9	7,3	7,3	5,7
Глубина переработки, %	54,3	65,7	70,0	75,0	80,0	85,0

В 2002 году в Украине на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) переработано 15,4млн.т нефти с содержанием серы в 1,3%. При этом получено 44тыс.т товарной серы, а примерно 200тыс.т серы выброшено в атмосферу:

Табл.8

	Объем переработки нефти, тыс.т	Выпуск, тыс.т
бензин	ДТ	мазут
Лукойл-Одесский НПЗ	2243,8/64,1	302,2	621,5	1057,7
Всего (Украина)	15385,5/29,6	3610,1	4587,4	5298,3

- в знаменателе - %использования мощности.

Во всем мире глубина переработки нефти приближается к 80%, в США – к 90%, т.е. получают незначительные количества топлив, в основном нефть подвергается крекингу, риформингу, практически все нефтяные фракции подвергаются вторичной переработке.

Модернизация нефтеперерабатывающего комплекса в Украине должна пройти в 2 этапа:

1 этап (2002-2010), в ходе которого глубина переработки должна быть доведена до 73-75%,

2 этап (2008 – 2010), в холе которого глубина переработки должна быть доведена до 77-80%.

Для осуществления этой модернизации Украине необходимы инвестиции в 1,5млрд.долл., в том числе для Одесского НПЗ – 415млн.долл. Найти их сложно, денег нет, поэтому модернизация предприятий может растянуться на первую четверть ХХ1 в.

Современные нефтехимические комплексы – это сложные предприятия, в состав которых могут входить до десятка различных крупных заводов и около сотни самостоятельных цехов.

Кроме нефтеперерабатывающего производства на нефтехимическом комплексе ведущими являются производство серной кислоты, заводы гидрирования, химического синтеза (полимеров, спиртов и т.д.). Для технологических нужд необходимы большие количества электроэнергии и тепла, поэтому строят ТЭС, а также производства необходимых катализаторов.

Дата добавления: 2015-10-21