Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

Г л а в а 2. НАПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Топливный вариант. Выбор направления переработки нефти определяется качеством сырья, потребностями данного экономиче­ ского района в готовых продуктах, а также техническим уровнем развития отдельных процессов нефтепереработки. Различают три основных варианта переработки нефти: топливный, топливно-мас­ ляный и нефтехимический (комплексный). По топливному вари­ анту нефть перерабатывают для получения бензинов, реактивных, дизельных и котельных топлив. Переработка может быть глубокой и неглубокой, в последнем случае предусматривается высокий вы­ ход котельного топлива.

При глубокой переработке нефти по топливному варианту (схе­ ма 2) стремятся получить максимально возможный выход высоко­ качественных авиационных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Вы­ ход котельного топлива в этом варианте минимальный. Отдельные процессы, используемые при глубокой переработке нефти осущест­ вляют в целях: гидроочистку—-уменьшения содержания серы во фракциях и готовых продуктах; каталитический крекинг — для по­ лучения дополнительного количества высокооктановых бензинов; каталитический риформинг — повышения детонационной стой­ кости бензиновой фракции и для получения ароматических углево­ дородов. Процесс пиролиза дает возможность получать важнейшее сырье для нефтехимического производства: этилен, пропилен, бутилены и моноциклические ароматические углеводороды, а также сырье для производства сажи и электродного кокса.

Газы, выделяемые при переработке нефти, могут быть исполь­ зованы в различных направлениях. Так, из этилена путем прямой гидратации в присутствии катализаторов получают этиловый спирт. Этилен может быть переработан в окись этилена, которую исполь­ зуют для производства специальных жидкостей: этиленгликоля и этилцеллозольва.

Пропан применяют при очистке остатков вакуумной перегонки нефти от асфальто-смолистых веществ для получения смазочных масел. Каталитическая полимеризация пропан-пропеновой фрак­ ции и каталитическое алкилирование бутан-бутеновой фракции позволяют получать высокооктановые компоненты авиационных и автомобильных бензинов. Каталитическая полимеризация газо­ образных углеводородов используется при производстве вязкост­ ных присадок к смазочным маслам.

Топливно-масляный вариант. При этом варианте переработки нефти наряду с горючим получают смазочные масла. Для перера­ ботки обычно используют нефти с высоким потенциальным содер­ жанием масляных фракций. Масляные фракции, выделенные из ма-

.16

зута с помощью вакуумной перегонки, подвергают очистке различ­ ными методами (схема 3). Очистка избирательными растворите­ лями (селективная) предназначена для удаления смолистых ве­ ществ и углеводородов с плохими вязкостно-температурными свой­ ствами.

С х е м а 3. Получение масел при вакуумной перегонке мазута

Мало&язкие, Индустриальные Моторные Трансмиссионные

низ ко зал ты дающие

Впроцессе депарафинизации из перерабатываемого сырья уда­ ляют нормальные алкановые углеводороды с высокой температу­

рой застывания.

Дистиллятные масла могут подвергаться гидроочистке вместо селективной очистки и обработки отбеливающими глинами. Остаточ­ ные масла выделяют из гудрона путем деасфальтизации его жид­

ким пропаном.

В последние годы наблюдается тенденция к строительству круп­ ных нефтеперерабатывающих заводов с применением нефтехими­ ческого (комплексного) варианта переработки нефти. Нефтехими­ ческий вариант переработки представляет собой сложное сочета­ ние предприятий, на которых не только вырабатываются горючее

18

и смазочные масла, но и подготавливается сырье для органическо­ го синтеза, осуществляются сложные физико-химические процессы, связанные с производством азотных удобрений, синтетического кау­ чука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот и т. д.

МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Первичные и вторичные методы переработки нефти. При произ­ водстве различных видов горючего и смазочных материалов, обла­ дающих специфическими свойствами, применяют несколько мето­ дов разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а так­ же различные способы изменения ее первоначального химического состава.

Различают первичные и вторичные методы переработки нефти. К первичным относят физические процессы разделения нефти на фракции путем перегонки. При этом ассортимент, количество и ка­ чество получаемых продуктов определяются потенциальными воз­ можностями сырья. Ко вторичным методам относят процессы де­ структивной переработки нефти, ее фракций и процессы очистки. Деструктивная переработка нефти предназначена для изменения химического состава фракций и остаточных продуктов путем тер­ мического и каталитического воздействия. При помощи этих мето­ дов удается получить горючее заданного качества и в больших ко­ личествах, чем при прямой перегонке нефти.

При очистке из горючего и масел удаляют нежелательные примеси и компоненты. К нежелательным компонентам, например, при производстве реактивных и дизельных топлив относятся сер­ нистые соединения, ароматические углеводороды и алкановые угле­ водороды нормального строения, имеющие высокие температуры застывания. Из масел обычно удаляют смолистые вещества, поли­ циклические ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями и сернистые соединения.

Перегонка нефти и ректификация паровой и жидкой фаз. Основ­ ным процессом первичной переработки нефти является перегонка с однократным и многократным испарением, осуществляемая на установках непрерывного действия. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до определенной температуры, затем паро-жидкостная смесь поступает в адиабатический испаритель — пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жид­ кой. Пары отводят сверху испарителя, а жидкую фазу — снизу.

Применение однократного испарения позволяет уменьшить рас­ ход тепла на нагрев сырья по сравнению с перегонкой нефти при постепенном испарении, когда паровая фаза в процессе нагрева не­ прерывно отделяется от жидкой. Важным преимуществом одно­ кратного испарения является также и то, что при максимально до­ пустимой температуре нагрева нефти 350—370°С (при более высо­

кой температуре начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую фазу.

При перегонке с однократным испарением образующаяся паро­ вая фаза находится в состоянии равновесия с жидкой, поэтому чет­ кость разделения нефти на фракции невысокая. Для повышения четкости разделения обе фазы подвергаются ректификации. Ректификацию осуществляют в ректификационных колоннахиспарителях, снабженных ректификационными тарелками. Конст­ рукция ректификационных колонн обеспечивает постепенное изме­ нение температуры по высоте колонны, а следовательно, и много­ кратное чередование процессов испарения и конденсации противо­ точно движущихся паровой и жидкой фаз. Двухсторонний тепло- и массообмен способствует четкому разделению смеси на компо­ ненты. В итоге с верха колонны непрерывно отбирается низкокипящая фракция заданного состава, а с низу — высококипящий остаток.

Для отбора из нефти фракций, выкипающих выше 350—370° С, применяют вакуум, водяной пар или совместно вакуум и водяной пар. В присутствии водяного пара в ректификационной колонне снижается парциальное давление углеводородов, а следовательно, их температура кипения. В результате этого низкокипящие угле­ водороды, находящиеся в жидкой фазе после однократного испаре­ ния, переходят в парообразное состояние и вместе с водяным па­ ром поднимаются вверх по колонне. Таким образом, в остатке по­ вышается концентрация высококипящих компонентов.

Перегонка нефти в вакууме. При атмосферной перегонке нефти, нагретой до 350—370° С, остаточным продуктом является мазут. Для разделения мазута на фракции в условиях, исключающих воз­ можность крекинга углеводородов, применяют перегонку в вакуу­ ме. В вакууме температура кипения углеводородов понижается. Нагревая мазут до 410—420° С, в вакууме удается отобрать фрак­ ции, имеющие температуры кипения в пересчете на атмосферное давление до 500° С. Нагрев мазута до 420° С сопровождается не­ которым крекингом углеводородов. При получении масляных дис­ тиллятов разложение углеводородов стремятся свести к минимуму, для чего повышают расход водяного пара и снижают давление в вакуумной колонне.

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГОРЮЧЕГО И СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Классификация процессов и аппаратов. При производстве го­ рючего и смазочных материалов применяются самые разнообраз­ ные технологические процессы: прямая перегонка, каталитический и термический крекинг, каталитический риформинг, гидроочистка, очистка селективными растворителями и ряд других. Многие из этих процессов осуществляют по разнообразным технологическим схемам и вариантам. Однако все технологические процессы бази­

20

руются на сравнительно небольшом числе основных физико-хими­ ческих процессов, которые подразделяются на следующие группы:

—массообменные (перегонка, ректификация, сорбция, экстрак­ ция, кристаллизация);

—тепловые (нагревание и охлаждение);

—гидродинамические (перекачка жидкостей, отстаивание, фильтрование, центрифугирование, перемешивание);

—механические (измельчение, сортировка, перемешивание твердых тел);

—химические (процессы, связанные с химическими превраще­ ниями сырья).

По способу осуществления перечисленные процессы делятся на непрерывные, периодические и комбинированные. Использование непрерывных процессов более предпочтительно, так как они харак­ теризуются установившимся режимом, что обеспечивает не только высокую производительность, но и высокое качество получаемого продукта.

Оборудование нефтеперерабатывающих заводов в зависимости от процессов, для которых оно предназначено, подразделяют на те же группы, т. е. аппараты для массообменных, тепловых, гидродлдинамических, механических и химических процессов. Соответст­ венно различают аппараты непрерывного, периодического и ком­ бинированного действия. Деление аппаратов на указанные груп­ пы несколько условно, так как, например, в трубчатой печи уста­ новок термического крекинга одновременно протекают тепловые (нагрев), гидродинамические (перекачка) и химические (крекинг)

процессы.

Основными аппаратами нефтеперерабатывающих заводов явля­ ются ректификационные колонны, трубчатые печи, теплообменники и различного типа реакторы. Конструкция некоторых типов реак­ торов будет рассмотрена при изложении отдельных технологиче­ ских процессов.

Простые и сложные ректификационные колонны. Ректификаци­ онная колонна представляет собой вертикальный, полый цилиндри­ ческий сосуд диаметром от одного до 12 и более м, высотой до 55 м, имеющий внутренние перегородки (тарелки) различной конст­ рукции.

Взависимости от числа получаемых продуктов при разделении многокомпонентных смесей различают простые и сложные ректи­ фикационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта, например бензиновый дистиллят и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они пред­ ставляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

Вкаждой простой колонне (рис. 2) имеются отгонная и кон­ центрационная секции. Отгонная секция располагается ниже ввода сырья Целевой продукт отгонной секции — жидкий остаток. Кон-

21