Основные этапы нефтепереработки

С момента поступления на нефтеперерабатывающий завод нефть и получаемые из нее нефтепродукты проходят следующие основные этапы:

1. Подготовка нефти к переработке.

2. Первичная переработка нефти.

3. Вторичная переработка нефти.

4. Очистка нефтепродуктов.

Схема, отражающая взаимосвязь этих этапов, приведена на рис. 4.1.1.

Подготовка нефти к переработке заключается в ее дополнитель­ном обезвоживании и обессоливании. Необходимость дополнитель­ной подготовки обусловлена тем, что для обеспечения высоких пока­зателей работы установок по переработке нефти в них необходимо

Рис. 4.1.1. Технологические потоки современного НПЗ (упрощенная схема): I — подготовка нефти
к переработке; II — первичная перегонка нефти; III — вторичная переработка нефти; IV — очистка
нефтепродуктов

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 173

подавать сырье с содержанием солей не более 6 г/л и воды 0,2%. Поэто­му нефть, поступающую на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ), под­вергают дополнительному обезвоживанию и обессоливанию.

Доведение содержания воды и солей до требуемых показателей осуществляется на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) сле­дующим образом. Нефть несколькими потоками с помощью насосов прокачивается через подогреватели, где нагревается отработавшим паром. После этого в поток добавляется деэмульгатор, и нефть посту­пает в отстойники, где от нее отделяется вода. Для вымывания солей в нефть добавляют щелочную воду. Основное ее количество затем от­деляют в электродегидраторе первой ступени. Окончательное обез­воживание нефти осуществляется в электродегидраторе второй сту­пени.

Переработка нефти начинается с ее перегонки (первичная пере­работка нефти). Нефть представляет собой сложную смесь большого количества взаимно растворимых углеводородов, имеющих различ­ные температуры начала кипения. В ходе перегонки, повышая темпе­ратуру, из нефти выделяют углеводороды, выкипающие в различных интервалах температур.

Для получения данных фракций применяют процесс, называемый ректификацией и осуществляемый в ректификационной колонне. Ректификационная колонна представляет собой вертикальный ци­линдрический аппарат высотой 20...30 м и диаметром 2...4 м. Внутрен­ность колонны разделена на отдельные отсеки большим количеством горизонтальных дисков, в которых имеются отверстия для прохож­дения через них паров нефти. Жидкость перемещается по сливным патрубкам.

Перед закачкой в ректификационную колонну нефть нагревают в трубчатой печи до температуры 350...360 °С. При этом легкие угле­водороды, бензиновая, керосиновая и дизельная фракции переходят в парообразное состояние, а жидкая фаза с температурой кипения выше 350 °С представляет собой мазут.

После ввода данной смеси в ректификационную колонну мазут сте­кает вниз, а углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, поднимаются вверх. Кроме того, вверх поднимаются пары углеводо­родов, испаряющиеся из мазута, нагреваемого в нижней части колон­ны до 350 "С.

Поднимаясь вверх, пары углеводородов за счет контакта с жидко­стью (орошением), подаваемой сверху, постепенно охлаждаются. По­этому их температура в верхней части колонны становится равной

174 Часть I. Основы нефтегазового дела

По мере остывания паров нефти конденсируются соответствующие углеводороды. Технологический процесс рассчитан таким образом, что в самой верхней части колонны конденсируется бензиновая фракция, ниже — керосиновая, еще ниже — фракция дизельного топлива. Несконденсировавшиеся пары направляются на газофракционирова­ние, где из них получают сухой газ (метан, этан), пропан, бутан и бензиновую фракцию.

Перегонка нефти с целью получения указанных фракций (по то­пливному варианту) производится на атмосферных трубчатых уста­новках (AT). Для более глубокой переработки нефти используются атмосферно-вакуумные трубчатые установки (АВТ), имеющие кро­ме атмосферного вакуумный блок, где из мазута выделяют масля­ные фракции (дистилляты), вакуумный газойль, оставляя в остатке гудрон.

Методы вторичной переработки нефти делятся на две группы — термические и каталитические.

К термическим методам относятся термический крекинг, коксо­вание и пиролиз.

Термический крекинг — это процесс разложения высокомолеку­лярных углеводородов на более легкие при температуре 470...540 °С и давлении 4...6 МПа. Сырьем для термического крекинга является ма­зут и другие тяжелые нефтяные остатки. При высоких температуре и давлении длинноцепочные молекулы сырья расщепляются. Продук­ты реакции разделяются с получением топливных компонентов, газа и крекинг-остатка.

Коксование — это форма термического крекинга, осуществляемо­го при температуре 450...550 °С и давлении 0,1...0,6 МПа. При этом по­лучаются газ, бензин, керосино-газойлевые фракции, а также кокс.

Пиролиз — это термический крекинг, проводимый при темпера­туре 750...900 °С и давлении, близком к атмосферному, с целью полу­чения сырья для нефтехимической промышленности. Сырьем для пи­ролиза являются легкие углеводороды, содержащиеся в газах, бензи­ны первичной перегонки, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фракция. Продукты реакции разделяются с по­лучением индивидуальных непредельных углеводородов (этилен, про­пилен и др.). Из жидкого остатка, называемого смолой пиролиза, мо­гут быть извлечены ароматические углеводороды.

К каталитическим методам относятся каталитический крекинг, риформинг.

Каталитический крекинг — это процесс разложения высокомоле­кулярных углеводородов при температурах 450...500 °С и давлении

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 175

0,2 МПа в присутствии катализаторов — веществ, ускоряющих реак­цию крекинга и позволяющих осуществлять ее при более низких, чем при термическом крекинге, давлениях.

В качестве катализаторов используются, в основном, алюмосили­каты и цеолиты.

Сырьем для каталитического крекинга являются вакуумный га­зойль, а также продукты термического крекинга и коксования мазу­тов и гудронов. Получаемые продукты — газ, бензин, кокс, легкий и тяжелый газойли.

Риформинг — это каталитический процесс переработки низкоок­тановых бензиновых фракций, осуществляемый при температуре око­ло 500 °С и давлении 2...4 МПа. В результате структурных преобразо­ваний октановое число углеводородов в составе катализата резко по­вышается. Данный катализат является основным высокооктановым компонентом товарного автомобильного бензина. Кроме того, из ка­тализата могут быть выделены ароматические углеводороды (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы).

Гидрогенизационными называются процессы переработки неф­тяных фракций в присутствии водорода, вводимого в систему извне. Гидрогенизационные процессы протекают в присутствии катализа­торов при температуре 260...430 °С и давлении 2...32 МПа.

Применение гидрогенизационных процессов позволяет углубить переработку нефти, обеспечив увеличение выхода светлых нефтепро­дуктов, а также удалить нежелательные примеси серы, кислорода, азота (гидроочистка).

Фракции (дистилляты), получаемые в ходе первичной и вторичной переработки нефти, содержат в своем составе различные примеси. Состав и концентрация примесей, содержащихся в дистиллятах, за­висят от вида используемого сырья, применяемого процесса его пере­работки, технологического режима установки. Для удаления вредных примесей дистилляты подвергаются очистке.

Для очистки светлых нефтепродуктов применяются следующие процессы:

1) щелочная очистка (выщелачивание);

2) кислотно-щелочная очистка;

3) депарафинизация;

4) гидроочистка;

5) ингибирование.

Щелочная очистка заключается в обработке бензиновых, керосино-вых и дизельных фракций водными растворами каустической или каль­цинированной соды. При этом из бензинов удаляют сероводород и час-

176 Часть I. Основы нефтегазового дела

тично меркаптаны, из керосинов и дизельного топлива — нафтеновые кислоты.

Кислотно-щелочная очистка применяется с целью удаления из дис­тиллятов непредельных и ароматических углеводородов, а также смол. Заключается она в обработке продукта сначала серной кислотой, а затем — в ее нейтрализации водным раствором щелочи.

Депарафинизация используется для понижения температуры за­стывания дизельных топлив и заключается в обработке дистиллята раствором карбамида. В ходе реакции парафиновые углеводороды об­разуют с карбамидом соединение, которое сначала отделяется от про­дукта, а затем при нагревании разлагается на парафин и карбамид.

Гидроочистка применяется для удаления сернистых соединений из бензиновых, керосиновых и дизельных фракций. Для этого в систему при температуре 350...430 °С и давлении 3...7 МПа в присутствии ката­лизатора вводят водород. Он вытесняет серу в виде сероводорода.

Гидроочистку применяют также для очистки продуктов вторично­го происхождения от непредельных соединений.

Ингибирование применяется для подавления реакций окисления и полимеризации непредельных углеводородов в бензинах термиче­ского крекинга путем введения специальных добавок.

Для очистки смазочных масел применяют следующие процессы:

1) селективную очистку растворителями;

2) депарафинизацию;

3) гидроочистку;

4) деасфальтизацию;

5) щелочную очистку.

Селективными растворителями называют вещества, которые об­ладают способностью извлекать при определенной температуре из нефтепродукта только какие-то определенные компоненты, не рас­творяя других компонентов и не растворяясь в них.

Очистка производится в экстракционных колоннах, которые бы­вают либо полыми внутри, либо с насадкой или тарелками различно­го типа.

Для очистки масел применяют следующие растворители: фурфу­рол, фенол, пропан, ацетон, бензол, толуол и др. С их помощью из масел удаляют смолы, асфальтены, ароматические углеводороды и твердые парафиновые углеводороды.

В результате селективной очистки образуются две фазы: полезные компоненты масла (рафинат) и нежелательные примеси (экстракт).

Депарафинизации подвергают рафинаты селективной очистки, по­лученные из парафинистой нефти и содержащие твердые углеводо-

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 177

роды. Если этого не сделать, то при понижении температуры масла теряют подвижность и становятся непригодными для эксплуатации.

Депарафинизация осуществляется фильтрацией после предвари­тельного охлаждения продукта, разбавленного растворителем.

Целью гидроочистки является улучшение цвета и стабильности ма­сел, повышение их вязкостно-температурных свойств, снижение кок­суемости и содержания серы. Сущность данного процесса заключа­ется в воздействии водорода на масляную фракцию в присутствии ка­тализатора при температуре, вызывающей распад сернистых и других соединений.

Деасфальтизация полугудрона производится с целью их очистки от асфальто-смолистых веществ. Для разделения полугудрона на де-асфальтизат (масляная фракция) и асфальт применяется экстракция легкими углеводородами (например, сжиженным пропаном).

Щелочная очистка применяется для удаления из масел нафтено­вых кислот, меркаптанов, а также для нейтрализации серной кисло­ты и продуктов ее взаимодействия с углеводородами, остающимися после деасфальтизации.