Промышленная переработка нефти и газовых конденсатов на современных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) осуществля ется путем сложной многоступенчатой физической и химической переработки на отдельных или комбинированных крупнотоннажных технологических процессах (установках, цехах), предназначенных для получения различных компонентов или ассортиментов товар ных нефтепродуктов.
Существует три основных направления переработки нефти: 1) топливное; 2) топливно-масляное и 3) нефтехимическое или ком плексное (топливно-нефтехимическое или топливно-масляно-нефте химическое).
При топливном направлении нефть и газовый конденсат в основном перерабатываю тся на моторные и котельные топлива. Переработка нефти на Н П З топливного профиля может быть глу бокой и неглубокой. Технологическая схема Н П З с неглубокой переработкой отличается небольшим числом технологических процессов и небольшим ассортиментом нефтепродуктов. Выход моторных топлив по этой схеме не превыш ает 55 -60 % масс, и зависит в основном от фракционного состава перерабатываемо го неф тяного сырья. Выход котельного топлива составляет 30-35 % масс.
При глубокой переработке стремятся получить максимально высокий выход высококачественных моторных топлив путем во влечения в их производство остатков атмосферной и вакуумной пе регонок, а также нефтезаводских газов. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Глубина переработки нефти при этом достигает до 70 - 90 % масс.
По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с моторными топливами получают различные сорта смазочных масел. Для производства последних подбирают обычно нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций с учетом их каче ства.
Нефтехимическая и комплексная переработка нефти предус матривает наряду с топливами и маслами производство сырья для нефтехимии (ароматические углеводороды, парафины, сырье для пиролиза и др.), а в ряде случаев - выпуск товарной продукции неф техимического синтеза.
108
Выбор конкретного направления, соответственно схем пере работки нефтяного сырья и ассортимента выпускаемых нефтепро дуктов обусловливается прежде всего качеством нефти, ее отдель ных топливных и масляных фракций, требованиями на качество то варных нефтепродуктов, а также потребностями в них данного эко номического района.
Предварительную оценку потенциальных возможностей нефтя ного сырья можно осуществить по комплексу показателей, входя щих в технологическую классификацию нефтей. Однако этих по казателей недостаточно для определения набора технологических процессов, ассортимента и качества нефтепродуктов, для состав ления материального баланса установок, цехов и НПЗ в целом и т.д. Для этих целей в лабораториях научно-исследовательских ин ститутов проводят тщательные исследования по установлению всех требуемых для проектных разработок показателей качества исход ного нефтяного сырья, его узких фракций, топливных и масляных компонентов, промежуточного сырья для технологических процес сов и т.д. Результаты этих исследований представляют обычно в виде кривых зависимости НТК, плотности, молекулярной массы, содержания серы, низкотемпературных и вязкостных свойств от фракционного состава нефти (рис. 3.3), а также в форме таблиц с показателями, характеризующими качество данной нефти, ее фрак ций и компонентов нефтепродуктов. Справочный материал с под робными данными по физико-химическим свойствам отечествен ных нефтей, имеющих промышленное значение, приводится в мно готомном издании «Нефти СССР» (М.: Химия).
3.8. Классификация процессов переработки нефти, газовых конденсатов и газов
Технологические процессы НПЗ принято классифицировать на следующие 2 группы: физические и химические.
1. Физическими (массообменными) процессами достигается раз деление нефти на составляющие компоненты (топливные и масля ные ф ракции) без хим ических превращ ений и удаление
109
(извлечение) из фракций нефти, нефтяных остатков, масляных фрак ций, газоконденсатов и газов нежелательных компонентов (полицик лических ароматических углеводородов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглеводородных соединений.
Физические процессы по типу массообмена можно подразделить на следующие типы:
1.1 - гравитационные (ЭЛОУ);
1 .2 - ректификационные (АТ, АВТ, ГФУ и др.);
1.3- экстракционные (деасфальтизация, селективная очистка, депарафинизация кристаллизацией);
1.4- адсорбционные (депарафинизация цеолитная, контактная очистка);
1.5-абсорбционные (АГФУ, очистка от H2S, С 0 2).
ю
Выход, Нмасс.
Рис. 33. Характеристика нефти и ее остатка
2. В химических процессах переработка нефтяного сырья осу ществляется путем химических превращений с получением новых продуктов, не содержащихся в исходном сырье. Химические процес-
110
сы, применяемые на современных НПЗ, по способу активации хи* мических реакций подразделяются на: ‘ i
2.1- термические;
2.2- каталитические.
Термические процессы по типу протекающих химических реак ций можно подразделить на следующие типы:
2.1.1- термодеструктивные (термический крекинг, висбрекинг, коксование, пиролиз, пекование, производство технического угле рода и др.);
2.1.2- термоокислительные (производство битума, газификация кокса, углей и др.).
В термодеструктивных процессах протекают преимущественно реакции распада (крекинга) молекул сырья на низкомолекулярные,
атакже реакции конденсации с образованием высокомолекулярных продуктов, например кокса, пека и др.
Каталитические процессы по типу катализа можно классифици ровать на следующие типы:
2.2.1- гетеролитические, протекающие по механизму кислотно
го катализа (каталитический крекинг, алкилирование, полимериза ция, производство эфиров и др.);
2.2.2- гомолитические, протекающие по механизму окислитель но-восстановительного (электронного) катализа (производства водо рода и синтез газов, метанола, элементной серы);
2.2.3- гидрокаталитические, протекающие по механизму би функционального (сложного) катализа (гидроочистка, гидро обессеривание гидрокрекинг, каталитический риформинг, изо меризация, гидродеароматизация, селективная гидродепарафи низация и др.).
Головным процессом переработки нефти (после Э Л О У -эл ек трообессоливающей установки) является атмосферная перегонка (А Т - атмосферная трубчатка), где отбираются топливные фрак ции (бензиновые, осветительного керосина, реактивного и дизель ного топлив) и мазут, используемый либо как компонент котель ного топлива, либо как сырье для последующей глубокой перера ботки. Топливные фракции атмосферной перегонки далее подвер гаются облагораживанию: гидроочистке от гетероатомных соеди
111
нений, а бензины - каталитическому риформингу с целью повы шения их качества или получения индивидуальных ароматических углеводородов - сырья нефтехимии (бензола, толуола, ксилолов и др.). Из мазута путем вакуумной перегонки (на установках ВТ - вакуумной трубчатки) получают либо широкую фракцию (350 - 500°С) вакуумного газойля - сырья для последующей переработки на установках каталитического крекинга или гидрокрекинга с получением, главным образом, компонентов моторных топлив, либо узкие дистиллятные масляные фракции, направляемые да лее на последующие процессы очистки (селективная очистка, де парафинизация и др.) Остаток вакуумной перегонки - гудрон - служит при необходимости для получения остаточных масел или как сырье для глубокой переработки с получением дополнитель ного количества моторных топлив, нефтяного кокса, дорожного и строительного битума или же в качестве компонента котельного топлива.
Вопросы
1.Как определяется фракционирующий состав нефти?
2.Парафиновые углеводороды в нефтях и их распределение по фракциям.
3.Как распределены нафтеновае углеводороды по фракциям нефтей?
4.Как распределены ароматические углеводороды по фракциям нефтей?
5.Типы и распределение по фракциям нефтей серосодержащих соединений.
6.Типы азотистых соединений нефтей и их распределение по фракциям.
7.Как определяют групповой химический состав нефтяных остатков?
8.П еречислите наиболее сущ ественные отличия смол от асфальтенов.
112
9.\что такое карбены и карбоиды?
10.Назовите основные показатели физических свойств нефтей
инефтепродуктов.
11.Какова сущность химической классификации нефти?
12.Напишите шифры некоторых нефтей по технологической их классификации.
13.Перечислите основные направления переработки нефти.
14.П еречислите основные технологические процессы переработки нефти и газа в соответствии с научной классификацией.
Глава 4
КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОВАРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕФТЕПРОДУКТОВ
4.1. Классификация товарных нефтепродуктов
Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает ис ключительно большой ассортимент (более 500 наименований) газо образных, жидких и твердых нефтепродуктов. Требования к ним весьма разнообразны и диктуются постоянно изменяющимися ус ловиями применения или эксплуатации того или иного конкретного нефтепродукта.
Воснову классификации товарных нефтепродуктов могут быть положены различные принципы, например, по фазовому составу или способу их производства. Поскольку требования как к объему произ водства, так и к качеству товаров диктуют их потребители, то при нято классифицировать нефтепродукты по их назначению, т.е. по направлению их использования в отраслях народного хозяйства.
Всоответствии с этим различают следующие группы нефтепро дуктов:
1)моторные топлива;
2)энергетические топлива;
3)нефтяные масла;
4)углеродные и вяжущие материалы;
5)нефтехимическое сырье;
6)нефтепродукты специального назначения.
Моторные топлива в зависимости от принципа работы двигателей подразделяют на:
1.1.Карбюраторные (авиационные и автомобильные бензины);
1.2.Реактивные.
1.3.Дизельные.
Энергетические топлива подразделяются на:
2.1.Газотурбинные.
2.2.Котельные.
114
Нефтяные масла подразделяют на смазочные и несмазочные. Различают следующие подгруппы смазочных масел:
3.1.Моторные (для поршневых и для реактивных двигателей).
3.2.Трансмиссионные и осевые, предназначенные для смазки автомобильных и тракторных гипоидных трансмиссий (зубчатых передач различных типов) и шеек осей железнодорожных вагонов и тепловозов.
3.3.Индустриальные масла предназначены для смазки станков, машин и механизмов различного промышленного оборудования, работающих в разнообразных условиях и с различной скоростью и нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легкие (швей ное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.), средние (для средних режимов скоростей и нагрузок) и тяжелые (для смазки кранов, буровых установок, оборудования мартенов ских печей, прокатных станов и др.).
3.4.Энергетические масла (турбинные, компрессорные и ци линдровые) - для смазки энергетических установок и машин, рабо
тающих в условиях нагрузки, повышенной температуры и воздей ствия воды, пара и воздуха.
Несмазочные (специальные) масла предназначены не для смаз ки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, в пароструйных насосах и гидравлических устройствах, в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабе лях в качестве электроизолирующей среды (трансформаторное, кон денсаторное, гидравлическое, вакуумное), а также такие, как вазе линовое, медицинское, парфюмерное, смазочно-охлаждающие жид кости и др.
Углеродные и вяжущие материалы включают:
4.1.Нефтяные коксы.
4.2.Битумы.
4.3.Нефтяные пеки (связующие, пропитывающие, брикетные, волокнообразующие и специальные).
Нефтехимическое сырье. К этой группе можно отнести:
5.1.Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, на фталин и др.).
5.2.Сырье для пиролиза (нефтезаводские и попутные нефтя ные газы, прямогонные бензиновые фракции, олефинсодержащие газы и др.).
115
5.3. Парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие (полу чаемые карбамидной и адсорбционной депарафинизацией нефтяных дистиллятов), так и твердые (получаемые при депарафинизации масел). Жидкие парафины являются сырьем для получения белко вовитаминных концентратов, синтетических жирных кислот и по верхностноактивных веществ.
Нефтепродукты специального назначения подразделяются на:
6.1.Термогазойль (сырье для производства технического уг
лерода).
6.2.Консистентные смазки (антифрикционные, защитные и уп лотнительные).
6.3.Осветительный керосин.
6.4.Присадки к топливам и маслам, деэмульгаторы.
6.5.Элементная сера.
6.6.Водород и др.
4.2. Основы химмотологии моторных топлив и смазочных масел
4.2.1. Химмотология - новая отрасль знаний
В потреблении нефтепродуктов более 50% в настоящее время составляют моторные топлива. Ежегодно в мире потребляется около 1,5 млрд т моторных топлив, сжигаемых в многомиллионных двига телях внутреннего сгорания (ДВС), установленных в автомобильных, железнодорожных и авиационных транспортных машинах, речных
иморских судах, сельскохозяйственной, строительной и военной технике и т.д. В настоящее время и в перспективе возможностей для удовлетворения потребностей в топливах и смазочных маслах (ТСМ) за счет увеличения объемов нефтепереработки (т.е. экстенсивного развития) практически исчерпаны. Углубление и химизация пере работки нефти позволяет только частично, но не полностью, особен но в перспективе, решить проблему обеспечения народного хозяй ства ТСМ. Для преодоления несоответствия между потребностями в ТСМ и возможностями нефтепереработки необходимы совместные усилия прежде всего производителей как ТСМ, так и ДВС, а также их потребителей. Для решения этой актуальной проблемы примени мы следующие три направления сбалансированного развития ТСМ
иДВС и их потребления:
116