Исследование процесса химической переработки нефти

КЕРОСИН

Керосин – это легчайшее и  наиболее летучее жидкое топочное топливо. Первоначально керосин использовался  только для освещения, теперь он употребляется как топливо в пекарнях, отопительных и нагревательных приборах, оборудовании ферм, а также как компонент моторного топлива. Хороший керосин должен иметь особый цвет (приблизительно 250–300 мм по шкале Штаммера для нефтепродуктов), достаточную вязкость для устойчивой и равномерной пропитки фитиля, должен гореть ясным высоким пламенем без копоти или отложения твердых углистых осадков на фитиле, копоти в дымоходах и на ламповом стекле. Безопасность керосина при использовании в осветительных лампах определяется стандартным тестом на вспышку. Керосин медленно нагревают в небольшой стеклянной или металлической чашке и к поверхности периодически прикасаются пламенем до тех пор, пока не появится небольшой дымок, соответствующий точке воспламенения.

ДРУГИЕ ПРОДУКТЫ

Дизельное топливо. Промежуточные  нефтяные дистилляты, кипящие при  температурах выше, чем керосин, но ниже, чем смазочные масла, представляют собой горючее для средне- и  высокоскоростных дизельных двигателей.

Цетановое число. Дизельные топлива оцениваются их цетановым числом – это реальное измерение легкости воспламенения под действием температуры и давления, а не способности горения. При этом топливо сравнивается со смесью цетана – парафинового углеводорода с 16-ю атомами углерода, который легко воспламеняется под давлением, и a-метилнафталина, который не возгорается. Процент цетана в смеси, показывающий ту же воспламеняемость, что и дизельное топливо в стандартных условиях испытания, называется цетановым числом. Парафиновые топлива более подходят для дизельных двигателей, поскольку они легко воспламеняются под давлением без дополнительной искры зажигания. Однако в связи с возрастающей потребностью в дистиллятах прямой перегонки для других целей, кроме получения дизельного топлива, увеличивается использование тяжелых дистиллятов с более низким цетановым числом, получаемых при каталитическом крекинге. Повышение надежности воспламенения низкокачественных дизельных топлив, улучшение воспламеняемости, более известное как увеличение цетанового числа, достигается добавлением специальных масел. Они включают такие компоненты, как органические оксиды и пероксиды. Небольшие добавки амилнитрата удовлетворительно улучшают качество топлив.

Реактивные топлива. Реактивные нефтяные топлива могут быть керосиновые либо нафтеновые. Они состоят главным образом из бензина прямой перегонки или керосина в топливах керосинового типа либо топливах №1 нафтенового типа.

Топливо для отопления зданий. Использование  легких дистиллятов в качестве бытового топлива постоянно возрастает, так как они удобнее и чище по сравнению, например, с углем. Конкуренцию им составляют природный газ и электричество.

Мазут. Большинство промышленных котельных  и тепловых электростанций используют в качестве топлив черные вязкие остаточные продукты переработки нефти – топочный мазут. В большинстве случаев это продукты крекинга, хотя имеются и продукты прямой перегонки.

Парафиновые воски являются главным  средством для защиты оборудования от действия воды. Все они имеют  водяно-белый цвет и температуру плавления в пределах 50–95° С.

Микрокристаллические воски используются как изоляция в самых разнообразных  отраслях, таких, как электротехническая промышленность и промышленность средств  связи, а также при печати, гравировке и т.д. Вазелин, состоящий из тяжелых  нефтяных остатков и парафиновых восков, производится фильтрованием цилиндровых дистиллятов и применяется в технике (в качестве антикоррозионной смазки и др.) и медицине (главным образом для изготовления мазей).

ХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ ИЗ НЕФТИ

Получение нефтепродуктов путем фракционирования. Нефтяная промышленность – это главный производитель химикатов. Ее первые успехи в разделении индивидуальных углеводородов были достигнуты при фракционировании природного газа и природного бензина. Первыми компонентами, выделенными таким путем, были метан, этан, пропан, нормальный бутан, изобутан и пентины. Соответствующим образом спроектированные ректификационные колонны дают возможность выделять из крекинг-газов небольшие фракции с узким диапазоном температур кипения, которые служат первичным сырьем для химического производства, – это углеводороды, имеющие от одного до пяти атомов углерода (как парафины, так и олефины).

Химические продукты, получаемые окислением природного газа. Большое число химикатов  производится в промышленных количествах  путем окисления природного газа. Они включают метиловый (древесный) спирт, этиловый (пищевой) спирт, пропиловый спирт (с тремя атомами углерода), формальдегид, ацетон, метилэтилкетон, муравьиную кислоту, уксусную кислоту. Из этих компонентов, первично содержащих кислород, производятся многие другие продукты, хорошо известные в органической химии.

Химические продукты, получаемые из олефинов. Олефины в крекинг-газах  и низкокипящих фракциях нефтей легко  реагируют с хлором, хлороводородной  кислотой, серной кислотой и другими реагентами, образуя новые исходные вещества для дальнейшей переработки и производства большого числа химических продуктов. Из этого сырья производятся фреоны, гликоли, глицерин, каучук, пластмассы, инсектициды, спирты и моющие средства.

Химические продукты, получаемые с помощью других процессов. Аммиак синтезируется из водорода, получаемого при крекинге природного газа, и азота, извлекаемого дистилляцией из сжиженного воздуха.

Азотная кислота и нитрат аммония, используемые для производства удобрений и взрывчатых веществ, также получаются из аммиака.

В таблице 1 приведены продукты переработки  нефти и газа.

 

Таблица 1 – Продукты переработки  нефти и газа.

ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ	Бытовое и промышленное топливо, Агент для добычи нефти. Сырье для производства синтетических углеводородных продуктов. Производство газовой сажи. Бытовое и промышленное топливо. Агент для добычи нефти. Сырье для производства синтетических углеводородных продуктов. Производство газовой сажи.
СЖИЖЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ  ГАЗ	Бензин. Сжиженные газы. Бытовое и промышленное топливо, освещение. Сырье для производства синтетических углеводородных продуктов.
СЫРАЯ НЕФТЬ
ЗАВОДСКОЙ ГАЗ	Неконденсирующийся  газ	Водород	Резка металла  и производство синтетических углеводородных продуктов
		Легкие углеводороды	Сварка, очищенные  топлива, охладители
		Газовая сажа	Резиновые шины, чернила и краски
	Сжиженный газ		Приготовление пищи и отопление Синтетическое  моторное топливо
ЛЕГКИЕ ДИСТИЛЛЯТЫ	Бензин	Легкий бензин	Горючее для  газобензиновых двигателей
		Средний бензин	Автомобильный бензин. Авиационный бензин. Растворители. Взрывчатые вещества. Смешанные лигроины. Сырье для производства синтетических  химических продуктов.
		Тяжелый бензин	Художественный  краски, олифы, масляные краски.  Красители и растворители. Растворители и разбавители красок.
	Керосин	Средства для  уничтожения насекомых. Топливо  для реактивных двигателей, печей, тракторов  и осветительных приборов
СРЕДНИЕ ДИСТИЛЛЯТЫ	Газойль	Добавки к смазочным  маслам. Моющие средства. Нафтеновые кислоты. Бытовое отопление, использование в металлургии, горючее для дизельных двигателей и легкое промышленное топливо.
	Поглотительные  масла		Регенерация бензина  и бензола
	Светлые масла	Технические масла	Ядохимикаты для  опыления насекомых и растений  Использование при выпечке хлеба, упаковке фруктов, яиц, изготовлении конфет и др.
		Медицинские масла	Мази и кремы. Косметика.  Медицинские масла для приема внутрь
	Насыщенные  масла	Масла для обработки  дерева, кожи и др.
	Эмульгированные масла	Масла, используемые при резании, изготовлении бумаги, текстиля, выделке кожи
	Масла для электро-энергетики	Трансформаторное  масло, масла для масляных выключателей, масла для регенерации металлов
		Изоляционные  и пропитывающие воски	Воски для изготовления жевательных резинок и конфет
			Воск для  производства бумаги, спичек, картона
ТЯЖЕЛЫЕ ДИСТИЛЛЯТЫ	Парафины		Медицинский парафин. Консервирующие парафины.   Синтетические смазки и их производные
		Жирные кислоты	Жиры и моющие средства. Смазки
		Жирные спирты и сульфаты	Добавки при  производстве резины  Бытовые смачивающие и моющие средства
	Смазочные масла	Веретенное, турбинное, трансформаторное и компрессорное  масла. Бытовые смазочные масла   Масла для холодильников, измерительных приборов, масла для пыленепроницаемых покрытий   Моторные, дизельные, авиационные, железнодорожные масла. Масла для клапанов, задвижек, трансмиссионные масла, типографская краска. Масла для отпуска и закалки металлов. Густые смазки для масленок, выключателей, автомобилей, тросов и другого промышленного оборудования.
	Вазелин	Косметика. Различные  желе и мази. Предотвращение ржавчины, добавки в резину для увеличения ее эластичности, смазки, покрытие и  изоляция кабелей и тросов.
ОСТАТКИ  ПЕРЕГОНКИ	Остаточные  топлива	Консерванты дерева. Масла для металлургии. Котельное топливо для морских и речных судов   Котельное топливо для железнодорожных локомотивов
	Асфальт	Кровельный  материал, кожезаменитель. Пропитка бумаги, дранки, картона. Гудрон. Основы эмульсий   Брикетирование и асфальтовое дорожное покрытие   Основы красок. Пропитка настила для пола   Покрытие и гидроизоляция кровли Заменители резины. Изоляционные битумы
	Кокс	Угольные электроды Угольные щетки Топливные кокс   Металлургический кокс
	Кислый кокс	Топливо
ГУДРОН	Сульфокислоты	Средства для  расщепления жиров Омыляющие  реагенты  Эмульгаторы Деэмульгаторы
	Тяжелые мазуты	Топливо нефтеперерабатывающих  заводов

 

 

 

2. Решение задач оперативного управления

 

1. ERP-система.

Концепция Предприятие - Технология - Решение фирмы Yokogawa предоставляет средства управления с системами, которые объединяют в себе управление предприятием и бизнесом, обеспечивая рост прибыли за счет управления. Используются самые современные технологии и оптимальные решения по требованиям заказчика. Фирма Yokogawa представляет законченное (комплексное) решение: сложные информационные и управляющие системы, вспомогательные системы моделирования производственного процесса, последние разработки в области низовой автоматики - полные пакеты технологического оборудования и программного обеспечения, плюс полный диапазон обслуживания: от разработки, установки и запуска системы до ее техобслуживания.

Система CENTUM CS 3000 является флагманом фирмы Yokogawa в построении платформы систем управления для запуска концепции Предприятие - Технология - Решение. Открытые интерфейсы системы облегчают доступ к данным от супервизорных систем типа ERP (система планирования ресурсами предприятия) и MES (система реализации производства), и упрощают создание информационной системы стратегического управления для  предприятия. Система CS 3000 является масштабируемой, совместимой системой, разработанной для работы с существующими у заказчика системами.

 

Рисунок 2.  Расстановка системы CENTUM CS 3000

Функции управления включают в себя широкий диапазон проверенных функций управления системой CENTUM CS 3000. Система CENTUM CS 3000 поддерживает основное ПИД (PID) управление и управление последовательностью, а также периодическое управление и функции управления технологическим процессом, и поэтому может работать как в мелкосерийном производстве большого количества изделий, так и в крупносерийном производстве.

Широкое распространение систем планирования производства (ERP – Enterprise Resource Planning) и  структурные изменения в экономической  сфере неизбежно приводят к изменению принципов работы и роли нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Видя огромные перемены, происходящие в электроэнергетике, можно ожидать аналогичных перемен и на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии. Во многом эти изменения обязаны тем возможностям, которые предоставляют информационные технологии и сети Интернет/интранет. Однако успешная реализация этих возможностей определяется людьми, которые их используют, усваивают и приспосабливают к своим задачам.

Если посмотреть на нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы как на часть логистической цепочки и использовать для информационной интеграции любых приложений программные COTS-продукты (т.е. коммерческие продукты, конфигурируемые/ адаптируемые/ интегрируемые пользователем). В результате у такого "гибкого" предприятия есть все шансы стать рыночным лидером, предлагающим самую дешёвую и качественную продукцию. "Гибкость" возникает из того, что пользователи могут адаптировать такую систему к своим текущим требованиям.

 

Рисунок 3. Интеграция данных административных и технологических систем управления в соответствии с SP95

Интеграция с ERP-системами. В рамках Международной ассоциации по стандартизации (ISA) действует специальный комитет  по разработке стандартов интеграции управляющей и технологической информации (SP95 Control to Enterprise Integration). В настоящее время он занимается разработкой моделей и состава данных, которыми будут обмениваться ERP-системы и "домен управления". На рис. 3 показана блок-схема предлагаемой интеграции. Так как стандарт SP95 рассчитан на применение во всех отраслях промышленности (дискретное производство (discrete manufacturing), групповые (batch), непрерывные групповые (continuous batch) и непрерывные (continuous) технологические процессы), то для нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов общая модель данных требует некоторой интерпретации. Поскольку под этими моделями данных подразумеваются "объектные модели данных", в них без особого труда может быть реализована уникальность любого предприятия и его подразделений.

В производственных отчетах нефтеперерабатывающих  и нефтехимических заводов родословная  приобретает всё большее значение. Так, на одном заводе в отчётах  требовалась регистрировать номера скважин, из которых выкачивалась сырая нефть, затем отслеживать уникальные продукты её разделения на конкретном нефтеперерабатывающем заводе, предназначенные для производства конкретного продукта для конкретной нефтехимической компании. Накапливая данные о состоянии нефтепродуктов при их прохождении через реакторы, накопители и смесители нефтехимического завода, можно знать генеалогию любого продукта в любой товарной таре.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4. Общая структурная схема управления промышленным предприятием.

 

2. Задачи MES.

 

Независимо от того, в какой отрасли работает производственное предприятие:  нефтяной, газовой, химической, водной, металлургической или любой другой, главная цель деятельности - получение прибыли и, желательно, максимальной, причем самое сложное - достигать не только локальных краткосрочных побед, но и на протяжении долгого времени поддерживать на самом высоком уровне конкурентоспособность и эффективность производственной деятельности.

Существует несколько формулировок MES-систем.

MES - информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия (определение APICS). MES - автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени инициирует, отслеживает, оптимизирует и документирует производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции (определение MESA International). MES - информационная система, поддерживающая выполнение всех функциональных задач по планированию, контролю, учету и анализу всего производственного процесса на всех его этапах и направленная на достижение максимального экономического эффекта от производственной деятельности.