Надземные и наземные газопроводы. Сущность нефтеперерабатывающего производства

3. Гирокрекинг.

Крекинг тяжелого сырья, проводимый в присутствии водорода и катализатора (соединений молибдена), называется гидрокрекингом. Процесс осуществляется при температуре 420-500С и давлении 30-100атм. Он обеспечивает получение стабильных продуктов.                                     Газойлевые фракции, полученные при этом процессе, имеют хорошую воспламеняемость и низкую температуру застывания и являются желательными компонентами дизельных топлив. Однако бензиновые фракции гидрокрекинга обладают недостаточными антидетонационными свойствами. Процесс гидрокрекинга предназначен для получения светлых нефтепродуктов из нефтяного сырья, имеющего более высокую массу, чем целевые продукты. Одновременно с крекингом происходит очистка продуктов от серы, насыщение олефинов и ароматических соединений, что обуславливает высокие эксплуатационные и экологические характеристики получаемых топлив. Гидрокрекинг также используется в масляном производстве для получения высококачественных основ масел, близких по эксплуатационным характеристикам к синтетическим. Сырьем процесса гидрокрекинга могут служить прямогонный вакуумный газойль, газойли каталитического крекинга и коксования, побочные продукты маслоблока, мазут, гудрон.                                                                                                 Установки гидрокрекинга, как правило, строятся большой единичной мощности - 3-4 млн. тонн в год по сырью.                                           Гидрокрекинг - один из самых опасных процессов нефтепереработки, при выходе температурного режима из-под контроля, происходит резкий рост температуры, приводящий к взрыву реакторного блока.             Технологические схемы принципиально схожи с установками гидроочистки - сырьё, смешанное с водородосодержащим газом (ВСГ), нагревается в печи, поступает в реактор со слоем катализатора, продукты из реактора отделяются от газов и поступают на ректификацию. Однако реакции гидрокрекинга протекают с выделением тепла, поэтому технологической схемой предусматривается ввод в зону реакции холодного ВСГ, расходом которого регулируется температура.                                                                                         В России до последнего времени процесс гидрокрекинга не использовался, но в 2000-х годах введены мощности на заводах в Перми, Ярославле и Уфе, на ряде заводов установки гидроочистки реконструированы под процесс лёгкого гидрокрекинга. Также имеется установка на ООО "Киришинефтеоргсинтез", и на заводах ОАО "Роснефть". Совместное строительство установок гидрокрекинга и каталитического крекинга в рамках комплексов глубокой переработки нефти представляется наиболее эффективным для производства высокооктановых бензинов и высококачественных средних дистиллятов.

4. Каталитический риформинг.

Основной процесс получения высокооктановых бензинов. Каталитический риформинг предназначен для повышения октанового числа прямогонных бензиновых фракций путём химического превращения углеводородов, входящих в их состав, до 92-100 пунктов. Процесс ведётся в присутствии алюмо-платино-рениевого катализатора. Повышение октанового числа происходит за счёт увеличения доли ароматических углеводородов. Научные основы процесса разработаны нашим соотечественником - выдающимся русским химиком Н.Д.Зелинским в начале ХХ века. Выход высокооктанового компонента составляет 85-90% на исходное сырьё. В качестве побочного продукта образуется водород, который используется на других установках НПЗ.                                                                                Существует две разновидности процесса, предназначенные для выработки либо компонента бензина, либо ароматического концентрата. Для получения детонационной стойкости бензиновых фракций и получения низших ароматических УВ (бензола, толуола, ксилола) используют процесс каталитического риформинга. В кафестве катализатора в процессе наибольшее практическое значение в настоящее время имеет алюмоплатиновый, основу которого составляет окись алюминия (99 – 99,5%). На ее поверхность наносится платина. В качестве сырья ля получения высокооктановых фракций бензина используют фракции прямой перегонки нефти, выкипающие в пределах 80-180 С. Повышение детонационной стойкости сырья происходит за счет превращения циклоалкановых и алкановых УВ в ароматические, обладающие более высоким уровнем детонационной стойкости. Процесс риформинга (платформинга) осуществляется при давлении 50 атм, температуре 520-540 С.                                                                                 Выход бензиновых фракций в процессе каталитического риформинга составляет примерно 95%, их детонационная стойкость повышается примерно на 35%.

Описание принципиальной схемы технологического процесса каталитического риформинга.

Сырье нагревается в теплообменниках и трубчатой печи (до 480С), после чего поступает в испаритель, где отделяется тяжелый смолистый остаток. Пары из испарителя поступают в одну из реакционных камер (реактор), заполненных катализатором (алюмосиликатами, представляющими собой либо обычные глины, обработанные или обогащенные присадками окисей никеля, кобальта, меди, марганца и других металлов, либо специальными синтетическими массами). Здесь происходит реакция крекинга. Продукты крекинга направляются в ректификационную колонну, сверху из которой уходят пары бензина, газ, сбоку – крекинг – дистилляты, идущие для получения автомобильного и авиационного бензина, а снизу – тяжелый газойль. После конденсации и охлаждения в конденсаторе бензин отделяется от газов в сепараторе, откуда откачивается в приемник. В процессе работы катализатор покрывается углистыми отложениями, и активность падает. Для восстановления активности катализаторов углистые отложения периодически выжигают продуванием через него воздуха при температуре 510С.           Выход продукта составляет: авиабензина 25-28% или автобензина 40-45%, газа 15-21%, газойля 40-50% и углистых отложений 5-7%.                   Повышение качества бензиновых фракций обеспечивает каталитическая изомеризация легких алкановых углеводородов, которая проводится в присутствии платинового или палладиевого катализаторов, при давлении 20-40 атм. и температуре 370-480С.

5.  Висбрекинг

Описание схема процесса висбрекинга гудрона.

Гудрон нагревается в теплообменниках и поступает в трубчатую печь П – 1. Продукты висбрекинга выводятся из печи, охлаждаются подачей квенчинга и направляются в ректификационную колонну К – 1. Парогазовая смесь с верха К – 1* конденсируются, охлаждается и разделяется в сепараторе С – 1 на газ, воду и бензиновую фракцию. Часть бензина используется ля орошения верха К – 1, а балансовое количество направляется на стабилизацию. Из аккумулятора К – 1* выводится фракция легкого газойля, которая после охлаждения смешивается с остатком висбрекинга или выводится с установки.                                  Жидкость низа К – 1 поступает самотеком в К – 3, где происходит отпарка легких фракций за счет снижения давления и подачи водяного пара в переток из К – 1 в К – 3. Парогазовая смесь с верха К – 3* конденсируется, охлаждается и разделяется в газосепараторе С – 2 на газ (направляется к форсункам печей) и легкую флегму (возвращается в К – 1). Из аккумулятора К – 3* выводится тяжелая флегма, часть которой используется в качестве квенчинга.                                                                                                          Целевой продукт – остаток висбрекинга с низа К – 3 после охлаждения выводится с установки.                                                                                               В настоящее время большее распространение получает легкая форма термического крекинга – висбрекинг, который осуществляется при давлениях от 2МПа и температурах до 450 С. Цель висбрекинга заключается в получении котельного топлива за счет понижения вязкости исходного сырья – гудрона.

6. Замедленное коксование.

Назначение процесса - квалифицированная переработка тяжёлых нефтяных остатков, как первичной, так и вторичной переработки, с получением нефтяного кокса, применяемого для производства электродов, используемых в металлургической промышленности, а также дополнительного количества светлых нефтепродуктов. В отличие от ранее описанных процессов, коксование является термическим процессом, не использующим катализатор. Существуют различные технологические решения для данного процесса. На российских НПЗ используются установки замедленного коксования. Замедленное коксование - полунепрерывный процесс, осуществляемый при температуре около 500°С и давлении, близком к атмосферному. Сырьё поступает в змеевики технологических печей, в которых идёт процесс термического разложения, после чего поступает в камеры, в которых происходит образование кокса. На установках сооружается 4 коксовые камеры, работающие попеременно. Камера в течении суток работает в режиме реакции, заполняясь коксом, после чего в течение суток осуществляются технологические операции по выгрузке кокса и подготовке к следующему циклу. Кокс из камеры удаляется при помощи гидрорезака, представляющего собой бур с расположенными на конце соплами, через которые под давлением 150 атм подаётся вода, которая раздробляет кокс. Раздробленный кокс сортируется на фракции, в зависимости от размера частиц. Сверху коксовых камер уходят пары продуктов и поступают на ректификацию. Светлые фракции, полученные при коксовании, характеризуются низким качеством из-за большого содержания олефинов и поэтому желательно их дальнейшее облагораживание. Выход кокса составляет порядка 25% при коксовании гудрона, выход светлых фракций - около 35%.

Описание схемы процесса замедленного коксования.

Сырье, подогретое в теплообменниках и в конвекционной камере печи П – 1, поступает под аккумулятор колонны К – 1. Часть сырья подается на нижнюю каскадную тарелку для регулирования коэффициента рисайкла. Под нижнюю каскадную тарелку К – 1 поступают горячие газы и пары продуктов коксования из коксовых камер. В результате контакта сырья с восходящими потоками газов и паров продуктов коксования сырье нагревается, при этом низкокипящие фракции сырья испаряются, а тяжелые фракции паров конденсируются и смешиваются с сырьем, образуя вторичное сырье. Вторичное сырье с низа К – 1 нагревается в радиантных трубах печей и поступает в две работающие камеры. В камерах происходят новые реакции крекинга и коксообразования.                                                                      Продукты распада в виде газов и паров через верх камеры направляются в К – 1, а тяжелый жидкий остаток задерживается в камере, постепенно превращаясь в кокс. После заполнения камеры коксом на 80-90% её объёма, поток сырья из печи направляют в две другие подготовленные камеры, а из заполненных камер кокс, после пропарки и охлаждения, выгружается гидравлическим методом. На схеме показан момент пропарки кокса в заполненной камере Р – 2 водяным паром. Продукты пропарки через фильтр Ф – 1 поступают в конденсатор воздушного охлаждения, оттуда направляются в отстойник О – 1, с низа которого обводненный тяжелый нефтепродукт отводится в нефтеловушку, а водяной пар направляется в абсорбер смешения А – 1. В верхней части ректификационной колонны К – 1* осуществляется разделение продуктов коксования на газ, бензин, легкий и тяжелые газойли. Газы и нестабильный бензин из сепаратора  С – 1 поступают во фракционирующий абсорбер К – 4, где происходит разделение на сухой газ и нестабильный бензин, который подвергается стабилизации в К – 5. Стабильный бензин охлаждается и выводится с установки. Газойлевые фракции выводятся через отпарные колонны К – 2 и К – 3.                        Процесс коксования нефтяных остатков можно рассматривать как форму глубокого термического крекинга, который проводят при температурах от 440 до 560 С и давлении от атмосферного до 7 МПа, в зависимости от разновидности процесса. При коксовании происходит структурное перераспределение водорода между остатком (коксом) и более богатыми водородом газообразными и жидкими продуктами. Так как при коксовании глубина превращения сырья не ограничивается выходом целевого продукта (кокса), то выход остальных продуктов существенно выше, чем при термическом крекинге.

Сырье коксования

Для коксования пригодны разнообразные тяжелые нефтяные остатки. К ним относятся гудроны, полугудроны, мазут, крекинг – остатки термо – и каталитического крекинга, асфальты и экстракты селективной очистки масел, тяжелые смолы пиролиза или их смеси.

Перечисленные остатки состоят из высокомолекулярных УВ, асфальто – смолистых веществ (АСВ), карбенов и карбоидов. Соотношение между этими компонентми не зависит от происхождения нефти и условий получения этих остатков. Основными требованиями к качеству сырья являются, % масс.: коксуемость (по Конрадсону) – 10-20; массовая доля серы – не более 0,5 – 0,8.

Ограничения по коксуемости сырья связано с тем, что при ее значении менее 10% выход целевого продукта – кокса невелик. При величинах коксуемости выше 20% наблюдается интенсивное коксование змеевика трубчатой печи. Ограничения по содержанию серы в сырье объясняются тем, что в коксе идет накопление серы, содержание которой в нем в 1,5 – 2 раза превышает ее долю в сырье.

Для производства специальных коксов необходим тщательный выбор сырья. Для этого случая наилучшим сырьем являются тяжелые смолы пиролиза.

Продукты коксования.

1. Кокс. Получаемый замедленным коксованием, как правило, не соответствует требованиям потребителя и нуждается в дополнительном облагораживании, которое достигается его прокалкой во вращающихся печах при 1200 – 1300С. При этом в коксе существенно снижается количество летучих компонентов и удельное электросопротивление, повышаются доля углерода и истинная плотность.
2. Газ. По составу он близок к газу термического крекинга и висбрекинга, но содержит меньше непредельных соединений.
3. Бензин. Содержит до 60% непредельных УВ, химически нестабилен и имеет октановое число не более 70 (по моторному методу).
4. Легкий газойль. Может служить компонентом дизельного топлива, а также сырьем для установок гидроочистки. Служит компонентом для газотурбинного и печного топлива, а также сырьем для процессов гидроочистки, каталитического и гидрокрекинга.

Товарное производство

Ранее рассмотрены основные технологические процессы топливного производства, применяемые на НПЗ России. Однако, в ходе указанных процессов вырабатываются только компоненты моторных, авиационных и котельных топлив с различными показателями качества. Например, октановое число прямогонного бензина составляет около 65, риформата - 95-100, бензина коксования - 60. Другие показатели качества (например, фракционный состав, содержание серы) у компонентов также различаются. Для получения же товарных нефтепродуктов организуется смешение полученных компонентов в соответствующих емкостях НПЗ в соотношениях, которые обеспечивают нормируемые показатели качества. Расчёт рецептуры смешения (компаундирования) компонентов осуществляется при помощи соответствующих модулей математических моделей, используемых для планирования производства по НПЗ в целом. Исходными данными для моделирования являются прогнозные остатки сырья, компонентов и товарной продукции, план реализации нефтепродуктов в разрезе ассортимента, плановый объём поставок нефти. Таким образом возможно рассчитать наиболее эффективные соотношения между компонентами при смешении. Зачастую на заводах используются устоявшиеся рецептуры смешения, которые корректируются при изменении технологической схемы. Компоненты нефтепродуктов в заданном соотношении закачиваются в ёмкость для смешения, куда также могут подаваться присадки. Полученные товарные нефтепродукты проходят контроль качества и откачиваются в соответствующие ёмкости товарно-сырьевой базы, откуда отгружаются потребителю. Основной способ доставки нефтепродуктов в России - перевозка железнодорожным транспортом. Для погрузки продукции в цистерны используются наливные эстакады. Поставки нефтепродуктов по России и на экспорт осуществляются также по системе магистральных нефтепродуктопроводов АК "Транснефтепродукт", речным и морским транспортом.