Выбор и обоснование нефти для производства масел

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современный этап развития экономики развитых стран мира характеризуется высокими темпами роста наукоёмких производств, среди которых наиболее важное место в нефтеперерабатывающей промышленности отводится высококачественным смазочным маслам с присадками. Последнее во многом связано с их функциональными особенностями и ролью в реализации ресурсосбережения и экологических программ. По оценкам западных специалистов, за последние 40 лет почти в 20 раз увеличилась нагрузка на моторные масла, определяемая отношением мощности двигателя к объёму использованного масла.

Связав своё развитие с автомобильным транспортом, производство высококачественных моторных и других масел превратилось в объект большого бизнеса. К нему привлечено внимание крупных транснациональных нефтяных компаний (Exxon, Mobil, Shell, British Petroleum и др.), которые контролируют рынки их сбыта в различных регионах и странах мира. В то же время это производство как ни одно другое в нефтеперерабатывающей промышленности находится в постоянной динамике, требующей огромных инвестиций.

Технология смазочных масел включает несколько самостоятельных звеньев – производство базовых масел, присадок, их композиций и пакетов, компаундирование базовых масел и присадок. В настоящее время в мире насчитывается 175 нефтеперерабатывающих заводов по выработке базовых масел, производство присадок сосредоточено в 15 крупных компаниях, компаундированием базовых основ и присадок занимается 2000 предприятий и получением пластичных смазок – 400. Единичная мощность установок компаундирования составляет от 100 до 150 тыс. т/год, тогда как мощности заводов по производству присадок – от 50 до 100-120 тыс. т/год [1].

Моторное масло является важным элементом конструкции двигателя. Оно может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в узлах трения двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его эксплуатации и свойств масла – одно из важнейших условий достижения высокой надежности двигателей.

Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям, главные из которых следующие [2]: высокие моющая, диспергирующе-стабилизирующая и солюбилизирующая способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающие чистоту деталей двигателя; высокая термическая и термоокислительная стабильность, что позволяет использовать масла для охлаждения поршней, повышать предельный нагрев масла в картере; достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла; отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя; стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств; пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение холодного пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды; совместимость с материалами уплотнений; высокая стабильность при транспортировании и хранении; малая вспениваемость при высокой и низкой температурах; малая летучесть, определяющая экологичность масел.

Применение смазочных масел с эффективными присадками обусловливает длительную и безотказную работу энергетических установок, технологического оборудования, средств транспорта. Присадки выполняют в маслах три основные функции: восстанавливают свойства масел, утраченные или ослабленные в процессах очистки; улучшают первоначальные свойства масляной основы; придают маслам новые свойства, которыми масла первоначально не обладали. Для улучшения качества масел применяют присадки различного функционального действия [2]: антиокислительные и противокоррозионные; детергентно-диспергирующие; противоизносные и противозадирные; вязкостные; депрессорные; защитные присадки и ингибиторы коррозии; многофункциональные присадки.

Как правило, современные многофункциональные пакеты присадок содержат примерно 40-50% беззольных дисперсантов (полиизобутиленовые сукцинимиды, сложные эфиры), 30-40% детергентов (салицилаты, сульфонаты, фенаты), от 1 до 10% противоизносных присадок (дитиофосфаты цинка). В них могут вводиться до 10% присадок других типов (антиокислительных, антикоррозионных, модификаторов трения, антипенных и т.д.), а также до 5% масляного разбавителя [3].

В настоящее время производство нефтяных масел в мире характеризуется двумя основными тенденциями: ухудшением качества нефтей; постоянным повышением требований к качеству базовых масел.

Очевидно, что для обеспечения оптимального химического состава масел необходимо обеспечивать оптимальный режим процессов их производства, с учётом возможной модернизации существующих технологий и разработки новых перспективных технологий.

При получении масел по традиционной технологии, включающей процессы деасфальтизации, селективной очистки, депарафинизации и доочистки, на каждой стадии может быть проведена интенсификация процесса за счёт реконструкции аппаратов (использование эффективных тарелок или насадок в колоннах, внедрение новых фильтров и др.) и применения новых избирательных растворителей, а также добавок. Так, за рубежом, а в последнее время и в СНГ, установки фенольной очистки масел заменяются на очистку N-метилпирролидоном [4]. Это объясняется высокой токсичностью фенола, а также его низкой избирательностью и высокой растворяющей способностью, которые не позволяют обеспечить получение качественных моторных масел с достаточно высоким выходом от потенциала.

В области производства нефтяных масел всё большее применение находят каталитические процессы, протекающие в среде водорода (гидрогенизационные процессы). Базовые масла II и III групп по API, получаемые с использованием таких процессов, в целом обладают лучшими экологическими и эксплуатационными характеристиками и обеспечивают более надежное обслуживание оборудования по сравнению с маслами I группы, которые производят по традиционной технологии. Основное назначение гидрокаталитической переработки масляного сырья – превращение смол, гетероорганических, ароматических и нормальных парафиновых углеводородов в компоненты, улучшающие эксплуатационные свойства масел и позволяющие, с одной стороны, компенсировать ухудшение качества перерабатываемой на НПЗ нефтесмеси, а с другой, гибко реагировать на конъюнктуру рынка [5].

Несмотря на широкое внедрение гидрогенизационных процессов при получении нефтяных масел, постоянно возрастающие требования к маслам и присадкам могут быть удовлетворены только путём применения для их производства и синтетических продуктов [6].

Целью данного курсового проекта является проектирование маслоблока нефтеперерабатывающего завода мощностью 500 тыс. тонн базовых масел в год с индексом вязкости не менее 95 и температурой застывания не выше -20°С, также в поточной схеме маслоблока необходимо предусмотреть установку очистки  селективными растворителями.

 

 

1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  НЕФТИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МАСЕЛ

 

Для производства базовых масел выбрана западно-сургутская нефть валанжинского яруса, горизонта БХ. Этот выбор обусловлен следующими причинами:

• Западно-сургутское месторождение относится к наиболее важным месторождениям Западной Сибири – одной из крупнейших нефтегазоносных провинций мира;
• выбранная нефть характеризуется высоким потенциальным содержанием базовых масел;
• указанная нефть является хорошим сырьём для получения дистиллятных и остаточных базовых масел [8].

Выбор технологической схемы первичной и последующей переработки нефти в большой степени зависит от её качества. Основные показатели качества западно-сургутской нефти представлены в таблице 1, которая составлена с помощью справочной литературы [8].

 

Таблица 1 – Показатели качества западно-сургутской нефти

Показатели	Единицы измерения	Значение показателя
Плотность  нефти при 20ºС	кг/м3	880,6
Молярная масса нефти	кг/кмоль	312
Кинематическая вязкость нефти:     при 20°С     при 50°С	мм²/с мм²/с	45,65 11,52
Давление насыщенных паров при 38°С	кПа	13,87
Содержание в нефти:     серы	% масс.	1,73
азота	% масс.	0,16
смол силикагелевых	% масс.	13,5
смол сернокислотных	% масс.	5,6
асфальтенов	% масс.	2,9
Парафин:     содержание     температура плавления	% масс. °С	2,04 52
Коксуемость	% масс.	4,91
Зольность	% масс.	0,02
Выход фракции:     до 200°С°     до 350°С	% масс. % масс.	17,0 40,0
Выход суммы базовых масел с индексом вязкости более или равным 85 и с температурой застывания не более минус 15°С	% масс.	28,4

 

на основании данных таблицы 1 можно заключить, что получать узкие масляные фракции из западно-сургутской нефти выгодно, т.к. выход базовых масел на мазут (выше 350°С) составляет:

% масс.,

где 28,4 – выход базовых масел на нефть, % масс.;

      (100 – 40) – выход  мазута (выше 350°С) на нефть, % масс.

Нефть считается пригодной для получения битумов, если выполняется неравенство:

> 0,

где А – содержание асфальтенов в нефти, % масс.;

     СС – содержание силикагелевых смол, % масс.;

      П – содержание  парафинов, % масс.

Подставив в неравенство значения А, СС и П, представленные в таблице 1, получим:

> 0

Таким образом, западно-сургутская нефть является пригодной для получения битумов.

ГОСТ Р51858 – 2002 включает классификацию нефти как товар, как для внутреннего рынка, так и на экспорт. Согласно ГОСТ Р51858 – 2002 нефть подразделяется на 4 класса по содержанию серы, 5 типов по плотности, 3 группы по степени подготовки и 3 вида в зависимости от содержания сероводорода H2S и легких меркаптанов.

На основании вышеприведенных табличных данных и СТБ ГОСТ Р51858 – 2002 с целью выбора направления дальнейшей переработки западно-сургутская нефти может быть присвоен следующий шифр: 2.3.2.2.

На рисунке 1 изображена кривая ИТК западно-сургутской нефти, построенная при помощи данных из справочной литературы [8], необходимая в дальнейшем для определения потенциального содержания в нефти некоторых фракций.

Западно-сургутская нефть относится к типу Urals, т.к. плотность её более 845 кг/м³. Исходя из значений показателей качества нефти, можно заключить, что цена её на рынке, вероятно, является невысокой с учётом того, что нефть сернистая, относится к типу Urals и содержание наиболее ценных светлых фракций в ней небольшое.

Предварительный анализ показателей качества нефти показывает, что для выполнения всех указанных требований, схема маслоблока обязательно должна включать гидрогенизационные процессы, чтобы обеспечить получение базовых масел II и III группы по API, которым соответствуют масла с индексом вязкости более 120 и с содержанием сернистых соединений менее 0,03 % масс [10].

 

 

2 ГРУППОВОЙ СОСТАВ И  ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАСЛЯНЫХ ПОГОНОВ И БАЗОВЫХ МАСЕЛ

 

2.1 Характеристика вакуумных дистиллятов и остатка

 

Для определения способа переработки вакуумных дистиллятов и остатка, а также для составления поточной схемы маслоблока необходим анализ их структурно-группового состава и свойств.

Характеристика вакуумных дистиллятов и остатка (выше 490ºС) западно-сургутской нефти приведена в таблице 2.1, составленной с помощью справочной литературы [8].

 

Таблица 2.1 – Характеристика вакуумных дистиллятов и остатка выше 490ºС

Фракция	Выход, % масс.		Плотность при 20°С, кг/м3	Вязкость при 100°С, мм2/с	ИВ	Температура застывания, °С	Содержание серы, % масс.
	на фракцию	на нефть
ФРАКЦИЯ 350 – 400°С
Фракция 350 – 400°С	100,0	8,7	885,5	3,00	–	11	1,43
Нафтено-парафиновые углеводороды	45,5	4,0	835,6	2,91	101	минус 26	–
Нафтено-парафиновые и I группа ароматических углеводородов	60,8	5,3	856,0	2,98	93	минус 27	1,59
Нафтено-парафиновые, I, II, III группы ароматических углеводородов	84,6	7,4	886,8	3,14	89,5	минус 40	1,87
I группа ароматических углеводородов	15,3	1,3	908,6	3,42	–	минус 29	–
II и III группы ароматических углеводородов	23,8	2,1	968,4	22,32	–	минус 32	–
ФРАКЦИЯ 400 – 450°С
Фракция 400 – 450°С	100,0	7,3	910,9	5,31	–	23	1,89
Нафтено-парафиновые углеводороды	39,4	2,9	856,2	4,80	115	минус 22	–
Нафтено-парафиновые и I группа ароматических углеводородов	57,4	4,2	870,6	5,10	96	минус 24	1,02
Нафтено-парафиновые, I и II группы ароматических углеводородов	73,3	5,4	894,1	5,60	85	минус 27	–
Нафтено-парафиновые, I, II, III группы ароматических углеводородов	81,0	5,9	902,7	5,80	82,5	минус 28	2,02
I группа ароматических углеводородов	18,0	1,3	917,0	6,12	–	минус 26	–
II и III группы ароматических углеводородов	23,6	1,7	982,0	6,38	–	минус 28	–
ФРАКЦИЯ 450 – 490°С
Фракция 450– 490°С	100,0	5,6	927,0	7,23	–	29	2,27
Нафтено-парафиновые углеводороды	35,8	2,0	858,0	6,66	107	минус 20	–
Нафтено-парафиновые и I группа ароматических углеводородов	54,6	3,1	880,8	6,94	91	минус 22	1,38
Нафтено-парафиновые, I и II группы ароматических углеводородов	65,1	3,7	896,4	7,40	85	минус 24	–
Нафтено-парафиновые, I, II, III группы ароматических углеводородов	84,8	4,7	922,8	8,56	73	минус 25	2,54
I группа ароматических углеводородов	18,8	1,1	921,3	8,23	–	минус 24	–
II и III группы ароматических углеводородов	30,2	1,6	998,8	15,56	–	минус 26	–
ОСТАТОК ВЫШЕ 490°С
Остаток выше 490°С	100,0	38,4	982,4	36,08	–	26	3,10
Нафтено-парафиновые углеводороды	8,5	3,3	879,0	17,01	106	минус 18	0,14
Нафтено-парафиновые и I группа ароматических углеводородов после депарафинизации	23,2	8,9	902,0	20,73	91	минус 18	1,24
Нафтено-парафиновые, I и II группы ароматических углеводородов	30,9	11,9	916,0	25,31	85	минус 16	1,52
Нафтено-парафиновые, I, II, III группы ароматических углеводородов	49,2	18,9	937,4	39,27	72	минус 15	2,44
I группа ароматических углеводородов	14,7	5,6	915,3	23,77	–	минус 18	–
II группа ароматических углеводородов	7,7	3,0	960,8	62,94	–	минус 7	–
III группа ароматических углеводородов	18,3	7,0	1003,4	216,8	–	0	–