Деструктивная перегонка мазутов и гудронов

 

1.2 Физико-химическое  свойство нефти

 

Физико-химические свойства нефти варьируют в значительных пределах. Важное значение для характеристики имеют : плотность, вязкость, люминисценция, цвет, запах и другие. 
Плотностью нефти , как и плотностью любого тела, называется масса нефти в единице объема. Плотность нефти колеблется в среднем от 0.75 до 1.00 при температуре 20 градусов  и зависит от состава нефти.  
Коэффициент усадки  - величина (в процентах) уменьшения объема 1 м3 нефти , извлеченной из пласта и перемещенной в условиях нефтехранилища. Усадка нефти происходит за счет остывания нефти, а также за счет удаления газа. 
Вязкость - это способность жидкости сопротивляться течению. Чем выше вязкость жидкости , тем медленнее она течет , и наоборот. Например легкие нефти очень подвижные, а тяжелые - очень вязкие и иногда переходят в полутвердые вещества. 
Люминисценция - это холодное свечение вещества , вызванное различными причинами. Люминисценция вещества под действием света называется фотолюминисценцией . Последний вид люминисценции делится на два подвида : флюорисценцию и фосфоресценцию. Флюорисценцией называют свечение вещества непосредственно при его облучении; если  же после прекращения  облучения вещество продолжает светиться, то это явление называют фосфоресценцией. 
Все нефти в большей или меньшей степени флюоресцируют. Наиболее флюрисцирующими являются ароматические нефти. Цвет флюорисценции серых нефтей изменяется от желтого до зеленого и синего. Это свойство используют для определения следов нефти в породах, проходимых скважинами, при так называемой люминисцентно-битумилогической съемке, при поисково- разведочных работах. 
Под оптической активностью понимают способность органических веществ, присутствующих в нефтях, вращать плоскость поляризации света. Она обусловлена обусловлена присутствием в молекуле вещества ассиметричного атома углерода, то есть атом, все валентности которого насыщены различными атомами или радикалами. Присутствие в нефти оптически активных веществ считается , как правило ,  одним из доказательств органического происхождения нефти, поскольку оптически активные вещества не могут быть синтезированы органическим путем. 
Теплотворная способность -  это количество теплоты , выделяющееся при полном сгорании определенного количества вещества. Например, при полном сгорании 1 кг нефти выделяется 10340-10914 ккал, а при полном сгорании 1 м3 газа - 8900 ккал.

 

1.3 Производство  нефти

 

Сырую нефть из скважины практически не используют в чистом виде. Перед вами место, где ее преобразуют в необходимые человеку продукты, – нефтеперерабатывающий завод (НПЗ). Именно сюда сырье доставляется по трубопроводам, железной дороге или морскими танкерами, чтобы после переработки получить бензин, авиационный керосин, мазут, дизельное топливо, смазочные масла, парафин и сырье для нефтехимических производств.

Итак, после долгого или  короткого путешествия нефть  поступила в резервуар НПЗ. Что дальше? Сначала из нее удаляют механические примеси и растворенные газы, очищают от лишней соли и воды на электрообессоливающих установках. На этой же стадии определяют и свойства сырья.

Казалось бы, при текущем  уровне научно-технического прогресса  можно без труда определить химический состав сырой нефти. Но проблема в  том, что

распознать сотни и  сотни химических соединений в условиях заводской лаборатории – задача исключительно сложная. Поэтому нефть делят

на фракции в зависимости от температуры кипения и плотности. В лаборатории проводят «тренировочную» перегонку, чтобы узнать, какое количество бензина, керосина, смазочных масел, парафина и мазута можно получить из поступившей на завод нефти. (Нефти сильно различаются по химическому составу, поэтому из одних можно получить больше смазочных масел и парафинов, из других – больше бензина.) И только после этого приступают к промышленной перегонке.

Этот интересный процесс  происходит в ректификационной колонне  – специальном аппарате для разделения нефти на фракции. Если вы когда-нибудь проходили или проезжали мимо нефтеперерабатывающего завода, вы наверняка видели эти огромные сооружения: высота такой колонны может превышать 60 м. Будучи настоящим произведением технологического искусства, она позволяет разделить субстанции, температура кипения которых отличается менее чем на 6^oС.

Нефть, нагретую в змеевике до 320-390^oС, подают в колонну в виде смеси горячей жидкости и пара. Там пары тяжелых, а потом легких фракций последовательно конденсируются и оседают на специальных тарелках – их может быть от 30 до 60. В результате получают прямогонный бензин (температура кипения 30-160^oС), нафту, которую еще называют лигроином (105-160^oС), керосин (160-230^oС), газойль (230-400^oС) и мазут, остающийся после отделения остальных фракций.

Бензин и нафту затем  подвергают каталитическому риформингу. При температуре 320-520^oС и давлении в 15-40 атмосфер в присутствии платиновых катализаторовполучают бензин с высоким октановым числом и ароматические углеводороды –бензол, толуол, ксилол и другие. Последние используются в качестве сырья длянефтехимической промышленности. Кроме того, во время процесса риформинга выделяется водород, который можно использовать, например, для гидроочистки.

На гидроочистку направляют керосины и газойли, чтобы в водородной среде с использованием катализаторов  удалить серу, азот, металлы и  другие нежелательные примеси. Керосин, который в зависимости от его  свойств делят на авиационный, тракторный и осветительный, после очистки можно использовать по назначению. А газойль отправляют либо на смешивание, чтобы получить из него дизельное топливо, либо на каталитический крекинг (так называют расщепление больших молекул углеводородов на две или более под действием температуры около 500^oС и, конечно, катализаторов).

Мазут до конца XIX века выбрасывали как отходы производства. Сейчас его применяют как жидкое котельное топливо или используют как сырье для дальнейшей переработки – вакуумной перегонки. Тяжелые фракции невозможно перегнать при атмосферном давлении – при необходимой для их кипения высокой температуре начинается разрушение молекул. А в условиях вакуума их перегонку можно осуществлять при пониженной температуре – около 400^oС. В результате получают продукцию, которая подходит для переработки в моторное топливо, масла, парафины и церезины, и тяжелый остаток – гудрон. Продувая гудрон горячим воздухом, получают битум. Из остатков перегонки и крекинга также производят кокс.

На разных НПЗ  предусмотрены разные наборы технологических  процессов. Обязательны перегонка  сырой нефти, гидроочистка и каталитический риформинг. При таком наборе выход  светлых нефтепродуктов (бензина и реактивного топлива) составляет около 40% от общего количества продукции. Эта схема нефтепереработки считается простой. Однако в условиях роста цен на нефть и нефтепродукты, а также ужесточения экологических требований особое значение приобрело увеличение выхода именно светлых нефтепродуктов.  Поэтому сегодня на современных производствах активно внедряются новые технологии.  Применение установок каталитического крекинга, гидрокрекинга и висбрекинга, а также процессов гидрообессеривания, коксования и термического крекинга позволяют получать свыше 90% светлых нефтепродуктов, соответствующих самым высоким экологическим стандартам.

Процесс переработки нефти  приводит к выбросу в атмосферу  разнообразных химических соединений , сопровождается шумом и тяжелыми запахами, а также может привести к возгоранию и взрывам. Поэтому весьма строгие требования сегодня предъявляются и к размещению НПЗ. В соответствии с современными экологическими стандартами, завод должен располагаться на разумном расстоянии от жилых кварталов и вблизи от транспортных артерий, по которым доставляют сырье и забирают продукцию. Поскольку на многих НПЗ требуется большое количество пара и охлаждающей воды, важно, чтобы рядом был водоем – река, а лучше море. Нередко заводы располагают рядом с портами для облегчения транспортировки конечных нефтепродуктов при помощи морского транспорта.

1.4 Автоматический  контроль технологических параметров  установки деструктивной перегонки  мазутов и гудронов

 

Процесс деструктивной перегонки  мазутов разработан ГрозНИИ для увеличения ресурсов газойлевых фракций — сырья для установок каталитического крекинга. Особенность процесса — сочетание перегонки сырья с термическим разложением его смолистого остатка в испарителе. Если бензиновые и керосиновые фракции образуются в основном в змеевике печи, то газойлевые фракции — в испарителе, работающем при сравнительно умеренной (420- 425 °С) температуре и невысоком избыточном давлении. Длительность пребывания крекируемой жидкости в испарителе составляет примерно 1,5 ч. Температура сырья на выходе из печи равна 460-475 °С.

Установка непрерывного действия с однократным пропуском  сырья состоит из высокотемпературной  секции, которая включает нагревательную печь и испаритель, и секций фракционирования и охлаждения (рис.К9 ).

Мазут, поступающий  с нефтеперегонной установки, насосом 8 через теплообменники 6 и 5 подается   в змеевик печи 2. Пройдя по конвекционным трубам змеевика, мазут поступает в радиантные трубы (двухрядный экран). Во второй ряд радиантных труб вводится перегретый водяной пар. По выходе из радиантного змеевика смесь подается в нижнюю часть испарителя 3; туда же, но ниже ввода сырья подается и перегретый водяной пар. В испарителе 3 смесь разделяется на паровую и жидкую фазы. Объем испарителя достаточен для длительного пребывания в нем жидкости, продуваемой перегретым водяным паром.

С целью уменьшения вязкости тяжелого остатка, отводимого из испарителя поршневым насосом 4, предусмотрена возможность добавления разбавителя к сырью с помощью  насоса 2. В качестве разбавителя используется часть получаемой на установке дизельной фракции, предварительно охлажденной. Выходящая из испарителя сверху смесь паров с небольшим количеством крекинг-газов является теплоносителем в теплообменнике 5; отсюда углеводородный конденсат, газы и пары поступают под нижнюю тарелку ректификационной колонны 9. Между 6 и 7-й тарелками этой колонны расположено внутреннее днище. Достигнув его, восходящий поток паров направляется в теплообменник 6. Образующаяся здесь жидкая флегма стекает на 5-ую тарелку колонны, а пары вводятся под 7-ую тарелку. Общее число тарелок в колонне - 15.

 

Рисунок К9

 

Нижний продукт  колонны представляет собой газойль  с началом кипения около 340 °С. Фракция дизельного топлива до вывода ее из отпарной колонны 10 продувается на шести тарелках водяным паром.

На схеме  не показаны другие аппараты секции фракционирования, такие как конденсатор-холодильник для выходящих из колонны 9 сверху паров в смеси с газами и приемник орошения.

Для процесса деструктивной  перегонки термического крекинга мазута была приспособлена одна из установок типа «Винклер—Кох». Недостатком рассмотренной схемы, но не процесса является весьма слабое использование вторичного тепла, особенно тепла тяжелого остатка, откачиваемого из испарителя. При высокой температуре исходного мазута его можно направлять, минуя теплообменники, непосредственно в змеевик печи. В этом случае необходимо пересмотреть схемы, в частности, с целью рационального использования избыточного тепла и теплообменных аппаратов.

Ниже приведен режим работы установки при деструктивной перегонке сернистого мазута (плотность при 20 °С 942 кг/м³; коксуемость 9,5 % масс., содержание серы 2 % масс. и фракций до 350 °С - 4,7 % масс.):

 

Температура сырья  на выходе из печи, оС Расход водяного пара, % (масс.) на мазут    в радиантные  трубы    в низ  испарителя Длительность  пребывания стекла в испарителе, мин Избыточное  давление в испарителе, Мпа Скорость паров  в испарителе, м/с Удельная тепловая напряжённость радиантных труб печи, МДж/(м2ч)

460-475   1,5-2,0 5,5-7,0 40-120 0,2-0,3 ≈0,26 67,0-71,2

Выходе продуктов  при обычной и деструктивной  перегонке сернистого мазута (плотностью 942 кг/м³, 2% масс. серы) даны ниже в % (масс.)

Выход, % (масс.)	Обычная перегонка	Деструктивная перегонка
Газ Бензин (кк 205оС) Фракция  205-350оС Фракция 350-550оС Остаток >550оС Итого	- - 4,7 51,9 43,4 100,0	1,70 3,84 11,83 60,39 22,24 100,00

Таким образом, выход дистиллятов увеличился с 56,6 при обычной перегонке до 76,06 % (масс.) при деструктивной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Цели  курсового проекта

1. Выбор и  обоснование параметров контроля, сигнализации и защиты автоматического  контроля технологических параметров  установки деструктивной перегонки  мазутов и гудронов.

2. Выбор и  обоснование технических средств  автоматизации автоматического контроля технологических параметров установки деструктивной перегонки мазутов и гудронов.

3. Разработка  системы автоматического контроля  технологических параметров установки  деструктивной перегонки мазутов  и гудронов.

4. Спецификация  на применяемые технические средства автоматизации автоматического контроля технологических параметров установки деструктивной перегонки мазутов и гудронов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технические приборы для использования автоматического процесса установки деструктивной перегонки мазутов и гудронов

Позиции и обоснование  установленных датчиков температуры:

Технологические параметры трубчатой печи (№1).

- При попадании  в печь сырая нефть спускается, температура сырой нефти в  печи 460-475 ºC (поз. 1а.).

- Расход нефти выделяемый из печи 140м3/сағ; (поз. 9а,б.)

- Расход нефти выделяемый из печи 150м3/сағ. (поз. 11а,б.)

Технологические параметры насоса (№2).

- Давление сырой нефти, проходящее через насос 1,3—1,5 МПа; (поз. 21а,б.)