Основы технологии переработки природного топлива

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Уральский государственный  экономический университет

Центр дистанционного образования

«Управление качеством»

специализации «Управление качеством

в производственно-технологических  системах»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Основы  технологии переработки природного топлива

Асенов Кирилл Асенов

студента

2-го курса дистанционной формы обучения

 

 

 

 

 

 

Руководитель _______________________ _______________________

Тюмень 
2012

 

Содержание:

Содержание.                                                                                                            2          

Термический и каталитический крекинг.                                                              3

Характеристика  процессов.                                                                                    6

Необходимость применения методов в переработке  нефти.                               9

Необходимость применения методов в переработке  нефти.                             13

Характеристика процессу каталитической гидроочистки.                                14

Список литературы.                                                                                               15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термический и каталитический крекинг.

Катализаторы современных крупнотоннажных процессов каталитического крекинга, осуществляемых при высоких температурах (500-800 °С) в режиме интенсивного массо- и теплообмена в аппаратах с движущимся или псевдоожиженным слоем катализатора, должных обладать не только высокими активностью, селективностью и термостабильностью, но и удовлетворять повышенным требованиям к ним по регенерационным, механическим и некоторым другим эксплуатационным свойствам. Промышленные катализаторы крекинга представляют собой в этой связи сложные многокомпонентные системы, состоящие из: 1) матрицы (носителя); 2) активного компонента — цеолита; 3) вспомогательных активных и неактивных добавок.

Матрица катализаторов  крекинга выполняет функции как носителя — поверхности, на которой затем диспергируют основной активный компонент — неолит и вспомогательные добавки, так и слабого кислотного катализатора предварительного (первичного) крекирования высокомолекулярного исходного нефтяного сырья. В качестве материала матрицы современных катализаторов крекинга преимущественно применяют синтетический аморфный алюмосиликат с высокой удельной поверхностью и оптимальной поровой структурой, обеспечивающей доступ для крупных молекул крекируемого сырья. Аморфные алюмосиликаты являлись основными промышленными катализаторами крекинга до разработки цеолитсодержащих катализаторов. Синтезируются они при взаимодействии растворов, содержащих оксиды алюминия и кремния, например жидкого стекла и сернокислого алюминия Химический состав аморфного алюмосиликата может быть выражен формулой, где х — число молей на 1 моль. Обычно в промышленных аморфных алюмосиликатах содержание оксида алюминия находится в пределах 6-30% мас.

Аморфные алюмосиликаты  обладают ионообменными свойствами, а для придания каталитической активности обрабатывают их раствором сернокислого алюминия для замещения катионов на. Высушенные и прокаленные аморфные алюмосиликаты проявляют протонную и апротонную кислотности. При этом по мере повышения температуры прокаливания происходит превращение протонных кислотных центров в апротонные.

Активным компонентом  катализаторов крекинга является цеолит, который позволяет осуществлять вторичные каталитические превращения углеводородов сырья с образованием конечных целевых продуктов.Цеолиты (от греческого слова цео — кипящий, литос — камень) представляют собой алюмосиликаты с трехмерной кристаллической структурой.

Недостатком всех цеолитов является их не очень высокая  механическая прочность в чистом виде, и поэтому они в качестве промышленного катализатора не используются. Обычно их вводят в диспергированном виде в матрицу катализаторов в количестве 10-20% мас.

Вспомогательные добавки улучшают или придают  некоторые специфические физико-химические и механические свойства цеолитсодержащих алюмосиликатных катализаторов (ЦСК) крекинга. ЦСК без вспомогательных добавок не могут полностью удовлетворять всему комплексу требований, предъявляемых к современным промышленным катализаторам крекинга. Так, матрица и активный компонент – цеолит, входящий в состав ЦСК, обладают только кислотной активностью, в то время как для организации интенсивной регенерации закоксованного катализатора требуется наличие металлических центров, катализирующих реакции окислительно-восстановительного типа. Современные и перспективные процессы каталитического крекинга требуют улучшения и оптимизации дополнительно таких свойств ЦСК, как износостойкость, механическая прочность, текучесть, стойкость к отравляющему воздействию металлов сырья и т.д., а также тех свойств, которые обеспечивают экологическую чистоту газовых выбросов в атмосферу.

В отличие от атмосферной и вакуумной перегонки, при которых нефтепродукты получаются путем физического разделения нефти на соответствующие фракции, отличающиеся по температурам кипения, термический крекинг является химическим процессом, происходящим под влиянием высокой температуры и давления, а также времени воздействия этих факторов; при термическом крекинге одновременно протекают реакции распада, уплотнения и перегруппировки.

В нефтеперерабатывающей  промышленности в настоящее время  широко применяются термический крекинг под давлением, коксование и пиролиз. Термическому крекингу под давлением подвергаются нефтяные остатки и дистиллятные фракции для получения товарного топочного мазута, крекинг-керосина, бензина и крекинг-газа. Коксование нефтяных остатков производится для получения товарного кокса, газа, бензина и соляровых фракций (дистиллятов коксования), являющихся сырьем для дальнейшей переработки. Пиролиз дистиллятного или вторичного дистиллятного сырья, а также легких углеводородов от этана до бутана включительно производится для получения газа с высоким содержанием олефиновых и ароматических углеводородов. 

 

Характеристика процессов.

Термический крекинг  под давлением предназначен для  переработки тяжелых нефтяных остатков и дистиллятного сырья. К тяжелым нефтяным остаткам относятся мазуты прямой гонки, остатки вакуумной перегонки, масляные гудроны, экстракты селективной очистки масел и другие продукты, не содержащие фракций, выкипающих до температуры 350° С.

Из дистиллятных видов сырья крекированию подвергают: дистилляты коксования, прямогонные соляровые фракции, флегму легкого термического крекинга, лигропновые фракции и низкооктановый бензин прямой гонки.

Тяжелое нефтяное сырье подвергают термическому крекингу под давлением для превращения его в товарный топочный мазут. Одновременно при этом получают до 15% бензинового дистиллята и до 4% крекинг-газа. Крекинг проводят при температуре 455—480^е С и давлении 40—50 ат в течение 2—4 мин.

Мазут прямой гонки  и соляр крекируют для получения автомобильного бензина, газа и топочного мазута. Температура в зоне реакции в печи глубокого крекинга составляет 505—510° С, в печи легкого крекинга поддерживается в интервале 470—480° С. Выход бензинового дистиллята составляет 25—30%, газа—примерно 6—7%, Октановое число бензина, в зависимости от качества исходного сырья, колеблется от 60 до 70 пунктов.

Крекинг под  давлением, или термический риформннг  прямогонного бензина и лигроиновых  фракций, используется для получения  компонента автомобильного бензина  и крекинг-газа. В зависимости от качества сырья в этом процессе температура составляет 540—560° С и давление 40—60 ат. Октановое число компонента автомобильного бензина с концом кипения 190—195° С колеблется в пределах 70—74 пунктов.

Процесс коксования тяжелого нефтяного сырья возник первоначально в связи с ростом потребности в беззольном электродном нефтяном коксе для изготовления электродов и анодной массы. Процесс коксования ведется при температуре 450° С и атмосферном давлении. В качестве сырья для получения электродного кокса используют остаточные продукты пирогенетического разложения дистиллятного сырья: смолы и пек, крекинг-остатки и гудрон. В связи с развитием процесса каталитического крекинга процесс коксования тяжелых нефтяных остатков становится источником сырья для установок каталитического крекинга

На первом этапе своего развития на установках каталитического крекинга получали высокооктановый компонент авиационного бензина и перерабатывали керосино-газойлевую фракцию, являющуюся, по существу, дизельным топливом. В последующем значительная часть установок каталитического крекинга стала перерабатывать вакуумный отгон от мазута прямой перегонки в смеси с дистиллятом коксования. В настоящее время только небольшое число установок перерабатывает керосино-газойлевую фракцию, вырабатывая компоненты авиационного бензина. Таким образом, при коксовании тяжелого нефтяного сырья получают товарный кокс, газ, бензин и дистиллят коксования, идущий на дальнейшую переработку. Этот процесс способствует увеличению глубины отбора светлых нефтепродуктов из нефти. Процесс пиролиза изучен и разработан главным образом русскими учеными. Еще в 70-х годах XIX в. в Казани и Киеве работали заводы по получению осветительного газа пиролизом нефтяного сырья.

В 1877 г. А. Летний, получив из смолы пиролиза ароматические углеводороды, показал промышленную возможность получения их по этому способу. Во время войны 1914—1917 гг. в Баку было построено несколько пиролизных установок для получения из нефтяного сырья ароматических углеводородов — бензола и толуола.

Современные пирогенные трубчатые установки непрерывного действия используются в основном для  получения газа с высоким содержанием  этилена, который широко используется в химической промышленности. Потребность в ароматических углеводородах в настоящее время покрывается за счет каталитического риформинга узких бензиновых фракций. Процесс пиролиза, в зависимости от качества сырья, ведется при 670—830° С. Сырьем пиролиза могут являться любые углеводороды, начиная с легких, содержащихся в газах, а также бензины прямой гонки, лигроиновые фракции, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фракция и др...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Необходимость применения методов в переработке  нефти.

Добываемая  на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает 1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти (метан, этан, пропан и т.д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

С целью понижения  затрат на переработку нефти, вызванных  потерей легких компонентов и  чрезмерным износом нефтепроводов  и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные  герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают  путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет  или даже препятствует обезвоживанию  нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию стойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества – эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т.п., легче смачиваемые нефтью чем водой.

Существуют три метода разрушения нефтяных эмульсий:

·       механический:

отстаивание –  применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти  происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 атмосфер в течение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

центрифугирование – отделение  механических примесей нефти под  воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 350 до 5000 в мин., при производительности 15-45 м³/ч каждая.

·       химический:

разрушение  эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ –  деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

·       электрический:

при попадании  нефтяной эмульсии в переменное электрическое  поле частицы воды, сильнее реагирующие  на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ – электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 атмосфер, применяют группами по 6-8 шт. с производительностью 250-500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке.