Современные технологические машины в нефтехимии и биотехнологии

Основная часть

Химическая промышленность играет важную роль в экономическом развитии практически всех отраслей промышленности и других сфер деятельности.

Достижениями химии определяют конкурентоспособность таких отраслей как машиностроение и автомобилестроение, авиастроение энергетика, лесная промышленность, легкая промышленность, сельское хозяйство. Более того без развития химической промышленности невозможно улучшение состояния окружающей среды и решение таких глобальных проблем, как нехватка ресурсов, энергии и продовольствия.

Уровень химизации – это общепризнанный критерий экономического развития любого государства [1].

Основными тенденциями в развитии мировой промышленности, определяющие тенденции развития технических систем, в частности процессов и аппаратов, являются:

• Появление новых типов сырья для промышленности, в т. ч. минеральные и энергетические ресурсы и возобновляемые ресурсы.
• Новый подход к политике химических веществ: проектирование производство и использование веществ, процессов и продуктов должны быть безопасными для здоровья человека и окружающей среды.
• Объединение в новый кластер химической промышленности, сельскохозяйственной отрасли и энергетики.
• Повышение качества продуктов нефтепереработки, и принятие новых регламентов на топливо.
• Растущий вклад информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) на всех этапах разработки, производства, сбыта и утилизации продукции.
• Повышение энергоэффективности химического производства [1].

Современные технологические машины позволяют оптимизировать производственные процессы, минимизировать воздействие на окружающую среду и повышать качество продукции.

Одной из важных задач в нефтехимии является каталитическая конверсия углеводородов. В этом процессе катализаторы играют решающую роль.

Современные машины способны автоматически контролировать и регулировать процесс каталитической реакции, обеспечивая высокую эффективность и стабильность производства [1].

Нефтехимическое оборудование – это агрегаты, механизмы и машины, производимые различными отраслями промышленности (в основном тяжелой), и предназначенные для добычи и переработки нефти [1].

Нефтехимическая промышленность основывается на следующих производственных процессах:

1. Нефтедобыче

Это сложный исходный технологический процесс, включающий в себя несколько субпроцессов: геологоразведку, бурение скважин, поддержание и ремонт оборудования месторождений, очистку добытой нефти от примесей и воды. Нефтедобычей занимаются специальные подразделения нефтегазовых компаний. Эти структуры производят добычу и перекачку нефти и газа до узла распределения. В инфраструктуру добывающих подразделений обычно входят докачивающие насосные станции (ДНС), кустовые насосные станции (КНС), установки предварительного сброса воды (УПСВ), внутренние промысловые нефтепроводы.

2. Переработке нефти

Целью нефтепереработки является производство широкого набора производных нефтепродуктов, например, различных видов топлива, промышленных масел и другого сырья для последующей химической переработки. Нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) прежде всего производят жидкие виды топлива: бензин, керосин, дизельное топливо и технические масла, а затем прочие химические продукты. Завершающей стадией производства на НПЗ является смешение полученных компонентов для получения готовой продукции требуемого состава.

3. Транспортировке нефти и нефтепродуктов

Такая транспортировка осуществляется с помощью трубопроводного транспорта – нефтепроводов, которые бывают промысловые и магистральные. Это технически сложные и дорогие сооружения, требующие постоянного технического обслуживания, тем не менее – это наиболее эффективный и безопасный способ транспортировки нефти и газа [2].

Существуют и другие методы транспортировки нефти, например, по водным путям с применением танкеров, по железнодорожным путям и автомобильным дорогам с использованием цистерн, которые используются для перевозки сырой нефти из места загрузки вместо перегрузки или на нефтеперерабатывающие заводы.

Оборудование для нефтедобычи [2]

В современное нефтегазовой отрасли применяются инновационные технологии и сложное многофункциональное оборудование. Агрегаты, механизмы и машины быстро совершенствуются, обеспечивая эффективную и качественную разработку нефтегазовых месторождений.

На месторождениях для разработки скважин применяют, разнообразные буровые устройства выбор, которых определяется способом добычи нефти:

1. Насосный. Здесь применяются специальные скважинные насосы, которые выкачивают нефть при недостаточном давлении пласта.
2. Фонтанный. Самый старый и экономичный метод, при котором нефть поступает наружу под напором залегающих выше пластов.
3. Газлифтный. Достаточно сложный и экологически небезопасный способ, который используется при низком давлении. Чтобы его повысить в нефтеносный пласт закачивают воду или газ.

Классификация оборудования для нефтедобычи [2]

Нефтегазовое оборудование для добычи классифицируют по назначению:

• Буровое – применяется непосредственно для бурения и последующего оборудования скважин и нефтегазовых месторождений. Такое оборудование исключительно многообразно из-за большого количества методов бурения: шарошечного (наиболее распространенный), пневмоударного, шнекового, ультразвукового и других.
• Насосное – применяется, как для обслуживания скважин: создания требуемого давления в пласте и промывки буровых стволов, так и для перекачки готового сырья по трубопроводам, шлангам, а также для подачи нефтепродуктов в резервуары.
• Вспомогательное оборудование – оно обеспечивает процесс бурения и обслуживание скважин: вышки, подъемные установки и т. п. [3].
• Нагревательное – применяется для подогрева нефтяной эмульсии с целью уменьшения вязкости и облегчения транспортировки по трубам.
• Факельное и паросжигательное – это оборудование, которое применяется при сбросе газа (постоянном, периодическом или аварийном) или нейтрализации вредных паров. При помощи сжигания устраняется опасность, неконтролируемого возгорания и взрыва, снижается вредное экологическое воздействие.
• Резервуарное – емкости различного типа и объема с оснасткой и арматурой для хранения нефти.
• Нефтегазовая арматура – разнообразные устройства для нормальной работы оборудования месторождения: запорные установки, краны, клапаны, дроссели, вентили, противовыбросовые превенторы, фонтанные запоры и многое другое.
• Устройства для первичной подготовки – обрабатывают сырую нефть для последующего использования удаляя из нее некоторые фракций (сепараторы, доэмульсаторы и другая техника).

Отдельную категорию составляет оборудование для морского бурения и нефтегазодобычи. Оно является исключительно сложным и имеет отдельную классификацию.

Оборудование для переработки нефти [3]

Глубокая переработка нефти в конечные продукты происходит на нефтехимических заводах.

Оборудование таких предприятий обычно разделяют на три основных базовых класса:

1. Аппараты.
2. Машины.
3. Транспортные машины и средства.

В зависимости от назначения, направления использования и широты применения нефтехимическое оборудование на предприятиях разделяют на:

1. Специальное. Это оборудование, имеющее узкую применяемость и предназначенное только для проведения одного процесса. К нему относят например: грануляторы, хлораторы, сублиматоры, вулканизационные прессы и др.
2. Специализированное. Это оборудование для использования в одном или нескольких технологически близких процессах, к нему относятся например: теплообменники, ректификаторы, абсорберы, и др.
3. Универсальное (подходит для нескольких процессов). Это общезаводское оборудование широкой применяемости, которое может быть использовано в различных химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих производствах. К такому относят, например: компрессоры, сушилки, центрифуги, сепараторы и транспортные устройства.

Важную роль в химическом производстве играют различные специализированные аппараты. Их конструкция и функциональность зависят от:

• технологического назначения (для чего применяется аппарат в технологическом процессе);
• параметров процесса (например давление, температура);
• агрегатного состояния реагирующих веществ;
• способа ведения процесса (периодического или непрерывного);
• от особенностей конструкционных материалов.

Производственные процессы на химических производствах подразделяются на:

1. Механические. Это процессы, связанные с физической переработкой твердых материалов: измельчения, сортировка, смешивание.
2. Гидромеханические. Это физические процессы, связанные с обработкой: жидкостей, растворов, эмульсий, взвесей. К ним относятся: перемешивание, отстаивание, фильтрация, разделение эмульсий.
3. Термические. Это физические тепловые или теплообменные процессы: охлаждение, нагревание, испарение, конденсация.
4. Массобменные. Это процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую, а движущей силой выступает разность химических потенциалов. К ним относятся: экстракция, абсорбция, адсорбция, ректификация, сушка, кристаллизация.
5. Химические. Процессы, связанные с превращением одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества (продукты), с сохранением ядер атомов [4].

В большинстве случаев одновременно протекает несколько процессов.

Конструкции химических аппаратов на нефтехимических производствах в значительной степени определяется типом и агрегатным состоянием реагирующих веществ [4].

Физическая форма химических аппаратов в нефтехимической промышленности зависит от особенностей технологии и обычно определяется, величиной рабочего давления. Здесь предпочтительны цилиндрические и шарообразные формы [4].

Биотехнология – это область, где живые организмы и их компоненты используются для создания продуктов или процессов, полезных для человечества. С развитием современных технологий биотехнологическая отрасль также претерпевает значительные изменения.

Микроорганизмы могут влиять на вытеснение нефти посредством ряда механизмов: образования кислот, растворяющих вмещающие породы и увеличивающих пористость и проницаемость; образования газа, ведущего к снижению вязкости нефти, увеличению пластового давления и растворению матрикса; образования растворителей, непосредственно участвующих в экстракции нефти или в качестве ко-сурфактантов, снижающих межфазное натяжение и увеличивающих подвижность нефти; образования ПАВ, биополимеров и других соединений, эмульгирующих нефть, снижающих ее вязкость и межфазное натяжение на границе нефте-вытесняющего флюида; образования микробной биомассы, вызывающей эмульгирование нефти, изменяющей смачиваемость пород. Поэтому новые штаммы, которые продуцируют биопродукты для нефтеотдачи, вызывают большой интерес у исследователей. Эти вещества отличаются большим разнообразием, нередко уникальностью состава и структуры. Всё это расширяет сферу их потенциального применения в нефтегазовой отрасли [5].

Автоматизация и роботизация также оказали сильное воздействие на биотехнологическую отрасль. В лабораториях и производственных масштабах роботы способны выполнять сложные манипуляции, анализы и сортировку образцов, что существенно увеличивает скорость и точность экспериментов.

В настоящее время работа в направлении разработки и использования биотехнологических способов повышения нефтеотдачи только началась. Для её успешного продолжения и практического использования в нефтегазовом производстве необходимы дальнейшие теоретические и практические исследования, опытно-конструкторские и производственные разработки с выделением на эти работы всех необходимых сил и средств [5].

Заключение

Современные технологические машины имеют огромное значение в развитии нефтехимии и биотехнологии. Они способствуют оптимизации производственных процессов, повышению качества продукции и созданию инновационных решений. Технические инновации в этих отраслях имеют потенциал привести к еще более значимым достижениям, внести вклад в устойчивое развитие и улучшить качество жизни общества.

Биотехнологические способы повышения нефтеотдачи пластов позволяют усовершенствовать существующие ныне и применяемые на практике микробиологические способы. Они дают также возможность использования в нефтегазовом производстве других перспективных видов живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.