Особенности переработки и обработки нефтехимических продуктов

Основная часть

Большое значение имеет нефть в качестве сырья для химической промышленности. Нефть создала не только новый уровень производительных сил общества, но и новую отрасль науки – нефтехимию, возникшую на стыке органической химии, химии нефти и физической химии. Нефтехимия стала важной отраслью перерабатывающей промышленности, производящей химические продукты из нефти, попутных и природных газов и их отдельных компонентов. На долю нефтехимии приходится свыше четверти всей химической продукции мира. Нефтехимия – одна из самых важных отраслей тяжелой промышленности [1].

Добыча нефти – сложный технологический процесс, зачастую осуществляемый в тяжелых климатических условиях. Добытое сырье по нефтепроводам перегоняется на нефтеперерабатывающие предприятия. В сыром виде нефть в хозяйстве не используется, поэтому она подвергается переработке:

• первичной;
• вторичной.

На первом этапе с помощью физических методов происходит разделение на основные фракции. Второй этап требуется для проведения более точной сепарации и выделения компонентов, соответствующих определенным свойствам [1].

Нефть с химической точки зрения представляет собой систему углеводородов, в которой присутствуют также соединения, содержащие, помимо углерода и водорода, азот, серу, кислород и другие элементы.

Таким образом, нефть после переработки, и, в связи с ее ограниченными запасами, большое значение приобретает исследование путей ее наиболее рациональной переработки.

В зависимости от того, какова концентрация в нефти различных видов углеводородных соединений, химические и физические свойства нефти могут быть различны. Другими словами, компоненты нефти влияют на её свойства и внешний вид [1].

Нефть представляет собой жидкость от светло-коричневого (почти бесцветного) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета, хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти. Нефть характеризуется определенным набором физических параметров, которые позволяют контролировать качество нефти, классифицировать нефть, оценивать ее стоимость, а также рассчитывать и проектировать нефтепроводы, перерабатывающую и другую технологическую аппаратуру. На свету нефть слегка флуоресцирует. Под действием ультрафиолетового света нефть светится голубым или желто-бурым светом, это используют при поиске нефти [2].

Плотность нефти зависит от месторождений и колеблется от 0,77 до 0.98г/см3 (легкая < 0.85, средняя 0.85 – 0.90, тяжелая > 0.90). Более 80% доказанных мировых запасов нефти относится к тяжелому типу нефтей, характеризующихся высокой плотностью и большим содержанием асфальтенов, металлов (ванадий, никель) и серы.

В воде нефть не растворяется, образуя на водной поверхности растекающиеся пятна, а при интенсивном перемешивании образует стойкие, медленно расслаивающиеся эмульсии [2].

Нефть может извлекаться на поверхность под действием различных сил, проявление доминирующей формы пластовой энергии, под действием которой нефть движется к забоям добывающих скважин, называют режимом разработки. Режимы бывают естественными, когда преобладающими видами энергии являются:

• энергия напора краевых или подошвенных вод (водонапорный режим);
• энергия расширения первичной газовой шапки в подгазовых залежах (газонапорный или газовый режим);
• режим растворенного газа (энергия выделяющегося из нефти растворенного газа);
• энергия положения нефти в крутопадающих пластах (гравитационный режим) [2].

При искусственных режимах преобладающим видом энергии является энергия закачиваемых с поверхности земли в пласт вытесняющих – воды (жесткий водонапорный режим) или газа – и других агентов [2].

Подготовка нефти на нефтепромыслах осуществляется на различных установках, окончательное же обессоливание и обезвоживание нефти проводят на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), куда нефть в основном доставляется трубопроводным транспортом, на специальных электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). На НПЗ в результате подготовки нефти содержание в ней воды снижается до 0,1 мас. %, а содержание солей до 3-5 мг/л [2].

Промышленная переработка нефти на современных НПЗ осуществляется путем сложной многоступенчатой физической и химической переработки на отдельных или комбинированных крупнотоннажных технологических процессах (установках, цехах), предназначенных для получения различных компонентов или ассортиментов товарных нефтепродуктов.

Существует три основных направления переработки нефти:

• топливное;
• топливно-масляное;
• нефтехимическое или комплексное (топливно-нефтехимическое или топливно-масляно-нефтехимическое) [2].

При топливном направлении нефть в основном перерабатывается на моторные и котельные топлива. По топливно-масляному варианту переработки наряду с моторными топливами получают различные сорта смазочных масел [2].

Нефтехимическая и комплексная переработка нефти предусматривает, наряду с топливами и маслами, производство сырья для нефтехимии (ароматические углеводороды, парафины, сырье для пиролиза и др.), а в ряде случаев – выпуск товарной продукции нефтехимического синтеза.

Нефть – сложная смесь взаимно растворимых углеводородов, имеющих различные температуры кипения. В упрощенном виде: чем длиннее молекула углеводорода, тем выше его точка кипения. Сырьем для установок первичной перегонки служат нефть и газовый конденсат [2].

Поступающее на нефтеперерабатывающий завод сырье подвергается очистке от вредных примесей: газа, воды, механических элементов. Для обработки применяются физические способы сепарации входящих в состав фракций:

• обезвоживание для предотвращения коррозии и последующего загрязнения;
• постепенное нагревание позволяет при последовательном достижении определенных температурных значений отделять разные фракции за один цикл нагрева.

На данном этапе получается не чистый продукт, а сырье, пригодное для последующего применения [3].

Перегонка (дистилляция) – это процесс разделения смеси взаимно растворимых жидкостей на фракции, которые отличаются по температурам кипения как между собой, так и с исходной смесью. На современных установках перегонка нефти проводится с применением однократного испарения. При однократном испарении низкокипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате и снижают парциальное давление испаряющихся высококипящих фракций, что дает возможность вести перегонку при более низких температурах [3].

При однократном испарении и последующей конденсации паров получают две фракции: легкую, в которой содержится больше низкокипящих компонентов, и тяжелую, с меньшим числом низкокипящих компонентов, чем в исходном сырье, т. е. при перегонке происходит обогащение одной фазы низкокипящими, а другой высококипящими компонентами. При этом достичь требуемого разделения компонентов нефти и получить конечные продукты, кипящие в заданных температурных интервалах, используя перегонку, нельзя. В связи с этим после однократного испарения нефтяные пары подвергают ректификации [3].

На установках первичной перегонки нефти однократное испарение и ректификация, как правило, совмещаются. Для перегонки нефти используют одно- и двухступенчатые трубчатые установки. Теплоту, необходимую для проведения процесса, получают в трубчатых печах. Эти процессы осуществляют на атмосферных трубчатых (АТ) установках и вакуумных трубчатых (ВТ) установках. Первый этап – подготовительный для создания материала, который будет использоваться при производстве.

Подготовка извлеченной из недр нефти ставит целью удаление из нее механических примесей, растворенных солей и воды, и стабилизацию по составу. Эти операции проводят как непосредственно на нефтяных промыслах, так и на нефтеперерабатывающих заводах [3].

Первичная переработка нефти основана на различии физико-химических свойств компонентов нефти: температуры кипения, кристаллизации растворимости и заключается в ее разделении на отдельные фракции дистилляты, каждая из которых представляет смесь углеводородов. Первичная переработка является физическим процессом и не затрагивает химической природы и строения содержащихся в нефти соединений. Важнейшим из первичных процессов является прямая гонка нефти.

После окончания первичной обработки сырье поступает на вторичную, где подвергается химическому воздействию. Данный этап служит для улучшения характеристик нефтепродуктов. Выделяются три вида направлений проведения вторичной переработки:

• углубляющее;
• облагораживающее;
• не объединенные общим признаком [4].

Вторичная нефтепереработка (вторичные процессы) представляет собой разнообразные процессы переработки нефтепродуктов, полученных методом прямой гонки. Эти процессы сопровождаются деструктивными превращениями содержащихся в нефтепродуктах углеводородов и изменением их природы, то есть являются химическими процессами [4].

Стабилизация нефти. Значительное количество растворенных в нефти легких углеводородов C1-С4 затрудняет процесс транспортировки нефти. Чтобы избежать потери газа и вместе с ним легких бензиновых фракций и предотвратить загрязнение атмосферы, эти продукты должны быть извлечены из нефти до ее переработки. Подобный процесс выделения легких углеводородов из нефти в виде попутного газа называется стабилизацией нефти. В зависимости от условий стабилизацию нефти осуществляют методом сепарации непосредственно в районе ее добычи на замерных установках, дожимных станциях и установках подготовки нефти или на газоперерабатывающих заводах.

Сырая нефть содержит соли, вызывающие сильную коррозию технологического оборудования. Для их удаления нефть, поступающая из сырьевых емкостей, смешивается с водой, в которой соли растворяются, и поступает на ЭЛОУ – электрообессоливающую установку [4].

Эмульсии в нефти могут иметь различное происхождение, эмульсии естественного происхождения – образовавшиеся в процессе добычи нефти, искусственные эмульсии – полученные при многократной промывке нефти водой с целью удаления солей.

Один из наиболее распространенных методов вторичного прогона нефти – каталитический крекинг. Процесс заключается в химическом расщеплении сырья с помощью специальных катализаторов при высокой температуре [5].

Как и после первичной обработки, при завершении операций по вторичной переработке остаются остатки сырья. Нефтяные остатки и тяжелые фракции под действием высоких температур и в отсутствие доступа к кислороду формируют твердый материал – кокс и летучие продукты. Подобная операция относится к углубляющим.

Метод вторичной переработки, относящийся к облагораживающему направлению, – каталитический риформинг.

Для этого сырье размещается в катализаторе, в котором углероды подвергаются ароматическому воздействую при высоких температурах и давлении 1-4 МПА. Более 75% поступившего на риформинг сырья станет чистым продуктом [5].

Методы обработки нефтепродуктов состоят из сложных этапов, работающих в установленной последовательности. Один из таких способов переработки – коксование. Проведение процедуры опирается на ряд последовательных операций, обеспечивающих формирование многослойного кокса. Получившееся сырье периодически выгружается, сушится и прокаливается для последующего применения в металлургической отрасли.

Цепочка остатков переработки нефти состоит из некоторых материалов, применяемых в хозяйстве уже на ранних уровнях обработки. Выделяется цепочка, в которой каждый последующий элемент – остаток от предыдущего. В состав цепи входят: мазут, гудрон, битум. Битумы получаются при помощи окисления остатков гудрона [6].

Широкая сфера применения переработанных нефтепродуктов – производство масел. Выделяется несколько видов нефтяных масел:

• дистиллятные;
• остаточные;
• компаундированные.

Образование товара происходит в ходе выполнения соответствующих процессов, связанных с нефтепереработкой. Применяются в качестве смазочных материалов, консервационных, электроизолирующих или косметических масел.

Нефть в основном используется в качестве топлива – основной энергетический ресурс планеты. Кроме этого, до 20% добываемой нефти подвергается переработки для производства товаров трех групп:

• широкого применение;
• смазочные материалы;
• промышленное производство [6].

Заключение

Один из важнейших ресурсов планеты – нефть. Это полезное ископаемое представлено в энергетике и во многих отраслях промышленности, а изменение его стоимости влияет на мировую экономику. Применение нефти в чистом виде невозможно, поэтому для практического использования сырье подвергается переработке. Для нефтепереработки используются 2 уровня, на каждом из которых достигается требуемое значение состава сырья. Переработка нефти – обязательный этап для получения продукта для промышленных или энергетических нужд.