Технология первичной перегонки нефти

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

Дисциплина            Общая химическая технология

Тема: Технология первичной перегонки нефти

 

 

 

 

 

Исполнитель:
студент группы
Руководитель:
преподаватель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск – 2015

 

 

Содержание

Введение Исходное сырье для получения мазута Основные свойства продукта первичной перегонки нефти Физико-химические свойства мазута Область применения мазута Способы получения мазута и особенности выбранного метода Описание технологической схемы получения мазута Основное оборудование в технологической схеме получения мазута Описание конструктивной схемы и работы ректификационной колонны Воздействие процессов первичной перегонки нефти на окружающую среду Состав соединений, выбрасываемых в атмосферный воздух и их влияние на живые организмы Влияний загрязнения на человека Перспективы развития технологии производства мазута Список литературы

3 4 5 5 6 7 8 11 12   15   15   18 21 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Перегонка нефти была известна еще в начале нашей эры. Этот способ применяли для уменьшения неприятного запаха нефти при ее использовании в лечебных целях. В небольшом количестве нефть перегоняли в колбах, а в большем ─ в кубах.

В 1823 г. завод по перегонке нефти соорудили вблизи Моздока крепостные крестьяне, мастера смолокурения братья Дубинины. Нефтеперегонная установка представляла с собой железный куб с медной крышкой, вмазанный в печь. Из крышки куба выходила трубка, проходящая через бочку с водой. Пары нефти, выделяющиеся при ее нагреве, охлаждались водой и конденсировались. Как только эта жидкость начинала темнеть, топку тушили, а густой остаток в кубе - мазут - выбрасывали. Из 40 ведер нефти получали 16 ведер фотогена (аналога керосина). Двадцать ведер оставалось в кубе в виде мазута, а 4 «угорали» - терялись в процессе перегонки.

Совершенствовалась техника перегонки нефти. Первоначально она производилась в кубах периодического действия. Однако такая технология перегонки не обеспечивала надежного разделения нефти на фракции, поскольку температурные границы отбираемых фракций определялись «на глазок».

Со временем кубовые установки превратились в кубовые батареи - набор соединявшихся друг с другом кубов, каждый из которых служил для получения определенной нефтяной фракции. К концу XIX в. были разработаны кубовые батареи непрерывного действия. В них использовался принцип регенерации тепла: получаемые горячие нефтяные фракции отдавали свое тепло нефти, поступающей на переработку. Это позволило резко увеличить производительность установок. Так, установка, предложенная в 1886 г. В.Г. Шуховым  Ф.А. Инчиком, позволяла ежесуточно перегонять количество нефти, в 27 раз превышающее объем аппарата, тогда как аналогичный показатель для куба периодического действия равен 1,5, а для кубовой батареи – 4.

На протяжении почти  всего XIX в. целью перегонки нефти было, в основном, получение керосина. Его качество и выход зависели от природы нефти, технологии ее перегонки и других факторов.

Наряду с перегонкой развивались и другие способы нефтепереработки. В 1879 г. при консультации Д.И. Менделеева недалеко от Ярославля был построен первый в мире завод для производства смазочных масел из мазута. А в 1891 г. В.Г. Шухов и С. Гаврилов изобрели способ получения легких углеводородов расщеплением тяжелых углеводородов при высоких температуре и давлении. Данный процесс получил название крекинга.

 

1. Исходное сырье для получения мазута

 

Уже второе столетие нефть играет решающую роль в снабжении человечества энергией. Кроме того, она является ценнейшим сырьем для нефтехимического синтеза, а также для производства продуктов различного назначения - от растворителей до кокса и технического углерода. Россия - одна из основных нефтедобывающих стран мира, обладающая огромными запасами нефтяного сырья, и нефтяная отрасль в энергетическом секторе экономики работает по-настоящему в конкурентных условиях. Проблема рациональной глубокой переработки нефти, получения качественных продуктов с улучшенными экологическими свойствами весьма актуальна. В этой связи подготовка нефти к переработке и первичная переработка - прямая перегонка - имеют огромное значение. Разделение нефти на фракции на атмосферно-вакуумных установках - важная стадия в общей схеме переработки, обеспечивающая сырьем все технологические установки нефтеперерабатывающего предприятия.  
Превращение отечественной нефтеперерабатывающей промышленности в наукоемкую отрасль экономики XXI века трудно представить себе без дипломированных инженеров-технологов, владеющих современными представлениями о природе нефтяного сырья, новейшими мировыми достижениями в области теории и практики технологии переработки нефти, нефтезаводского оборудования и т. д. Структура переработки нефти в различных регионах и странах отличается, несмотря на общемировые тенденции в развитии отрасли. Она в значительной степени зависит от экономических и экономико-географических особенностей потребления разных нефтепродуктов в каждой конкретной стране (или группы стран в регионах); наличия самой нефти, других энергоносителей, степени автомобилизации, потребностей химических производств в углеводородных полупродуктах, совершенства техники, технологии нефтеперерабатывающих предприятии. Лидерство Северной Америки в производстве бензина обусловлено размерами автопарка, особенно в США. Ведущая роль Азии и Западной Европы в получении мазута определяется использованием его на тепловых электростанциях. Дизельное топливо в ведущих регионах его потребления используется на разных видах транспорта (в США - железнодорожный, автомобильный, водный; в Восточной Европе - автомобильный). Основные данные о нефтяной отрасли: они показывают нам, что доля развивающихся стран в этих запасах составляет 86%, доля стран - членов ОПЕК-77%, а доля стран ближнего и Среднего Востока- 66%. Важно обратить внимание и на то, что запасы свыше 10 млрд. т имеют только пять стран Персидского залива. Что касается запасов нефти в бывшем СССР, то в западных источниках они обычно оценивались в 8-10 млрд. т.

Исходя из того, что на долю России приходится 85% всех запасов бывшего СССР (Казахстана - 9%, Азербайджана-2,3%, Туркменистана-2%), все запасы, по-видимому, можно оценить примерно в 7,5 млрд. т. Впрочем, согласно другим источникам только в недрах Тюменской области залегает 12,8 млрд. т нефти.  
B начале ХХ века добыча нефти велось в 20 странах мира, а больше всего ее добывали США, Венесуэла и Россия. K 1940 году число нефтедобывающих стран увеличилось до 40, причем основными производителями были США, СССР, страны Ближнего Востока и Венесуэла. B 1970 году нефтедобывающих стран стало уже 60, а в 1990 году - 80. B 50-х годах в число нефтедобывающих стран мира вошли Китай, Индия, Алжир, в 60-х годах - ОАЭ, Нигерия, Ливия, Египет, Австралия, в 70-х годах - Великобритания, Норвегия. Если до конца 60-х годов более 1/2 мировой добычи нефти давали страны Западного полушария, то затем первенство перешло к странам Восточного полушария [4].

 

2. Основные свойства продукта первичной перегонки нефти

 

Мазут – жидкийуглеводородный продукт темно-коричневого цвета. Тяжелый остаток после перегонки из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350—360°С. Мазут- это сборная солянка из углеводородов с молекулярной массой от 400 до 1000 г/моль, нефтяных смол с молекулярной массой 500—3000 и более г/моль, асфальтенов, карбоидов, карбенов, и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca) [3].

 

2.1 Физико-химические свойства мазута

 

Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени выгонки дистиллятных фракций и характеризуются следующими параметрами : вязкость 8—80 мм²/с (при 100 °C), плотность 0,89—1 г/см³ (при 20 °C), температура застывания 10—40°С, содержание серы 0,5—3,5 %, золы до 0,3 %, минимальная выделяемая теплота при горении 39,4—40,7 МДж/моль.распределение смолисто-асфальтеновых веществ в мазуте представлено в таблице 1:

Таблица 1

	Смолы	Асфальтены	Карбены и карбоиды
Мазутатмосферной перегонки
Сернистая нефть Малосернистая нефть Мазут вторичной переработки	13,6 14,0 10,2	0,9 0,1 8,4	0,035 0,03 0,9

 

 

Основными характеристиками мазута является: плотность, вязкость, и температура застывания [3].

 

2.2 Область применения мазута

 

Мазуты применяются в качестве топлива для паровых котлов, котельных установок и промышленных печей. Выход мазута составляет около 50 % по массе в расчете на исходную нефть. B связи с необходимостью углубления ее дальнейшей переработки мазут во все большем масштабе подвергают дальнейшей переработке, отгоняя под вакуумом дистилляты, выкипающие в пределах 350-420, 350-460, 350-500 и 420-500°С. Вакуумные дистилляты применяют как сырье для получения моторных топлив и дистиллятных смазочных масел. Остаток вакуумной перегонки мазута используют для переработки на установках термического крекинга и коксования, в производстве остаточных смазочных масел и гудрона, затем перерабатываемого на битум.

Основные потребители мазута - промышленность и жилищно-коммунальное хозяйство.

Мазут занимает четвёртое место после нефти, газа и дизельного топлива в структуре экспорта России (в денежном выражении). 

Из мазута путём дополнительной перегонки получают смазочные масла для смазки различных механизмов. Перегонку ведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипения углеводородов и избежать разложения их при нагревании. После перегонки мазута остаётся нелетучая тёмная масса — гудрон, идущая на асфальтирование улиц.

Топливо мазутное суперлегкое используется в качестве технологического топлива на промышленных предприятиях, на предприятиях теплоснабжения, а также на судах морского и речного флота [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Способы получения мазута и особенности выбранного метода

 

Подготовленная на ЭЛОУ нефть поступает на установки первичной перегонки для разделения на дистиллятные фракции и мазут или гудрон. Полученные фракции и остаток, как правило, не соответствуют требованиям ГОСТ на товарные нефтепродукты. Поэтому для их облагораживания, а также углубления переработки нефти продукты, полученные на установках атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки, используются в качестве сырья вторичных (деструктивных) процессов в соответствии с вариантом переработки нефти.

Технология первичной перегонки нефти имеет целый ряд принципиальных особенностей, обусловленных природой сырья и требованиями к получаемым продуктам. Нефть как сырье для перегонки обладает следующими свойствами: имеет непрерывный характер вскипания, невысокую термическую стабильность тяжелых фракций и остатков, содержащих значительное количество сложных малолетучих и практически нелетучих смолистоасфальтеновых и серо-, азот- и металлорганических соединений, резко ухудшающих эксплуатационные свойства нефтепродуктов и затрудняющих последующую их переработку.  
Поскольку температура термической стабильности тяжелых фракций примерно соответствует температурной границе деления нефти между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК, первичную перегонку нефти до мазута проводят обычно при атмосферном давлении, а перегонку мазута — в вакууме. Выбор температурной границы деления нефти при атмосферном давлении между дизельным топливом и мазутом определяется не только термической стабильностью тяжелых фракций нефти, но и технико-экономическими показателями процесса разделения в целом. В некоторых случаях температурная граница деления нефти определяется требованиями к качеству остатка. Так, при перегонке нефти с получением котельного топлива температурная граница деления проходит около 300 0С, т.е. примерно половина фракции дизельного топлива отбирается с мазутом для получения котельного топлива низкой вязкости

Однако такой вариант в настоящее время не является основным. В последние годы для расширения ресурсов дизельного топлива, а также сырья каталитического крекинга–наиболее важного и освоенного процесса, углубляющего переработку нефти–на установках атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки (АТ и АВТ) осуществляется все более глубокий отбор дизельной фракции и вакуумного газойля соответственно. Для получения же котельного топлива заданной вязкости используется процесс висбрекинга1 тяжелого остатка вакуумной перегонки. 

Таким образом, вопрос обоснования и выбора температурной границы деления нефти зависит от вариантов технологических схем перегонки нефти и мазута и вариантов переработки нефти в целом. 

Обычно перегонку нефти и мазута ведут соответственно при атмосферном давлении и в вакууме при максимальной (без крекинга) температуре нагрева сырья с отпариванием легких фракций водяным паром. Сложный состав остатков перегонки требует также организации четкого отделения от них дистиллятных фракций, в том числе и высокоэффективной сепарации фаз при однократном испарении сырья. Для этого устанавливают отбойные элементы, что и позволяет избежать уноса капель паровым потоком [3]. 

 

3.1 Описание технологической схемы получения мазута

Рис 1. Схема перегонки нефти на современных двухколонных установках АВТ: 
1 — сырьевой насос; 2 — теплообменники; 3 — конденсаторы-холодильники; 4 — насос

 «горячей струи»;5 — холодильники; 6 — печь; К-1 и К-2 — ректификационные колонны

Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть насосом 1 подается в теплообменники 2, нагревается до 220–230 оС, после чего подается в ректификационную колонну К-1, где отбирается легкая фракция бензина и газ. Неиспарившийся остаток стекает в нижнюю часть колонны по тарелкам. Для поддерживания необходимого теплового режима низа колонны К-1 в нижнюю ее часть подается из печи 6полуотбензиненная нефть («горячая струя»). Поток паров из эвапорационного пространства колонны 1 смешивается с потоком паров, отпаренных из полуотбензиненной нефти, и направляется в качестве орошения в верхнюю часть колонны [3].

К-1. На каждой тарелке за счет контакта стекающей с верха колонны флегмы холодного орошения с восходящим потоком паров происходит тепло- и массообмен, пары при движении вверх постепенно облегчаются на каждой вышерасположенной тарелке, достигая на верхней тарелке заданного качества. В результате этого удаляется примерно половина бензиновой фракции с концом кипения 130–140 оС, которая конденсируется и охлаждается до 40–45 оС в конденсаторе-холодильнике 3 и после смешения с более тяжелой бензиновой фракцией из колонны К-2 направляется на стабилизацию (удаление растворенного газа) и далее — на вторичную перегонку. На рисунке колонны стабилизации и вторичной перегонки не показаны. Насосом 4 горячая полуотбензиненная нефть из колонны К-1 подается в трубчатую печь 6, где нагревается до 340–350 оС и поступает в эвапорационное пространство основной ректификационной колонны К-2.