Вторинні процеси переробки нафтової сировини

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ

КАФЕДРА ХІМІЇ І ХІМІЧНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

 

 

 

 

 

 

 

Курсова робота

 з дисципліни «Фізика і хімія нафти та газу» 
на тему:   

«Вторинні процеси переробки нафтової сировини»

 

 

 

Виконала: студентка групи ІЕБ 301з

Карпенко Женьок

Превірила: доцент, к.х.н

Тітова О.С. 

 

 

 

 

 

 

 

                                                             Київ 2015

 

ЗМІСТ

ВСТУП.............................................................................................................. 3

1. Вуглеводні, що входять до складу нафти нафтопродуктів ....................  6

2. Каталітичний крекінг................................................................................... 7

3. Каталітичний риформінг.............................................................................  8

4. Каталітична ізомеризація............................................................................ 10

5. Гідроочищення дистилятів.......................................................................... 13

6. Гідрокрекінг.................................................................................................. 14

7. Коксування.................................................................................................... 17

8. Товарне виробництво................................................................................... 19

ВИСНОВОК...................................................................................................... 20

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.................................................................................. 21 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                ВСТУП    

     Збільшення обсягу виробництва нафтопродуктів, розширення їх асортименту та поліпшення якості - основні завдання, поставлені перед нафтопереробної промисловістю в даний час. Вирішення цих завдань в умовах, коли безперервно зростає частка переробки сірчистих і високосірчистих, а за останні роки і високопарафіністих нафт, зажадало зміни технології переробки нафти.

      Продукти первинної переробки нафти, як правило, не є товарними нафтопродуктами. Наприклад, октанове число бензинової фракції становить близько 65 пунктів, вміст сірки в дизельної фракції може досягати 1,0% і більше, тоді як норматив складає, залежно від марки, від 0,005% до 0,2%. Крім того, темні нафтові фракції можуть бути піддані подальшій кваліфікованої переробці.

   В зв'язку з цим, нафтові фракції надходять на установки вторинних процесів, покликані здійснити поліпшення якості нафтопродуктів і поглиблення переробки нафти. Виробництво палив, що відповідають сучасним вимогам, неможливе без застосування таких процесів, як каталітичний крекінг, каталітичний риформінг, гідроочищення, алкілування і ізомеризація, та гідрокрекінг.

     Каталітичний крекінг являє собою сучасний процес перетворення висококиплячих нафтових фракцій в базові компоненти високоякісних авіаційних і автомобільних бензинів і в середні дистиллятні фракції-газойлі. Промислові процеси засновані на контактуванні сировини з активним каталізатором у відповідних умовах, коли 40-50 об.% Вихідної сировини без рециркуляції перетворюється на бензин і інші легкі продукти. В процесі крекінгу на каталізаторі утворюються вуглисті відкладення, які різко знижують його активність, в даному випадку крекующу здатність. Для відновлення активності каталізатор регенеріруют. Найширше поширення набули установки з циркулюючим каталізатором в рухомому потоці і псевдозрідженому, або киплячому, шарі.  Каталітичний риформінг - сучасний, широко застосовуваний процес для виробництва високооктанових бензинів з низькооктанових.

     Риформінг при більш низьких тисках в системі та в поєднанні з екстрактивної перегонкою або екстракцією розчинниками дозволяє отримувати ароматичні вуглеводні (бензол, толуол, ксилоли та вищі), використовувані в нафтохімічній промисловості. Промислові процеси каталітичного риформінгу, при яких виходи риформат досягають 73-90%, засновані на контактуванні сировини з активним каталізатором, зазвичай містить платину.

   Для підтримки активності каталізатора його періодично регенерують; регенерацію проводять тим частіше, чим нижче тиск в системі. Винятком є ​​процес платформингом, коли каталізатор не регенерують. Важливою особливістю каталітичного риформінгу є те, що процес протікає в середовищі водню, який виділяється так само, як і в реакціях риформінгу; надлишок водню видаляють із системи. Цей водень набагато дешевше спеціально одержуваного, і його використовують в гідрогенізаційних процесах нафтопереробки.

     Гідроочищення нафтових дистилятів є одним з найбільш поширених процесів, особливо при переробці сірчистих і високосірчистих нафт. Основною метою гідроочищення нафтових дистилятів є зменшення вмісту в них сірчистих, азотистих і металоорганічних сполук. При гідроочистці відбувається розкладання органічних речовин, що містять сірку і азот. Вони реагують з воднем, циркулюючим в системі, з утворенням сірководню та аміаку, які видаляють із системи.

     Промислові процеси засновані на контактуванні нафтових дистилятів з активними каталізаторами, в основному алюмокобальтмолібденовими і алюмонікельмолібденовими. Процес протікає в умовах, при яких 95-99 вагу. Відсоток вихідної сировини перетворюється в очищений продукт (гідрогенізат).

     Одночасно утворюється незначна кількість бензину. Каталізатор періодично регенерують.

     Алкілування являє собою процес отримання високоякісних компонентів авіаційних і автомобільних бензинів. В основі процесу лежить взаємодія парафінових вуглеводнів з олефінових з утворенням більш висококиплячих парафінового вуглеводню. До недавнього часу промислове зміна процесу обмежувалося каталітичним алкилированием ізобутану бутиленов в присутності сірчаної чи фтористоводневої кислот. Останнім часом в промислових умовах ізобутан алкілуючі не тільки бутиленов, але і етиленом, пропиленом і навіть амиленом, а іноді і сумішшю цих олефінів.

     Ізомеризація - процес перетворення низькооктанових парафінових вуглеводнів, переважно фракцій і або їх сумішей, у відповідні ізопарафіновие фракції з вищим октановим числом.

На промислових установках у відповідних умовах можна одержувати до 97-99,7 об'ємно.% продуктів ізомеризації. Ізомеризація протікає в середовищі водню. Каталізатор періодично регенерують.

     Полімеризація-процес перетворення пропілену та бутиленов в рідкі олігомерні продукти, використовувані як компонентів автомобільних бензинів чи сировини для нафтохімічних процесів. В залежності від сировини, каталізатора і технологічного режиму кількість продукту може змінюватися в широких межах.

 

 

       1.   Вуглеводні, що входять до складу нафти і нафтопродуктів

   Оскільки при описі процесів вторинної переробки використовуються найменування груп вуглеводнів, що входять до складу нафти і нафтопродуктів, наведемо короткі опису даних груп і вплив вуглеводневого складу на показники якості нафтопродуктів.

   Парафіни - насичені (що не мають подвійних зв'язків між атомами вуглецю) вуглеводні лінійного або розгалуженого будови. Поділяються на наступні основні групи:

1. Нормальні парафіни, що мають молекули лінійного будови. Мають низький октановим числом і високою температурою застигання, тому багато вторинні процеси нафтопереробки передбачають їх перетворення на вуглеводні інших груп.

2. Ізопарафіни - з молекулами розгалуженої будови. Мають хорошими антидетонаційними характеристиками (наприклад, ізооктан - еталонне речовина з октановим числом 100) та зниженою, в порівнянні з нормальними парафіном, температурою застигання.

   Нафти (ціклопарафіни) - насичені вуглеводневі сполуки циклічної будови. Частка нафтенів позитивно впливає на якість дизельних палив (поряд з ізопарафінамі) і мастил. Великий вміст нафтенів у важкій бензинової фракції обумовлює високий вихід і октанове число продукту риформінгу.

   Ароматичні вуглеводні - ненасичені вуглеводневі сполуки, молекули яких включають в себе бензольні кільця, що складаються з 6 атомів вуглецю, кожен з яких пов'язаний з атомом водню або вуглеводневим радикалом. Надають негативний вплив на екологічні властивості моторних палив, однак володіють високим октановим числом. Тому процес, спрямований на підвищення октанового числа прямогонний фракцій - каталітичний риформінг, передбачає перетворення інших груп вуглеводнів в ароматичні. При це граничне вміст ароматичних вуглеводнів і, в першу чергу, бензолу в бензинах обмежується стандартами.

   Олефіни - Вуглеводні нормального, розгалуженого, або циклічного будови, в яких зв'язки атомів вуглецю, молекули яких містять подвійні зв'язки між атомами вуглецю. У фракціях, одержуваних при первинній переробці нафти, практично відсутні, в основному містяться в продуктах каталітичного крекінгу та коксування. Зважаючи підвищеної хімічної активності, роблять негативний вплив на якість моторних палив.

Структурні формули молекул вуглеводнів, що відносяться до різних груп

                               2. Каталітичний крекінг

     Основне призначення каталітичного крекінгу - отримання високооктанових компонентів бензину. Крекінг здійснюється при 420-550 і є процесом якісної зміни сировини, тобто процесом утворення з'єднань, що відрізняються від початкових за своїми фізико-хімічними властивостями. В залежності від сировини та умов процесу вихід бензину при крекінгу становить 7-50% (на сировині). Поряд з бензином утворюються і інші продукти-газоподібні, рідкі та тверді (кокс). В якості сировини зазвичай застосовують важкі дистиляти атмосферної або вакуумної перегонки нафти, а також деасфальтізати та інші продукти.

     При каталітичному крекінгу важкі нафтові фракції при 500 в значній частині перетворюються в компоненти, що википають в межах температур кипіння бензину, і газоподібні продукти, які можуть використовуватися для виробництва високооктанових компонентів бензину або як сировину для хімічних синтезів.

    На відміну від термічного крекінгу, каталітичний крекінг проводиться в спеціальній апаратурі із застосуванням специфічного устаткування і в присутності каталізаторів.

     Головною перевагою каталітичного крекінгу перед термічним являє велика цінність одержуваних продуктів: менший вихід метану, етану і дієнів при більш високому виході вуглеводнів і (особливо ізобутану), а також ароматичних вуглеводнів, олефінів з розгалуженим ланцюгом і ізопарафінами. Антидетонаційні властивості бензинів каталітичного крекінгу значно вище, ніж бензинів термічного крекінгу. Продукти крекінгу мають складний склад. Результати каталітичного крекінгу вуглеводневих сумішей істотно залежать від умов проведення процесу застосовуваного каталізатора.

     Каталітичний крекінг в основному використовують для виробництва високооктанових компонентів автомобільного та авіаційного бензину.

                                        3. Каталітичний риформінг

     Каталітичний риформінг призначений для підвищення октанового числа прямогонний бензинових фракцій шляхом хімічного перетворення вуглеводнів, що входять до їх складу, до 92-100 пунктів. Процес ведеться в присутності алюмо-платино-ренієві каталізатора. Підвищення октанового числа відбувається за рахунок збільшення частки ароматичних вуглеводнів. Наукові основи процесу розроблені нашим співвітчизником - видатним російським хіміком Н. Д. Зелінським на початку ХХ століття.

   Вихід високооктанового компонента становить 85-90% на вихідна сировина. В якості побічного продукту утворюється водень, який використовується на інших установках НПЗ, які будуть описані нижче.

   Потужність установок риформінгу становить від 300 до 1000 тис. тонн і більше на рік за сировини.

   Оптимальним сировиною є важка бензинова фракція з інтервалами кипіння 85-180 ° С. Сировина піддається попередньої гідроочистці - видаленню сірчистих і азотистих з'єднань, навіть у незначних кількостях необоротно отруйних каталізатор риформінгу.

   Установки риформінгу є 2-х основних типів - з періодичною і безперервною регенерацією каталізатора - відновленням його первісної активності, яка знижується в процесі експлуатації.

     Процес здійснюється при температурі 500-530 ° С і тиску 18-35 атм (2-3 атм на установках з безперервною регенерацією). Основні реакції риформінгу поглинають істотні кількості тепла, тому процес ведеться послідовно в 3-4 окремих реакторах, об'ємом від 40 до 140 м3, перед кожним з яких продукти піддаються нагріву в трубчастих печах. Вихідна з останнього реактора суміш відокремлюється від водню, вуглеводневих газів і стабілізується. Отриманий продукт - стабільний ріформата охолоджується і виводиться з установки.

При регенерації здійснюється випалюючи що утворюється в ході експлуатації каталізатора коксу з поверхні каталізатора з подальшим відновленням воднем і ряд інших технологічних операцій. На установках з безперервною регенерацією каталізатор рухається щодо реакторів, розташованих один над одним, потім подається на блок регенерації, після чого повертається у процес.

Каталітичний риформінг на деяких НПЗ використовується також з метою виробництва ароматичних вуглеводнів - сировини для нафтохімічної промисловості. Продукти, отримані в результаті риформінгу вузьких бензинових фракцій, піддаються розгонки з одержанням бензолу, толуолу і суміші ксилолів (сольвенту).