Производство товарных топлив

Основная цель переработки нефти – получение топлив, масел и сырья для нефтехимического синтеза. Товарная продукция, получаемая на НПЗ, может вырабатываться непосредственно на технологических установках (например, ароматические углеводороды) или производиться путем смешения отдельных компонентов (автомобильные, дизельные, котельные топлива и т.д.). Основные виды моторных и котельных топлив приведены на рис.11.

Рисунок 11 – Основные виды моторных и котельных топлив.

Все топлива, выпускаемые на НПЗ, должны соответствовать государственным стандартам (ГОСТ) или техническим условиям (ТУ). В стандартах и технических условиях указаны показатели качества топлив. Основные показатели качества топлив, характеризующие их поведение при применении, приведены на рис.12.

Рисунок 12 – Основные показатели качества топлив.

Хочется отметить, что в настоящее время требования к автомобильным бензинам по ряду показателей очень жесткие. Современные требования сочетают в себе потребительские свойства, которые должны отвечать экологическим тенденциям и уровню развивающейся автотехники. Для получения экологичных и конкурентоспособных российских автомобильных топлив необходимо повысить октановые характеристики, снизить содержание серы, олефинов и ароматики, а в состав товарных бензинов вводить современные высокоэффективные добавки и присадки.

Для получения качественных дизельных топлив необходимо решать такие задачи как: повышение цетанового числа, снижение содержания ароматики, серы и температуры помутнения базовых компонентов.

Основными потребительскими свойствами, которые необходимо регулировать для получения качественных котельных топлив являются вязкость, температура застывания, содержание серы и тяжелых металлов.

Таким образом, для получения качественных, экологических топлив требуются значительные изменения структуры переработки нефти.

В связи с развитием автотехники и жесткими требованиями к моторным топливам, разработаны и внедрены процессы, облагораживающие топлива. Так, топлива готовят не из одного компонента, а вовлекают разные фракции и компоненты. Например, при получении автомобильных бензинов компаундируют (смешивают) 10-15 компонентов, а при приготовлении летнего дизельного топлива 5-7. Для выработки котельного топлива используют мазут прямой перегонки, остатки термического и каталитического крекинга и т.д. Поэтому на НПЗ приготовление ведут в парках смешения.

В настоящее время используются три метода для приготовления товарной продукции на НПЗ: циркуляционный в смесительных резервуарах; компаундирование в специальных аппаратах с мешалками и смешение в трубопроводе, в потоке с помощью автоматизированных систем смешения.

Производство масел

Производство масел включает в себя такие стадии как:

- получение масляной фракции;

- получение из масляных фракций базовых масел;

- смешение базовых масел и добавление к ним присадок.

Масла, применяемые для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания, называют моторными. Классификация моторных масел по назначению, составу и температурным пределам работоспособности приведена на рис.13.

Рисунок 13 – Классификация моторных масел.

При выборе схемы производства базовых масел руководствуются качеством перерабатываемого нефтяного сырья. Основные методы, применяемые при получении масел, приведены на рис.14. Кроме методов указанных на рис.2 используется также контактная доочистка (избирательное удаление компонентов сырья с помощью адсорбентов) и гидроочистка масел.

Рисунок 14 – Основные методы, применяемые при получении масел

Переработка газов

Классификация углеводородных газов по происхождению приведена на рис.15.

Рисунок 15– Классификация углеводородных газов по происхождению

Перед тем как поступить на ГФУ углеводородные газы подвергаются очистке от механических примесей, осушке и очистке от сернистых соединений. Основные способы подготовки углеводородных газов к разделению приведены на рис.16.

Рисунок 16 – Основные способы подготовки углеводородных газов к разделению

Осушенные, очищенные от механических примесей и сероводорода газы направляют на ГФУ для фракционирования с выделением узких углеводородных фракций.

Контрольные вопросы

1. Основные требования, предъявляемые к бензинам.

2. Основные требования, предъявляемые к дизельным топливам.

3. Основные требования, предъявляемые к котельным топливам и мазутам.

4. Способы очистки газов.

5. Способы переработки газов.

6. Виды смазочных масел.

Заключение

В настоящем конспекте лекций представлены современные методы переработки нефти, которые отражают последние достижения нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Рассмотрены способы подготовки нефти к переработке, принципиальные технологические схемы установки ЭЛОУ, установки атмосферной и вакуумной разгонки мазута. Обсуждены основы термических превращений нефтяных фракций. Рассмотрены принципиальные технологические схемы термических процессов: установок термического крекинга, висбрекинга и замедленного коксования.

Даны основные понятия и закономерности термокаталитических процессов переработки нефтяных фракций. Описаны принципиальные технологические схемы каталитического крекинга и риформинга.

Рассмотрены основные закономерности гидрокаталитических процессов. Показаны важность этих процессов для углубления переработки нефти. Приведены принципиальные технологические схемы гидроочистки нефтяных фракций и гидрокрекинга вакуумных дистиллятов. Рассмотрены основные типы катализаторов гидрогенизационных процессов.

Обсуждены методы очистки и переработки нефтяных газов.

Достаточно подробно рассмотрены основные виды топливной продукции и способы ее получения. Приведена классификация топлив и основные требования к этому виду продукции.

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

№1Закрытое

В нефти присутствуют такие примеси как:

-: песок

-: полиароматика

-: глины

-: известняк

-: оксидов металлов

-: хлористых солей

-: асфальтенов

№2Закрытое

Микроэлементы, находящиеся в нефти, концентрируются, в основном, в:

-: вакуумных дистиллятах

-: смолисто-асфальтеновых веществах

- : бензинах

-: парафино-нафтеновой части

-: газах

№3 На соответствие

Соответствие между названием и формулой углеводорода

L1: этан

L2: метан

L3: бутан

R1: СН₄

R2: С₃Н₈

R3: С₂Н₆

R4: С₄Н₁₀

№4 На соответствие

Соответствие между сырьевыми источниками органических соединений и основными направлениями их переработки

L1: природные газы

L2: каменный уголь

L3: нефть

R1: сбраживание, расщепление клетчатки, окисление

R2: сухая перегонка, гидрирование, неполное сгорание

R3: крекинг, пиролиз, деструктивное гидрирование

R4: пиролиз, неполное окисление, хлорирование

№5 Закрытое

Процесс превращения низкооктановых бензинов в высокооктановые путем ароматизации углеводородов называются

-: висбрекинг

-: каталитический риформинг

-: термический крекинг

-: каталитическая депарафинизация

-: вакуумная перегонка

№6 На соответствие

Соответствие между классом соединения и веществами

L1: алкены

L2: арены

L3: алканы

R1: С₆Н₁₄

R2: С₆Н₁₂

R3: С₆Н₆

R4: С₆Н₁₀

№7Открытое

Кубовым остатком установки вакуумной перегонки мазута является ###

№8 Закрытое

Гомологом этана являются вещества, формула которых

-: С₃H₆

-: С₇H₁₄

-: СH₄

-: С₂H₂

-: С₆H₁₄

№9 Открытое

### - это термическое разложение углеводородов и других составных частей нефти

№10 На последовательность

Последовательность алканов по возрастанию температуры кипения

1: гексан

2: бутан

3: пропан

4: этан

№11 Закрытое

Основные показатели качества кокса:

-: содержание золы

-: содержание ароматики

-: механическая прочность

-: пористость

-: пенетрация

-: вязкость

№12 Открытое

Надёжность работы дизельного двигателя при отрицательных температурах характеризуют такие показатели топлива как ###

№13 Закрытое

Основные процессы, протекающие при каталитическом крекинге – это:

-: изомеризация

-: дегидрирование циклоалканов

-: расщепление высокомолекулярных углеводородов

-: алкилирование ароматических углеводородов

-: полимеризация

-: гидратация

№14Открытое

Термодинамическую вероятность протекания химической реакции определяют значением свободной энергии ###

№15Открытое

### катализатора – это доля прореагировавших исходных веществ с образованием целевых продуктов.

Список литературы

Основная литература:

1. Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива:Учебное пособие. - СПб: Недра, 2007. – 312с.

1. Баннов П.Г. Основы анализа и стандартные методы контроля качества нефтепродуктов. – М.:ЦНИИТЭнефтехим, 2005. – 792 с.

3. Вержичинская С.В., Дигурцов Н.Г., Синицин С.А., Химия и технология нефти игаза. Учеб. Пособие. – Форум: ИНФРА-М, 2007. – 400с.

4. Потехин В.И., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. – СПб.:Химиздат, 2005.-912с.

5. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процесссов переработки нефти:учеб.пособ. – М.: КДУ, 2008. – 280с.

Дополнительная литература:

1. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2003.- 504 с.

2. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2001.- 415 с.

3. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2000. – 224 с.

4. Бардик Д.Л. Нефтехимия=Petrochemicals in Nontechnical language:Пер. с англ./Д.Л.Бардик, У.Л.Леффлер.-3-е изд., перераб. и доп.-М.:ЗАО "Олимп-Бизнес",2007.-496 с.:ил

5. Березина З.Н. Химическая технология основных производств: Учеб. пособие для вузов. Тюмень, Тюм. ГНГУ, 2000.

6. Интеллектуализация предприятий нефтегазохимического комплекса: экономика, менеджмент, технология, инновации, образование/ СПбГИЭУ; Под ред.И.А.Садчикова, В.Е. Сомова.- СПб: СПбГИЭУ,2006.-761с.

7. Кутепов А.М. Бондарева Т.И. Беренгартен М.Г. Общая химическая технология: Учебн. для техн. вузов. – М.:Высшая школа, 2003.

8. Леффлер У.Л. Переработка нефти/Petroleum refining/Пер. с англ.-2-е изд., пересмотр.-М.:ЗАО "Олимп-Бизнес", 2007.- 227с.

9. Левинтер М.Е. Глубокая переработка нефти: Учеб. пособие для вузов. - М.:Химия,1992.-224с.

10. Назарчук Л.М. Инновации в нефтегазовом комплексе: Монография/Под ред. Г.Г.Бурлаки. - Киев: Национальная академия управления, 2007. - 280с.

11. Основы химической технологии: Учебн. для студ. химико-технологических спец. вузов / Под ред. И.П. Мухленова. – 4-е изд., М.: Высш. шк., 1991.-469с.

12. Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефте- химической технологии.:Учебник для вузов...-3-е изд., перераб. и доп.-М.:Химия,1987.-496 с.

13. Проскуряков В.А. Химия нефти и газа:Учебное пособие для химико-технол. спец. вузов/ Под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. - Л.:Химия,1981.-359с.

14. Пузин Ю.И. Химия нефти и газа. – М.: Химия, 2004. – 132 с.

15. Рябов В.Д. Химия нефти и газа:Учебник/РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина.-2-е изд., испр. и доп.- М.:Техника, 2004. - 288с.

16. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. вузов: В 2т. – М.: Гуманит. изд. Центр ВЛАДОС, 2000.

17. Технология переработки нефти и газа и производства масел: Методич.указ. к выполнению курсового проекта для студ. всех форм обучения для специальности 080502/(н) Экономика и управление на предприятии нефтяной и газовой промышленности/Сост.: Е.Е.Никитин, В.В.Васильев, Е.В. Саламатова. - СПб: СПбГИЭУ, 2008.-34 с.

18. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа/С.А.Ахметов, М.Х.Ишмияров, А.П.Вере- вкин и др.; Под ред. С.А.Ахметова.-М.:Химия,2005.-736 с.

19. Тимофеев В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза:Учеб. пособие/Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. -2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 2003. - 535 с.

20. Химия нефти и газа: Учеб. Пособие для вузов/ А.И. богомолов, А.А. Гайле, В.В. Громова и др.; под ред. В.А. Поскурякова, А.Е .Драбкина. – 3-е изд. И испр. – СПб: Химия. 1995 – 448 с.

21. Химия нефти и газа: учебное пособие для вузов по спец. "Хим. технология топлива и углерод. материалов"/ А.И. Богомолов, А.А. Гайле, В.В. Громова и др.; Под ред. В.А Проскурякова, А.Е.Драбкина. - Л.:Химия,1989. - 422 с.

22. Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности (теоретические и прикладные аспекты): Тезисы докладов Всеросийской конференции 24-26 апреля 2007 г. /Институт проблем нефти и газа РАН.-М:ГЕОС, 2007.-310 с.

23. Эрих В.Н. Химия и технология нефти и газа: Учебник/ Эрих В.Н., Расина М.Г., Рдин М.Г...-2-е изд., перераб .-Л. : Химия,1977. - 423 с.

Терминологический словарь

Алкадиены (диеновые углеводороды) - это непредельные углеводороды, содержащие две двойные углерод-углеродные связи. Общая формула алкадиенов С_nН_2n-2

Алканы (парафины) - это предельные углеводороды с открытой цепью, в которых атомы углерода соединены друг с другом простыми (одинарными) связями, а остальные свободные их валентности насыщены атомами водорода. Члены гомологического ряда предельных углеводородов отвечают общей формуле С_nН_2n+2

Алкены - это углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь и имеющие общую формулу С_nН_2n, их также называют олефинами или этиленовыми углеводородами.

Алкины (ацетиленовые углеводороды) - это непредельные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь и имеющие общую формулу С_nН_2n-2. Родоначальником гомологического ряда этих углеводородов является ацетилен НС≡СН.

Ароматические углеводороды - это органические соединения, состоящие из углерода и водорода и содержащие бензольные ядра.

Асфальтены – твердые, аморфные вещества темно-бурого или черного цвета. При нагревании до 300^оС не плавятся, а переходят в пластичное состояние. Асфальтены не растворяются в парафиновых углеводородах С₅-С₈. Молекулярная масса асфальтенов около 2000 а.е.м.

Валентный угол С-С - угол между линиями, соединяющими связываемые атомы. Для определения валентных углов используют экспериментальные методы изучения структуры химических соединений.

Гомогенный катализ - это ускорение химической реакции в присутствии катализатора, который находится в одной фазе с исходными реагентами (субстратами) в газовой фазе или растворе.

Гемолитические реакции - это реакции, протекающие с гемолизом химической связи, т.е. с таким ее разрывом, при котором электронная пара, осуществляющая связь, разделяется между образующимися фрагментами (свободными радикалами).

Длина химической связи - это межъядерное расстояние между химически связанными атомами. Расстояние между атомами существенно уменьшается при образовании кратных связей, чем выше кратность связи, тем короче межатомное расстояние.

Гетерогенный катализ - это изменение скорости химической реакции при воздействии катализаторов, образующих самостоятельную фазу и отделенных от реагирующих веществ границей раздела. Каталитическая реакция протекает обычно на поверхности твёрдого катализатора и обусловлена активацией молекул реагентов при взаимодействии с поверхностью.

Динамическая вязкость (Па·с) - это сопротивле­ние, оказываемое жидкостью при перемещении относительно друг друга со скоростью 1 м/с двух ее слоев площадью 1 м² каждый, находящихся на расстоянии 1 м, под действием приложенной силы в 1 Н.

Гетеролитические реакции - это реакции, протекающие с гетеролизом химической связи, т.е. с таким её разрывом, при котором электронная пара, осуществляющая связь, остается у одного из атомов и, как правило, образуются ионы:

Донорно-акцепторный механизм образования химической связи - это перекрывание пустых орбиталей менее электроотрицательного элемента и орбиталей более электроотрицательного элемента с находящимися на них парами электронов.

Ингибиторы - это вещества, тормозящие химические реакции. Ингибирование характерно для каталитических и цепных реакций, которые протекают с участием активных центров или активных частиц.

Карбениевый ион - это положительно заряженный карбкатион, образованный при потери атомом углерода одного электрона.

Катализ - изменение скорости химической реакции при воздействии веществ (катализаторов), которые участвуют в реакции, но не входят в состав продуктов.

Катализаторы - это вещества, изменяющие скорость химической реакции или вызывающие ее, но не входящие в состав продуктов.

Ковалентная химическая связь - химическая связь, которая возникает в результате обобщения неспаренных валентных электронов с противоположными спинами.

Неполярная ковалентная химическая связь - химическая связь, которая возникает между атомами, имеющими равные значения электроотрицательности (при образовании молекул из одинаковых атомов).

Полярная ковалентная химическая связь - химическая связь, которая возникает между любыми атомами, имеющими разные значения электроотрицательности.

Реакция полимеризации - это процесс образования высокомолекулярного соединения (полимера) путем соединения друг с другом молекул исходного низкомолекулярного соединения (мономера).

Свободный радикал - частица, имеющая один или несколько неспаренных электронов.

Смолы- это вязкие малоподвижные жидкости или аморфные вещества от коричневого до темно-бурого цвета. Смолы растворимы в насыщенных углеводородах. Имеют молекулярную массу от 700 до 1000 а.е.м. Смолы являются лабильными веществами, окисляются кислородом воздуха превращаясь в асфальтены.

Степень окисления - условное число, характеризующее заряд атома в соединении, рассчитанный исходя из предположения ионного строения вещества.

Транс-изомеры - это изомеры, заместители которых располагаются по разные стороны углеродного скелета, или плоскости кольца.

Углеводороды - самые простые органические соединения, состоящие из углерода и водорода. В зависимости от характера углеродных связей и соотношения между количеством атомов углерода и водорода они делятся на предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные) с одной или несколькими кратными связями. В зависимости от строения углеродной цепи углеводороды относятся к соединениям с открытой (незамкнутой) углеродной цепью и с замкнутой, т.е. к циклическим соединениям.

Циклоалканы (циклопарафины) - это предельные углеводороды, имеющие замкнутые цепи (циклы) и общей формулой гомологического ряда С_nН_2n.

Цис-изомеры - это изомеры, заместители которых располагаются по одну сторону углеродного скелета или плоскости кольца.

Электровалентная химическая связь - химическая связь, которая возникает за счёт передачи неспаренного электрона одного атома другому с образованием разноимённо заряженных ионов.

Электроотрицательность - условная величина, характеризующая способность атома в молекуле притягивать электроны.

Эмульсии представляют собой дисперсные системы из двух взаимно мало- или нерастворимых жидкостей, в которой одна диспергирована в другой в виде мельчайших капель (глобул). Жидкость, в которой распределены глобулы, называют дисперсионной средой, а диспергированную жидкость – дисперсной фазой.

Энергия связи - это энергия (Е₀), необходимая для того, чтобы разъединить атомы и удалить их друг от друга на расстояние, на котором они не взаимодействуют. Для двухатомных молекул энергия связи определяется как энергия диссоциации молекулы на атомы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1