Арланское нефтяное месторождение

Арланское нефтяное месторождение, первичная и вторичная переработка нефти на промыслах и НПЗ
Челябинский государственный университет, 2015, "зачет" ...

Оглавление
1. Историческая справка и характеристика нефти 3
2. Подготовка нефти на промыслах 6
2.1 Дегазация нефти 6
2.2 Стабилизация нефти 7
2.3 Обезвоживание и обессоливание 7
3. Переработка нефти на НПЗ 9
3.1 Электрообессоливание 9
3.2 Атмосферная перегонка 12
3.3 Вакуум-дистилляция 14
4. Вторичная переработка нефти 17
4.1 Термический крекинг 17
4.2 Висбрекинг 18
4.3 Каталитический крекинг 19
4.4 Гидрокрекинг 23
4.5 Каталитический риформинг 25
4.6 Алкилирование 28
4.7 Пиролиз 29
5. Нефтехимический синтез 32
6. Мероприятия по защите экологии в сфере нефтепромышленности 34
Библиографический список 38

Арланское нефтяное месторождение – одно из крупнейших в стране и самое крупное в Башкортостане. Его длина по контуру нефтеносности в терригенной толще нижнего карбона (ТТНК) составляет более 100 км, ширина - до 30 км. Нефтеносными являются пласты песчаников ТТНК (елховский, радаевский, бобриковский, тульский и алексинский горизонты визейского яруса), карбонаты турнейского яруса, верейского, каширского и подольского горизонтов московского яруса среднего карбона.

Атмосферная перегонкаНефть поступает в ректификационные колонны на перегонку при атмосферном давлении, где разделяется на несколько фракций: легкую и тяжёлую бензиновые фракции, керосиновую фракцию, дизельную фракцию и остаток атмосферной перегонки — мазут. Ректификация — это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят в башенных колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой) ректификационных колоннах.Ректификационная колонна — аппарат, предназначенный для разделения жидких смесей, составляющие которых, имеют различную температуру кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствами внутри.Исходная смесь, нагретая до температуры питания в паровой, парожидкостной или жидкой фазе поступает в колонну в качестве питания. Зону, в которую подаётся питание, называют эвапорационной, так как там происходит процесс эвапорации — однократного отделения пара от жидкости.Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются и конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения. Таким образом, в верхней части колонны (укрепляющей) противотоком движутся пары (снизу вверх) и стекает жидкость (сверху вниз).Стекая вниз по тарелкам, жидкость обогащается высококипящими компонентами, а пары, чем выше поднимаются вверх колонны, тем более обогащаются легкокипящими компонентами. Таким образом, отводимый с верха колонны продукт обогащен легкокипящим компонентом. Продукт, отводимый с верха колонны, называют дистиллятом. Часть дистиллята, сконденсированного в холодильнике и возвращённого обратно в колонну, называют орошением или флегмой. Отношение количества возвращаемой в колонну флегмы и количества отводимого дистиллята называется флегмовым числом.Для создания восходящего потока паров в кубовой (нижней, отгонной) части ректификационной колонны, часть кубовой жидкости направляют в теплообменник, образовавшиеся пары подают обратно под нижнюю тарелку колонны[4].Рис. 2 Ректификационная колонна.Вакуум-дистилляция Вакуумная дистилляция — процесс отгонки из мазута (остатка атмосферной перегонки) фракций, пригодных для переработки в моторные топлива, масла, парафины и церезины и другую продукцию нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Остающийся после этого тяжелый остаток называется гудроном. Может служить сырьем для получения битумов.На современном производстве первичная переработка нефти происходит на атмосферно-вакуумных установках.Установка предназначена для получения из нефти дистиллятов бензина, керосина, дизельного топлива, трех масляных фракций разной вязкости и гудрона. Кроме этих продуктов на установке получаются сухой и жирный газы, сжиженный газ (рефлюкс), легкий вакуумный газойль.На перегонку обычно поступают нефти или смеси нефтей с содержанием светлых дистиллятов (выкипающих до 350 °С) от 42 до 50 % (масс.).Современные установки большой мощности состоят из следующих блоков:предварительного нагрева нефти в теплообменниках;электрообессоливания и обезвоживания нефти (блок ЭЛОУ); последующего нагрева в теплообменниках; отбензинивания нефти (колонна повышенного давления с нагревательной печью); атмосферной колонны (с нагревательной печью и отпарными колоннами); фракционирования мазута под вакуумом (с нагревательной печью, отпарными колоннами и системой создания вакуума); стабилизации и вторичной перегонки бензина на узкие фракции.Исходная нефть насосом, несколькими параллельными потоками проходит через группу теплообменников , где она нагревается до температуры 100-130 °С. Использование такой системы нагрева нефти позволяет создать более эффективный теплообмен. После теплообменников для усреднения температуры потоки нефти смешиваются в общем коллекторе. Далее нефть снова параллельными потоками направляется в 2 ступени электродегидраторов (блок ЭЛОУ). По выходу из блока ЭЛОУ нефть нагревается вначале в параллельно включенных 2-х теплообменниках, а затем в очередном теплообменнике. Нагретая до 200-250 °С нефть поступает в отбензинивающую колонну по 2-м тангенциальным вводам. Из этой колонны сверху уходят газы, пары воды и легкой бензиновой фракции (с концом кипения 120-160 °С).Для конденсации паров и охлаждения смеси служат аппарат воздушного охлаждения и расположенный за ним водяной холодильник. В сепараторе от сконденсированной легкой бензиновой фракции отделяются газ и вода.Газ, пройдя клапан, регулирующий давление в системе колонна - сепаратор, направляется в секцию очистки от сероводорода, а вода с низа сепаратора, который снабжен регулятором межфазового уровня (вода-бензин), поступает в систему очистки сточных вод.Циркулирующая часть бензина (орошение) возвращается в колонну с помощью насоса, а балансовое его количество отводится из этого блока и передается в блок стабилизации бензина, в колонну-стабилизатор. Для поддержания температуры низа колонны частично отбензиненная нефть забирается насосом, проходит змеевики печи и, нагретая до 350-370 °С, возвращается в нижнюю часть колонны.Балансовое количество отбензиненной нефти с помощью насоса проходит через змеевики печи и с температурой 370-380 °С подается по 2-м тангенциальным вводам в атмосферную колонну [5].Вторичная переработка нефтиТермический крекингРасщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-550 С). Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода. В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки.В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.В промышленности термический крекинг применяют с 1912 г. В 1920-22 созданы первые установки непрерывного действия, в которых сырье прокачивалось через обогреваемый пламенем прямоточный змеевик и далее поступало в реакционную камеру и на фракционирование. В 1932 пущена двухпечная установка, в которой отдельно крекировалось тяжелое и легкое сырье.В 1935 внедрена первая двухпечная отечественная установка. При переработке мазута выход продуктов составляет (% по массе):бензина 25-30 (30-40 при переработке газойлей), газов (до С4) 8-10, крекинг-остатка 59-66[6].Рис. 3. Технологическая схема двухпечного термическкого крекинга: 1, 2-печи крекинга соотв. легкого и тяжелого сырья; 3-реакц. камера; 4, 5-испарители соотв. высокого и низкого давлений; 6-ректификац. колонна; 7-газовый сепаратор; I-сырье; II-легкий газойль; III - крекинг-остаток; IV-газ; V-бензин.4.2 Висбрекинг Висбрекинг это один из видов термического крекинга. Применяют для получения главным образом котельных топлив (топочных мазутов) из гудронов.Процесс проводят в жидкой фазе при следующих условиях: 440-500 °C, 0,5-3,0 МПа, время пребывания сырья в зоне реакции от 2 до 30 минут и более.Основные реакции - расщепление парафиновых и нафтеновых углеводородов с образованием углеводородных газов и бензина, а также жидких фракций, кипящих в пределах 200-450 °C, и вторичных асфальтенов (наиболее высокомолекулярные компоненты нефти). Бензин и газ (суммарный выход 7-12% от массы сырья) отделяют от парожидкостной смеси ректификацией; крекинг-остаток, кипящий выше 200 °С, представляет собой жидкое котельное топливо (выход около 90%). Газы направляют на газофракционирующую установку, бензин после облагораживания с применением глубокого гидрирования и каталитического риформинга используют как компонент автомобильного топлива. В ряде случаев из крекинг-остатка в специальном испарителе выделяют газойлевые фракции (пределы кипения 200-360 °C и 360-450 °C; выход 20-45% по массе). Первая фракция после гидроочистки служит дизельным топливом. При этом для обеспечения заданной вязкости котельного топлива, оставшуюся часть крекинг-остатка разбавляют, например, газойлем каталитического крекинга. Основной реакционный аппарат установки висбрекинга - трубчатая печь. В случае осуществления процесса при пониженных температурах (440-460 °C), когда требуемой степени конверсии сырья достигнуть в печи не удаётся, предусматривают дополнительную реакционную камеру. Благодаря значительному объёму последней (30-50 м3) парожидкостная смесь «вызревает» в ней заданное время, что позволяет углубить висбрекинг[7].Рис.4 Принципиальная технологическая схема установки печного висбрекинга: I – экстракты или крекингостатки, II – вода или водяной пар, III – водяной пар.Каталитический крекингКаталитический крекинг - термокаталитическая переработка нефтяных фракций с целью получения компонента высокооктанового бензина, легкого газойля и непредельных жирных газов. Каталитический крекинг - один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. 20 в. (США) способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов (Э. Гудри, 1936 г).Основное достоинство процесса - большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого пропиленом, изобутаном и бутенами; сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т. д. Такой универсальностью объясняется весьма значительная доля каталитического крекинга в общем объёме переработки нефти.При каталитическом крекинге происходят следующие основные реакции: разрыв связей С-С, то есть перераспределение водорода (гидрирование и дегидрирование), деалкилирование, дегидроциклизация, полимеризация, конденсация.Соотношение скоростей этих реакций зависит от состава сырья, типа катализатора и условий проведения процесса.При каталитическом крекинге парафинов образуются, в основном, менее высокомолекулярные алканы и олефины, причем содержание последних увеличивается с повышением молекулярной массы сырья. Более высокомолекулярные парафины расщепляются легче в отличие от низкомолекулярных.Первые промышленные установки каталитического крекинга появились на нефтеперерабатывающих заводах в 20-30-х годах прошлого века. Вначале в процессе использовались реакторы с плотным (стационарным) слоем крупногранулированного катализатора (рис. 5, а), однако от него вскоре отказались. Причина заключалась в том, что, в результате высокой скорости химических реакций, с одной стороны, и низкой селективности катализатора, с другой, последний очень быстро закоксовывался и терял свою активность. Это происходило не смотря на то, что первоначально в качестве сырья использовались дизельные фракции, менее склонные к коксообразованию. Требовались частые остановки (через 7-10 дней) для регенерации катализатора, которая осуществлялась без его выгрузки, непосредственно в реакторах. Вследствие этого процесс являлся по сути периодическим, а его производительность оставалась невысокой.Рис. 5 - Варианты схем каталитического крекинга: а) с неповижным слоем катализатора; б) с движущимся слоем крупногранулированного катализатора; в) с псевдоожиженным слоем катализатора; г) с лифтреактором; 1 - ре актор; 2 - регенератор; 3 - сепаратор; І - сырье; ІІ - воздух; ІІІ - продукты сгорания; IV - продукты реакции; V - водяной парПопытки устранить отмеченный недостаток привели ученых и производственников к мысли осуществить непрерывную регенерацию катализатора. Необходимо было организовать непрерывную циркуляцию катализатора, а также разработать новые конструкции реактора и регенератора.Эта идея была внедрена в практику в начале 40-х годов прошедшего столетия на установках с движущимся крупногранулированным (шариковым) катализатором. Его перемещение (циркуляция) между реактором и регенератором осуществлялось с помощью пневмотранспорта, где в качестве носителя использовался воздух. Такая циркуляция катализатора схематично показана на рис. 5, б. Со времени внедрения процесса с движущимся катализатором характерной особенностью всех установок каталитического крекинга стало наличие двух аппаратов – реактора и регенератора, работающих всегда в паре и тесно связанных между собой. Такое решение позволило перевести процесс в разряд непрерывных и в значительной степени повысить его эффективность. Тем не менее, установки этого типа также имели весьма существенный недостаток, связанный с пневмотранспортом крупногранулированного катализатора. Высокий удельный расход транспортирующего газа не позволял значительно повысить мощность установки. Кроме того, длительное время пребывания катализатора в реакторе, связанное с невысокой скоростью движения, обуславливало недостаточную эффективность его использования.Дальнейшее развитие каталитического крекинга сопровождалось переходом на процесс в псевдоожиженном (кипящем) слое катализатора, для чего последний использовался вначале в виде частиц неправильной формы (пылевидный), а впоследствии преимущественно в виде мельчайших шариков (микросферический). В обоих случаях размеры зерен катализатора составляли 10-120 мкм. Схема такого процесса представлена на рис. 5, в. Установки с псевдоожиженным слоем катализатора получили наибольшее распространение в нефтеперерабатывающей промышленности многих стран. Это объясняется тем, что в таком процессе обеспечивается равномерный и эффективный тепло – и массообмен во всем реакционном пространстве. При этом заметно уменьшается время, необходимое для диффузии молекул сырья к поверхности катализатора, следовательно, и в целом сокращается время контакта. Это явление было отмечено при эксплуатации установок подобного типа, особенно при использовании цеолитсодержащего катализатора, и позволило перейти к процессу с, так называемым, лифтреактором (рис.5, г). Лифтреактор представляет собой вертикальную трубу, в которой транспорт катализатора потоком паров сырья сочетается с протеканием химических реакций. Время пребывания катализатора и сырья в таком реакторе составляет 5-7 секунд и этого вполне достаточно (при определенной активности катализатора) для завершения основных процессов превращения, приводящих к образованию целевых продуктов[8].ГидрокрекингЭто каталитический крекинг в присутствии водорода. Гидрокрекинг предназначен для получения малосернистых топливных дистиллятов из различного сырья. В качестве сырья на установках гидрокрекинга используют вакуумные и атмосферные газойли, газойли термического и каталитического крекинга, деасфальтизаты, мазуты, гудроны.Продуктами гидрокрекинга являются автомобильные бензины, реактивное и дизельное топливо, сырье для нефтехимического синтеза и СУГ (из бензиновых фракций). Гидрокрекинг позволяет увеличить выход компонентов бензина, обычно за счет превращения сырья типа газойля. Качество компонентов бензина, которое при этом достигается, недостижимо при повторном прохождении газойля через процесс крекинга, в котором он был получен.Гидрокрекинг также позволяет превращать тяжелый газойль в легкие дистилляты (реактивное и дизельное топливо). При гидрокрекинге не образуется никакого тяжелого неперегоняющегося остатка (кокса, пека или кубового остатка), а только легко кипящие фракции.Наличие установки гидрокрекинга позволяет переключать мощности НПЗ с выпуска больших количеств бензина (когда установка гидрокрекинга работает) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда она отключена).Гидрокрекинг повышает качество компонентов бензина и дистиллята.В процессе гидрокрекинга используются худшие из компонентов дистиллята и выдает компонент бензина выше среднего качества. В процессе гидрокрекинга образуются значительные количества изобутана, что оказывается полезным для управления количеством сырья в процессе алкилирования.Использование установок гидрокрекинга дает увеличение объема продуктов на 25%. В настоящее время широко используется около 10 различных типов установок гидрокрекинга, но все они очень похожи на типичную конструкцию. Катализаторы гидрокрекинга менее дороги, чем катализаторы каталитического крекинга. Ввод холодного водородсодержащего газа в зоны между слоями катализатора позволяет выравнивать температуры сырьевой смеси по высоте реактора. Движение сырьевой смеси в реакторах нисходящее. Сочетание водорода, катализатора и соответствующего режима процесса позволяют провести крекинг низкокачественного легкого газойля, который образуется на других крекинг-установках и иногда используется как компонент дизельного топлива. Катализаторы гидрокрекинга - обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS2, NiS) и оксид алюминия.В отличие от каталитического крекинга, но так же как при каталитическом риформинге, катализатор располагается в виде неподвижного слоя. Гидрокрекинг чаще всего проводят в 2-х реакторах. Сырье, подаваемое насосом, смешивается со свежим водородсодержащим газом и циркуляционным газом, которые нагнетаются компрессором. Газосырьевая смесь, пройдя теплообменник и змеевики печи, нагревается до температуры реакции 290- 400°С и под давлением 1200- 2000 psi (84-140 атм) вводится в реактор сверху[9]. Каталитический риформингПроцесс риформинга предназначен для производства высокооктановых компонентов автомобильных бензинов и для производства легких ароматических углеводородов – бензола, толуола и ксилолов. Весьма важным продуктом процесса риформинга является водородсодержащий газ с высоким содержанием водорода, который используется для гидроочистки широкого ассортимента нефтяных фракций, для процесса гидрокрекинга тяжелых нефтяных фракций и других гидрогенизационных процессов.Процесс каталитического риформинга является сложным химическим процессом. Это обусловлено, прежде всего, химическим составом исходного сырья процесса – разнообразных бензиновых фракций. В состав так называемой широкой фракции бензина входит более 150 углеводородов. Это углеводороды трех основных групп: парафиновые углеводороды нормального и изостроения, нафтеновые углеводороды с пятичленными и шестичленными циклами с одной или несколькими замещающими алкильными группами и ароматические углеводороды, которые обычно представлены бензолом, толуолом, ксилолами и незначительным количеством более тяжелых алкилбензолов. Среди парафинов преобладают углеводороды нормального строения и монометилзамещенные структуры. Нафтены представлены гомологами циклопентана и циклогексана.Основой процесса каталитического риформинга бензинов являются реакции, приводящие к образованию ароматических углеводородов. Это реакции дегидрирования шестичленных и дегидроизомеризации пятичленных нафтеновых углеводородов, дегидроциклизация парафиновых углеводородов. Кроме того, второй по значимости в процессе каталитического риформинга является реакция изомеризации углеводородов.В России подавляющее большинство установок каталитического риформинга относится к классу полурегенеративного типа. Установки каталитического риформинга состоят из двух блоков. На первой стадии исходное сырье подвергается предварительной гидроочистке с целью практически полного удаления присутствующих в нем примесей органических соединений серы, азота, кислорода, хлора и др., являющихся ядами для катализаторов, используемых в процессе каталитического риформинга. На второй стадии гидроочищенное сырье подвергается непосредственно каталитическому риформингу.Упрощенная принципиальная схема блока каталитического риформинга представлена на рис. 7:Сырье – стабильный гидрогенизат с блока гидроочистки поступает на прием сырьевого насоса Н-1, который подает его в тройник смешения на смешение с циркулирующим водородсодержащим газом (ВСГ), поступающим с выкида циркуляционного компрессора ЦК-1.