Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1.1 Характеристика получаемой продукции

Нефть - ценное сырьё для получения высококачественных видов моторного топлива - бывают разные по своему составу: парафинистые, нафтеновые, ароматические, сернистые, тяжёлые и др. Так как нефть - смесь углеводородов различной молекулярной массы, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные фракции, из которых получают петролейный эфир, бензин, лигроин, керосин, газойль. Это так называемые светлые нефтепродукты.

· Петролейный эфир - прекрасный растворитель жиров и смол.

· Бензин в больших количествах используют как авиационное и автомобильное топливо. Одной из важнейших характеристик всякого бензина как жидкого горючего является детонационная стойкость (детонация - взрывное сгорание, вызванное высокой температурой, создаваемая сильным сжатием газовой смеси). Наименьшей стойкостью к детонации обладают парафины нормального строения. Углеводороды разветвлённые, а также непредельные и ароматические более устойчивы к детонации. Бензины, извлекаемые из нефти, имеют сравнительно низкие октановые числа. Применяя специальные способы переработки, получают бензины с более высокими октановыми числами.

· Лигроин служит топливом для дизельных двигателей, а также растворителем в лакокрасочной промышленности. Большие количества его перерабатывают в бензин.

· Керосин применяют как горючее для реактивных и тракторных двигателей, а также для бытовых нужд.

· Газойль используется в качестве горючего для дизелей.

После отгонки из нефти светлых продуктов остается вязкая чёрная жидкость - мазут.

· Мазут помимо переработки на смазочные масла и бензин используют в качестве котельного жидкого топлива.

· Соляровое масло используют как моторное топливо, а смазочные масла - для смазки механизмов.

· Гудрон - нелетучая темная масса, после частичного окисления его применяют для получения асфальта.

Из некоторых сортов нефти выделяют смесь твердых углеводородов - парафин; смешивая твёрдые и жидкие углеводороды, получают вазелин.

· Вазелин используют в медицине.

· Парафин применяют для получения высших карбоновых кислот, для пропитки древесины в производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина и т.д.

Для определения качества продуктов перегонки нефти пользуются следующими стандартами:

· Метод определения механических примесей в средних дистиллятах - СТБ ЕН 12662-2003

· Определение содержания серы в автомобильном топливе методом ультрафиолетовой флуоресценции - СТБ ИСО 20846-2005

· Метод определения плотности и относительной плотности с помощью цифрового плотномера - СТБ 1468-2004

· Определение содержания серы в автомобильном топливе методом ультрафиолетовой флуоресценции - СТБ ИСО 20846-2005

· Бензин неэтилированный. Методика определения параметров - СТБ 1276-2001

1.2 Характеристика используемого сырья

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую светло-коричневый или темно-бурый цвет, со специфическим запахом, и обладающую слабой флуоресценцией. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины - (30 - 60% от общего состава) - насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полициклические (пирен).

г) Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефти, в зависимости от месторождения, отличаются между собой по составу, но все они содержат в различных количествах следующие классы углеводородов: насыщенные алифатические и гидроароматические углеводороды. Кроме углеводородов в нефтях содержатся кислородные, сернистые и азотистые соединения, иногда в значительном количестве.

Нефть залегает обычно в пористых и трещиноватых горных породах (песчаниках, мергелях, известняках) в основном на глубине 1,2 - 2 км и более. Различают нефть легкую (0,65-0,83 г./см³), среднюю (0,83-0,86 г./см³), тяжелую (0,86-1,05 г./см³). Температура кипения выше 28^оС, застывания от +26 до -60^оС; теплота сгорания 43,7-46,2 МДж/кг.

1.3 Характеристика технологии производства продукции

Современные высокопроизводительные нефтегазоперерабатывающие производства оснащены крупными и сложными по конструкции аппаратами и машинами, способными функционировать в условиях низких температур, глубокого вакуума и высоких давлений (до 20 МПа при гидрокрекинге сырья) и часто в агрессивных средах. Промышленная переработка нефти на современных НПЗ осуществляется путем сложной многоступенчатой физико-химической переработки на отдельных или комбинированных технологических установках, предназначенных для получения большого ассортимента нефтепродуктов.

Перед переработкой поступающая с месторождений нефть с содержанием солей 100-700 мг/л и воды менее 1% массы подвергается на НПЗ глубокой очистке от солей до содержания менее 3 мг/л и от воды до менее 0,1% массы на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). Технологические процессы НПЗ подразделяются на физические (т. н. первичные) и химические (вторичные). Физическими процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) или удаление из фракций или остатков нефти нежелательных групповых хим. компонентов. В химических процессах переработка сырья осуществляется путем химических превращений с получением новых продуктов. Химические процессы на современных НПЗ подразделяются: 1) по способу активации химических реакций - на термические и каталитические; 2) по типу протекающих в них химических превращений - на деструктивные, процессы гидрогенизации и окислительные.

Главным процессом переработки нефти (после ЭЛОУ) является атмосферная перегонка, на которой отбираются топливные фракции (бензиновые, осветительного керосина, реактивного и дизельного топлив) и мазут, используемый либо как компонент котельного топлива, либо как сырье для последующей глубокой переработки. Разделение нефти происходит на непрерывно действующих ректификационных колоннах, которые представляют собой огромные стальные цилиндры высотой 50-60 м., и диаметром до 3 м. Внутри цилиндра на некотором расстоянии друг от друга располагаются горизонтальные перегородки («тарелки») с большим числом отверстий. Нагретая до 300-350^°С нефть подается в нижнюю часть ректификационной колонны. Пары нефти через отверстия в «тарелках» поднимаются до самого колонны и сжижаются на верхних «тарелках». Менее летучие углеводороды сжижаются ниже, поднявшись на незначительную высоту. Образовавшиеся жидкие фракции выводятся с «тарелок» из колонны.

Перегонкой при обычном давлении нефть разделяют на четыре фракции: бензиновую (30-180^°С), керосиновую (120-315^°С), дизельную (180-350^°С) и мазут (остаток после перегонки). При более тщательной перегонке каждую из этих фракций можно разделить ещё на несколько более узких фракций (фракции, кипящие в меньшем интервале температур). Так, из бензиновой фракции (смесь углеводородов С₅-С₁₂) можно выделить петролейный эфир (40-70^°С), собственно бензин (70-120^°С) и лигроин (120-180^°С). Часть бензина подаётся обратно в колонну для орошения, что способствует охлаждению и конденсации поднимающихся паров.

Топливные фракции атмосферной перегонки далее подвергаются облагораживанию (гидроочистке от гетероатомных соединений), а бензины - каталитическому риформингу с целью повышения их качества или получения индивидуальных ароматических углеводородов - сырья нефтехимии: бензола, толуола, ксилолов и других. Из мазута путем вакуумной перегонки получают широкую фракцию (350-500^оС) вакуумного газойля - сырья для последующей переработки на установках каталитического крекинга или гидрокрекинга с получением компонентов моторных топлив, узкие дистиллятные масляные фракции, направляемые далее на последующие процессы очистки (селективная очистка, депарафинизация и др.). Остаток вакуумной перегонки - гудрон - служит при необходимости для остаточных масел или как сырье для глубокой переработки с получением дополнительного количества моторных топлив, нефтяного кокса, дорожного и строительного битума или же в качестве компонента котельного топлива.

Из химических процессов наибольшее распространение получили гидроочистка, риформинг и каталитический крекинг. Гидроочистка используется для повышения качества моторных топлив путем удаления (гидрогенолиза) сернистых, азотистых и кислородных соединений и гидрирования олефинов сырья в среде водорода на алюмокобальтовых или никель-молибденовых катализаторах (при температуре 300-400^оС и давлении 2-4 МПа). В процессе каталитического риформинг, проводимого при температуре 500^оС, давлении 1-4 МПа в среде водорода на алюмоплатиновом катализаторе, осуществляются преимущественно химические превращения нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические, в результате существенно повышается октановое число (достигая до 100 пунктов) продукта. Каталитический крекинг, проводимый при температурах 500-550^оС без давления на цеолитсодержащих катализаторах, является наиболее эффективным, углубляющим нефтепереработку процессом, поскольку позволяет из высококипящих фракций мазута (вакуумного газойля) получить до 40-60% высокооктанового компонента автобензина, 10-25% жирного газа, используемого, в свою очередь, на установках алкилирования или производствах эфиров для получения высокооктановых компонентов авиа- или автобензинов.

Промышленный крекинг был разработан русским инженером В.Г. Шуховым в 1891 году.

Каталитический крекинг протекает в присутствии катализаторов (AlCl₃, Cr₂O₃, алюмосиликаты) при температуре 470-500^°С и атмосферном давлении. Каталитическому крекингу подвергают дизельную фракцию. При этом происходят как разрыв углеродных цепей в молекуле, так и процессы изомеризации - превращение неразветвлённых углеводородов в углеводороды с разветвлённым строением. При каталитическом крекинге количество непредельных углеводородов уменьшается за счёт увеличения содержания бензола и его производных.

Сырьё, подогретое до 470^°С, струёй пара подаётся в реактор. К сырью добавляют горячий катализатор. В реакторе происходит разрыв длинных углеродных цепей с образованием короткоцепочных разветвлённых углеводородов - предельных и непредельных, бензола и его производных. Частицы катализатора в это время покрываются коксом - смесью высших углеводородов и смол. Это нежелательный процесс, так как катализатор становится неактивным. Воздушным потоком его направляют в регенератор, где происходит выжигание кокса с поверхности катализатора. В результате катализатор снова приобретает активность и опять принимает участие в процессе.

При каталитическом крекинге образуется смесь жидких и газообразных продуктов, которые разделяют на ректификационных колоннах. Бензин, образованный при каталитическом крекинге имеет высокое октановое число, он устойчив при хранении. Газы каталитического крекинга содержат предельные углеводороды (пропан и бутан) и непредельные (пропен и бутен). После разделения их используют для синтеза многих органических соединений.

Химическая переработка углеводородов нефти позволяет получать не только высококачественный бензин, но и целый ряд органических веществ, необходимых народному хозяйству.

1. Определим вариант развития технологического процесса.

Для этого по имеющимся зависимостям Тж (t) и Тп (t) построим график изменения затрат живого, прошлого и совокупного труда.

Рис. 2.1 Динамика трудозатрат Тж(t), Тп(t), Тс(t)

Исходя из поведения кривых, вариант развития технологического процесса будет являться ограниченным.

2. Выявим характер развития технологического процесса. В данном случае при экономии живого труда за счет роста прошлого процесс развития всегда имеет трудосберегающий характер.

3. В случае наличия ограниченного варианта развития технологического процесса установим момент времени, до которого такое развитие целесообразно (т.е. экономический предел накопления прошлого труда).

· Графический способ: на графике определяем экономический предел накопления прошлого труда (t^*).

t* = 5,7

· Аналитический способ:

Тс (t) = Тж (t) + Tп (t) Тс(t) = 5000/(57t² + 7600) + 0,003t² + 0,4

(Тс (t))^/ = 0

(Тс(t))^/ = (5000/(57t² + 7600) + 0,003t² + 0,4)^/ = -5000*2*57*t/(57t² + 7600)² + 0,006t =

= (-570000t+ 0,006t*(57t² + 7600)²)/(57t² + 7600)² = t*(19,494t⁴ + 5198,4t² - 223440)/(57t² + + 7600)

(Тс (t))^/ =0, если t*(19,494t⁴ + 5198,4t² - 223440) = 0

t² = (-5198,4 + v5198,42² + 4*19,494*223440)/2*19,494

t² = 37,7

t = 6,1

4. Определим тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда.

Тж(t) = 5000/(57t² + 7600)

Тп(t) = 0,003t² + 0,4

t² = (Тп - 0,4)/0,003

Тж(Тп) = 125/(475Тп + 171)

¦Тж(Тп)^/¦ = 59375/(475Тп + 171)²

Вывод: при увеличении Tп Тж будет уменьшаться. Значит тип отдачи - убывающий.

3. Уровень технологии технологического процесса

Ограниченный вариант динамики трудозатрат обеспечивается рационалистическим развитием. Он связан с уменьшением затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда. путь рационалистического развития всегда предпочтительнее по сравнению с эволюционным и революционным развитием технологического процесса. Это связано с большими дополнительными затратами на научно-исследовательские работы при реализации эволюционного или революционного пути развития. Однако путь рационалистического развития принципиально ограничен, экономической целесообразностью реализации уже с позиции снижения функциональных технологических затрат.

Воспользуемся моделью рационалистического развития технологического процессе:

(3.1)

гдe L - производительность живого труда; В-технологическая вооруженность; У - уровень технологии.

Соотношение (3.1) представляет собой математическую модель закона рационалистического развития технологического процесса и справедливо для механизированных процессов. Для ручных процессов строгая функциональная связь между L и В отсутствует.

Все параметры в соотношении (3.1) являются функциями затрат живого и прошлого труда. В соответствии с этим выводятся единицы измерения названных параметров.

L = 1 / Тж (3.2)

B = Тп / Тж; (3.3)

и

У = (1 / Тж)*(1 / Тп) (3.4)

Уровень технологии является показателем качества технологического процесса и определяет его производительную способность (рассчитывается как произведение производительностей живого и прошлого труда). В то же время уровень технологии показывает, на сколько эффективно использование живого и прошлого труда технологическим процессом.

Дадим расчет параметров технологического процесса L, B, Y для момента времени t = 3 года, используя формулы (3.2), (3.3), (3.4):

L = (57*9 + 7600)/5000 = 1,6226

B = (0,003*9 + 0,4)*(57*9 + 7600)/5000 = 0,6928

У = ((57*9 + 7600)/5000)*(1/(0,003*9 + 0,4)) = 3,8

С целью упрощения определения границы рационалистического развития рекомендуется использовать понятие относительного уровня технологии:

У* = У/L = 1 / Тп (3.5)

У* = 1/(0,003*9 + 0,4) = 2,34

У*>L, это означает, что рационалистическое развитие целесообразно.

4. Структура технологического процесса

Структура технологического процесса строится по иерархическому принципу, т.е. низшие элементы структуры являются составной частью более высоких. Таким образом, технологический процесс состоит из технологических операций, которые, в свою очередь, подразделяются на технологические и вспомогательные переходы. Технологические же переходы включают рабочие и вспомогательные ходы.

Теперь дадим графическое изображение структуры технологического процесса.

Пооперационная структура технологического процесса перегонки нефти:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.1 Пооперационная структура технологического процесса

- предметные связи;

- временные связи

технология продукция сырье

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.2 Структура операции «каталитический крекинг»:

- предметные связи;

- временные связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.3 Структура технологического перехода

«физико-химическое превращение исходного сырья:

- предметные связи;

- временные связи

По характеру технологического цикла технологический процесс переработки нефти является непрерывным. Данный процесс характеризуется одновременным осуществлением и рабочих и вспомогательных действий (они совместны во времени, но разнесены в пространстве). Именно по этой причине такие процессы обладают наивысшей производительностью.

5. Анализ перспективных направлений развития технологического процесса

В настоящее время разрабатываются новые мероприятия по усовершенствованию технологического процесса переработки нефти. Учитываются такие важные факторы, как неоднородность состава нефти в зависимости от месторождения, достаточно большое количество отходов при переработке, недостаточно эффективное использование катализаторов, их быстрый износ, высокая энергоёмкость данного процесса, низкорентабельность переработки некоторых видов нефти и многое другое.

К решению данных проблем учёные подходят по-разному, на пример: ученые института органического катализа и электрохимии НАН РК разработали недорогой и эффективный способ переработки нефти с помощью универсального катализатора. Разработанный в институте высокоэффективный катализатор может применяться одновременно в 3-4 процессах переработки нефти, тогда как раньше использовались несколько катализаторов для каждого процесса.

Бензин и дизельное топливо, полученные с использованием данного катализатора, являются экологически чистой продукцией, соответствуют международным стандартам. Кроме того, дизельное топливо имеет низкую температуру застывания: от 30 до 40 градусов по Цельсию.

Ниже приведена перспективная технология для углубленной переработки тяжелой нефти и остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, позволяющая несколько усовершенствовать переработку «тяжёлой» нефти, которая занимает большую долю в структуре нефтяных запасов Урало-Поволжья - второго по значению после Западной Сибири нефтедобывающего региона России (например, в Татарстане «- свыше 35%, Пермской области - 58%, Удмуртии - 83%). Сырьевая база некоторых регионов, например, Ульяновской области полностью представлена тяжелыми высоковязкими нефтями. Запасы «тяжелой» нефти сосредоточены также в США (Калифорния), Канаде (западные месторождения), Мексике.

Описание технологии:

ТЕХНОЛОГИЯ «ТИРУС»

Переработка «тяжелой» нефти по классической схеме с целью получения топлива низкорентабельна, а в ряде случаев невозможна. Такая нефть содержит низкое количество «светлых» (топливных) фракций. На установках с классической схемой переработки возможен отбор этих фракций по отношению к нефти не более 25-30%. Высокое содержание серы и смолистых веществ сокращает ресурс оборудования нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ), затрудняет процесс транспортировки по трубопроводам.

Использование технологии ТИРУС, разработанной в ФГУП «ГНЦ РФ НИИАР» позволяет увеличить количество отбираемых топливных фракций более чем в 2 раза (до 65-75%). Таким образом, из «тяжелой» нефти можно произвести 20-30% масс. бензина, 40-50% масс. дизельного топлива, 20-30% масс. мазута, битума и других тяжелых товарных продуктов.

В основе новой технологии лежит способ разделения нефти с получением «легкой» - обогащенной «светлыми» фракциями - части нефти, так называемой, широкой фракции дистиллятов (ШФД). Технология базируется на совместном термомеханическом воздействии на исходный продукт, при этом значение температуры в рабочей камере (аппарате разделения) значительно меньше температуры обычного термического крекинга. В предлагаемой технологии реагенты не используются.

В начале процесса переработки нефть разделяют на две части: «легкую» (ШФД) и остаток разделения (ОР), содержащий смолы, асфальтены и большую часть примесей. В «легкой» части содержание серы уменьшается до 5 раз, а хлоридов - до 200 раз по сравнению с исходной нефтью. «Легкая» часть нефти далее перерабатывается известными классическими методами. Количество «легкой» части по отношению к нефти может достигать 75-80% и регулируется параметрами технологического процесса. При этом за счет термомеханической деструкции увеличивается количество отбираемых «светлых» фракций по отношению к их содержанию в нефти. Операции предварительной подготовки нефти (обезвоживание и обессоливание) могут отсутствовать. В аппарате разделения совмещены несколько технологических операций: разделение углеводородных фракций, термомеханический крекинг и обезвоживание. ОР используется как сырье для получения битума или других тяжелых товарных продуктов, а также как печное топливо, если содержание серы в исходном продукте невелико. Если использовать кубовый остаток (из тяжелой нефти получится около 70%) после классической АТ без технологии ТИРУС для производства битума, то половина из него уйдет в отходы. ОР с применением технологии ТИРУС (25-30%) - это безотходное сырье для битумного производства.

Комплекс переработки нефти по сравнению с полной классической схемой содержит меньшее количество оборудования. Удельные затраты энергии не выше, чем у крупных НПЗ, и составляют примерно 1 МДж на 1 кг нефти.

Предлагаемая технология легко встраивается в классический процесс нефтепереработки и может быть внедрена как при строительстве нового НПЗ, так и при модернизации существующего НПЗ для значительного увеличения глубины переработки нефти и остатков нефтеперерабатывающих производств. Технология может быть эффективно использована нефтедобывающими предприятиями, удаленными от НПЗ.

Технология может применяться не только для переработки «тяжелой» нефти, но и для переработки остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, а также отработанных машинных масел, застарелых мазутов и нефтешламов.

Таким образом, технология ТИРУС может представлять интерес для:

- производителей нефтепродуктов;

- разработчиков действующих и законсервированных месторождений «тяжелой» нефти.

Внедрение разработки позволит получить эффект за счет:

- активного вовлечения в переработку «тяжелой» нефти;

- увеличения более чем в 2 раза выхода «светлых» топливных фракций;

- снижения затрат на транспортировку сырья из-за уменьшения вязкости и плотности «тяжелой» нефти;

- снижения капитальных и эксплуатационных затрат вследствие увеличения ресурса оборудования НПЗ и совмещения технологических операций в одном аппарате.

Использование технологии ТИРУС позволит уменьшить воздействие НПЗ на окружающую среду и, соответственно, затраты на решение экологических проблем.

Основным препятствием для внедрения технологии является отсутствие инвестиционных средств.

На основании вышеизложенных фактов можно сделать вывод, что разрабатывается не кардинальное изменение рабочего хода, а улучшение вспомогательных действий, следовательно, наблюдается эволюционный путь развития, который, по моему мнению, сохраниться ещё некоторое время, так как основы переработки нефти - разделение на фракции путём перегонки и каталитического крекинга - приемлемы, экономически эффективны и позволяют в достаточной степени обеспечить потребителя необходимым сырьём.

Размещено на Allbest.ru