Промышленные установки нефти и газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

По дисциплине "Технология нефтегазопереработки"

На тему: Промышленные установки нефти и газа

Выполнил: Жанбатыров Ш.Б.

Проверила: Жусанова С.А.

Введение

Задачи нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Особенности развития нефтеперерабатывающей промышленности в мире

Курсовая работа посвящена физико-химическим свойствам и классификации нефти и нефтепродуктов, процессам подготовки нефти к переработке и технологии ее первичной переработки.

Курсовая работа базируется на знаниях студентов в области общей и неорганической химии, коллоидной химии, аналитической химии, физической химии, органической химии, процессов и аппаратов химической технологии, общей химической технологии, химии нефти и газа, а также ряда других фундаментальных, общеинженерных и социально-экономических дисциплин.

В данной курсовой работе изучается история развития нефтепереработки, основные районы добычи и переработки нефти в республике и за рубежом, роль нефти и газа в структуре топливно-энергетического баланса в республике и за рубежом, химическая природа и состав нефти и нефтяных газов, свойства нефти и нефтепродуктов (химические, физические, физико-химические и социальные показатели), классификация и товарные характеристики нефти и нефтепродуктов производственно-проектная оценка нефти и направление их переработки.

Использование нефтепродуктов с необоснованным запасом качества приводит к большим нерациональным расходам в нефтеперерабатывающей промышленности, а применение нефтепродуктов, не отвечающих требованиям эксплуатации - к снижению надежности и долговечности техники;

1. Общие сведения о перегонке и ректификации

С основными закономерностями процессов физической переработки нефти и газов, в частности, перегонки и ректификации, а также конструкцией и принципами работы их аппаратов студенты знакомятся в курсе Процессы и аппараты нефтепереработки. В этой связи ниже будут изложены лишь обобщающие сведения по теоретическим основам процессов, получивших в нефтепереработке наименование первичной (прямой) перегонки (переработки), подразумевая, что продукты этих головных на НПЗ процессов будут подвергаться далее вторичной (физической или химической) переработке с получением товарных нефтепродуктов или их компонентов.

Перегонка (дистилляция) -- это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), различающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам (или температуре) кипения. По способу проведения процесса различают простую и сложную перегонку.

Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением.

Перегонка с ностененным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непрерывным отводом и конденсацией образующихся паров. Этот способ перегонки нефти и нефтепродуктов в основном применяют в лабораторной практике при определении их фракционного состава.

При однократной перегонке жидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия нары однократно отделяются от жидкой фазы -- остатка. Этот способ, по сравнению с перегонкой с постепенным испарением, обеспечивает при одинаковых температуре и давлении большую долю отгона. Это важное его достоинство используют в практике нефтеперегонки для достижения максимального отбора паров при ограниченной температуре нагрева во избежание крекинга нефти.

Перегонка с многократным испарением заключается в последовательном повторении процесса однократной перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по отношению к остатку предыдущего процесса.

Из процессов сложной перегонки различают перегонку с дефлегмацией и перегонку с ректификацией.

Перегонка с ректификацией -- наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах -- ректификационных колоннах -- путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах) или ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия.

В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость -- высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, т. е. температуры потоков станут одинаковыми, и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей.

Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая -- нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока -- отгонной, или исчерпывающей секцией.

Различают простые и сложные колонны.

Простые колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сырья) на два продукта ректификат (дистиллят) -- выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток -- нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.

Четкость погоноразделения -- основной показатель эффективности работы ректификационных колонн, характеризует их разделительную способность. Она может быть выражена в случае бинарных смесей концентрацией целевого компонента в продукте.

Применительно к ректификации нефтяных смесей она обычно характеризуется групповой чистотой отбираемых фракций, т. е. долей компонентов, выкипающих по кривой ИТК до заданной температурной границы деления смеси в отобранных фракциях (дистиллятах или в остатке), а также отбором фракций от потенциала. Как косвенный показатель четкости (чистоты) разделения на практике часто используют такую характеристику, как налегание температур кипения соседних фракций в продукте. В промышленной практике обычно не предъявляют сверхвысоких требований по отношению к четкости погоноразделения, поскольку для получения сверхчистых компонентов или сверх узких фракций потребуются соответственно сверхбольшие капитальные и эксплуатационные затраты. В нефтепереработке, например, в качестве критерия достаточно высокой разделительной способности колонн перегонки нефти на топливные фракции считается налегание температур кипения соседних фракций в пределах 10-30°С.

Установлено, что на разделительную способность ректификационных колонн значительное влияние оказывают число контактных ступеней и соотношение потоков жидкой и паровой фаз. Для получения продуктов, отвечающих заданным требованиям, необходимо, наряду с другими параметрами ректификационной колонны (давление, температура, место ввода сырья и т. д.), иметь достаточное число тарелок (или высоту насадки) и соответствующее флегмовое и паровое числа.

Флегмовое число (R) характеризует соотношение жидкого и парового потоков в концентрационной части колонны.

В зависимости от конструкции и места расположения в колонне изменяется в пределах 0,3-0,9. На технико-экономические показатели и четкость погоноразделения ректификационной колонны, кроме ее разделительной способности, в значительной степени влияют физические свойства (молекулярная масса, плотность, температура кипения, летучесть и др.), компонентный состав, число (би- или многокомпонентный) и характер распределения (непрерывный, дискретный) компонентов перегоняемого сырья. В наиболее обобщенной форме разделительные свойства перегоняемого сырья принято выражать коэффициентом относительной летучести (аналогом коэффициенту разделения (селективности) в процессах экстракции).

Коэффициент а косвенно характеризует движущую силу процесса перегонки применительно к разделяемому сырью. Сырье, у которого а 1, значительно легче разделить на компоненты, чем при его значении, близком к единице.

Относительная летучесть зависит от давления и температуры, при которых находятся компоненты. С увеличением давления и температуры величина а снижается. Вблизи критической области значение коэффициента а приближается к единице.

2. Назначение установок первичной перегонки нефти

Современные ректификационные аппараты классифицируются в зависимости от их технологического назначения, давления, способа осуществления контакта между паром и жидкостью и внутреннего устройства, обеспечивающего этот контакт. По технологическому назначению на современных комбинированных установках АВТ ректификационные аппараты делятся на колонны атмосферной перегонки нефти, вакуумной перегонки мазута, стабилизации легких фракций, абсорбции жирных газов переработки нефти, вторичной перегонки широкой бензиновой фракции и др. По проводимому процессу различают следующие ректификационные колонны атмосферные, вакуумные, стабилизаторы и др. В зависимости от давления колонны делятся на вакуумные, атмосферные и работающие под давлением. В качестве контактного устройства в колоннах применяют тарелки. Часто эти колонны именуются тарельчатыми.

По способу контакта между паром (газом) и жидкостью все ректификационные аппараты на установках первичной перегонки нефти характеризуются непрерывной подачей обеих фаз. В технологии нефтепереработки к первичной перегонке относят процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. Их назначение состоит в разделении нефти на фракции для последующей переработки или использования как товарных нефтепродуктов.

Трубчатая печь -- это основной аппарат огневого нагрева нефтеперерабатывающих установок. Назначение трубчатой печи установок первичной перегонки нефти состоит в том, чтобы нагреть сырье до температуры, достаточной для испарения требуемых фракций при переходе нагретого сырья в испарительный аппарат (испаритель или ректификационную колонну). На установках термического крекинга в трубчатой печи сырье нагревается до требуемой температуры и выдерживается определенное время.

Первичная перегонка нефти (прямая гонка) --процесс переработки нефти, основанный на разделении смеси составляющих ее углеводородов методом фракционной разгонки (ректификации) на отдельные дистилляты (фракции) с определенными интервалами температур кипения. Прямой гонке подвергается вся добываемая нефть. В соответствии с назначением получаемых дистиллятов различают три варианта прямой гонки. К первичной перегонке относят процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. Их назначение состоит в разделении нефти на фракции для последующей их переработки или использования как товарных продуктов.

Первичную перегонку осуществляют в атмосферных трубчатых (АТ), вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках. Назначение процесса - разделение нефти на фракции для последующей переработки или использования в качестве товарной продукции.

Первичная перегонка осуществляется на атмосферных трубчатых (АТ) и атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках.

Установки АТ и АВТ часто комбинируются с установками обессоливания нефти (ЭЛОУ). В последнее время практикуется строительство установок первичной переработки нефти - установок типа АТ, так называемых мини-НПЗ, непосредственно на нефтепромыслах или на объектах, приближенных к ним. Основными продуктами переработки нефти на установках АТ являются широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), дизельная фракция и мазут. Однако при этом варианте переработки нефти значительная часть средних дистиллятных фракций используется нерационально. На наш взгляд, боковые побочные дистиллярные фракции (погоны, отгоны), получаемые при атмосферной перегонке нефти на установках АТ, целесообразно использовать в качестве исходных компонентов для получения жидкостей специального назначения, таких как антикоррозионная (консервационная) жидкость для скважин, эмульгатор обратных водонефтяных эмульсий и сами эмульсии для различных процессов нефтедобычи, а также топлива для судовых дизелей(судовые топлива).

В связи с тем, что вся технология переработки нефти (как первичная, так и вторичная) базируется на использовании разнообразных методов разделения сложных углеводородных смесей, в книгу помещен раздел, дающий краткие принципиальные сведения о таких процессах, как перегонка и ректификация, абсорбция, кристаллизация, экстракция, термодиффузия, адсорбция, хроматофафия и др. Эти сведения призваны дать общие представления о процессах разделения и облегчить усвоение последующего материала по всем разделам технологии нефти и газа.

Одна из глав посвящена описанию систем классификации нефтей и организации их унифицированных исследований. Там же приведена характеристика основных групп нефтепродуктов, получаемых из нефти и газа, - топлив, масел, парафинов, битумов, растворителей и т. д., их назначение, области применения, кратко рассмотрены способы их получения. Дается перечень определяющих для каждой группы физико-химических свойств и их значение для химмотологии

К процессам первичной перегонки нефти относятся атмосферная перегонка нефти и вакуумная перегонка мазута. Их назначение состоит в разделении нефти на фракции для последующей перегонки или использования как товарных продуктов. Эти процессы осуществляют на атмосферных трубчатках (АТ), вакуумных трубчатках (ВТ) или комбинированных атмосферно- вакуумных трубчатых установках (АВТ). Регулярный анализ качества факельного газа необходим также для случаев, когда он собирается в газгольдеры с последующей передачей на ГФУ или на сжигание под котлами специального назначения (высокое содержание сернистых соединений, ароматических или непредельных углеводородов, может повлиять на качество продуктов ГФУ или может вызвать коррозию оборудования котла и изменить состав дымовых газов).

Особенно важно контролировать количество и качество газа, сжигаемого на факеле на заводах, оснащенных установками большой мощности, так как выброс на них может быть большим. Так, на установке первичной перегонки нефти ЭЛОУ -- АВТ-6 расчетный выброс через предохранительный клапан только предварительного эвапоратора составляет 14 м /с.

Гораздо больше потери на нефтеперерабатывающих заводах в связи с неудовлетворительной работой блоков предварительного испарения, а также при стабилизации бензинов на установках первичной перегонки нефти. В результате неудовлетворительной работы этих узлов в газах и рефлюксах прямой перегонки нефти содержатся бензиновые фракции (до 20--40%), а в бензиновых дистиллятах содержатся растворенные газы(включая пропан и даже этан), которые затем безвозвратно теряются. Впродуктах перегонки нефти (бензине, рефлюксе и газе) имеет место такое распределение углеводородов Сг--С5, которое весьма затрудняет их дальнейший сбор и переработку. В результате этих потерь в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах лишь 15--20% сжиженных газов (Сз и С4) и не более 80% пентанов от потенциала в товарной нефти, поступающей на заводы, используются по прямому назначению. Если считать потенциал в пластовой нефти, то эти коэффициенты использования вдвое меньше.

В 1975--76 гг. исследовано защитное действие указанных ингибиторов в лабораторных условиях (гравиметрическим и электрохимическим методами) и на пилотной установке, моделирующей условия первичной перегонки нефти. Установлено, что по защитному действию ингибиторы не уступают ИКБ-2. Изучено побочное действие ингибиторов применительно к условиям использования на установках АТ и АВТ НПЗ. Установлено, что ингибиторы по содержанию смол, азота, по склонности к осадкообразованию находятся на уровне торговых зарубежных ингибиторов аналогичного назначения.

Основными продуктами нефти, получаемыми путем перегонки, являются бензин, керосин, смазочные масла и мазуты. Использование в промышленности первичных продуктов нефти-- легких фракций типа бензина и керосина -- не вызывает особых трудностей. Использование более тяжелых фракций нефти имеет свои специфические особенности. Смазочные масла различных марок, кроме своего основного назначения (смазки трущихся поверхностей частей механизмов), участвуют в отводе тепла, образовавшегося при трении. Нагретое масло необходимо охлаждать, чтобы оно не потеряло своих смазывающих способностей. Такое охлаждение производится при помощи специальных аппаратов теплообмена -- маслоохладителей. В качестве рабочих сред в маслоохладителях применяются охлаждаемая среда масла различных марок, охлаждающая среда -- пресная или морская вода.

В качестве сырья для каталитического риформинга обычно используют бензиновые фракции первичной перегонки нефти. В сырье риформинга могут вовлекаться после глубокой очистки бензины вторичных процессов (термического крекинга, коксования, каталитического и гидрокрекинга).

Фракционный состав сырья риформинга зависит от назначения процесса. Если целью процесса является получение аргенов (бензола, толуола, ксилолов).

В ряде случаев на установке для первичной перегонки нефти получают более широкую фракцию -- 62--180° С, а затем на установках для вторичной перегонки отбирают необходимые фракции. Можно, как уже отмечалось, подвергать каталитическому риформингу и эту широкую фракцию, как бы объединяя оба назначения процесса каталитического риформинга. В этом случае выделяют из получаемого риформинг-бензина бензол и толуол, а к остатку добавляют головную фракцию (н.к. -- 62°С) и высокооктановые добавки. Правда, этот вариант исключает возможность получения ксилолов из всего сырья, подвергнутого такой переработке.

Целью прямой (первичной) перегонки является разделение нефти на фракции, выкипающие при атмосферном давлении в определенных температурных пределах (из расчета получения топлив различного назначения) и остаток, используемый в соответствии с принятым направлением переработки данной нефти.

Электрообессоливание и первичная перегонка. Назначение. Удаление воды и солей из нефти, разделение нефти на фракции для последующей переработки или использования в качестве товарной продукции. Установка состоит из 2--3 блоков.

Ректификация используется для выделения необходимых определенных фракций прямогонных бензинов в зависимости от назначения процесса. При первичной перегонке нефти отбирают широкие бензиновые фракции с началом кипения 40-50°С и концом кипения 180-200°С. Дальнейшая подготовка сырья для производства высокооктановых компонентов бензина.

В качестве сырья для каталитического риформинга обычно используют бензиновые фракции первичной перегонки нефти. В сырье риформинга могут вовлекаться после глубокой очистки бензины вторичных процессов (термического крекинга, коксования, каталитического и гидрокрекинга). Фракционный состав сырья риформинга зависит от назначения процесса. Если целью процесса является получение аргентов (бензола, толуола, ксилолов), то используют фракции, содержащие углеводороды Се (62--85°С), С (85--105 0) и Са (105--140 С). Если процесс проводят с целью получения высокооктанового бензина, то сырьем служит фракция 85--180°С, соответствующая углеводородам Ст--Сэ.

Основным назначением каталитического крекинга является получение из малоценных фракций первичной перегонки нефти высококачественного автомобильного бензина с попутным расширением ресурсов фракций дизельного топлива и получением ценного газа -- сырья для химической переработки.

Подготовленная к переработке нефть поступает на первичную перегонку, назначение которой получить различные нефтяные фракции, выкипающие в заданных температурных пределах.

Как показано ранее, нефть представляет С06011 сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава.

Различают первичные и вторичные методы переработки нефти. К первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов. Ко вторичным методам относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов. Процессы деструктивной переработки нефти предназначены для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах, при прямой перегонке нефти.

3. Ассортимент получаемых продуктов и их применение

Нефтеперерабатывающая промышленность обеспечивает потребность народного хозяйства в горючих и смазочных материалах. Кроме того, нефть расходуется на производство битумов, электродного кокса, парафинов и нефтехимического сырья. Продукты переработки нефти могут быть условно разбиты на следующие группы, различающиеся по составу, свойствам и областям применения.

Классификация нефтепродуктов

До настоящего времени не существует общепринятой и стандартной классификации всех продуктов переработки нефти. Поиском других видов сырья пришлось заняться, когда области применения углеродных волокон и производство на их основе различных изделий значительно расширились. Особое внимание привлекли продукты переработки нефти и угля, и в частности, образующиеся в процессе высокотемпературного пиролиза так называемые пеки. Пек, как исходное сырье для получения углеродного волокна, выгодно отличается от ПАН и ГЦ высоким содержанием углерода и, соответственно, большим выходом(более 75 %) готового волокна.

Быстрые темпы роста автомобильного и тракторного парков,, перевод на тепловозную тягу железнодорожного транспорта, интенсивное развитие гражданской авиации, рост речного и морского транспорта требуют не менее быстрых темпов роста производства моторных нефтяных топлив. Самое широкое применение имеют различные виды масел и смазок, без чего невозможна нормальная эксплуатация машинного и станочного парков в различных отраслях народного хозяйства.

Природный и попутный газы, а также продукты переработки нефти являются сырьем для получения синтетического каучука, высших спиртов, искусственных волокон,, пластических масс, органических кислот, высокоэффективных моющих средств и т.д. Жилищное и дорожное строительство потребляют больше асфальтов и битумов. Углеводороды, входящие в состав автомобильных бензинов, полученных из продуктов переработки нефти, имеют весьма низкие температуры застывания [29]. Вследствие этого такие бензины застывают при температурах ниже -- 60 °С. Эти бензины отличаются пологими вязкостно температурными характеристиками [47], т. е. незначительным возрастанием вязкости даже при понижении температуры до минус 50-60 °С. Поэтому для оценки прокачиваемости нефтяных автомобильных бензинов в условиях их применения при низких температурах на наземной технике нет необходимости определять их температуры застывания, помутнения или начала кристаллизации.

Нефть как топливо получила широкое применение с тех пор, как в конце XIX века был изобретен двигатель внутреннего сгорания, работающий на продуктах переработки нефти. Чистые газообразные алканы Сг, Сз и С4 служат химическим сырьем, в частности, для получения алкенов, бутадиена, гало-гено- и нитропроизводных, кислородных соединений. Жидкие алканы, входящие в состав нефти, имеют ограниченное применение в органическом синтезе. Эти углеводороды, входят в состав бензина, керосина и других продуктов переработки нефти, используются, в первую очередь, как топливо. В последнее время в связи с дефицитом каменноугольного пека и его канцерогенностью ведут обширные исследовательские работы по изысканию новых видов связующих материалов.

На основании анализа результатов различных исследований по применению связующих веществ для производства окускованного топлива, в качестве объектов исследования выбраны следующие продукты переработки нефти. В связи с широким применением углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, в промышленности органического синтеза особое значение приобретают методы детального исследования этих продуктов, в первую очередь метод газовой хроматографии.

В их составе используются растительные масла и такие ценные для кожи природные продукты, как элеутерокок, женьшень облепиховое масло, прополис и ряд других, многие из которых за рубежом не нашли столь широкого применения. Ведутся работы по расширению ассортимента группы изделий в результате создания новых фотозащитных средств, увлажняющих препаратов, средств по уходу за телом, средств для мужчин. В отличие от зарубежных средств ухода за кожей, в составе которых используются преимущественно синтетические вещества, продукты переработки нефти, в нашей стране предусмотрено дальнейшее расширение использования ценнейшего природного сырья, липидов и восков растительного и животного происхождения, биологически активных веществ, источником получения которых может служить вторичное сырье, получаемое в производстве зерно-масличной промышленности при переработке древесной зелени, морских водорослей, отходов плодоовощного хозяйства и т. д.

Метод хромато масс спектрометрии играет значительно меньшую роль в анализе нефтей, продуктов переработки нефти и нефтехимии по сравнению с методами молекулярной масс спектрометрии, которая обеспечивает наиболее полную информацию о структурно групповом составе и молекулярно массовом распределений групп соединений в сложных смесях

Однако, уже сейчас намечается сдвиг в сторону более углубленного анализа состава нефтей и нефтепродуктов с применением ХМС анализа Четвертая группа включает топлива для газовых турбин. Газовые турбины находят все более широкое применение в технике как для транспортных средств (силовые установки кораблей, железнодорожных локомотивов и т. д.), так и для стационарных установок (привод крупных насосных агрегатов). Для их эксплуатации необходимы дешевые топлива, обеспеченные широкими ресурсами. Такими топливами являются тяжелые дистиллярные фракции прямой перегонки нефти и вторичных процессов, перспективно использование остаточных продуктов переработки нефти.

Чистые газообразные алканы Сг, Сз и С4 служат химическим сырьем, в частности, для получения алкенов, бутадиена, галогено и нитропроизводных, кислородных соединений. Жидкие алканы, входящие в состав нефти, имеют ограниченное применение в органическом синтезе. Эти углеводороды, водят в состав бензина, керосина и других продуктов переработки нефти, используются, в первую очередь, как топливо.

В последнее время в связи с дефицитом каменноугольного пека и его канцерогенностью ведут обширные исследовательские работы по изысканию новых видов связующих материалов. На основании анализа результатов различных исследований по применению связующих веществ для производства окускованного топлива [2--4] в качестве объектов исследования выбраны следующие продукты переработки нефти

В связи с широким применением углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, в промышленности органического синтеза особое значение приобретают методы детального исследования этих продуктов, в первую очередь метод газовой хроматографии.

В их составе используются растительные масла и такие ценные для кожи природные продукты, как элеутероккок, женьшень облепиховое масло, прополис и ряд других, многие из которых за рубежом не нашли столь широкого применения. Ведутся работы по расширению ассортиментаэтой группы изделий в результате создания новых фотозащитных средств, увлажняющих препаратов, средств по уходу за телом, средств для мужчин.

В отличие от зарубежных средств ухода за кожей, в составе которых используются преимущественно синтетические вещества, продукты переработки нефти, в нашей стране предусмотрено дальнейшее расширение использования ценнейшего природного сырья, липидов и восков растительного и животного происхождения, биологически активных веществ, источником получения которых может служить вторичное сырье, получаемое в производстве зфирно-масличной промышленности при переработке древесной зелени, морских водорослей, отходов плодоовощного хозяйства и т.д.

Метод хромато масс спектрометрии играет значительно меньшую роль в анализе нефтей, продуктов переработки нефти и нефтехимии по сравнению с методами молекулярной масс спектрометрии, которая обеспечивает наиболее полную информацию о структурно групповом составе и молекулярно массовом распределений групп соединений в сложных смесях Однако, уже сейчас намечается сдвиг в сторону более углубленного анализа состава нефтей и нефтепродуктов с применением ХМС анализа

Четвертая группа включает топлива для газовых турбин. Газовые турбины находят все более широкое применение в технике как для транспортных средств (силовые установки кораблей, железнодорожных локомотивов и т. д.), так и для стационарных установок (привод крупных насосных агрегатов). Для их эксплуатации необходимы дешевые топлива, обеспеченные широкими ресурсами. Такими топливами являются тяжелые дистилятные фракции прямой перегонки нефти и вторичных процессов, перспективно использование остаточных продуктов переработки нефти.

Наибольшее распространение в промышленности получили изоляционные материалы на основе битума. Эти материалы являются продуктами переработки нефти и каменного угля. В зависимости от вида агрессивной среды для изготовления изоляционных битумных материалов используются различные наполнители -- картоны, ткани, сетки и т. п. Наполнители могут быть как органического, так и неорганического происхождения. Ограничением применения битумных материалов является их низкая термоустойчивость.

Температура защищаемых битумными материалами объектов не должна превышать 30-50 °С.

Битумные материалы нестойки в органических растворителях, жирах и маслах. Битумные материалы принято делить на нефтяные битумы и каменноугольные дегти и пеки.

В настоящее время ацетилен как сырьевая основа органического синтеза все больше вытесняется за счет интенсивного применения продуктов переработки нефти -- алканов и алкенов.

Нефть служит сырьем для получения различных видов топлива, смазочных и специальных масел, консистентных смазок, искусственного каучука, различных лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, спиртов,

красителей и многих других веществ, крайне необходимых для развития многих отраслей народного хозяйства. Продукты переработки нефти находят применение также в пищевой промышленности. Основным инаиболее распространенным процессом переработки нефти является прямая или фракционная перегонка. Каждая фракция содержит в себе смесь углеводородов, более или менее сходных между собой по своим свойствам. Нефтяные продукты разделяют натри основных класса.

Во-вторых, в качестве топлив для всех видов техники щироко применяют продукты переработки нефти. Действительно, жидкие нефтяные топлива -- это ценный универсальный энергоноситель, удобный и при транспортировании и при применении, и потребность в нем всех отраслей народного хозяйства с каждым годом растет. Однако возможности расширения добычи нефти ограничены. Затраты же на извлечение каждой тонны нефти в настоящее время гораздо выше, чем эти затраты были десять лет назад. Растут и расходы на транспортирование и переработку нефти. Поэтому экономное, рациональное использование нефтепродуктов-- одно из главных направлений химмотологии.

Детонационная стойкость -- это важный показатель, по которому определяют необходимое соотношение компонентов в товарных бензинах. Высокая детонационная стойкость товарных бензинов достигается тремя основными способами. Первый -- использование в качестве базовых бензинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах. Второй способ предусматривает широкое использование высокооктановых компонентов, вовлекаемых в товарные бензины. Третий путь состоит в применении антидетонационных присадок. В настоящее время широко используют все три направления повышения детонационной стойкости бензинов.

Применение соответствующей смазки уменьшает трение, замедляет износ трущихся частей компрессора и сокращает расход энергии. Для смазки, компрессоров используют минеральные масла -- продукты переработки нефти, которые не должны значительно изменять свои свойства при высокой и низкой температурах.

Смазочные масла должны обладать надлежащей кинематической вязкостью, измеряемой при 4- 50° С в сантистоксах или в градусах Энглера. Температура вспышки масел должна быть возможно выше, а температура замерзания -- возможно ниже. В маслах не допускается содержание воды, кислот и твердых примесей -- песка и окалины, вызывающих повышенный износ деталей компрессора.

Автор надеется, что эта книга окажется полезной для специалистов, имеющих дело с применением топлив и смазочных масел, а также усилит интерес у исследователей, технологов и химиков к вопросам, связанным с извлечением и использованием неуглеводородных соединений, обнаруживаемых в продуктах переработки нефти.

Настоящий стандарт распространяется на нефтяные малосернистые коксы, получаемые методом замедленного коксования из остаточных продуктов переработки нефти и предназначенные для применения в алюминиевой, электродной и абразивной отраслях промышленности.

Хорошие результаты были получены лри применении водомаслорастворимых ингибиторов, например, сульфоната натрия. Дешевые массовые и перспективные ингибиторы -- нефтяные сульфонаты,нитрованные продукты переработки нефти -- должны найти самое широкое применение в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для защиты от коррозии оборудования.

И других свойств асфальтенов, выделенных из природных битумов разных месторождений и разной химической природы (битум асфальтового основания венесуэльского месторождения Боксан, битум нафтенового основания калифорнийского месторождения Медуэй, битум парафинового основания аравийского месторождения Сафоний) показали, что они резко различаются между собой и по составу, и по свойствам. Значительное различие в соотношении молекул асфальтенов с разными массами сильно сказывалось на их растворимости и реологических свойствах, на температурной зависимости вязкостных свойств. Эти свойства, наряду с адгезией к твердым минеральным материалам и погодостойкостью, имеют важное значение и учитываются в случае применения технических битумов в качестве дорожных покрытий, в производстве кровельных и гидроизоляционных материалов. Различия в элементном составе (прежде всего в отношении С/Н), молекулярных весах, растворимости и других свойствах асфальтенов, выделенных из остаточных продуктов переработки нефти, зависят в сильной степени от продолжительности высокотемпературной обработки нефти и нефтепродуктов и от реакционной среды (окислительной, восстановительной, нейтральной).

Процессы очистки и разделения нефтяных фракций с применением избирательных растворителей широко распространены. В зависимости от химической природы эти растворители растворяют одни и не растворяют другие компоненты очищаемого или разделяемого сырья.

Их применяют при производстве топлив, масел и твердых углеводородов, а также при разделении продуктов переработки нефти с целью получения сырья для нефтехимического синтеза, компонентов топлив и других продуктов(извлечения ароматических углеводородов из бензинов платформинга, газоконденсатов, бензинов прямой перегонки и др.). При очистке избирательными растворителями из очищаемого сырья удаляются следующие компоненты асфальтены, смолы, полициклические ароматические и нефте-ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями, непредельные углеводороды, серо- и азотсодержащие соединения, твердые парафиновые углеводороды.

БИИМ-1 (ТУ 38.4011004-94) -- битумная ингибированная изоляционная мастика, предназначена для защиты от коррозии и механических повреждений трубопроводного транспорта.

Мастика имеет широкий температурный диапазон применения -- от -20 до +70 °С, аб, влагостойка, обладает высокой защитной эффективностью при воздействии агрессивных сред, электролитов, воды и водяных паров. Расход мастики составляет 1-2 кг/м при толщине защитной изоляционной пленки0,8--1,5 мм. Мастику БИИМ-1 изготовляют на основе продуктов переработки нефти, маслорастворимых ингибиторов коррозии, кальциевых мыл, эластомеров. Наносят на обрабатываемую поверхность из расплава при температуре 120-150 °С.

В 1916 г. Бергиус построил первый экспериментальный завод вблизи Маннгейма однако до 1921 г. успехи были сравнительно незначительными. На этой установке угольную пасту гидрировали в горизонтальиы.х реакторах, в которых для предотвращения коррозии стальных стенок водородом при высоких давлениях и подвода необходимого тепла между внешней стенкой реактора и внутренней камерой циркулировал нагретыйазот, сжатый до давления реакции. Полученные на этой установке продукты содержали бензин, дизельное и котельное топливо. Свойства этих продуктов были сходны со свойствами смолы, образовавшейся при полукоксовании того же угля. Пределы кипения свойства масла мoжно было менять только в очень узких пределах, а полученные топлива по своим свойствам уступали продуктам переработки нефти. Присутствие в маслах, полученных гидрогенизацией угля, фенолов и азотистых оснований, являвшееся недостатком при применении их в качестве топлива.

В связи с широким применением в промышленности органического синтеза углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, особое значение приобретают методы детального исследования этих продуктов и в первую очередь методы газожидкостной хроматографии.

Широкое применение нефти и газа объясняется не только их преимуществами по сравнению с углем, но и их цепами.

В большинстве случаев потребитель может выбирать для стационарных установок оборудование, предназначаемое для использования нефти, газа или угля. Технически возможно дан е превращать уголь и газ в жидкие топлива, разумеется, если это оправдывается достаточно низкими ценами получаемых продуктов, обеспечивающими их успешную конкуренцию с продуктами переработки нефти. Следовательно, существуют сравнительно широкие возможности выбора различных топлив. Этот выбор в в каждом конкретном случае определяется такими факторами, как стоимость, различных видов топлив, стоимость оборудования, необходимого при работе на различных топливах, удобства, к. п. д. и рядом особых свойств.

В последние годы в результате исследований, выполненных Институтом автомобильной технологии и Бакинским нефтеперерабатывающим заводом им. А. Джапаридзе, выявлена новая область применения продуктов окисления петролатума, являющегося дешевым и недефицитным продуктом переработки нефти. В частности, разработан метод получения на основе окисленного петролатума безмасляного литейного крепителя Ц, оказавшегося по своим физико-химическим свойствам находящим заменителем растительных масел, которые до этого времени использовали в литейном производстве [6]. Крепитель П представляет собой раствор окисленного петролатума в уайт-спирите, содержание которого составляет 50--60%.

Переработкой природных углеводородных систем производят широкую гамму ценных продуктов, включая ароматические углеводороды, полимеры и высококачественные компоненты топлива. Наибольшее разнообразие полезных продуктов образуется в результате переработки нефти. В настоящее время на предприятиях топливно-нефтехимического профиля получают свыше 800 различных нефтепродуктов. Продукты переработки нефти можно разделить на следующие основные группы, отличающиеся по составу, свойствам и областям применения I -- жидкие топлива П -- нефтяные масла П1 -- пластичные смазки IV -- парафины и церезины V -- битумы и композиции на их основе VI -- технический углерод (сажа) VII --нефтяной кокс, VIII -- присадки к топливу.

Учитывая, что производство диалкилалкифосфинатов может быть организовано на основе продуктов переработки нефти, следует считать пх перспективными экстрагентами, которые со временем найдут широкое применение в химии п технологии. Уже сейчас их можно рекомендовать для испытаний в качестве эффективного заменителя трибутилфосфата.

Одним из ведущих направлений современной полимерной химииявляется синтез полимеров на основе этилена, пропилена и других олефино-вых углеводородов продуктов переработки нефти и природного газа. Успехи в синтезе нолиэтилена, полипропилена и других полиолефпнов неразрывно связаны с развитием наших знаний в области металоорганнческих катализаторов, благодаря которым при низких давлениях стало возможным получение полимеров регулярного строения.

Такие стереорегулярные полимеры отличаются высокой степенью кристалличности, прочностью, высокими температурами плавления. Применение новых катализаторов, в частности, позволяет производить синтетические каучуки, превосходящие по своему качеству натуральный каучук.

II часть посвящена масс-спектральным методам анализа. В настоящее время масс-спектрометрия стала, пожалуй, самым распространенным и универсальным аналитическим методом, в особенности после сочленения масс-спектрометра с хроматографом и создания хромато-масс-спектрометра с машинной записью и обработкой результатов по заданной программе. Работы, посвященные применению этого метода в том или ином виде, занимают основное место-в сборнике.

Описаны методики хромато-масс-спектрометрического исследования индивидуальных соединений и смесей олефиновинафтенов, основанные на использовании микрореактора гидрирования методики качественного и количественного анализа группового состава углеводородных и гетероатомных соединений нефтяных фракций, твердых горючих ископаемых, рассеянного органического вещества осадочного чехла продуктов переработки нефти и др. Рассмотрены конкретные методики анализа указанных продуктов с использованием ЭВМ. Разобран вопрос о точности предлагаемых методик группового-анализа. Приводится подробный разбор конкретных примеров с детальным анализом всех особенностей методов для получения первичной информации о химическом составе и сделаны выводы, демонстрирующие применимость предложенных методов для решения широкого круга химических и геохимических задач.

Газовые турбины могут успешно работать на газообразном топливе. Например, природный газ часто используют в качестве топшива для газовых турбин, установленных в местах получения и перекачки газа, в стационарных энергетических установках. Однако, как правило, газовые турбины работают на жидком углеводородном топливе, полученном при различных процессах переработки нефти. При этом стараются сделать турбину такой, чтобы она работала на самых тяжелых остаточных видах топлив -- продуктах вторичных процессов переработки нефти. Применение таких -дешевых топлив позволяет снизить стоимость энергии, получаемой на газовой турбине, даже при большом расходе топлива.

Антиокислительная стабилизация нефтепродуктов (интегральные и синтетические смазочные масла, топлива, спецжидкости и другие продукты переработки нефти) способствует сохранению их физико химических свойств при переработке, использовании и хранении. Среди известных направлений повышения антиокислительной стабильности нефтепродуктов перспективный, целесообразны является применение антиокислительных присадок.

Выбор в качестве сырья для такой схемы переработки легкого газойля каталитического крекинга с пределами выкипания от 180 до ЗвО С объясняется, во-первых, тем. что газойль такого фракционного состава является типовым продуктом переработки нефти и после зкстракциокного облагораживания в наибольшей степени удовлетворяет требованиям к дизельным топливам, во-вторых, при применении этого газойля удается практически полностью использовать для получения нафталина потенциал алкил-нафталинов, содержащихся в продуктах каталитического крекинга, а также при необходимости получать в процессе гидродеалкилирования фенантрен и антрацен. Кроме того, как показали исследования НИИ шинной промышленности, тяжелая хвостовая часть ароматического концентрата, получаемого из такого газойля, может с успехом использоваться для производства специальных высокоструктурных активных саж. Сочетание высоких требований, предт.являемых к сырью для производства высокоструктурных саж (легкий и узкий фракционный состав, высокая степень ароматизации), а также качеству сырья для термического гидродеалкилирования, делают целесообразным их получение из легкого газойля каталитического крекинга. Возможность одновременного получения нафталина, фенантрена и сырья для сажи позволяет осуществлять гибкую схему переработки легкого газойля каталитического крекинга путем широкого варьирования выходами этих ароматических продуктов.

Нефть и углеводородные газы являются универсальным сырьем для промышленности органического синтеза. Жидкие продукты переработки нефти в основном потребляются в качестве горючесмазочных материалов для двигателей и машин, область же непосредственного применения нефтяных газов ограничивалась до передаваемого времени их сжиганием в отопительных устройствах различного назначения.

Информация, получаемая при масс-спектральном анализе, достаточно полно характеризует состав продуктов переработки нефти и нефтехимического синтеза с точки зрения содержания в них типов соединений и их гомологического состава. Применение ЭB при обработке спектральных данных позволяет повысить экспрессность анализа и его информативность.

Широкое применение в промышленности органического синтеза углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, требует все более и более детального исследования этих продуктов. Индивидуальные углеводороды, содержащиеся в газах, получающихся в процессах переработки нефти, в бензинах и прямой гонки и бензинах вторичного происхождения являются прекрасным сырьем для нефтехимического синтеза. Определение углеводородного состава сложных продуктов даже с применением такого эффективного метода, каким является газо-жидкостная хроматография.

4. Способы разделения нефти на фракции

Основной принцип исследования химического состава нефти заключается в том, что, комбинируя разнообразные методы разделения веществ, достигают вначале постепенного упрощения состава отдельных фракций исходной нефти. Химическая природа и молекулярное строение отдельных компонентов нефти при этом не должны изменяться. Полученные фракции затем анализируются химическими, хроматографическими, спектральными и другими методами. В результате такого исследования в зависимости от молекулярной массы и сложности смеси в выделенных фракциях удается установить либо содержание отдельных индивидуальных веществ (при анализе газов и легких фракций до 150°С), либо содержание отдельных групп углеводородов или других компонентов нефти, либо относительное распределение структурных элементов в гибридных молекулах (в тяжелых фракциях нефти).

Для разделения нефти на более или менее однородные группы и фракции применяются самые разнообразные методы. К ним относятся перегонка, ректификация, адсорбция-десорбция, термо-диффузия, экстракция, кристаллизация, получение твердых комплексов и некоторые другие.

Ниже дается краткая характеристика способов разделения.

Перегонка. Простая перегонка не может дать удовлетворительного разделения жидкостей с близкими температурами кипения. Поэтому она применяется только для грубого разделения на широкие фракции. Так, при химическом групповом анализе бензины и керосины разделяются на стандартные фракции 60--95, 95--122, 122--150 °С и другие перегонкой с дефлегматором. Перегонка при температурах выше 200 °С проводится под вакуумом во избежание термического разложения высокомолекулярных углеводородов.

Четкость ректификации зависит, кроме того, от диаметра колонки и других конструктивных особенностей, а также от соблюдения адиабатичности по всей высоте колонки, т. е. от тщательности тепловой изоляции.

Эффективность лабораторных колонок принято оценивать числом теоретических тарелок в рабочих условиях (ЧТТ). В зависимости от состава перегоняемых смесей на практике используются колонки с ЧТТ от 20 до 150 и выше.

При лабораторной ректификации многокомпонентных смесей отбор фракции можно проводить через любые интервалы температур, вплоть до 0,5°С и получать таким образом узкие фракции с небольшим числом компонентов.

Молекулярная перегонка, или перегонка в глубоком вакууме. Этот вид перегонки предназначен для разделения наиболее высокомолекулярных веществ, которые при обычной вакуумной перегонке даже под разрежением до 13,3 Па разлагаются. Молекулярная перегонка проводится под очень низким давлением (0,133--0,0133 Па).

В таких условиях, т. е. почти в полной пустоте, молекулы исходной жидкости свободно испаряются с поверхности при температурах ниже их температуры кипения. Средняя длина пробега молекулы до столкновения ее с другими молекулами при таком вакууме достигает 1--5 см. Следовательно, если в приборе для перегонки расстояние между испарителем и конденсатором не будет превышать это значение, то возможен последовательный отбор конденсата.

Разделение высокомолекулярных нефтяных веществ на фракции при молекулярной перегонке происходит не по температурам кипения, а по молекулярной массе, так как давление их упругости паров пропорционально молекулярной массе. Разделительная способность этого метода фракционирования зависит от относительных скоростей испарения молекул, находящихся в исходном продукте.

Хроматография. Цвет установил, что при пропускании через столбик адсорбента экстрактов хлорофилла наблюдается образование окрашенных зон на адсорбенте, и показал возможность разделения смесей органических веществ. Поэтому свой метод Цвет и назвал адсорбционной хроматографией, т. е. разделением веществ на твердых адсорбентах по окраске. В настоящее время этот метод применяется при разделении самых разнообразных смесей, и чаще всего неокрашенных, но термин хроматография все же сохранился.