Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

Часто установка АВТ представляет не просто две колонны, а три. Дополнительная колонна служит для отделения газа, входящего в состав нефти, что помогает разгрузить последующее оборудование, а также этот дополнительный «стрипинг» оказывает позитивное влияние на качество газа.

Однако не только оборудование может улучшаться, но и сам процесс. Рассмотрим некоторые технологические изменения.

Снижение давления в основной колонне обеспечит более эффективное разделение продуктов, так как различные фракции требуют разных условий испарения при перегонке. При этом возможно снижение потребления перегретого пара, что снизит затраты на энергию, а использование умеренного вакуума вместо него поможет добиться экономии тепла на 3–5 %.

Также важно учитывать, что понижение давления необходимо проводить с учетом технологических особенностей и требований к качеству продукции. Все изменения в технологическом процессе должны быть осуществлены с оценкой их влияния на соответствующие показатели качества и экономические результаты производства.

Если говорить про температуру, то при увеличении температуры куба колонны увеличится доля светлых фракций, но снизится их качество. При этом кубовый продукт станет более чистым, что поспособствует эффективной переработке на следующих этапах.

В этом случае стоит учитывать исходный состав нефти и конечные цели переработки. Если ключевым продуктом является бензин, то стоит сфокусировать свое внимание на чистоте легких фракций, а не на их количестве. Потому как в той же полимерной промышленности требуются легкие фракции, при этом их доля от всей продукции завода может не превышать 5 %.

Упомянуть стоит и такие факторы, как количество подаваемого орошения (флегмовое число), количество тарелок, глубина вакуума, вид хладагента или горячего теплоносителя, используемого в теплообменном оборудовании, конструкционное исполнение оборудования. На НПЗ часто применяется пар. Но иногда лучше использовать подогретую фракцию (допустим, битум) или легкие фракции конденсировать не с помощью теплообменников, а аппаратами воздушного охлаждения, представляющими собой вентилятор, направляющий поток воздуха на трубы.

Подытоживая, можно сказать, что схемы фракционирования нефти широко применяются в нефтеперерабатывающей промышленности для получения различных нефтепродуктов. В зависимости от состава и качества изначальной нефти и требований к итоговым продуктам могут использоваться различные схемы фракционирования, которые включают отбензинивание, эвапорацию, атмосферную или вакуумную перегонку и т. д. Кроме того, многие процессы могут быть модифицированы для улучшения технических показателей и повышения выхода нефтепродуктов.

Развивающиеся требования к нефтепродуктам и переработке нефти в современной нефтеперерабатывающей промышленности увеличивают потребность в структурных изменениях в схемах первичной перегонки нефти.

Глава 5. Термические процессы

Установка ЭЛОУ-АВТ, безусловно, является одним из основных узлов переработки нефти и обязана присутствовать на каждом нефтеперерабатывающем заводе. Однако существуют и другие процессы, превращающие нефтяные фракции в готовый для применения продукт. Они помогают улучшить определенные качества фракций для более эффективного потребления, что благотворно влияет на экологию.

Например, машину можно заправить бензином, полученным с атмосферной колонны, даже можно заправить чистой нефтью с мест добычи. Но расход будет очень большим, повысится количество вредных выбросов, ускорится износ двигателя и прочих систем подачи топлива в автомобиле. Поэтому Д. И. Менделеев, утверждавший, что топить печи нефтью – все равно что топить их ассигнациями, был совершенно прав.

Для более рационального использования нефтепродуктов переработку нефти сделали многоступенчатой. Помимо атмосферно-вакуумной ректификации, нефть подвергают термическим, термокаталитическим и термогидрокаталитическим процессам. Применение этих процессов на практике способствует дополнительному получению светлых фракций (до 35 %), повышению антидетонационных свойств бензина, снижению содержания серы в дизеле и созданию более стабильного ракетного топлива.

Рассмотрим термические процессы переработки. К ним можно отнести: крекинг под давлением, висбрекинг, коксование, пиролиз, производство пека и сажи. В отдельную группу выделяют битумное производство, но тут стоит сразу оговориться, что в этих процессах ключевую роль занимает кислород.

Как мы уже говорили, нефть – это смесь различных углеводородов разных классов. Фракции приближены к этому определению, только с той оговоркой, что классы и ряды углеводородов весьма ограниченны. Т. е. если нефть может содержать углеводороды от С3 (пропан) до С120 (твердые парафины), то в бензиновой фракции вряд ли обнаружатся углероды выше С15. Тем не менее фракции первичной нефти тоже состоят из большого числа индивидуальных компонентов, что усложняет термические процессы.

Предсказать судьбу каждого компонента в них пока не представляется возможным. Поэтому эффективность таких процессов определяется по целевому продукту, который хотим получить. Рассмотрим превращения, которым подвергаются фракции при термической обработке.

1. Превращения предельных углеводородов (алканов)

Алканы – это углеводороды, которые имеют общую формулу СnH2n+2. Первым алканом является известный газ – метан СН3. Алканов бесконечное множество. Первые четыре (метан, этан, пропан и бутан) представляют собой газ; с С5Н12 (пентан) до С15Н32 (пентадекан) – уже жидкость; все остальные являются твердыми веществами, в быту называемые парафинами.

В термических процессах алканы склонны разрушать связь внутри молекул и формировать новые соединения с меньшим количеством атомов углерода, но в отсутствие дополнительно поступающего водорода, такой разрыв связи С – С приводит к образованию нового алкана и алкена.

Для более простого понимания представим общую и частную химическую реакцию данного процесса:

Общий вид, где n, m, q – индексы, обозначающие число атомов (n – индекс исходного алкана, m – индекс нового алкена, q – индекс нового алкана), сумма m и q равна n.

Частная реакция разрушения эйкозана на декен и декан.

Разрушаться алканы могут не только по связям между углеродами, но и по связям углерода и водорода С – Н. Такие реакции называются дегидрированием и служат для получения алкенов – углеводородов, имеющих двойную связь между атомами углерода С=С:

Общий вид реакции дегидрирования.

Но стоит напомнить, что процессы переработки нефти непрерывны, поэтому реакции разрыва молекул имеют цепной характер, что позволяет получать из парафиновых углеродов те же бензиновые фракции.

Путь, по которому пойдет процесс разрушения алканов, определяется параметрами процесса: при высокой температуре и низком давлении реакция преимущественно протекает в конце цепи по связи С – С; повышение давления смещает равновесие к середине углеродной цепи, что увеличивает выход жидких углеводородов.

2. Превращение непредельных углеводородов (алкенов)

Алкены – важнейший продукт и сырье в химии, они получаются в термических реакциях и применяются в дальнейшем для получения прочих непредельных углеводородов (олефинов), а также участвуют в реакциях полимеризации для получения высокомолекулярных соединений (пластмасс, лекарств, одежды и т. д.).

Так же, как и у алканов, термический распад олефинов проходит по связям С – С и С – Н. Выходом продуктов таких реакций являются диолефины,