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

отделения бензиновой фракции. Колонна обогревается контактным методом с водяным паром. В данной схеме обозначен новый способ двухступенчатого охлаждения и конденсации. Бензиновая фракция с головы колонны проходит через аппарат воздушного охлаждения. Он состоит из трубки, по которой движется газ, и вентилятора, который нагнетает на них поток воздуха из окружающей среды. На второй ступени происходит классическая конденсация в кожухотрубчатом теплообменнике. Далее бензиновая фракция поступает в трехфазный сепаратор, на выходе из которого получаются газ, вода, бензин. Колонна также снабжена рециклом газойлевой фракции, избыток выводится из процесса.

Рисунок 4. Схема установки производства нефтяного пека: 1 – ректификационная колонна, 2 – вакуумная колонна, 3 – печь, 4 – холодильники, 5 – реактор, 6 – аппарат воздушного охлаждения (АВО), 7 – конденсатор, 8 – трехфазный сепаратор. Потоки: I – сырье, II – водяной пар, III – газ, IV – бензиновая фракция, V – легкий газойль, VI – тяжелый газойль, VII – пек, VIII – пек, пары газойля с водяным паром, IX – конденсат (вода)

С куба отводится отбензиненное сырье для процесса получения пека. В печи (3) осуществляется дополнительный нагрев до температуры реакции 360–420 °C. Затем сырье поступает в реактор, где происходят более глубокие процессы деструкции углеводородов, легкая фракция поступает назад в колонну, что и вызывает избыток бензиновой фракции и легкого газойля, который можно вывести как дополнительный продукт. Реактор также снабжен механической мешалкой для более стабильного и полного прохождения реакции.

После реакции из нижней части аппарата все поступает в вакуумную колонну, аналогичную колонне (1). Через нее происходит вывод легкого и тяжелого газойля, а снизу выводится остаток процесса в виде пека.

Сужение в кубе и голове колонны – частое решение при процессе вакуумной ректификации, что упрощает возможность создания пониженного давления, а также снижает вероятность коксообразования внизу колонны.

Стоит отметить, что выход пека с установок небольшой – около 35 %. Пек является по большей части остатком нефтяной промышленности, чем целевым компонентом. Главным же продуктом таких установок, связанных с получением пека, можно назвать газойль, его выход – 40 %.

Также можно выделить и еще один способ получения пека, который был разработан в Японии и получил название Evreka. Этот процесс включает в себя применение водяного пара, увеличив температуру которого до 600 °C, доводят температуру сырья до 500 °C. Данный процесс представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема термокрекинга гудрона с перегретым водяным паром компании Kureha: 1 – ректификационная колонна, 2 – печь, 3 – реакторы периодического действия, 4 – трехходовой переключатель, 5 – емкость сбора реакционной массы, 6 – нагреватель, 7 – холодильник-конденсатор, 8 – бочка-сепаратор, 9 – колонна отпарки остатков. Потоки: I – гудрон, II – водяной пар, III – пек, IV – бензиновая фракция, V – тяжелый газойль, VI – сточные воды на очистку, VII – газ, VIII – сероводород

Этот процесс – полупериодический. Гудрон проходит стадию ректификации в колонне, где кубом отходит тяжелый остаток процесса и после дополнительного нагрева в печи попадает в реактор. После заполнения реактора переключается трехходовой клапан во втором реакторе. Таким образом, реакторы работают по очереди, позволяя непрерывно перерабатывать сырье и избегать проблемы складирования гудрона.

С головы колонны отводится бензиновая фракция, которая конденсируется в первом по выходу из колонны сепараторе. Второй сепаратор в данной технологии применяется для разделения углеводородного газа и сероводородного (кислого) газа.

Пар предварительно нагревается в теплообменнике (6). Как правило, для таких высоких температур используются либо углеводородные фракции из других установок (рекуперация тепла заводом), либо печной нагрев горелками. После этого пар поступает в реакторы, из нижней части которых через емкость сбора (5) (или, по-другому, буферная емкость) выходит готовый пек с высокой температурой размягчения.

Использование чистого нефтяного пека, по наблюдениям специалистов, имеет свои преимущества, так как в нем содержится в три раза меньше бензапирена по сравнению с каменноугольным. В компаниях R&D Carbon и Roger Marzin разработана технология получения нефтяного пека со связующими свойствами, близкими к свойствам каменноугольного пека. Полученные по такой технологии пеки использовались для приготовления обожженных анодов.

Имеются свидетельства об использовании нефтяного пека на российских предприятиях. Он характеризуется более низкой конденсированностью и наличием большого числа алкильных цепочек в бензольных кольцах. Это обусловливает низкий выход коксового остатка и низкое содержание α- и α1-фракций, что ухудшает связующие свойства нефтяных пеков. Возникают затруднения при их использовании из-за повышенной вязкости, неудовлетворительного смачивания кокса, усадки, повышенного выделения летучих веществ. Получаемые электроды, как правило, отличаются низкой плотностью и механической прочностью, высокой газопроницаемостью. По этой причине полная замена каменноугольного пека нефтяным невозможна. В научных работах и некоторых патентах показано, что добавление до 40 % нефтяного пека к высокотемпературному каменноугольному позволяет получать связующий пек электродного качества.

Производство сажи

Другим термическим процессом является получение технического углерода, или, другими словами, сажи, наиболее понятного для обывателя продукта всей нефтеперерабатывающей промышленности. Сажа – аллотропная модификация углерода, представляющая собой мелкодисперсную пыль. Рассмотрим, что такое аллотропная модификация.

Смысл процесса выглядит гораздо проще, чем его название. Графитовый стержень, сажа и алмаз – все это разные формы чистого углерода, главное отличие в том, что атомы углерода по-разному расположены относительно друг друга. Карбин – прямая цепь углерода. Графит – несколько полотен из шестиугольников, которые, как соты в улье, соединены друг с другом. Алмаз – сформированная пирамида из шестиугольников. Фуллерен – большая сфера из пятиугольников. Сажа – хаотично расположенный углерод.

Сажа, полученная при переработке нефти, и сажа, полученная от сгорания дров, фактически одно и то же вещество, только в нефтяной могут присутствовать примеси галогенов и остатки металлов. Однако на производстве стараются избегать открытого огня, поэтому остатки нефти подвергаются термическому разложению – пиролизу. Иногда происходит реакция термоокислительного разложения.

Расцвет производства канального техуглерода пришелся на послевоенное время. Завершение Великой Отечественной войны означало для Ухты новый этап ее развития и наращивание объемов добычи нефти и газа. Стали возвращаться люди, выделялись значительные по тем временам капвложения, и, самое главное, были видны серьезные перспективы.

Получить технический углерод можно двумя вариантами:

– расположение углеводорода на сажу (чистый углерод) и водород:

– неполное сжигание углеводородов, например метана:

Существуют три основных типа производства сажи:

– печной – когда жидкое сырье подают в поток газов полного сгорания, процесс непрерывный и происходит в цилиндрических реакторах;

– термический – газ в смеси с воздухом сгорает в