Nafta i naftni derivati, njihova primjena

Ulje je uljasta tekućina žute ili svijetlosmeđe do crne boje karakterističnog neugodnog mirisa. Ulje je lakše od vode i netopivo u njoj. Nalazi se na mnogim mjestima diljem svijeta, infiltrirajući se u porozne stijene na različitim dubinama.

Nafta ima nevjerojatnu sposobnost stvaranja najtanjih slojeva na površini vode: za pokrivanje 1 km 2 mikronskim filmom potrebno je samo 10 litara nafte.

Onečišćenje vodnih tijela naftom i naftnim derivatima uzrokuje veliku štetu.

Spoj:

Nafta je mješavina plinovitih, tekućih i krutih ugljikovodika. Osim ugljikovodika, nafta sadrži i male količine organskih spojeva koji sadrže O, N, S itd. Postoje i visokomolekularni spojevi u obliku smola i asfaltnih tvari.

(više od 100 razne veze)

Sastav nafte također ovisi o polju. Ali svi obično sadrže tri vrste ugljikovodika:

- parafini, uglavnom normalnog spoja,

- cikloparafini,

-aromatski ugljikovodici.

Prema većini znanstvenika, nafta je geokemijski izmijenjeni ostatak biljaka i životinja koje su nekada nastanjivale zemaljsku kuglu. Ovaj teorija organskog podrijetla nafte u prilog tome govori činjenica da ulje sadrži neke dušične tvari – produkte razgradnje tvari prisutnih u biljnim tkivima. Postoje također teorije o anorganskom podrijetlu nafte: njegovo formiranje kao rezultat djelovanja vode u debljini kugle na vruće metalne karbide (spojevi metala s ugljikom), nakon čega slijedi promjena u nastalim ugljikovodicima pod utjecajem visoke temperature, visokog tlaka, izloženosti metalima , zrak, vodik itd.
Prilikom vađenja iz naftonosnih formacija koje leže u zemljinoj kori, ponekad na dubini od nekoliko kilometara, nafta ili izlazi na površinu pod pritiskom plinova koji se nalaze na njoj, ili se ispumpava pumpama.

Naftna industrija danas je veliki nacionalni gospodarski kompleks koji živi i razvija se prema vlastitim zakonima. Što nafta danas znači za nacionalnu ekonomiju zemlje? Nafta je sirovina za petrokemiju u proizvodnji sintetičkog kaučuka, alkohola, polietilena, polipropilena, širokog spektra raznih plastičnih masa i gotovih proizvoda od njih, umjetnih tkanina; izvor za proizvodnju motornih goriva (benzin, kerozin, dizel i mlazna goriva), ulja i maziva, kao i kotlovskog i ložišnog goriva (mazut), građevinskih materijala (bitumen, katran, asfalt); sirovine za proizvodnju niza proteinskih pripravaka koji se koriste kao dodaci hrani za stoku za poticanje rasta.
Nafta je naše nacionalno bogatstvo, izvor moći zemlje, temelj njezine ekonomije. Ruski naftni kompleks uključuje 148 tisuća naftnih bušotina, 48,3 tisuće km magistralnih naftovoda, 28 rafinerija nafte ukupnog kapaciteta više od 300 milijuna tona nafte godišnje, kao i veliki broj drugih proizvodnih pogona.
Poduzeća naftne industrije i njenih uslužnih djelatnosti zapošljavaju oko 900 tisuća radnika, uključujući oko 20 tisuća ljudi u području znanosti i znanstvenih usluga. Tijekom proteklih desetljeća dogodile su se temeljne promjene u strukturi industrije goriva, povezane sa smanjenjem udjela industrije ugljena i rastom proizvodnje i prerade nafte i plina. Ako su 1940. godine iznosili 20,5%, onda su 1984. godine činili 75,3% ukupne proizvodnje mineralnog goriva. Sada u prvi plan dolaze prirodni plin i površinski ugljen. Smanit će se potrošnja nafte u energetske svrhe, naprotiv, proširit će se njezina uporaba kao kemijske sirovine. Trenutno u strukturi goriva i energetske bilance nafta i plin čine 74%, dok se udio nafte smanjuje, a udio plina raste i iznosi oko 41%. Udio ugljena je 20%, preostalih 6% dolazi iz električne energije.

Primarna prerada nafte

Braća Dubinin prva su započela preradu nafte na Kavkazu. Primarna prerada ulja uključuje njegovu destilaciju. Destilacija se provodi u rafinerijama nafte nakon odvajanja naftnih plinova. Ulje se zagrijava u cjevastoj peći na 350 C, nastale pare se uvode u destilacijski stupac odozdo. Destilacijski stupac ima vodoravne pregrade s rupama – pločama.

Iz nafte se izoliraju različiti proizvodi od velike praktične važnosti. Najprije se iz njega uklanjaju otopljeni plinoviti ugljikovodici (uglavnom metan). Nakon destilacije hlapivih ugljikovodika, ulje se zagrijava. Ugljikovodici s malim brojem ugljikovih atoma u molekuli i relativno niskim vrelištem prvi prelaze u stanje pare i destiliraju se. Kako se temperatura smjese povećava, destiliraju se ugljikovodici s višim vrelištem. Na taj način se mogu skupljati pojedinačne mješavine (frakcije) ulja. Najčešće se ovom destilacijom dobivaju četiri hlapljive frakcije, koje se zatim dalje odvajaju.

Glavne frakcije ulja su sljedeće:

Benzinska frakcija, prikupljen od 40 do 200 °C, sadrži ugljikovodike od C 5 H 12 do C 11 H 24. Daljnjom destilacijom izolirane frakcije dobivamo benzin (t kip = 40–70 °C), benzin
(t kip = 70–120 °C) – zrakoplovstvo, automobilizam itd.
Nafta frakcija, prikupljen u rasponu od 150 do 250 ° C, sadrži ugljikovodike od C 8 H 18 do C 14 H 30. Nafta se koristi kao gorivo za traktore. Velike količine nafte prerađuju se u benzin.
Kerozinska frakcija uključuje ugljikovodike od C 12 H 26 do C 18 H 38 s vrelištem od 180 do 300 ° C. Kerozin se nakon pročišćavanja koristi kao gorivo za traktore, mlažnjake i rakete.
Frakcija plinskog ulja (t kip > 275 °C), drugačije nazvan dizel gorivo.
Ostatak nakon destilacije ulja – lož ulje– sadrži ugljikovodike s velikim brojem ugljikovih atoma (do nekoliko desetaka) u molekuli. Lož ulje se također razdvaja na frakcije destilacijom pod sniženim tlakom kako bi se izbjeglo raspadanje. Kao rezultat dobivamo solarna ulja(dizel gorivo), ulja za podmazivanje(automobili, zrakoplovstvo, industrija itd.), vazelin(tehnički vazelin koristi se za podmazivanje metalnih proizvoda radi zaštite od korozije; pročišćeni vazelin koristi se kao baza za kozmetiku i u medicini). Od nekih vrsta ulja dobiva se parafin(za proizvodnju šibica, svijeća i sl.). Nakon destilacije hlapljivih komponenti iz loživog ulja, ono što ostaje je katran. Ima široku primjenu u cestogradnji. Osim za preradu u maziva ulja, loživo ulje se koristi i kao tekuće gorivo u kotlovnicama.

Toplinsko i katalitičko krekiranje. reformiranje –

recikliranje ulja

Benzin dobiven preradom nafte nije dovoljan da pokrije sve potrebe. U najboljem slučaju, do 20% benzina može se dobiti iz nafte, ostalo su proizvodi visokog vrelišta. U tom smislu, kemija se suočila sa zadatkom pronalaska načina za proizvodnju benzina u velikim količinama. Prikladan način pronađen je korištenjem teorije strukture organskih spojeva koju je stvorio A.M. Butlerov. Proizvodi destilacije ulja visokog vrelišta nisu prikladni za upotrebu kao motorno gorivo. Njihovo visoko vrelište posljedica je činjenice da su molekule takvih ugljikovodika predugi lanci. Kada se razgrade velike molekule koje sadrže do 18 atoma ugljika, dobivaju se proizvodi niskog vrelišta kao što je benzin. Tim je putem slijedio ruski inženjer V.G.Shukhov koji je 1891. razvio metoda cijepanja složenih ugljikovodika , kasnije nazvan pucanje(što znači razdvajanje).

Suština krekiranja je da se velike molekule ugljikovodika prilikom zagrijavanja cijepaju na manje, uključujući i molekule koje čine benzin. Tipično, cijepanje se događa približno u središtu ugljikovog lanca duž C-C veze, na primjer:

C 16 H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16

heksadekan oktan okten

Međutim, druge C-C veze također mogu biti prekinute. Stoga krekiranje proizvodi složenu smjesu tekućih alkana i alkena.

Nastale tvari mogu se dalje djelomično razgraditi, na primjer:

C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8

oktan butan buten

C 4 H 10 → C 2 H 6 + C 2 H 4

butan etan etilen

Ovaj proces, koji se provodi na temperaturi od oko 470°C - 550°C i niskom tlaku, naziva se toplinsko pucanje. Frakcije ulja s visokim vrelištem, poput loživog ulja, obično se podvrgavaju ovom procesu. Proces se odvija sporo, a nastaju ugljikovodici s nerazgranatim lancem ugljikovih atoma.

Benzin dobiven termičkim krekiranjem je niske kvalitete, nije stabilan tijekom skladištenja i lako oksidira, što je posljedica prisutnosti nezasićenih ugljikovodika u njemu. Međutim, otpornost na detonaciju (otpornost na eksploziju, karakterizirana oktanskim brojem) takvog benzina veća je od one čistog destiliranog benzina zbog visokog sadržaja nezasićenih ugljikovodika. Kada se koriste, benzinu se moraju dodati antioksidansi kako bi zaštitili motor.

Radikalno poboljšanje krekiranja bilo je uvođenje procesa u praksu katalitičko krekiranje . Ovaj proces prvi je proveo 1918. godine N.D. Zelinsky.

Katalitički krekiranje omogućio je proizvodnju zrakoplovnog benzina u velikim razmjerima.

Provodi se u prisutnosti katalizatora (aluminosilikati: smjesa aluminijevog oksida i silicijevog oksida) pri temperaturi od 450 - 500 °C i atmosferskom tlaku. Obično se dizelska frakcija podvrgava katalitičkom krekiranju. Katalitičkim krekiranjem, koje se provodi velikom brzinom, proizvodi se kvalitetniji benzin od termičkog krekiranja. To je zbog činjenice da se uz reakcije cijepanja javljaju i reakcije izomerizacije alkana normalne strukture.

Osim toga, stvara se mali postotak aromatskih ugljikovodika koji poboljšavaju kvalitetu benzina.

Katalitički krekirani benzin stabilniji je tijekom skladištenja jer sadrži značajno manje nezasićenih ugljikovodika u usporedbi s termički krekiranim benzinom, a ima čak i veću otpornost na detonaciju od termički krekiranog benzina.

Dakle, visoka kvaliteta benzina proizvedenog katalitičkim krekiranjem osigurana je prisutnošću razgranate strukture ugljikovodika i aromatskih ugljikovodika u njegovom sastavu.

Glavni način prerade naftnih frakcija su razne vrste krekiranja. Prvi put (1871. – 1878.) krekiranje nafte u laboratorijskim i poluindustrijskim razmjerima proveo je A.A. Letny, zaposlenik Tehnološkog instituta u Sankt Peterburgu. Prvi patent za postrojenje za krekiranje podnio je Šuhov 1891. Krekiranje je postalo rašireno u industriji od 1920-ih.
Krekiranje je toplinska razgradnja ugljikovodika i drugih komponenti nafte.Što je viša temperatura, veća je stopa krekiranja i veći je prinos plinova i aromatskih ugljikovodika.
Krekiranjem naftnih frakcija, osim tekućih proizvoda, nastaje primarna sirovina - plinovi koji sadrže nezasićene ugljikovodike (olefine).
Razlikuju se sljedeće glavne vrste pucanja:
tekuća faza(20–60 atm, 430–550 °C), proizvodi nezasićeni i zasićeni benzin, prinos benzina je oko 50%, plinova 10%;
parna faza(običan ili sniženi tlak, 600 °C), daje nezasićeni aromatski benzin, iskorištenje je manje nego kod krekiranja tekuće faze, stvara se velika količina plinova;
piroliza ulje - razgradnja organskih tvari bez pristupa zraka na visokoj temperaturi (obični ili sniženi tlak, 650–700 ° C), proizvodi smjesu aromatskih ugljikovodika (pirobenzen), prinos je oko 15%, više od polovice sirovina je pretvoren u plinove;
destruktivno hidrogeniranje (tlak vodika 200–250 atm, 300–400 °C u prisutnosti katalizatora - željeza, nikla, volframa itd.), daje vrhunski benzin s prinosom do 90%;
katalitičko krekiranje (300–500 °C u prisutnosti katalizatora - AlCl 3, aluminosilikati, MoS 3, Cr 2 O 3 itd.), proizvodi plinovite proizvode i visokokvalitetni benzin s prevladavanjem aromatskih i zasićenih ugljikovodika izostrukture.

U tehnologiji, tzv katalitički reforming – pretvorba niskokvalitetnih benzina u visokokvalitetne visokooktanske benzine ili aromatske ugljikovodike.

Glavne reakcije u krekiranju su cijepanje ugljikovodičnih lanaca, izomerizacija i ciklizacija. Slobodni ugljikovodični radikali igraju veliku ulogu u tim procesima.

Proizvodnja koksa
te problem dobivanja tekućeg goriva

Rezerve ugljen u prirodi znatno premašuju rezerve nafte. Stoga je ugljen najvažnija vrsta sirovine za kemijsku industriju.
Trenutno industrija koristi nekoliko načina prerade ugljena: suhu destilaciju (koksiranje, polukoksiranje), hidrogenaciju, nepotpuno izgaranje i proizvodnju kalcijevog karbida.

Suha destilacija ugljena koristi se za proizvodnju koksa u metalurgiji ili kućnog plina. Ugljen za koksiranje proizvodi koks, katran, katransku vodu i plinove za koksiranje.
Katran sadrži veliki izbor aromatskih i drugih organskih spojeva. Destilacijom pri normalnom tlaku dijeli se na nekoliko frakcija. Iz ugljenog katrana dobivaju se aromatski ugljikovodici, fenoli itd.
Plinovi za koksiranje sadrže pretežno metan, etilen, vodik i ugljikov monoksid (II). Djelomično se spaljuju, a djelomično recikliraju.
Hidrogeniranje ugljena provodi se na 400-600 °C pod tlakom vodika do 250 atm u prisutnosti katalizatora - željeznih oksida. Ovo proizvodi tekuću smjesu ugljikovodika, koji se obično hidrogeniraju preko nikla ili drugih katalizatora. Niskokvalitetni smeđi ugljen može se hidrogenirati.

Kalcijev karbid CaC 2 dobiva se iz ugljena (koks, antracit) i vapna. Naknadno se pretvara u acetilen, koji se u sve većoj mjeri koristi u kemijskoj industriji svih zemalja.

Dodatno:

Kreativni zadatak:

Na grbovima ruskih gradova možete pronaći simbole vezane uz prirodne izvore ugljikovodika i proizvode njihove prerade. Pokušajte pronaći takve gradove. U kratkom izvješću o svom istraživanju uz grb i naziv grada napiši što ti simboli predstavljaju i zašto su odabrani.

(formirati rad u obliku prezentacije ili web stranice)

Proizvodi izvađeni iz bušotina su mješavina nafte i plina otopljenih u njoj (do 300%). slojna voda (od 4 do 90% tež.) s mineralnim solima (do 10 g/l) u obliku emulzije i mehaničkim nečistoćama (do 1% tež.). Iz grupe bušotina sirova nafta se isporučuje u nekoliko automatiziranih grupnih mjernih jedinica (AGMU), gdje se mjeri protok svake bušotine.

Zatim sirova nafta teče kroz sabirnu granu do pumpne stanice, gdje se odvija prvi stupanj separacije, preliminarno odvajanje vode i mehaničkih nečistoća. Nakon odvajanja glavne količine plina, smjesa ulazi u separatore drugog stupnja C2, gdje se odvaja najveći dio vode i dio plina. Zatim se emulzija vode i ulja šalje u električne dehidratore UPN jedinice. U UPF-u, uz prisutnost deemulgatora, sadržaj vode se smanjuje na 1% ili manje, mineralnih soli na 300 mg/l ili manje, a oslobađa se plin trećeg stupnja separacije.

Stabilna nafta se dovodi u komercijalnu jedinicu za isporuku nafte (CTU) i šalje kroz glavni naftovod u rafineriju. Voda iz uređaja za pročišćavanje vode i predispustnih spremnika prebacuje se u uređaj za pročišćavanje vode (PPV). Pročišćena voda se koristi za navodnjavanje ležišta u sustavu održavanja ležišnog tlaka. Plinovi koji se oslobađaju u separatorima dovode se cjevovodom u postrojenje za preradu plina na separaciju.

Primarna prerada nafte

Nafta i proizvodi dobiveni od nje koji ulaze u rafineriju prolaze sljedeće faze:

• priprema ulja za rafinaciju (dehidracija do 0,2% vode i odsoljavanje do 6 g soli po litri ulja):
• primarna prerada nafte;
• recikliranje ulja;
• pročišćavanje naftnih derivata.

Pojednostavljeni dijagram koji odražava odnos između ove četiri faze prikazan je na sl. 5.8

Prerada nafte počinje njenom primarnom destilacijom. Ovaj proces je izum naftnih tehnologa i temelji se na svojstvu nesušenja. određeno rasporedom ubrzanja. Nafta je složena smjesa velikog broja međusobno topivih ugljikovodika različitih vrelišta. Pojednostavljeno rečeno: što je dulja molekula ugljikovodika, to je njezino vrelište više.

Sirovine za jedinice primarne destilacije su nafta i plinski kondenzat. Podijeljeni su u frakcije za naknadnu preradu ili upotrebu kao komercijalni proizvodi. Tijekom primarne rafinacije nafte provodi se atmosferska destilacija i vakuum destilacija loživog ulja. Ovi se procesi provode u postrojenjima s atmosferskim cjevastim (AT) i postrojenjima s vakuumskim cijevima (VT).

Destilacija ulja u suvremenim atmosferskim postrojenjima provodi se na različite načine. Zbog sve većeg opsega prerade plinificiranih sumpornih ulja, najčešća je destilacija nafte prema shemi dvostrukog isparavanja u dvije destilacijske kolone (slika 5.9). Sirova nafta se uzima pumpom 1 i dovodi kroz izmjenjivač topline 2 u električni dehidrator 3 na dehidraciju. Taloženo zagrijano ulje prolazi kroz izmjenjivač topline 4 i ulazi u kolonu 5, gdje se s vrha uzima laka frakcija benzina. Zatim se poluotkrivena nafta dovodi pumpom 6 kroz cjevastu peć 7 u glavnu kolonu 8, u kojoj se odabiru sve ostale potrebne frakcije - laki naftni proizvodi i ostatak - loživo ulje. Dio ulja zagrijanog u peći vraća se u prvu kolonu (vrući mlaz).

Riža. 5.9.

Postrojenja koja rade prema shemi dvostrukog isparavanja imaju kapacitet do 2 milijuna tona godišnje.

U postrojenjima AT provodi se plitka destilacija nafte za proizvodnju benzina, kerozina, dizelskih frakcija i loživog ulja. HT jedinice su dizajnirane za produbljivanje rafinacije nafte. U tim se postrojenjima iz loživog ulja dobiva plinsko ulje, uljne frakcije i katran koji se koriste kao sirovine u procesima recikliranja nafte.

Proces destilacije odvija se u destilacijskoj koloni, koja je vertikalni cilindrični aparat visine do 30 m i promjera do 4 m. Unutarnji prostor kolone podijeljen je na odjeljke velikim brojem horizontalnih diskova. (ploče), u kojima postoje rupe za prolaz uljnih para kroz njih (Sl. 5.10).

Riža. 5.10.

Prije pumpanja u kolonu ulje se zagrijava u cijevnoj peći na temperaturu od . U tom slučaju benzin, nafta (nafta), kerozin, lako i teško plinsko ulje prelaze u parovito stanje, a tekuća faza s višim vrelištem je loživo ulje. Nakon uvođenja vruće smjese u kolonu, loživo ulje teče prema dolje, a ugljikovodici u parovitom stanju se podižu.

Smjesa vruće tekućine i pare, koja se diže kroz stupac i hladi, postupno se kondenzira. Prvo se teške, vatrostalne frakcije ulja odvajaju i ispuštaju na dno posebnih ploča, a više se par lakših frakcija sukcesivno kondenzira i taloži na dno ploča. Posebnost proces ispravljanja leži u činjenici da vruće pare, dižući se, naizmjenično prolaze kroz slojeve vrućeg kondenzata. Broj tanjura u koloni mora biti takav da ukupna brzina protoka gotovih proizvoda destilacije koji izlaze iz njih bude jednaka brzini protoka sirove nafte koja se dovodi u kolonu. Nekondenzirane pare ugljikovodika šalju se na frakcioniranje plina, gdje se koriste za proizvodnju suhog plina, propana, butana i benzinske frakcije.

Tijekom primarne destilacije nafte dobiva se širok raspon frakcija i naftnih derivata koji se razlikuju po granicama vrelišta, ugljikovodikovom i kemijskom sastavu, viskoznosti, plamištu, stiništu i drugim svojstvima.

Ovisno o tehnologiji destilacije nafte, propan-butanska frakcija se dobiva u tekućem ili plinovitom stanju. Koristi se kao sirovina u postrojenjima za frakcioniranje plina za proizvodnju pojedinačnih ugljikovodika, goriva za kućanstva i komponenta motornih benzina.

Frakcija se naziva naftni proizvod ako njezina svojstva zadovoljavaju standarde ili tehničke specifikacije za komercijalni proizvod koji ne zahtijeva dodatnu obradu.

Benzinska frakcija s točkom vrenja uglavnom se podvrgava sekundarnoj destilaciji da bi se dobile uske frakcije (itd.). Ove frakcije služe kao sirovine za procese izomerizacije, katalitičkog reforminga radi dobivanja pojedinačnih aromatskih ugljikovodika (benzen, toluen, ksileni), visokooktanskih komponenti automobilskih i zrakoplovnih benzina, a također i kao sirovina za pirolizu u proizvodnji etilena. .

Kerozinska frakcija s vrelištem koji se koristi kao mlazno gorivo; dio ulja s niskim sadržajem sumpora koristi se kao kerozin za rasvjetu, dio se koristi kao otapalo za industriju boja i lakova.

Dizelska frakcija s vrelištima koristi se kao zimsko dizelsko gorivo, frakcija - kao ljetno dizelsko gorivo. Frakcija iz visoko parafinskog ulja koristi se kao sirovina za proizvodnju tekućih parafina.

Lož ulje Koristi se kao gorivo za kotlove ili kao sirovina za jedinice za vakuumsku destilaciju, kao i za toplinski, katalitički i hidrokreking.

Uske frakcije ulja s vrelištem) koriste se kao sirovine za proizvodnju mineralnih ulja raznih namjena i čvrstih parafina.

Katran- ostatak od vakuumske destilacije loživog ulja - podvrgava se deasfaltizaciji, koksiranju i koristi u proizvodnji bitumena.

Recikliranje ulja

Naftni proizvodi dobiveni destilacijom fizikalnim procesima šalju se u druge procesne jedinice koje koriste razne kemijske reakcije. Kemijski procesi koji čine osnovu recikliranja omogućuju maksimalno iskorištavanje energetskog i kemijskog potencijala ugljikovodika. Klasifikacija metoda recikliranja ulja prikazana je na sl. 5.11.

Riža. 5.11.

Toplinsko pucanje je visokotemperaturna obrada naftnih ugljikovodika za proizvodnju visokokvalitetnog goriva. Postoji nekoliko vrsta toplinskog krekiranja.

Plitko termičko krekiranje pri temperaturama i tlakovima od 1,5-2,0 MPa za proizvodnju kotlovskog goriva od visokoviskoznih sirovina: loživog ulja i katrana.

Duboki (tekuća faza) krekiranje na temperaturama i tlakovima iznad 5,0 MPa koristi se za proizvodnju benzina s antidetonacijskim karakteristikama iz nafte. frakcije kerozina i plinskog ulja. Benzini za krekiranje sadrže značajnu količinu nezasićenih i aromatskih ugljikovodika.

Nusprodukti termičkog krekiranja su plin, krekirani ostatak obogaćen ugljikovodicima velike molekularne težine i teški katran.

Piroliza koristi se za razgradnju ugljikovodika pri tlaku od 1,0-1,2 MPa. Koristi se za proizvodnju plinovitih nezasićenih ugljikovodika, uglavnom etilena i propilena. Nusprodukti pirolize su smole pirolize i zasićeni plinovi metan i etan.

Koksanje- visokotemperaturni (i 0,2-0,6 MPa) proces za proizvodnju elektrodnog ili gorivog koksa iz naftnih ostataka. Ovo je smola dobivena iz smole pirolize, loživog ulja i katrana.

Uz pomoć katalizatora moguće je u potpunosti iskoristiti potencijal nafte. Katalizatore karakteriziraju aktivnost, stabilnost i selektivnost. Aktivnost katalizatora je njegova izvedba. Selektivnost je određena količinom ciljanog produkta nastalog iz sirovine.

Katalizatori za termokatalitičke procese sastoje se od tri komponente: nosača, glavne komponente i aditiva. Kao nosač koriste se aluminosilikati, glavna komponenta su zeoliti. Kao aditivi koriste se platina, renij, organometalni kompleksi antimona, bizmut, fosfor, kalcij i magnezij oksidi. Među katalizatorima reforminga najveću važnost stekli su platinski i platina-renijevi katalizatori.

Katalitičko krekiranje je proces razgradnje ugljikovodika velike molekulske mase pri tlaku od 0,13-0,15 MPa u prisutnosti katalizatora. Razvijen je postupak za proizvodnju visokooktanskog benzina s oktanskim brojem do 92 i ukapljenih plinova. Kao katalizatori uglavnom se koriste aluminosilikati i zeoliti.

Reformiranje je katalitički proces za preradu niskooktanskih frakcija benzina na temperaturama i tlakovima od 2,0-4 MPa. Proizvod je visokooktanska komponenta komercijalnih motornih benzina s oktanskim brojem do 100 i aromatskih ugljikovodika (benzen, toluen, ksileni). Sirovine su benzinske frakcije koje sadrže sve vrste ugljikovodika.

Procesi hidrogenacije obrada naftnih frakcija provodi se u prisutnosti vodika i katalizatora pri tlaku od 2-32 MPa. Ovi procesi povećavaju prinos lakih naftnih proizvoda i osiguravaju uklanjanje nečistoća sumpora, kisika i dušika.

Frakcije (destilati) dobivene primarnom i sekundarnom preradom nafte sadrže razne nečistoće. U lakim naftnim proizvodima nepoželjne nečistoće uključuju spojeve sumpora, naftenske kiseline, nezasićene spojeve, smole i čvrste parafine.

Prisutnost sumpora i naftenske kiseline u motornim gorivima uzrokuje koroziju dijelova motora. Nezasićeni spojevi u gorivima stvaraju sedimente koji zagađuju sustav cjevovoda goriva. Povećani sadržaj smola u gorivu dovodi do stvaranja ugljika. Prisutnost krutih ugljikovodika u naftnim proizvodima povećava njihovu točku tečenja i otežava dovod goriva u cilindre. Prisutnost aromata u kerozinu za paljenje stvara zadimljeni plamen.

Za uklanjanje štetnih nečistoća sa svijetlih boja naftni derivati Koriste se različite metode čišćenja.

Vrste rafinerija nafte

Godine 2001. u svijetu su radile 742 rafinerije nafte s ukupnim kapacitetom većim od 4 milijarde tona nafte godišnje. Prosječni kapacitet jednog pogona je 5,5 milijuna tona godišnje.

Većina ruskih postrojenja nema potrebne sekundarne procese: izomerizaciju, alkilaciju, hidrokrekiranje i moderne vrste katalitičkog krekiranja. Domaća industrija prerade nafte uvozi do 70% materijala, uključujući katalizatore i aditive za goriva i ulja. Zadatak je u nadolazećim godinama povećati dubinu prerade nafte s 55 na 90% i više, uz osiguravanje sadržaja sumpora u benzinu od 0,001%.

Glavni uređaji u kojima se početni reagensi pretvaraju u naftne proizvode su kemijski reaktorima. Glavni zahtjevi za reaktore su sljedeći:

• stvaranje najboljeg kontakta između reagensa, kao i između reagensa i katalizatora;
• osiguravanje potrebnih temperaturnih uvjeta;
• mehanička čvrstoća i otpornost na reakcijske medije, lakoća održavanja i popravka.

Reaktori za sustave plin-kruto su od najvećeg interesa. To uključuje katalitičko krekiranje, reforming, hidrotretiranje, katalitičku polimerizaciju olefina i kontaktno koksiranje. Za izvođenje ovih procesa koriste se reaktori sa stacionarnim, fluidiziranim i pokretnim slojem.

Najjednostavniji su reaktori sa stacionarni sloj katalizatora bez izmjene topline s vanjskom okolinom. Ovo je šuplji ili sferični aparat s katalitičkom rešetkom na koju je izliven sloj katalizatora. Reaktanti u obliku plina ulaze odozgo, a proizvodi se uklanjaju odozdo.

Reaktori sa stacionarnim slojem katalizatora s izmjenom topline s vanjskom okolinom su višecijevni uređaji s katalizatorom smještenim u cijevima i rashladnim sredstvom (rashladnim sredstvom) u međucijevnom prostoru. Ovisno o prirodi procesa, koriste se razna rashladna sredstva: voda, dimni plinovi, rastaljene soli, organska rashladna sredstva.

Kemijski reaktor izravno je povezan s drugim uređajima: izmjenjivačima topline, kondenzatorima, separatorima, pumpama, kompresorima itd. Ovaj sustav se naziva reakcijska jedinica. Zadatak proračuna reakcijske jedinice svodi se na odabir tipa reaktora i izradu materijalne i toplinske bilance.

Niti jedno postrojenje ne može proizvesti cijeli niz potrebnih naftnih derivata. Suvremena proizvodnja usmjerena je na maksimalnu produktivnost, jer su u ovom slučaju ekonomičniji. Jedna od klasifikacija rafinerija nafte (rafinerija) uključuje pet vrsta:

• gorivo s plitkom preradom nafte;
• gorivo s dubokom preradom nafte;
• gorivo i petrokemija s dubokom preradom nafte i proizvodnjom petrokemijskih proizvoda;
• gorivo i ulje;
• energetsko-petrokemijski.

Prve dvije vrste postrojenja proizvode različite vrste goriva. Plitkom preradom iz nafte se dobiva do 35% svijetlih naftnih derivata. Kod duboke obrade omjer je obrnut. To se postiže korištenjem sekundarnih metoda obrade: katalitičko krekiranje; hidrokrekiranje; koksiranje itd.

U postrojenjima trećeg tipa, osim goriva, proizvode se petrokemijski proizvodi. Kao sirovina koriste se ili plinovi ili benzinske i kerozin-dizelske frakcije primarne prerade nafte.

Osim goriva, pogoni lož ulja proizvode široku paletu ulja, parafina, bitumena itd.

Energetska i petrokemijska postrojenja grade se u blizini termoelektrana velike snage. U takvim postrojenjima dobivaju se frakcije lakih naftnih derivata za petrokemijsku proizvodnju, a dobiveno loživo ulje šalje se u termoelektrane kao gorivo.

U rječniku rafinerija nafte postoje i drugi pojmovi: jednostavna, složena i vrlo složena neobrada. Ova se klasifikacija temelji na iznosu kapitalnih ulaganja potrebnih za izgradnju velikih dijelova opreme.

Rafinerija radi na jednostavan način koji uključuje destilaciju sirove nafte, hidroobradu destilata i katalitički reforming nafte. Rafinerija, koja radi po složenoj shemi, osim navedenog, uključuje jedinicu katalitičkog krekiranja i jedinicu alkilacije. Rafinerija koja radi prema vrlo složenoj shemi uključuje isto što i kod složene sheme, plus jedinice za proizvodnju olefina.

naftno gorivo - 27;

mlazno gorivo - 10;

naftni koks - 5;

ukapljeni plinovi - 4:

sirovine za petrokemiju - 3:

bitumen - 3;

maziva - 1;

kerozin - 1.

Pri preradi bilo kojeg ulja složenom shemom dobiva se veća količina lakih naftnih proizvoda nego kod prerade jednostavnom shemom. Redoslijed brojeva je sljedeći: kada jednostavna shema recikliranja volumetrijski prinos lakih naftnih proizvoda (benzin plus mlazno gorivo) je oko 40%: sa složenom shemom - oko 70%; kod vrlo složenih - do 90%.

Postrojenja za preradu i frakcioniranje plina

Prirodni zapaljivi plinovi prerađuju se u postrojenjima za preradu plina (GPP) koja su izgrađena u blizini velikih naftnih i plinskih polja. Ovi se plinovi sastoje od mješavine zasićenih parafinskih ugljikovodika, koji mogu uključivati ​​dušik, ugljikov dioksid, sumporovodik, helij i vodenu paru. Sirovine za postrojenja za preradu plina također su plinovi dobiveni primarnom i sekundarnom preradom nafte, koji za razliku od prirodnih plinova sadrže i nezasićene ugljikovodike – olefine.

U postrojenju za preradu plina s punim (završenim) tehnološkim ciklusom provodi se pet glavnih procesa:

• prijem, mjerenje, čišćenje i sušenje plina;
• kompresija plina na tlak potreban za obradu;
• gas topping - ekstrakcija nestabilnog plina benzina;
• razdvajanje nestabilnog benzina na plinski benzin i pojedinačne tehnički čiste ugljikovodike (propan, butane, pentane, n-heksan);
• skladištenje i otprema tekućih biljnih proizvoda.

U slučajevima kada je količina sirovine mala, proizvodnja prerade plina može se organizirati kao jedinica za uklanjanje plina u sklopu odjela za proizvodnju nafte i plina (OGPD) ili kao dio rafinerije. Osnovna tehnološka shema postrojenja za preradu plina prikazana je na sl. 5.12.

Riža. 5.12.

Ulazi plin sabirno mjesto pod pritiskom 0,15-0,35 MPa. Ovdje se njegova količina mjeri i šalje u prihvatne separatore, gdje se iz plina odvajaju mehaničke nečistoće i kapajuća vlaga. Ovdje plin prolazi kroz jedinicu za pročišćavanje 2 od sumporovodika i ugljičnog dioksida.

Kompresorska stanica prvog stupnja 3 dizajniran za pumpanje napojnog plina. Kompresija se provodi u jednom, dva ili tri stupnja plinskim kompresorima tipa 10 GKN ili centrifugalnim kompresorima tipa K-980.

Na o naftne instalacije 4 Polazni plin se dijeli na nestabilni plinski benzin, očišćeni plin i otpadni plin. Očišćeni plin pumpa se u glavni plinovod pomoću kompresorske stanice drugog stupnja 5. Nestabilni benzin se šalje u jedinice za frakcioniranje plina 6.

Postrojenja za frakcioniranje plina dizajnirani su za razdvajanje nestabilnog benzina na stabilni benzin i pojedinačne tehnički čiste ugljikovodike: etan, propan, butan, pentan i n-heksan. Produkti separacije plina ispumpavaju se u robno skladište 7, odakle se otpremaju potrošačima.

Preljev plinovi se provode različitim metodama: kompresija; apsorpcija; adsorpcija; kondenzacija

HFC se koriste u sklopu rafinerija nafte i plina, u petrokemijskim postrojenjima i samostalno kao blokovi sirovina za proizvodnju monomera u industriji sintetičke gume.

Proces razdvajanja nestabilnog benzina na stabilni prirodni plinski benzin i tehnički čiste pojedinačne ugljikovodike naziva se frakcioniranje. Frakcioniranje se temelji na metodi rektifikacije. Postrojenja za frakcioniranje plina mogu biti jednokolonska i višekolonska. Postrojenja s jednim stupcem proizvode stabilan benzin i ukapljeni plin. na višekolonskim sustavima - stabilni benzin i frakcije pojedinačnih ugljikovodika.

Prerada nafte prilično je složen proces koji zahtijeva sudjelovanje... Mnogi proizvodi dobiveni su iz ekstrahiranih prirodnih sirovina - različitih vrsta goriva, bitumena, kerozina, otapala, maziva, naftnih ulja i dr. Prerada nafte počinje transportom ugljikovodika do postrojenja. Proces proizvodnje odvija se u nekoliko faza, od kojih je svaka vrlo važna s tehnološkog gledišta.

Proces recikliranja

Proces rafiniranja nafte započinje njezinom specijaliziranom pripremom. To je uzrokovano prisutnošću brojnih nečistoća u prirodnim sirovinama. Naftna naslaga sadrži pijesak, soli, vodu, tlo i plinovite čestice. Voda se koristi za vađenje velikih količina proizvoda i očuvanje nalazišta energetskih resursa. To ima svoje prednosti, ali značajno smanjuje kvalitetu dobivenog materijala.

Prisutnost nečistoća u naftnim derivatima onemogućuje njihov transport do postrojenja. Izazivaju stvaranje naslaga na izmjenjivačima topline i drugim spremnicima, što značajno smanjuje njihov vijek trajanja.

Stoga se ekstrahirani materijali podvrgavaju složenom čišćenju - mehaničkom i finom. U ovoj fazi proizvodnog procesa dobivene sirovine se razdvajaju na ulje i. To se događa pomoću posebnih separatora ulja.

Za pročišćavanje sirovina, one se općenito drže u hermetički zatvorenim spremnicima. Kako bi se aktivirao proces odvajanja, materijal se izlaže hladnoći ili visokoj temperaturi. Električna postrojenja za odsoljavanje koriste se za uklanjanje soli sadržanih u sirovinama.

Kako se odvija proces razdvajanja ulja i vode?

Nakon početnog pročišćavanja dobiva se teško topljiva emulzija. To je smjesa u kojoj su čestice jedne tekućine ravnomjerno raspoređene u drugoj. Na temelju toga razlikuju se 2 vrste emulzija:

• hidrofilni. To je smjesa u kojoj su čestice ulja u vodi;
• hidrofobni. Emulzija se uglavnom sastoji od ulja s česticama vode u sebi.

Proces razbijanja emulzije može se odvijati mehanički, električno ili kemijski. Prva metoda uključuje taloženje tekućine. To se događa pod određenim uvjetima - zagrijavanje na temperaturu od 120-160 stupnjeva, povećanje tlaka na 8-15 atmosfera. Delaminacija smjese obično se događa unutar 2-3 sata.

Da bi proces odvajanja emulzije bio uspješan, potrebno je spriječiti isparavanje vode. Također, odvajanje čistog ulja provodi se pomoću snažnih centrifuga. Emulzija se dijeli na frakcije kada dosegne 3,5-50 tisuća okretaja u minuti.

Upotreba kemijske metode uključuje upotrebu posebnih tenzida koji se nazivaju deemulgatori. Pomažu u otapanju adsorpcijskog filma, zbog čega se ulje čisti od čestica vode. Kemijska metoda se često koristi zajedno s električnom metodom. Posljednja metoda čišćenja uključuje izlaganje emulzije električnoj struji. Izaziva spajanje čestica vode. Kao rezultat toga, lakše se uklanja iz smjese, što rezultira uljem najviše kvalitete.

Primarna obrada

Proizvodnja i prerada nafte odvija se u nekoliko faza. Osobitost proizvodnje različitih proizvoda od prirodnih sirovina je da se čak i nakon visokokvalitetnog pročišćavanja dobiveni proizvod ne može koristiti za namjeravanu svrhu.

Polazni materijal karakterizira sadržaj različitih ugljikovodika, koji se značajno razlikuju po molekularnoj masi i vrelištu. Sadrži tvari naftenske, aromatske i parafinske prirode. Sirovina također sadrži spojeve sumpora, dušika i kisika organskog tipa, koji se također moraju ukloniti.

Sve postojeće metode rafiniranja nafte usmjerene su na razdvajanje u skupine. U procesu proizvodnje dobiva se široka paleta proizvoda različitih karakteristika.

Primarna obrada prirodnih sirovina provodi se na temelju različitih temperatura vrenja njezinih sastavnih dijelova. Za izvođenje ovog procesa koriste se specijalizirana postrojenja koja omogućuju dobivanje različitih naftnih proizvoda - od loživog ulja do katrana.

Obrađujete li prirodne sirovine na ovaj način, nećete moći dobiti materijal spreman za daljnju upotrebu. Primarna destilacija ima za cilj samo određivanje fizikalnih i kemijskih svojstava ulja. Nakon toga može se utvrditi potreba za daljnjom obradom. Oni također utvrđuju vrstu opreme koja se mora koristiti za izvođenje potrebnih procesa.

Primarna prerada nafte

Metode destilacije ulja

Razlikuju se sljedeće metode rafiniranja nafte (destilacije):

• jednokratno isparavanje;
• ponovljeno isparavanje;
• destilacija uz postupno isparavanje.

Metoda brzog isparavanja uključuje preradu ulja na visokoj temperaturi pri određenoj vrijednosti. Kao rezultat toga, nastaju pare koje ulaze u poseban aparat. Zove se isparivač. U ovom cilindričnom uređaju pare se odvajaju od tekuće frakcije.

Uz ponovljeno isparavanje, sirovina se podvrgava obradi, pri čemu se temperatura povećava nekoliko puta prema zadanom algoritmu. Posljednja metoda destilacije je složenija. Rafiniranje nafte s postupnim isparavanjem podrazumijeva glatku promjenu glavnih radnih parametara.

Oprema za destilaciju

Industrijska rafinacija ulja provodi se pomoću nekoliko uređaja.

Cijevaste peći. Zauzvrat, oni su također podijeljeni u nekoliko vrsta. To su atmosferske, vakuumske, atmosfersko-vakuumske peći. Pomoću prve vrste opreme provodi se plitka obrada naftnih derivata, što omogućuje dobivanje frakcija loživog ulja, benzina, kerozina i dizela. U vakuumskim pećima, kao rezultat učinkovitijeg rada, sirovine se dijele na:

• katran;
• čestice ulja;
• čestice plinskog ulja.

Dobiveni proizvodi potpuno su pogodni za proizvodnju koksa, bitumena i maziva.

Destilacijske kolone. Proces prerade sirove nafte pomoću ove opreme uključuje zagrijavanje u zavojnici na temperaturu od 320 stupnjeva. Nakon toga smjesa ulazi u srednje razine destilacijske kolone. U prosjeku ima 30-60 oluka, od kojih je svaki postavljen u određenom razmaku i opremljen kupkom tekućine. To uzrokuje da para teče prema dolje u obliku kapljica dok se stvara kondenzacija.

Postoji i obrada pomoću izmjenjivača topline.

Recikliranje

Nakon utvrđivanja svojstava ulja, ovisno o potrebi za određenim krajnjim proizvodom, odabire se vrsta sekundarne destilacije. U osnovi se sastoji od toplinsko-katalitičkog učinka na sirovinu. Duboka rafinacija nafte može se odvijati pomoću nekoliko metoda.

Gorivo Korištenjem ove metode sekundarne destilacije moguće je dobiti niz visokokvalitetnih proizvoda - motorni benzin, dizel, mlazno i ​​kotlovsko gorivo. Da biste izvršili obradu, ne morate koristiti puno opreme. Kao rezultat korištenja ove metode, od teških frakcija sirovina i sedimenta dobiva se gotov proizvod. Metoda destilacije goriva uključuje:

• pucanje;
• reformiranje;
• hidrotretiranje;
• hidrokrekiranje.

Gorivo i ulje. Kao rezultat korištenja ove metode destilacije dobivaju se ne samo različita goriva, već i asfaltna i maziva ulja. To se radi metodom ekstrakcije, deasfaltiranjem.

Petrokemija. Kao rezultat primjene ove metode uz korištenje visokotehnološke opreme, dobiva se veliki broj proizvoda. To nisu samo goriva, ulja, već i plastika, guma, gnojiva, aceton, alkohol i još mnogo toga.

Kako su predmeti oko nas napravljeni od nafte i plina - dostupno i razumljivo

Ova se metoda smatra najčešćom. Koristi se za preradu sumpora ili ulja s visokim sadržajem sumpora. Hidroobrada može značajno poboljšati kvalitetu dobivenih goriva. Iz njih se uklanjaju razni aditivi - spojevi sumpora, dušika, kisika. Materijal se obrađuje pomoću posebnih katalizatora u vodikovom okruženju. U ovom slučaju temperatura u opremi doseže 300-400 stupnjeva, a tlak - 2-4 MPa.

Kao rezultat destilacije, organski spojevi sadržani u sirovini razgrađuju se u interakciji s vodikom koji cirkulira unutar aparata. Kao rezultat toga nastaju amonijak i sumporovodik koji se uklanjaju iz katalizatora. Hidrotretiranje omogućuje preradu 95-99% sirovina.

Katalitičko krekiranje

Destilacija se provodi pomoću katalizatora koji sadrže zeolit ​​na temperaturi od 550 stupnjeva. Krekiranje se smatra vrlo učinkovitom metodom obrade pripremljenih sirovina. Uz njegovu pomoć iz frakcija loživog ulja može se dobiti visokooktanski motorni benzin. Prinos čistog proizvoda u ovom slučaju je 40-60%. Dobiva se i tekući plin (10-15% izvornog volumena).

Katalitički reforming

Reformiranje se provodi pomoću aluminij-platinastog katalizatora pri temperaturi od 500 stupnjeva i tlaku od 1-4 MPa. U isto vrijeme, vodikovo okruženje je prisutno unutar opreme. Ova se metoda koristi za pretvaranje naftenskih i parafinskih ugljikovodika u aromatske. To vam omogućuje značajno povećanje oktanskog broja proizvedenih proizvoda. Pri korištenju katalitičkog reforminga, iskorištenje čistog materijala je 73-90% obnovljene sirovine.

Hidrokrekiranje

Omogućuje vam dobivanje tekućeg goriva kada je izloženo visokom tlaku (280 atmosfera) i temperaturi (450 stupnjeva). Ovaj se proces također odvija uz korištenje jakih katalizatora - molibdenovih oksida.

Ako se hidrokreking kombinira s drugim metodama prerade prirodnih sirovina, iskorištenje čistih proizvoda u obliku benzina i mlaznog goriva je 75-80%. Kada koristite visokokvalitetne katalizatore, njihova regeneracija se ne može provesti 2-3 godine.

Ekstrakcija i deasfaltacija

Ekstrakcija uključuje dijeljenje pripremljene sirovine u potrebne frakcije pomoću otapala. Nakon toga se provodi deparafinizacija. Omogućuje značajno smanjenje točke tečenja ulja. Također, za dobivanje visokokvalitetnih proizvoda, oni se hidrotretiraju. Kao rezultat ekstrakcije može se dobiti dizelsko gorivo. Također, ovom se tehnikom ekstrahiraju aromatski ugljikovodici iz pripremljenih sirovina.

Deasfaltizacija je neophodna kako bi se iz finalnih proizvoda destilacije naftne sirovine dobili smolasto-asfaltenski spojevi. Dobivene tvari aktivno se koriste za proizvodnju bitumena, kao katalizatori za druge metode prerade.

Ostale metode obrade

Prerada prirodnih sirovina nakon primarne destilacije može se provesti i na druge načine.

Alkiliranje. Nakon obrade pripremljenih materijala dobivaju se visokokvalitetne komponente za benzin. Metoda se temelji na kemijskoj interakciji olefinskih i parafinskih ugljikovodika, što rezultira parafinskim ugljikovodikom visokog vrelišta.

Izomerizacija. Korištenje ove metode omogućuje dobivanje tvari s višim oktanskim brojem iz niskooktanskih parafinskih ugljikovodika.

Polimerizacija. Omogućuje pretvorbu butilena i propilena u oligomerne spojeve. Kao rezultat, dobivaju se materijali za proizvodnju benzina i za razne petrokemijske procese.

Koksanje. Koristi se za proizvodnju naftnog koksa iz teških frakcija dobivenih destilacijom nafte.

Industrija prerade nafte obećava i razvija se. Proizvodni proces se stalno unapređuje uvođenjem nove opreme i tehnika.

Video: Rafiniranje nafte

Izravna destilacija daje samo prinos lakih destilata koji je posljedica prirodnih svojstava ulja.

Sekundarni procesi izvor su sirovina za petrokemiju (plinoviti i tekući olefini, pojedinačni aromatski ugljikovodici visoke čistoće), na temelju kojih se proizvode plastika, sintetička guma, sintetička vlakna i drugi materijali.

Jasna klasifikacija sekundarnih procesa za preradu naftnih sirovina je teška. Dolje je kratak opis sekundarnih procesa, djelomično grupiranih prema srodnim karakteristikama.

2.2.1. Toplinski procesi

Ovi procesi uključuju:

a) toplinsko krekiranje pri povišenom tlaku (2,0-4,0 MPa) tekućih (trenutačno uglavnom teških) sirovina za proizvodnju plina i tekućih proizvoda;

b) koksiranje teških ostataka ili visoko aromatiziranih teških destilata pri niskom tlaku (do 0,5 MPa) za proizvodnju koksa, plina i tekućih proizvoda;

c) piroliza (visokotemperaturno krekiranje) tekućih ili plinovitih sirovina pri niskom tlaku (0,2-0,3 MPa) za proizvodnju plina bogatog nezasićenim ugljikovodicima i tekućeg proizvoda.

Ovu skupinu procesa karakteriziraju visoke temperature u reakcijskoj zoni od 450-900 °C. Pod utjecajem visoke temperature dolazi do raspadanja (zapravo krekiranja) naftne sirovine. Taj proces prate sekundarne reakcije zbijanja novostvorenih molekula ugljikovodika.

Krekiranje je izumio ruski inženjer Šuhov 1891. Godine 1913. Šuhovljev izum počeo se koristiti u SAD-u. Krekiranje je proces cijepanja ugljikovodika sadržanih u nafti, što rezultira stvaranjem ugljikovodika s manje ugljikovih atoma u molekuli. Proces se odvija na višim temperaturama (do 600 °C), često uz povišeni tlak. Na tim se temperaturama velike molekule ugljikovodika razgrađuju na manje. Oprema je ista kao i za destilaciju ulja. To su peći i stupovi. Ali način obrade je drugačiji. Sirovina je lož ulje.

Lož ulje, ostatak primarne destilacije, sastoji se od složenih i velikih molekula ugljikovodika. Kada se loživo ulje ponovno preradi u postrojenjima za krekiranje, neki od njegovih sastavnih ugljikovodika razgrađuju se na manje. A mali ugljikovodici čine lake naftne proizvode - benzin, kerozin, naftu.

Toplinsko pucanje pod pritiskom su se koristili za preradu raznih sirovina - nafte, plinskih ulja, loživih ulja za proizvodnju motornih benzina. Kod prerade teških naftnih ostataka (polutrani, katrani) ciljni proizvod je obično kotlovsko gorivo dobiveno smanjenjem viskoznosti početnog ostatka. Ovaj proces plitke razgradnje sirovina nazivamo laganim krekiranjem ili visbreakingom. Visbreaking se provodi pri P = 2 MPa i temperaturi od 450-500 °C. Procesi termičkog krekiranja, razvijeni 1913. godine, uključuju zagrijavanje destilata teškog ulja pod tlakom u velikim bačvama dok se ne razlože na manje molekule s boljim antidetonacijskim karakteristikama. Ova metoda, koja je bila povezana s stvaranjem velikih količina krutog neželjenog koksa, razvila se u moderne procese toplinskog krekiranja, uključujući viskrekiranje, parno krekiranje i koksiranje.

Lagano pucanje– blagi oblik toplinskog krekiranja koji smanjuje točku tečenja parafinskih ostataka i značajno smanjuje viskoznost komponente bez utjecaja na područje vrelišta. Ostaci iz atmosferske destilacijske kolone lagano se krekiraju u grijaču pri atmosferskom tlaku, zatim se hlade hladnim plinskim uljem kako bi se spriječilo prekomjerno krekiranje i isparavaju u destilacijskoj koloni. Termički krekirani preostali katran, koji se nakuplja na dnu frakcionirane kolone, stabilizira se pod vakuumom u sekciji za uklanjanje i destilat se reciklira. Krekiranje vodenom parom proizvodi olefine toplinskim krekiranjem sirovina velikih molekula ugljikovodika pri tlakovima koji prelaze atmosferski tlak i na vrlo visokim temperaturama. Ostatak parnog krekiranja miješa se s teškim gorivom. Nafta proizvedena parnim krekiranjem obično sadrži benzen, koji se obnavlja prije hidroobrade. Pri krekiranju nafta prolazi kroz kemijske promjene i mijenja se struktura ugljikovodika. U postrojenjima za krekiranje odvijaju se složene kemijske reakcije. Prinos benzina iz nafte značajno se povećava (do 65-70%) cijepanjem dugolančanih ugljikovodika sadržanih, na primjer, u loživom ulju, u ugljikovodike s nižom molekularnom težinom.

Cijepanje molekula ugljikovodika događa se pri višoj temperaturi (470-550 °C) i tlaku od 2-7 MPa. Proces se odvija sporo i nastaju ravnolančani ugljikovodici. Tako se proizvodi motorni benzin. Njegov prinos iz ulja doseže 70%.

Benzin dobiven termičkim krekiranjem, uz zasićene ugljikovodike, sadrži mnogo nezasićenih ugljikovodika. Ovaj benzin ima veću otpornost na detonaciju od ravno destiliranog benzina, ali sadrži nezasićene ugljikovodike koji lako oksidiraju i polimeriziraju. Stoga je ovaj benzin manje stabilan tijekom skladištenja. Kada izgori, mogu se začepiti razni dijelovi motora. Da bi se uklonio ovaj štetni učinak, takvom se benzinu dodaju oksidanti.

Ako se kerozin ili ulje za podmazivanje, pročišćeno od nezasićenih ugljikovodika, kap po kap iz lijevka ukapa u cijev zagrijanu na visokom plamenu (napunjenu željeznim strugotinama radi poboljšanja prijenosa topline), tada će se tekućina uskoro skupiti u cijevi u obliku slova U, a plin uskoro će se skupiti u cilindru iznad vode. Dobivena tekućina obezboji bromnu vodu, tj. sadrži nezasićene spojeve. Sakupljeni plin dobro gori i također obezbojuje bromnu vodu. Rezultati pokusa objašnjavaju se činjenicom da se pri zagrijavanju ugljikovodici raspadaju, na primjer:

C 16 H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16.

heksadekan oktanski oktilen

Nastala je smjesa zasićenih i nezasićenih ugljikovodika niže molekulske mase, slična benzinu. Nastale tekuće tvari mogu se dalje djelomično razgraditi, na primjer:

C8H18 → C4H10 + C4H8;

oktan butan butilen

C 4 H 10 → C 2 H 8 + C 2 H 4.

butan etan etilen

Ove reakcije dovode do stvaranja velikih količina plinovitih tvari. Etilen koji se oslobađa tijekom procesa krekiranja naširoko se koristi kao sirovina za kemijsku industriju: proizvodnju polietilena i etilnog alkohola.

Razgradnja molekula ugljikovodika odvija se putem radikalskog mehanizma. Prvo nastaju slobodni radikali:

CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2:CH 2 - (CH 2) 6 - CH 3 → CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2 + CH 2 - (CH 2) 6 -CH 3.

Slobodni radikali su kemijski vrlo aktivni i mogu sudjelovati u raznim reakcijama. Tijekom procesa krekiranja, jedan od radikala uklanja atom vodika (a), a drugi dodaje (b):

a) CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2 → CH 3 - (CH 2) 5 – CH=CH 2 + H +;

b) CH 3 - (CH 2) 6 - CH 2 + H + → CH 3 - (CH 2) 6 - CH 3.

Tehnološki dijagram jedinice za termičko krekiranje prikazan je na sl. 6. Sirovina se zagrijava u izmjenjivaču topline i dijeli u dva toka. Jedan od njih se dovodi u donji dio destilacijske kolone, a drugi se dovodi u gornji dio niskotlačnog isparivača. Ulazni tok obogaćen je teškim frakcijama plinskog ulja i prelazi u destilacijski stupac. S dna kolone, ostatak se dovodi u peć za teške sirovine. Stup je "slijepom" pločom podijeljen na dva dijela. Tekućina koja se nakuplja na ovoj ploči šalje se na duboko krekiranje u peć za laku sirovinu.

Produkti krekiranja iz peći se spajaju i odlaze u udaljenu reakcijsku komoru, a potom u visokotlačni isparivač. U njemu se ostatak krekiranja odvaja od smjese para-tekućina, koja teče u niskotlačni isparivač, u kojem se iz ostatka krekiranja oslobađaju pare frakcije plinskog ulja. I ovaj stupac je "slijepom" pločom podijeljen na dva dijela. U gornjem dijelu parovi frakcija kerozin-plinsko ulje su u kontaktu s tekućom sirovinom koja se kreće prema njima. Tijekom tog kontakta kondenzira se dio pare frakcije kerozin-plinsko ulje. Nekondenzirane pare frakcije kerozin-plinsko ulje napuštaju vrh, kondenziraju se u kondenzatoru i skupljaju u spremnik. Ostaje komercijalni proizvod – frakcija kerozin-plinsko ulje. Tok pare iz gornjeg dijela isparivača ulazi u destilacijski stupac za odvajanje, s vrha kojeg izlaze benzinske pare i plin, iz "slijepe" ploče - sirovine u peć za lake sirovine, s dna - sirovine u peć za teške sirovine. Gornji produkt se hladi u kondenzatoru-hladnjaku i odvaja na nestabilni benzin i plin u plinskom separatoru. Plin se dovodi u jedinicu za frakcioniranje plina, a benzin ulazi u stabilizator kroz izmjenjivač topline, u kojem se laki ugljikovodici koji dolaze s vrha uklanjaju iz benzina. Hlade se, nakon čega se u separatoru dijele na stabilizacijsku glavu i nekondenzirani plin. Plin i stabilizacijska glava dovode se u HFC. Stabilni benzin izlazi s dna.

Koksanje naftni ostaci se provode u smjeru njihove "dekarbonizacije", kada se asfaltno-smolaste tvari sadržane u sirovini koncentriraju u kruti proizvod - koks; Kao rezultat toga, dobivaju se proizvodi bogatiji vodikom - plinsko ulje, benzin i plin. Obično je svrha procesa proizvodnja koksa, ali i drugi proizvodi također nalaze kvalificiranu primjenu. Koksiranje je snažan oblik termičkog krekiranja koji se koristi za proizvodnju benzina za izravnu destilaciju (koksnog ulja) i raznih frakcija srednjeg destilata koji se koriste kao sirovine za katalitički krekiranje. Ovaj proces tako potpuno reducira vodik iz molekule ugljikovodika da je ostatak oblik gotovo čistog ugljika koji se naziva koks. Dva najtipičnija procesa koksiranja su odgođeno koksiranje i kontinuirano (kontaktno ili tekuće) koksiranje, kojima se, ovisno o mehanizmu reakcije, vremenu, temperaturi i sirovini, dobivaju tri vrste koksa - spužvasti, porozni i igličasti. Kod odgođenog koksiranja, sirovina se prvo dovodi u frakcionirač za odvajanje lakših ugljikovodika, a zatim se kombinira s teškom sirovom naftom.

N-1 N-6 N-4 N-2 N-7

Riža. 6. Dijagram instalacije toplinskog krekinga:

P-1 – peć za teške sirovine, P-2 – peć za lake sirovine, K-1 – vanjska reakcijska komora, K-2 – visokotlačni isparivač, K-3 – destilacijski stupac, K-4 – niskotlačni isparivač, K -5 – stabilizator, HK-1-3 – kondenzatori-hladnjaci, T-1-T-3 – izmjenjivači topline, T-2 – kotao, E-1 - E-3 – refluksni spremnici, N-1-N-7 – pumpe;

I – sirovine, II – plin, III – stabilizacijska glava, IV – stabilni benzin, V – frakcija kerozin-plinsko ulje, VI – krekirani ostatak

Teška sirovina dovodi se u koksnu peć i zagrijava do visokih temperatura pri niskom tlaku kako bi se spriječilo prerano koksiranje u cijevima grijača, što dovodi do djelomičnog isparavanja i blagog pucanja. Smjesa tekućina/para pumpa se iz grijača u jedan ili više bubnjeva - koksera - gdje se vrući materijal drži pod niskim tlakom otprilike 24 sata dok se ne razgradi u lakše proizvode. Nakon što koks dosegne unaprijed određenu razinu u jednom bubnju, tok se odvaja u drugi bubanj kako bi se održao kontinuirani proces. Pare iz bubnjeva vraćaju se u frakcionar za odvajanje plina, nafte i plinskih ulja i recikliranje težih ugljikovodika kroz peć. Puni se bubanj sterilizira parom kako bi se uklonili nekrekirani ugljikovodici, hladi raspršivanjem vode i dekarbonizira mehanički bušilicom podignutom s dna bubnja ili hidraulički razbijanjem sloja koksa vodom pod visokim pritiskom izbačenom iz rotirajućeg rezača. Kontinuirano (kontaktno ili tekuće) koksiranje je proces pokretnog sloja koji radi na nižim tlakovima i višim temperaturama od odgođenog koksiranja. U kontinuiranom koksiranju, toplinsko krekiranje se događa korištenjem topline koja se prenosi s vrućih recikliranih čestica koksa na sirovinu u radijalnoj miješalici koja se naziva reaktor. Plinovi i pare se uzimaju iz reaktora, hlade da se zaustavi daljnja reakcija i frakcioniraju. Nakon reaktora, koks ulazi u bubanj i diže se do dodavača gdje se uklanjaju velike čestice koksa. Preostali koks se ispušta u predgrijač reaktora na recirkulaciju zajedno sa sirovinom. Proces je automatski, kontinuirani je tok koksa i sirovine, a koksiranje se događa i u reaktoru i u bubnju.

Tehnološki dijagram jedinice za odgođeno koksiranje prikazan je na sl. 7. Sirovina zagrijana u pećima ulazi u donji dio destilacijske kolone na gornju kaskadnu ploču. Ispod donje kaskadne ploče dovode se pare produkata koksiranja iz koksnih komora. Obogaćena recirkuliranom i dodatno zagrijanom sirovinom s dna kolone ulazi u reakcijske zavojnice peći, a zatim u komore za koksiranje. Kako bi se spriječilo stvaranje koksa u zavojnicama peći, u sirovinu se dovodi turbulator - vodena para. Instalacija ima četiri kamere koje rade u paru. Pare proizvoda iz komora koje rade u načinu koksiranja šalju se u kolonu. U gornjem dijelu, iznad "slijepe" ploče, produkti koksiranja se razdvajaju na frakcije. Plin i benzinske pare odlaze s vrha, kao bočne struje - frakcija 180-350 °C, frakcija 350-450 °C, frakcija iznad 450 °C.

Nakon kondenzacije i hlađenja, gornji proizvod ulazi u separator plina. Ovdje se odvaja voda i plin od benzina. Nestabilni benzin i plin koji sadrži lake ugljikovodike šalju se u neovisnim strujama u plinski blok, gdje se, kao rezultat procesa apsorpcije i stabilizacije, oslobađa suhi plin koji sadrži uglavnom C 1 -C 2 ugljikovodike, stabilizacijsku glavu koja sadrži C 3 -C 4 ugljikovodika, i stabilan benzin. Bočni tokovi ulaze u dijelove stripping kolone, gdje se iz njih uklanjaju lake frakcije, a zatim se uklanjaju iz instalacije kroz odgovarajuće izmjenjivače topline i hladnjake. Reakcijske komore postrojenja rade prema ciklusu: reakcija - hlađenje koksa - istovar koksa - zagrijavanje komore.

Koks se uklanja iz komore hidrauličkim rezanjem visokotlačnim vodenim mlazom. Koks uklonjen iz komore ulazi u drobilicu, gdje se usitnjava u komade veličine ne veće od 150 mm. Usitnjeni koks se dehidrira i elevatorom dovodi do sita s dva sita, uz pomoć kojeg se razvrstava u tri frakcije: 150-25; 25-6 i 6-0 mm. Komora iz koje se iskrcava koks je pod tlakom i zagrijava se prvo vrućom vodenom parom, a zatim vrućim produktima koksiranja iz radne komore. Komora prelazi u reakcijski način rada kada temperatura u njoj poraste na 360 °C.

Trajanje operacije (u satima); opskrba sirovinama – 24; preklopne komore, komore za parenje vodenom parom i rashladni koks vodom – 9; bušenje rupa u koksu, uklanjanje koksa hidrauličnim rezačem – 6; ispitivanje i zagrijavanje komore – 9.

Vrsta toplinskog krekiranja naftnih ostataka pri niskom tlaku – destruktivna destilacija – usmjeren je na postizanje maksimalnog prinosa solarnih frakcija s minimalnom količinom teškog tekućeg ostatka. Koksiranje i destruktivna destilacija provode se na temperaturi od 450-550 °C.

Riža. 7. Dijagram postrojenja za odgođeno koksiranje:

R-1-R-4 – koksne komore; P-1, P-2-peći; K-1 – destilacijska kolona) K-2 – stripping kolona; T-1-T4 – izmjenjivači topline; HK-1 – kondenzator-hladnjak; E-1 – separator plina; E-2 – posuda za vodu;

I – sirovine; II – suhi plin; III – stabilizacijska glava; IV – stabilni benzin; V – frakcija kerozin-plinsko ulje; VI – lako plinsko ulje; VII – teško plinsko ulje; VIII – vodena para; IX – voda

Piroliza- najteži oblik toplinskog krekiranja naftnih i plinskih sirovina, obično se provodi na 700-900 ° C kako bi se dobio plin ugljikovodika s visokim sadržajem nezasićenih spojeva. Način može biti usmjeren na postizanje maksimalnog prinosa etilena, propilena ili butilena i butadiena. Uz plin nastaje određena količina tekućeg produkta - smole koja sadrži značajne količine monocikličkih (benzen, toluen, ksileni) i policikličkih aromatskih ugljikovodika (naftalen, antracen). Dugo vremena, dok se nije razvio proces katalitičkog reforminga, piroliza je bila praktički jedina industrijska metoda za proizvodnju aromatskih ugljikovodika iz nafte.

Trenutno je ciljni proizvod pirolize plin bogat nezasićenim spojevima, od kojih glavnu ulogu ima etilen. Područja primjene etilena vrlo su raznolika. Više od 40% etilena troši se u proizvodnji polietilena; Značajan udio zauzima proizvodnja etilnog alkohola i stirena (sirovina za proizvodnju sintetičkog kaučuka). Ostali plinoviti nezasićeni ugljikovodici također postaju sve važniji. Propilen se koristi za proizvodnju polipropilena, visokooktanske komponente benzina (alkilacija izobutana), tekućih C 6 -C 12 polimera koji se koriste kao komponente goriva (polimer benzin), deterdženata itd. Butadien (divinil), koji se koristi u proizvodnji sintetička guma, dobiva se ne samo pirolizom tekućih naftnih proizvoda, već i katalitičkom dehidrogenacijom n-butana. Međutim, posljednjih godina povećan je udio butadiena proizvedenog pirolizom, budući da je taj proces ekonomski povoljniji.

Što je sirovina teža, to je veći prinos smole za pirolizu. Sirovine za pirolizu vrlo su različite. Plinoviti ugljikovodici (etan, propan, butan i njihove smjese) i tekući (niskooktanski benzin, frakcije kerozina i plinskog ulja, naftni ostaci) podvrgavaju se pirolizi. Izbor sirovina određen je prvenstveno svrhom pirolize. Bilo koja sirovina je prikladna za proizvodnju plina koji sadrži etilen, ali etan daje najveći prinos etilena. Za dobivanje visoke koncentracije propilena u plinu, piroliza etana nije prikladna, jer se etan uglavnom dehidrogenira u etilen. Prema tome, ni etan ni propan se ne koriste za dobivanje visokih prinosa butadiena.

Pri izboru sirovina uzimaju se u obzir i njihovi resursi vezani uz smjer i stupanj razvoja naftno-plinske industrije pojedine zemlje. Poznato je da je u SAD-u, zbog velikog voznog parka osobnih automobila, najveća potrošnja benzina, pa su stoga prevladavajuća sirovina za pirolizu u ovoj zemlji bili prirodni plinovi. Istodobno, u Rusiji i zapadnoeuropskim zemljama dubina prerade nafte znatno je niža. Povećani zahtjevi za motornim svojstvima benzina omogućili su korištenje i plinskog benzina i niskooktanskog benzina za izravnu vožnju kao sirovine za pirolizu. Istodobno su se kao sirovine koristili plinoviti ugljikovodici iz prirodnih i industrijskih plinova. Piroliza plinovitih sirovina (osobito etana) daje veće prinose etilena od pirolize tekućih sirovina.

Od sredine 70-ih, zbog široko rasprostranjenog produbljivanja rafiniranja nafte i rasta cijena benzina, pojavio se interes za pirolizu težih sirovina - frakcija kerozin-plinsko ulje, vakuumsko plinsko ulje. Piroliza sirove nafte također je razvijena korištenjem vodene pare pregrijane na 2000 °C kao rashladnog sredstva.

Najčešći oblik industrijskog procesa je piroliza u cijevnim pećima. Poboljšanja u dizajnu peći omogućila su proširenje frakcijskog sastava sirovina. Istodobno se vraćaju termokontaktnim procesima pirolize zaostalih sirovina i pirolizi sirove nafte, koji u početku nisu bili u širokoj primjeni.

Treba imati na umu da, uz maksimalne prinose etilena, korištenje plinovite sirovine omogućuje rad s recirkulacijom, tj. s povratkom nepretvorenog etana ili propana (nakon jedinice za odvajanje plina) u reakcijsku zonu. Ovo nije primjenjivo za tekuće sirovine, budući da je smola pirolize visoko aromatizirani produkt duboke transformacije, djelomično se podudara u frakcijskom sastavu sa sirovinom; vraćanje na ponovljenu pirolizu uzrokovalo bi koksiranje cijevi peći.

Teorijske osnove procesa. Pirolizu karakterizira duboka transformacija sirovine, što dovodi do stvaranja lakih plinovitih ugljikovodika, aromatskih mono- i policikličkih ugljikovodika, kao i produkata dubokog zbijanja (koksa i čađe). Reakcije stvaranja aromatskih ugljikovodika tijekom pirolize vrlo su raznolike. Kao rezultat toplinske kopolimerizacije nezasićenih spojeva nastaju cikloolefini, koji se dalje dehidrogeniraju u aromatske ugljikovodike. Tako se, na primjer, javlja interakcija butadiena i etilena uz nastanak benzena:

N C CH 2

Ova i slične reakcije, vezane uz tzv. diensku sintezu, karakteristične su za pirolizu i određuju aromatizirani sastav smole.

Rezultati pirolize procjenjuju se prinosom ciljnog produkta, na primjer etilena. Budući da su glavni čimbenici pirolize temperatura i trajanje reakcije, svaka temperatura odgovara nekom optimalnom vremenu kontakta pri kojem je iskorištenje ciljanog produkta maksimalno.

Usporedni podaci o pirolizi raznih plinovitih sirovina pokazuju da je prinos aromatskih ugljikovodika najveći tijekom pirolize olefina; to potvrđuje njihovu ulogu u stvaranju aromatskih ugljikovodika. Sličan fenomen može se uočiti tijekom pirolize benzina koji sadrži nezasićene ugljikovodike.

Prisutnost aromatskih ugljikovodika u sirovini za pirolizu smanjuje stvaranje plina zbog visoke toplinske stabilnosti tih ugljikovodika, međutim, njihov sastav se može promijeniti zbog toplinske dealkilacije kako se proces produbljuje.

U vezi s prijelazom na pirolizu vaganih sirovina, od interesa je utjecaj bi- i policikličkih aromatskih ugljikovodika svojstvenih frakcijama kerozin-tazoil na proces. Utvrđeno je da ovi ugljikovodici inhibiraju stvaranje lakih olefina, a inhibicijski učinak bicikličkih ugljikovodika slabiji je od policikličkih ugljikovodika. S djelomičnim uklanjanjem policikličkih ugljikovodika povećava se prinos etilena i količina plinovitih olefina.

Za svaku vrstu sirovine postoji optimalna kombinacija temperature i trajanja pirolize. Izbor temperature u industrijskoj instalaciji također je određen dizajnom hardvera. Toplinska kontaktna piroliza može se provoditi na višim temperaturama, ali u cijevastim pećima uporaba visokih temperatura (1000 °C ili više) je teška zbog potrebe odabira materijala otpornih na toplinu, začepljenja cijevi čađom i koksom te održavanja kratko vrijeme kontakta. Osim toga, važna je koncentracija nepoželjnih komponenti u nastalom plinu. Stoga je piroliza plina ugljikovodika za proizvodnju etilena na 1000 °C popraćena primjetnim stvaranjem acetilena; Ovo se može izbjeći mekšim načinom rada.

Način pirolize "etilen" odgovara smanjenom prinosu propilena, budući da se djelomično pretvara u etilen. Najmekši su modovi "butilen" i "butilen-butadien" zbog najniže toplinske stabilnosti ovih ugljikovodika.

Značajno stvaranje plina tijekom pirolize tekućih sirovina i stvaranje lakših komponenti od sirovine tijekom pirolize plinovitih sirovina uzrokuje veliko povećanje (obično 1,5-2 puta) specifičnog volumena parne (plinske) faze. Poznato je da reakcije ekspanzije volumena pogoduju niski tlak u reakcijskoj zoni ili niski parcijalni tlak produkata. Kako bi se smanjila uloga reakcija zbijanja, piroliza se provodi pri najnižem mogućem tlaku. U slučaju korištenja cjevastih reakcijskih aparata, potrebno je održavati određeni višak tlaka na ulazu u zavojnicu kako bi se prevladao hidraulički otpor u cijevima peći i naknadnoj opremi (obično je tlak na izlazu iz peći 0,2-0,25 MPa).

Kako bi se kompenzirao negativni učinak tlaka i općenito poboljšala izvedba procesa, prakticira se dovod pregrijane vodene pare u peć zajedno sa sirovinom, čime se smanjuje parcijalni tlak pare proizvoda pirolize i sprječavaju reakcije zbijanja.

Na materijalnu bilancu pirolize povoljno utječe lagani plinoviti razrjeđivač, pa je predloženo provođenje procesa u prisutnosti vodika. Ne samo da je razrjeđivač, već s povećanjem koncentracije aktivno komunicira s komponentama reakcijske smjese, što se objašnjava pomakom u ravnoteži reakcije prema spojevima bogatim vodikom. Prednost vodika kao razrjeđivača je povećanje prinosa etilena, smanjenje prinosa acetilena, teškog dijela smole i koksa; Nedostaci postupka su povećanje volumena plina i smanjenje prinosa propilena.

Proces industrijskog dizajnapiroliza i stvrdnjavanje proizvoda. Trenutno se industrijska piroliza provodi gotovo isključivo u cijevnim pećima (slika 8). Ova metoda ima niz značajnih prednosti: dobro je proučena, njezina tehnologija i hardver relativno su jednostavni i pouzdani, a proces je lako kontrolirati i regulirati. Glavni uređaji instalacije za pirolizu: cjevasta peć za pirolizu, koja se sastoji od radijacijske i konvekcijske komore; uređaji za gašenje-isparavanje u kojima se proizvodi pirolize hlade velikom brzinom; niz uređaja kao što su kolone za pranje, u kojima se produkti dalje hlade, te se teški dio proizvoda kondenzira i odvaja od plinovitog dijela, koji se dovodi na kompresiju, a zatim na odvajanje plina.

Glavne poteškoće povezane s industrijskim dizajnom pirolize su sljedeće:

Potreba za jasnim reguliranjem trajanja reakcije, koja je na visokim temperaturama obično djelić sekunde;

Taloženje koksa i čađe u reakcijskoj zoni i tijekom brzog hlađenja plina pirolize (u aparatu za "gašenje");

Potreba za upotrebom materijala otpornih na toplinu;

Ograničenje kapaciteta instalacije zbog značajnog specifičnog volumena reakcijske smjese zbog visoke temperature, niskog tlaka i razrjeđivanja sirovine vodenom parom. Potonji prisiljava instalacije srednje i velike propusnosti da koriste nekoliko (ponekad 8-10 pećnica).

Tehnološki dijagram instalacije za pirolizu benzina prikazan je na sl. 9. Benzin iz spremnika pumpa se kroz izmjenjivač topline u cjevastu peć za pirolizu. U izmjenjivaču topline benzin se zagrijava na 80-110 °C zbog topline cirkulirajućeg teškog ulja (produkt pirolize). Benzin se prije ložišta dijeli u nekoliko struja (četiri struje na slici). Para se dovodi u svaki od tokova. Razrjeđivanje sirovine vodenom parom koristi se za smanjenje brzine sekundarnih reakcija i količine teških tekućih proizvoda i koksa koji nastaju kao rezultat tih reakcija. Mješavina benzina i pare ulazi u konvekcijsku komoru peći, gdje se zagrijava toplinom dimnih plinova. Prije ulaska u peć se vrši miješanje ugljikovodične sirovine i pare. Međutim, može se osigurati prethodno odvojeno isparavanje ne više od 80% sirovine i pregrijavanje pare u konvekcijskoj komori; daljnje zagrijavanje mješavine sirovina i pare na 520-600 ° C provodi se u istoj konvekcijska komora. U nekim se pećima, u odvojenim zavojnicama konvekcijske komore, zagrijava napojna voda za uređaje za gašenje i isparavanje, a visokotlačna para proizvedena u tim uređajima se pregrijava. Zagrijana smjesa benzinske pare i vode ulazi u zavojnicu zračećeg dijela peći, gdje se dodatno zagrijava i vrši piroliza na temperaturi od 810-870 °C. Toplina se dovodi u zračeću zavojnicu izgaranjem plinskog goriva u plamenicima bez plamena koji se nalaze okomito u stijenkama peći. Na izlazu iz zone zračenja zavojnice se spajaju u parove, a pirogas se dovodi na hlađenje u aparat za gašenje i isparavanje. Toplina piroglina koristi se u uređajima za stvaranje pare pri tlaku od 11-13 MPa. Napojna voda se dovodi u separator vodene pare, a odatle teče gravitacijom u ZIA. Visokotlačna para iz bubnja separatora usmjerava se u konvekcijski dio peći ili kroz kontrolni ventil izravno u visokotlačni parni vod.

Riža. 8. Visokotemperaturna pećnica za pirolizu:

1 – plinski kanali; 2 – konvekcijska komora i pregrijač; 3 – aparat za “kaljenje”-isparavanje i kolektori pare; 4 – okvir; 5 – reaktivna zavojnica; 6 – metalni omotač i toplinska izolacija; 7 – komora za zračenje; 8 – plamenici; 9 – viseći zidovi od šamotne opeke

Riža. 9. Dijagram instalacije pirolize benzina:

E–1 – kapacitet; N-1-N-5 – pumpe; T-1-T-3 – izmjenjivači topline; P-1 – pećnica; A-1 – aparat za kaljenje i isparavanje; A-2 – aparat za dodatno kaljenje; A-3 – isparivač; A-4 – taložnik; S-1 – separator; K-1 – kolona primarne frakcionacije; K-2 – kolona za pranje vodom; F-1 – filter

I – benzin iz skladišta; II – para za razrjeđivanje; III – dimni plinovi; IV – napojna voda; V – para visokog pritiska; VI – pirogas za kompresiju; VII – parni kondenzat; VIII – voda za hlađenje; IX – pirokondenzat iz instalacije; X – voda u kanalizaciju; XI – ulje iz instalacije; XII – para; XIII – kondenzat

Produkti pirolize iz ZIA aparata ulaze u primarnu frakcionu kolonu nakon dodatnog hlađenja u dodatnom aparatu za gašenje na temperaturu od 180-200°C. U primarnoj frakcionoj koloni proizvodi pirolize se odvajaju na teške tekuće proizvode (teško ulje pirolize) koji napuštaju dno kolone i plinovite proizvode (piroglin).

Ulje za pirolizu pumpa se kroz filtere i izmjenjivače topline kako bi se pirogas ohladio u aparat za naknadno gašenje; dio ulja za pirolizu nakon izmjenjivača topline šalje se za zagrijavanje benzina u izmjenjivačima topline, a zatim odlazi na vrh donjeg dijela stupca. Toplina koju oslobađa cirkulirajuće ulje za pirolizu u izmjenjivačima topline koristi se u isparivaču za stvaranje pare koja se koristi za razrjeđivanje; nedostajuća količina topline dovodi se pomoću pare kroz izmjenjivače topline. Višak piroliznog ulja nakon filtara ulazi u sabirni spremnik.

Piroglin s vrha kolone s temperaturom od 95-100 °C šalje se u kolonu za pranje vode, gdje se hladi cirkulirajućom vodom na 30-38 °C. Cirkulirajuća voda, zajedno s kondenzatom (pirobenzenom) koji je ispao iz piro-plina, ulazi u taložnik. Voda se ponovno dovodi u kolonu pumpama kroz hladnjak. Pirobenzen zajedno s viškom vode otječe u separacijski odjeljak taložnika, odakle se voda pumpa u kanalizacijski sustav, a pirokondenzat se dovodi na vrh kolone primarne frakcionacije. Višak pirobenzena ispušta se u spremnik.

Prinos tekućih proizvoda uglavnom ovisi o kvaliteti sirovina, tijekom pirolize frakcija kerozin-plinsko ulje oko polovice sirovina se pretvara u tekuće proizvode, pa će samo njihova racionalna i potpuna uporaba osigurati isplativost pirolize. bilje.

Kvaliteta tekućih proizvoda ovisi i o sirovinama i o strogosti režima. Frakcijski sastav tekućih proizvoda mijenja se s težinom sirovine. Nakon destilacije tekućih proizvoda četiri frakcije napuštaju instalaciju: C 5 (do 70 °C), 70-130 °C (benzen-toluen), 130-190 °C (C 8 - C 9) i >190 °C C (teška smola).

Frakciju C5 više od polovice čine nezasićeni spojevi: približno 50% njih su ciklopentadien i izopren. Ciklopentadien je visoko reaktivan ugljikovodik koji se koristi u nizu sinteza (priprava pesticida, plastifikatora itd.). Izopren je polazni materijal za proizvodnju sintetičkog kaučuka. Frakcija od 70-130 °C podvrgava se hidrogenaciji (za zasićenje nezasićenih ugljikovodika), ekstrakciji ili adsorpciji (za odvajanje benzena i toluena) i naknadnom odvajanju rektifikacijom. Potražnja za benzenom je u porastu, stoga, da bi se povećao njegov prinos, toluen se ponekad podvrgava dehidroalkilaciji.

Frakcija 130-190 °C sadrži određenu količinu ksilena i etilbenzena (10-12% wt), ali su joj glavne komponente stiren (do 40%) i drugi alkenil aromatski ugljikovodici, kao i inden i diciklopentadien. Frakcija od 190-230 °C destilira se iz teškog dijela smole kako bi se izolirao naftalen. Teški dio smole sadrži CAB i koristi se kao sirovina za proizvodnju čađe ili koksa bez pepela.

Pitanja za samotestiranje:

1. Koja je svrha termičkog krekiranja i koje se sirovine koriste za njegovu proizvodnju?

2. Koje modifikacije termičkog krekiranja postoje?

3. Što je odgođeni proces koksiranja?

4. Koje se sirovine koriste u procesima pirolize?

5. Koja se oprema koristi u tehnološkom projektiranju procesa pirolize?

6. Kakav je sastav tekućih proizvoda pirolize?

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Esej

Objašnjenje 71 str., 10 slika, 3 tablice, 14 izvora i 1 prilog.

NAFTA, RECIKLAŽA, PROCES, KEMIJA, TEHNOLOGIJA, SIROVINE, KREKIRANJE, KATALIZATOR, OPREMA, REAKTOR, ENERGIJA, PROIZVODI, ŽIVOTNI CIKLUS, EKOLOGIJA

Svrha kolegijskog projekta je proučavanje tehnologije recikliranja ulja. Predmet proučavanja je proces i postrojenje katalitičkog krekiranja.

Projektom je napravljen literarni prikaz procesa recikliranja nafte u kojem su prikazane karakteristike metoda prerade naftnih sirovina pretvorbom pod utjecajem visoke temperature (toplinski procesi), visoke temperature i katalizatora (termokatalitički procesi) ili samo katalizatora ( niskotemperaturni katalitički procesi); Dane su karakteristike sirovinske baze sekundarnih procesa.

Detaljno su proučavani fizikalno-kemijski temelji procesa katalitičkog krekiranja: mehanizam reakcija koje se odvijaju tijekom katalitičkog krekiranja, kinetika i termodinamika procesa, glavni fizikalni parametri tehnološkog režima koji određuju prinos i kvalitetu dobivenih proizvoda. ; Proučavana su svojstva modernih katalizatora krekiranja.

Izrađena je tehnološka shema postrojenja za katalitičko krekiranje i prikazane su značajke glavne tehnološke opreme procesa te je provedena analiza korištenja sirovina, vode i energetskih resursa.

Provedena je procjena životnog ciklusa glavnih proizvoda i razmatrani su glavni izvori onečišćenja okoliša tijekom rada postrojenja za reciklažu ulja.

Grafički dio uključuje:

dijagram toka procesa - 1 list A1.

Uvod

1. Sirovinska baza za proces prerade nafte

2. Značajke metoda recikliranja ulja

2.1 Klasifikacija metoda recikliranja ulja

2.2 Karakteristike toplinskih procesa

2.3. Obilježja termokatalitičkih procesa

3. Fizikalno-kemijske osnove razmatranog procesa

3.1 Kemija procesa katalitičkog krekiranja

3.2 Kinetika i termodinamika procesa katalitičkog krekiranja

3.3 Glavni čimbenici procesa katalitičkog krekiranja

3.4 Svojstva katalizatora katalitičkog krekiranja

4. Tehnološki dijagram procesa reciklaže ulja

4.1 Dijagram toka procesa

4.2 Karakteristike glavne opreme

4.3 Analiza korištenja sirovina i materijala

4.4 Korištenje vode i energije

5. Životni ciklus proizvoda i glavne vrste utjecaja procesa recikliranja ulja

5.1 Životni ciklus naftnih derivata

5.2 Utjecaj procesa recikliranja ulja na okoliš

Zaključak

Popis korištenih izvora

Dodatak A. Dijagram toka procesa

Uvod

rafiniranje naftnih sirovina krekiranje

Racionalno korištenje nafte, neobnovljivog izvora energije i sirovine za proizvodnju raznih petrokemijskih proizvoda, mazivih ulja, bitumena, koksa i dr., najvažnija je državna zadaća. Pokazatelj stupnja razvijenosti industrije prerade nafte, prihvaćen ne samo kod nas, već i u cijelom svijetu, je dubina prerade nafte, što je postotak iskorištenja svih naftnih derivata u nafti, umanjen za iskorištenje lož ulje i iznos nenadoknadivih gubitaka.

Rafiniranje nafte i naftnih derivata je proces složene prerade nafte koji se sastoji od nekoliko faza. Rezultat prerade nafte je proizvodnja čitavog niza proizvoda koji se međusobno razlikuju po nizu kriterija. Dubinu prerade moguće je povećati potpunijim izdvajanjem gorivih frakcija iz nafte tijekom njene primarne destilacije, izborom najpovoljnijeg sastava gorivnih proizvoda (benzin, mlazno gorivo, dizelsko gorivo), i što je najvažnije, razvojem destruktivnih procesa za preradu naftnih ostataka za dobivanje vrijednih goriva i petrokemijskih proizvoda. Takvi procesi uključuju toplinske, katalitičke i hidrogenacijske tehnologije za obradu vakuumskih destilata, loživog ulja i katrana.

Od teških naftnih derivata termičkim krekiranjem dobiva se plinsko ulje koje se široko koristi za proizvodnju automobilskog goriva i koksa. Prinos gotovog proizvoda u ovom slučaju je nizak - do dvadeset posto prerađene mase. Pri provođenju pirolize ili tzv. visokotemperaturnog krekiranja, pri prilično visokoj temperaturi i atmosferskom tlaku, iz naftne sirovine dobiva se plin koji se koristi u proizvodnji benzena, naftalina i drugih kemikalija.

Primjenom katalitičkog krekiranja moguće je dobiti benzin s visokim oktanskim brojem, kao i dizelsko gorivo. U ovom procesu teške frakcije nafte se razgrađuju uz pomoć katalizatora za ovaj proces. Korištenje katalitičkog krekiranja poboljšava kvalitetu benzina u usporedbi s korištenjem toplinskog krekiranja.

Prerada nafte i naftnih derivata teških frakcija, koje sadrže značajne količine sumpora i katrana, kao i njihovih spojeva, provodi se hidrokrekingom - procesom krekiranja u kojem se koristi vodik. Treba napomenuti da se tijekom ovog procesa prinos gotovog proizvoda može povećati do sedamdeset posto.

Sekundarni procesi također su izvor sirovina za petrokemiju (plinoviti i tekući olefini, pojedinačni aromatski ugljikovodici visoke čistoće), na temelju kojih se proizvode plastika, sintetička guma, sintetička vlakna i drugi materijali.

1 . Sirovinska baza za sekundarnu preradu nafte

Postoje procesi primarne i sekundarne prerade nafte. Procesi primarne prerade nafte, koji uključuju izravnu destilaciju pod atmosferskim tlakom (proizvodnja destilata goriva i loživog ulja) i pod vakuumom (proizvodnja destilata nafte, katrana), temelje se na zakonitostima fizičkog razdvajanja nafte na uske frakcije. Proizvodi primarne prerade nafte u pravilu nisu komercijalni naftni derivati. S tim u vezi, svijetli naftni proizvodi dobiveni tijekom primarne prerade zatim se isporučuju u sekundarne procesne instalacije namijenjene poboljšanju kvalitete naftnih proizvoda i produbljivanju prerade nafte.

Sekundarni procesi uključuju destruktivne procese rafiniranja nafte koji su dizajnirani da promijene njezin kemijski sastav toplinskim i katalitičkim djelovanjem (katalitičko krekiranje, reformiranje, izomerizacija, hidrotretiranje, itd.).

Sirovine za procese sekundarne prerade nafte su naftni proizvodi dobiveni primarnom preradom nafte. Sirovinska baza za procese recikliranja ulja prikazana je u tablici 1.

Jedan od razloga potrebe za sekundarnim procesima je taj što se izravnom destilacijom dobiva samo onaj prinos svijetlih naftnih derivata koji je određen prirodnim svojstvima nafte. Primjenom termokatalitičkih procesa moguće je dobiti dodatne količine lakih naftnih proizvoda iz teških frakcija nafte. Na primjer, katalitičko krekiranje vakuum plinskog ulja (frakcija 350-500°C, koja čini 20-30 tež. % ulja) može dati do 45-50 tež. %. benzin, tj. dodatnih 10-15% benzina u odnosu na naftu. Pritom se dobiva laka frakcija plinskog ulja koja se nakon odgovarajuće dorade može koristiti kao dizelsko gorivo. Jednako važan razlog je što se izravnom destilacijom ulja (uglavnom parafinskih) ne može dobiti benzin zadovoljavajuće kvalitete.

Najjednostavnija shema primarne destilacije nafte je atmosferska cijevna jedinica (AT). Komponente lakih naftnih proizvoda - benzin, kerozin i dizelska goriva - ekstrahiraju se iz sirove nestabilne nafte. Ostatak atmosferske destilacije je loživo ulje. Vakuumski je destiliran. U ovom slučaju, vakuumska plinska ulja ili frakcije ulja i teška

ostatak je katran. Za dobivanje vakuumskih plinskih ulja ili uljnih frakcija iz loživog ulja konstruiraju se atmosferski vakuumski uređaji (AVT). Iz njih dobiveni plinsko ulje, naftne frakcije i katran koriste se kao sirovine za naknadne (sekundarne) procese prerade za proizvodnju goriva, mazivih ulja, koksa, bitumena i drugih naftnih proizvoda.

Tablica 1 - Sirovinska baza za procese sekundarne prerade nafte

Nazivi frakcija	Područja vrenja, °C	Gdje je odabrano?	Gdje se koristi? (po redu prioriteta)
Stabilni tekući benzin (nafta)		Sekundarna destilacija benzina	Mješavina benzina, komercijalni proizvodi
Stabilan lagani benzinac		Stabilizacijski blok	Izomerizacija, miješanje benzina, komercijalni proizvodi
Benzen Toluen ksilen		Sekundarna destilacija benzina	Proizvodnja odgovarajućih aromatskih ugljikovodika
Katalitičke sirovine reformiranje		Sekundarna destilacija benzina	Katalitički reforming
Teški benzin		Sekundarna destilacija benzina	Miješanje kerozina, zimskog dizel goriva, katalizatora reformiranje
Kerozinska komponenta		Atmosferska destilacija	Miješanje kerozina i dizel goriva
Dizel		Atmosferska destilacija	Hidroobrada, miješanje dizel goriva, lož ulja
		Atmosferska destilacija (ostatak)	Vakuumska destilacija, hidrokreking, miješanje loživog ulja
Vakuumsko plinsko ulje		Vakuumska destilacija	Katalitički kreking, hidrokreking, komercijalni proizvodi, miješanje loživog ulja
		Vakuumska destilacija (ostatak)	Koksiranje, hidrokreking, miješanje loživog ulja

Tijekom primarne destilacije nafte dobiva se širok raspon frakcija i naftnih derivata koji se razlikuju po granicama temperature vrenja, ugljikovodičnom i kemijskom sastavu, viskoznosti, plamištu, stiništu i drugim svojstvima vezanim uz područje njihove primjene i upotrebe. .

Ugljikovodični plin sastoji se uglavnom od propana i butana, koji su u otopljenom obliku sadržani u uljima koja se dostavljaju na preradu. Ovisno o tehnologiji primarne destilacije nafte, propan-butanska frakcija se dobiva u ukapljenom ili plinovitom stanju. Koristi se kao sirovina za postrojenja za frakcioniranje plina za proizvodnju pojedinačnih ugljikovodika, goriva za kućanstva i komponenta motornih benzina.

Frakcija benzina 28-180°C pretežno se podvrgava sekundarnoj destilaciji (prozirna rektifikacija) da bi se dobile uske frakcije (28-62, 62-85, 85-105, 105-140, 85-40, 85-180°C), koji služe kao sirovine za procese izomerizacije, katalitičkog reforminga za proizvodnju pojedinačnih aromatskih ugljikovodika (benzen, toluen, ksileni), visokooktanskih komponenti automobilskih i zrakoplovnih benzina; Koristi se kao sirovina za pirolizu u proizvodnji etilena, rjeđe kao komponenta komercijalnog benzina.

Kerozin frakcije 120-230(240)°C koristi se kao gorivo za mlazne motore, po potrebi se podvrgava demerkaptanizaciji i hidrotretiranju; frakcija 150-280°C iz ulja s niskim sadržajem sumpora koristi se kao kerozin za rasvjetu, frakcija 140-200°C kao otapalo (white spirit) za industriju boja i lakova.

Kao zimsko dizel gorivo koristi se dizel frakcija 140-320(340)°C, a kao ljetno dizel gorivo frakcija 180-360(380)°C. Kada se proizvodi od sumpora i ulja s visokim sadržajem sumpora, potrebna je prethodna desulfurizacija frakcija. Kao sirovina za proizvodnju tekućih parafina deparafinizacijom koriste se frakcije 200-320°C i 200-340°C iz visokoparafinskih ulja.

Lož ulje, ostatak od atmosferske destilacije nafte, koristi se kao kotlovsko gorivo, njegov sastojak ili kao sirovina za vakuumske destilacijske jedinice, te termički, katalitički krekiranje i hidrokreking.

Kao sirovina za katalitički krekiranje i hidrokrekiranje koristi se vakuumsko plinsko ulje široke frakcije 350-500 i 350-540(580)°C.

Uske frakcije ulja 320(350)-400, 350-420, 400-450, 420-490, 450-500°C koriste se kao sirovine za postrojenja za proizvodnju mineralnih ulja raznih namjena i čvrstih parafina.

Katranski ostatak vakuumske destilacije loživog ulja podvrgava se deasfaltizaciji i koksiranju radi produbljivanja rafinacije nafte, a koristi se u proizvodnji bitumena i rezidualnih baznih ulja.

Benzinska frakcija dobivena u atmosferskoj jedinici sadrži plinove (uglavnom propan i butan) u volumenu koji premašuje zahtjeve kvalitete i ne može se koristiti niti kao komponenta motornog benzina niti kao komercijalni benzin za izravnu vožnju. Osim toga, procesi prerade nafte usmjereni na povećanje oktanskog broja benzina i proizvodnju aromatskih ugljikovodika koriste uske frakcije benzina kao sirovinu. To objašnjava uključivanje u tehnološku shemu primarne prerade nafte procesa sekundarne destilacije, u kojem se ukapljeni plinovi destiliraju iz frakcije benzina, a destiliraju se u 2-5 uskih frakcija na odgovarajućem broju stupova. Proces se odvija u zasebnim instalacijama ili jedinicama koje su dio AT i AVT. Sirovina za sekundarnu destilaciju je široka benzinska frakcija n.k. -180°C.

Proizvodi:

1) frakcija n.k.-62°C koristi se kao komponenta komercijalnog motornog benzina i sirovina za jedinice za izomerizaciju;

2) frakcija 62-85°C je sirovina za jedinice za katalitički reforming koje proizvode benzen;

3) frakcija od 85-105°C služi kao sirovina za jedinice za katalitički reforming koje proizvode toluen;

4) frakcija 105-140°C koristi se kao sirovina za jedinice za katalitički reforming koje proizvode ksilene;

5) frakcija 140-180°C koristi se kao komponenta komercijalnog motornog benzina i mlaznog goriva, sirovina za jedinice za katalitički reforming koje rade u proizvodnom načinu rada visokooktanskog benzina i jedinica za hidroobradu kerozina.

Osnovna svrha procesa vakuumske destilacije loživog ulja je dobivanje vakuumskog plinskog ulja širokog frakcijskog sastava (350-500°C), koje se koristi kao sirovina za jedinice katalitičkog krekiranja, hidrokrekinga ili pirolize, au nekim slučajevima i termičko krekiranje kako bi se dobio ostatak krekiranja destilata, koji se dalje šalje na koksiranje kako bi se dobili visokokvalitetni naftni koks. Tijekom vakuumske destilacije loživog ulja dobivaju se sljedeći proizvodi:

1) frakcija plinskog ulja 150-280°C komponenta dizelskog goriva;

2) lagano vakuumsko plinsko ulje 250-380°C komponenta dizelskog goriva, goriva za kotlove i plinske turbine;

3) vakuumsko plinsko ulje (ili teško vakuumsko plinsko ulje) 300-500°C

4) (350-550°C) za hidrotretiranje i katalitički krekiranje za proizvodnju vrijednih motornih goriva;

5) katran iznad 500 (550) °C za koksiranje ili viskozni krek, za proizvodnju bitumena kao komponente kotlovskog goriva.

Proizvodi dobiveni vakuumskom destilacijom u uljnom krugu:

1) frakcija ulja 350-420(420-500)°C za selektivno pročišćavanje, deparafinizaciju, hidrotretiranje za proizvodnju baznih destilatnih ulja;

2) katran iznad 500°C, deasfaltizacija, selektivno čišćenje, dobivanje baznog ulja.

2 . Karakteristike metoda recikliranja ulja

Budući da se u opisima procesa recikliranja koriste nazivi skupina ugljikovodika koji čine naftu i naftne derivate, dat ćemo kratke opise tih skupina i utjecaj sastava ugljikovodika na pokazatelje kakvoće naftnih derivata.

Parafini su zasićeni (bez dvostrukih veza između ugljikovih atoma) ugljikovodici linearne ili razgranate strukture. Podijeljeni su u sljedeće glavne skupine:

Normalni parafini s molekulama linearne strukture. Imaju nizak oktanski broj i visoku točku tečenja, pa mnogi procesi sekundarne rafinacije nafte uključuju njihovu pretvorbu u ugljikovodike drugih skupina.

Izoparafini s razgranatim molekulama. Imaju dobra svojstva protiv detonacije (na primjer, izooktan je referentna tvar s oktanskim brojem 100) i nižu točku tečenja u usporedbi s normalnim parafinima.

Nafteni (cikloparafini) su zasićeni ugljikovodični spojevi cikličke strukture. Udio naftena pozitivno utječe na kvalitetu dizelskih goriva (uz izoparafine) i mazivih ulja. Visok sadržaj naftena u frakciji teškog benzina određuje visok prinos i oktanski broj produkta reformiranja.

Aromatski ugljikovodici su nezasićeni ugljikovodični spojevi čije molekule uključuju benzenske prstene koji se sastoje od 6 atoma ugljika, od kojih je svaki vezan na atom vodika ili radikal ugljikovodika. Imaju negativan utjecaj na ekološka svojstva motornih goriva, ali imaju visok oktanski broj. Dakle, proces usmjeren na povećanje oktanskog broja frakcija ravnog pogona - katalitički reforming, uključuje pretvorbu drugih skupina ugljikovodika u aromatske ugljikovodike. Istodobno, maksimalni sadržaj aromatskih ugljikovodika i, prije svega, benzena u benzinu ograničen je standardima.

Olefini su ugljikovodici normalne, razgranate ili cikličke strukture, čije molekule sadrže dvostruke veze između atoma ugljika. Praktički ih nema u frakcijama dobivenim tijekom primarne rafinacije nafte, uglavnom se nalaze u proizvodima katalitičkog krekiranja i koksiranja. Zbog pojačane kemijske aktivnosti negativno utječu na kvalitetu motornih goriva.

2.1 Klasifikacijanačinesekundarnijaoprerada nafte

Jasna klasifikacija sekundarnih procesa za preradu naftnih sirovina je teška. Dolje je kratak opis sekundarnih procesa, djelomično grupiranih prema srodnim karakteristikama.

2.1.1 Toplinski procesi.DOovi procesi, koji su dobili široku rasprostranjenostdistribucija uključuje:

a) toplinsko krekiranje pri povišenom tlaku (2,0-4,0 MPa) tekućih (trenutačno uglavnom teških) sirovina za proizvodnju plina i tekućih proizvoda;

b) koksiranje teških ostataka ili visoko aromatiziranih teških destilata pri niskom tlaku (do 0,5 MPa) za proizvodnju koksa, plina i tekućih proizvoda;

c) piroliza (visokotemperaturno krekiranje) tekućih ili plinovitih sirovina pri niskom tlaku (0,2-0,3 MPa) za proizvodnju plina bogatog nezasićenim ugljikovodicima i tekućeg proizvoda;

Ovu skupinu procesa karakteriziraju visoke temperature u reakcijskoj zoni od 450 do 900°C. Pod utjecajem visoke temperature dolazi do raspadanja (zapravo krekiranja) naftne sirovine. Taj proces prate sekundarne reakcije zbijanja novostvorenih molekula ugljikovodika.

Termičko krekiranje pod tlakom prije se koristilo za preradu raznih sirovina - nafte, plinskih ulja, loživih ulja - za proizvodnju motornih benzina. Kod prerade teških naftnih ostataka (polutrani, katrani) ciljni proizvod je obično kotlovsko gorivo dobiveno smanjenjem viskoznosti početnog ostatka. Ovaj proces plitke razgradnje sirovina nazivamo laganim krekiranjem ili visbreakingom. Visbreaking se provodi pri tlaku od ~2 MPa i temperaturi od 450-500 °C.

Koksiranje naftnih ostataka provodi se u smjeru njihove "dekarbonizacije", kada se asfaltno-smolaste tvari sadržane u sirovini koncentriraju u kruti proizvod - koks; Rezultat je više proizvoda bogatih vodikom - plinsko ulje, benzin i plin. Obično je svrha procesa proizvodnja koksa, ali i drugi proizvodi također nalaze kvalificiranu primjenu.

Vrsta toplinskog krekiranja naftnih ostataka pri niskom tlaku - destruktivna destilacija - ima za cilj postizanje maksimalnog prinosa solarnih frakcija uz minimalnu količinu teškog tekućeg ostatka.

Koksiranje i destruktivna destilacija provode se na 450-550 °C.

Piroliza je najteži oblik toplinskog krekiranja. Sirovine za pirolizu vrlo su raznolike. Temperatura procesa je 700-900°C, tlak je blizu atmosferskog. Svrha procesa je proizvodnja plinovitih nezasićenih ugljikovodika, uglavnom etilena i propilena; Kao nusproizvodi nastaju aromatski ugljikovodici (benzen, toluen, naftalen).

Toplinsko-oksidacijski procesi (proizvodnja bitumena, rasplinjavanje koksa, ugljena i dr.) često se svrstavaju u vrstu toplinskih procesa.

2.1 .2 Termokatalitički procesi. To uključuje:

a) katalitičko krekiranje;

b) katalitički reforming;

c) katalitička izomerizacija;

d) procesi hidrogenacije (hidroobrada, hidrodesulfurizacija, hidrokrekiranje).

Glavna svrha katalitičkog krekiranja je proizvodnja visokokvalitetnog benzina; Dodatno se dobiva plin bogat butan-butilen frakcijom (sirovina za proizvodnju komponente visokooktanskog benzina) i frakcijama plinskog ulja. Katalizatori - alumosilikati, amorfne ili savršenije - kristalne strukture (zeoliti). Što se tiče temperature, proces je sličan termičkom krekiranju (470-540°C), ali je brzina reakcije nekoliko redova veličine viša, a kvaliteta dobivenog benzina mnogo veća.

Bit katalitičkog reforminga je aromatizacija benzinskih frakcija, koja nastaje kao rezultat pretvorbe naftenskih i parafinskih ugljikovodika u aromatske. Proizvodi su visokooktanski aromatizirani benzin ili (nakon odgovarajućih postupaka ekstrakcije) pojedinačni aromatski ugljikovodici (benzen, toluen, ksileni), koji se koriste u petrokemijskoj industriji. Proces se odvija na katalizatorima (platforming) na 480-540°C i 2-4 MPa.

Katalitička izomerizacija lakih benzinskih ugljikovodika (n-pentana i n-heksana) služi za povećanje njihovog oktanskog broja i njihovu upotrebu kao komponente visokooktanskog benzina. Slično reformingu, proces se provodi na aluminij-platinastim katalizatorima pod tlakom vodika.

Kao rezultat termokatalitičkih transformacija naftne sirovine pod tlakom vodika mogu se dobiti proizvodi vrlo povoljnog sastava. Ovisno o dubini izlaganja vodiku i namjeni, razlikuju se tri vrste procesa hidrogenacije:

1. Hidroobrada se provodi u svrhu poboljšanja benzina, dizel goriva, ulja i drugih naftnih derivata uništavanjem sumpornih spojeva koje sadrže i uklanjanjem sumpora u obliku sumporovodika. Uz odsumporavanje dolazi do zasićenja nezasićenih ugljikovodika, a u dubljem obliku procesa dolazi do hidrogenacije aromatskih ugljikovodika u naftenske ugljikovodike.

2. Svrha hidrodesulfurizacije je smanjiti sadržaj sumpora u teškim ostacima sumpornih ulja kako bi se ti ostaci mogli koristiti kao kotlovsko gorivo.

3. Hidrokrekiranje - duboka termokatalitička transformacija naftne sirovine (uglavnom teških destilata sumpora) za proizvodnju benzina, mlaznih i dizelskih goriva.

Glavni oblici industrijskih procesa hidrogenacije karakterizirani su uzastopnom upotrebom katalizatora hidrodesulfurizacije (A1-Co-Mo ili A1-Ni-Mo) i katalizatora cijepanja (Pt i Pd na nosaču). Temperature se kreću od 350-500°C; tlak ovisno o dubini procesa varira od 3 MPa (hidroobrada) do 15-20 MPa (hidrokrekiranje).

2. 1 .3 Katalitički proces niske temperaturekatalitičkialkilacija izobutana olefinima na bazi biljnih plinova.

Proces se provodi u prisutnosti sumporne kiseline ili tekućeg fluorovodika, na bazi izobutana iz plinova katalitičkog krekiranja i butilena (ili propilena) sadržanih u plinovima katalitičkog krekiranja i toplinskih procesa. Obje vrste procesa provode se pri niskim temperaturama i tlakovima (0-30°C, 0,4-0,5 MPa). Ciljni proizvod je alkilat, visokooktanska komponenta automobilskih i zrakoplovnih benzina.

Postoje tri glavna područja prerade nafte:

- gorivo;

- gorivo i ulje;

- petrokemijski ili složeni (gorivo-petrokemijski ili loživo-ulje-petrokemijski).

U gorivnom smjeru nafta i plinski kondenzat uglavnom se prerađuju u motorna i kotlovska goriva. Prerada nafte u rafinerijama goriva može biti duboka ili plitka. Tehnološku shemu rafinerije s plitkom preradom karakterizira mali broj tehnoloških procesa i mali asortiman naftnih derivata. Prinos motornih goriva prema ovoj shemi ne prelazi 55-60% težine. a ovisi uglavnom o frakcijskom sastavu prerađene naftne sirovine. Iskorištenje kotlovskog goriva je 30-35%.

Tijekom duboke prerade nastoje dobiti što veći prinos visokokvalitetnih motornih goriva uključivanjem ostataka atmosferske i vakuumske destilacije te rafinerijskih plinova u njihovu proizvodnju. Prinos kotlovskog goriva u ovoj je opciji sveden na minimum. U ovom slučaju, dubina rafinacije nafte postiže se do 70-90% mase.

Prema loživo-uljnoj varijanti prerade nafte, uz motorna goriva, dobivaju se različite vrste mazivih ulja. Za proizvodnju potonjeg obično se odabiru ulja s visokim potencijalnim sadržajem frakcija ulja, uzimajući u obzir njihovu kvalitetu.

Petrokemijska i složena prerada nafte uključuje, uz goriva i ulja, proizvodnju sirovina za petrokemiju (aromatski ugljikovodici, parafini, sirovine za pirolizu itd.), au nekim slučajevima i proizvodnju komercijalnih proizvoda petrokemijske sinteze.

Visoki stupanj rafiniranja nafte postiže se širokom upotrebom sekundarnih procesa, kao što su katalitički krekiranje (36%), katalitički reforming (19%), hidrotretiranje (41%), hidrokrekiranje (9,3%), koksiranje, alkiliranje, izomerizacija, itd.

Slika 2 prikazuje dijagram duboke prerade nafte u rafineriji profila goriva.

Razmotrimo najznačajnije procese recikliranja ulja.

Slika 2. Shema duboke prerade nafte

2.2 Karakteristike toplinskih procesa

2.2.1 Toplinsko pucanje

Termičko krekiranje je proces prerade naftnih frakcija njihovom toplinskom razgradnjom radi dobivanja dodatnih količina lakih naftnih proizvoda (benzina), termičkog plinskog ulja za proizvodnju čađe i krekiranja ostatka za proizvodnju igličastog koksa. Poznato je nekoliko varijanti procesa: krekiranje u reakcijskoj zavojnici bez odvajanja zone krekiranja u zasebnu sekciju, krekiranje sa sekcijom za cijeđenje soka, krekiranje s vanjskom reakcijskom komorom sa i bez razine tekuće faze, rekrekiranje proizvoda destilata u zasebnoj peći ili u smjesi sa sirovinom, krekiranje uz dodatnu destilaciju ostatka krekiranja pod vakuumom. Posebna vrsta termičkog krekiranja je visbreaking (lagano krekiranje), proces namijenjen pretvorbi katrana u kotlovsko gorivo s niskom viskoznošću i talištem.

Sirovine za jedinice termičkog krekiranja su loživa ulja, katrani, asfalti, ekstrakti, teška plinska ulja iz katalitičkog krekiranja i naftni ostaci iz postrojenja za obradu.

Glavna reakcija kod toplinskog krekiranja je reakcija razgradnje (cijepanje, pucanje). Najlakše se krekiraju parafinski ugljikovodici, a zatim naftenski ugljikovodici; Najstabilniji su aromatski ugljikovodici. U svakom homolognom nizu lakše se krekiraju ugljikovodici veće molekulske mase. Stoga su teže frakcije naftnih derivata manje stabilne i puno lakše pucaju od lakših.

Prilikom krekiranja tehničkog parafina, koji se sastoji uglavnom od ugljikovodika C 24 H 50, C 25 H 52 i C 26 H 54. nastaju parafinski ugljikovodici i olefini koji se sastoje od 12, 13 i 14 atoma ugljika, tj. od približno polovice atoma ugljika izvornog parafina. To ukazuje da se kidanje C-C veza tijekom pucanja parafina velike molekulske mase događa u središnjem dijelu molekule. Kao rezultat krekiranja, novonastali parafinski ugljikovodici mogu se pak razgraditi na jednostavnije molekule, također tvoreći jednu molekulu parafinskog ugljikovodika i jednu molekulu olefinskog ugljikovodika.

U krekiranju naftenskih ugljikovodika glavne reakcije su dealkilacija (eliminacija parafinskih bočnih lanaca) i dehidrogenacija šesteročlanih naftenskih ugljikovodika u aromatske ugljikovodike; te se reakcije mogu pojaviti istovremeno.

U procesu toplinskog krekiranja, uz reakcije razgradnje, pri čemu nastaju plin i benzin, odvijaju se i sekundarne reakcije zbijanja nastalih produkata, pri čemu nastaju ostaci krekiranja i koks. Na kemiju procesa utječu njegovo trajanje (vrijeme zadržavanja ugljikovodika u reakcijskoj zoni), priroda sirovine i tlak.

Budući da je sirovina za industrijska postrojenja za termički krekiranje mješavina mnogih ugljikovodika složene strukture, nemoguće je detaljno objasniti mehanizam termičkog krekiranja zbog istovremenog odvijanja različitih reakcija. Međutim, vjeruje se da se većina reakcija toplinskog krekiranja može objasniti na temelju teorije stvaranja slobodnih radikala.

Proces industrijskog termičkog krekiranja provodi se u dvije peći. U jednoj od peći teški dio loživog ulja podvrgava se laganom krekiranju (na 470-485°C i 4-4,5 MPa), a u drugoj peći, pod istim tlakom kao u prvoj, kerozin-kerozin. podvrgava se dubokom krekiranju na 500-510°C.frakcije plinskog ulja sadržane u sirovini (lož ulje) i nastale nakon njegovog laganog krekiranja.

Povećanje temperature povećava brzinu reakcija, dubinu procesa, a također dovodi do prevlasti reakcija cijepanja u odnosu na reakcije zbijanja. Dubina procesa ocjenjuje se prinosom benzina, plina i koksa i njihovim odnosom. Odabire se ovisno o sklonosti sirovine da stvara koks ili plin. Kako se dubina pretvorbe povećava, prinos benzina u početku raste, zatim doseže određeni maksimum i počinje se smanjivati. Ova pojava je posljedica činjenice da brzina razgradnje benzina u plin počinje premašivati ​​brzinu stvaranja benzina.

Tlak ne utječe značajno na brzinu krekiranja i stvaranje benzina pri normalnim prinosima. Međutim, krekiranje pod tlakom pruža najpoželjnije uvjete za distribuciju topline i uklanjanje lokalnog pregrijavanja, pa stoga daje manji prinos katrana i koksa, teče s maksimalnim učinkom i minimalnom potrošnjom goriva. Povećanje tlaka omogućuje vam povećanje produktivnosti instalacija.

Glavni proizvodi pretvorbe toplinskog krekiranja uključuju:

1. Plin sadrži sumporovodik, nezasićene i zasićene ugljikovodike, te se šalje na daljnju obradu u HFC.

2. Benzin ima oktanski broj 54-70, sadrži mnogo nezasićenih ugljikovodika, a nakon hidrotretiranja i reforminga koristi se kao komponenta visokooktanskog benzina. Kod upotrebe benzina iz krekiranja niskosumpornih ostataka kao komponente motornih benzina dodaju se inhibitori oksidacije kako bi se spriječilo smoljenje.

3. Frakcije plinskog ulja koriste se u proizvodnji čađe (čađe), kao sastavni dio kotlovskog goriva, a nakon hidrotretiranja za pripremu dizelskog i plinskoturbinskog goriva.

4. Ostatak krekiranja šalje se u jedinice za odgođeno koksiranje za proizvodnju koksa i koristi se kao komponenta goriva za kotlove.

Prinos benzina tijekom toplinskog krekiranja ovisi, uz ostale uvjete, o vrsti sirovine: iznosi (težinski) 10-12% za katran, 30-35 za loživo ulje, 50-55 za plinsko ulje, 60 65 za kerozin. Termički krekirani benzini sadrže nezasićene ugljikovodike i niske su kvalitete.

Motorni benzini pripremljeni miješanjem benzina iz primarne destilacije nafte i toplinskog krekiranja loživog ulja posljednjih su godina prestali zadovoljavati zahtjeve potrošača za oktanskim karakteristikama (zbog povećanja stupnja kompresije zapaljive smjese u cilindrima motora). Stoga se uloga termičkog krekiranja smanjila i zamijenjen je katalitičkim krekiranjem, katalitičkim reformingom i drugim katalitičkim procesima. Ovi procesi omogućuju dobivanje benzina koji je stabilniji i s višim oktanskim brojem (83-95 za motornu metodu i 90-103 za istraživačku metodu). Stoga se trenutno ne grade nova postrojenja za termokrekiranje, već se stara, uključujući i ona s dvije peći, prilagođavaju za toplinsku obradu sirovina za čađu, rekonstruiraju ili demontiraju.

Rekonstrukcija postrojenja za termički krekiranje odvija se u dva smjera: za laki kreking (visbreaking) katrana za proizvodnju standardnih (po viskoznosti) loživih ulja i visokokvalitetnih loživih ulja te za primarnu destilaciju nafte.

2.2.2 Koksiranje

Namjena: proizvodnja koksa, proizvoda destilata (benzin, plinska ulja) iz teških ostataka ugljikovodika. Postoji nekoliko modifikacija procesa: periodično koksiranje u kockama, odgođeno koksiranje u negrijanim komorama, koksiranje u fluidiziranom sloju koksa u prahu.

Koksiranje teških naftnih ostataka može se smatrati oblikom dubljeg toplinskog krekiranja, koje se obično provodi na 445-540°C i tlaku od atmosferskog do 0,6 MPa. Koksiranje karakteriziraju iste kemijske transformacije koje se događaju tijekom toplinskog krekiranja. Na proces slično utječu čimbenici kao što su temperatura, tlak i trajanje boravka u reakcijskoj zoni. Tijekom koksiranja postaje važno pitanje dobivanja koksa sa zadanim parametrima koji se rješavaju pripremom sirovina i odabirom uvjeta koksiranja, uzimajući u obzir principe fizikalne i kemijske mehanike naftnih disperznih sustava.

Sirovine koksara su ostaci destilacije nafte, loživo ulje, katrani, asfalti za proizvodnju nafte, ekstrakti, ostaci termičkog katalitičkog krekiranja, teška smola pirolize, teško plinsko ulje iz katalitičkog krekiranja. U inozemstvu se osim toga koriste smole ugljena i naftnog katrana, gilsonit, teško ulje i dr. Osnovni zahtjevi za kakvoću sirovina određeni su svrhom procesa i vrstom instalacije; posebno, za postrojenja za odgođeno koksiranje u proizvodnji elektrodnog koksa, sadržaj komponenti je odabran tako da se osigura, prvo, proizvodnja koksa dane kvalitete, i drugo, dovoljna agregatna stabilnost, koja omogućuje zagrijavanje sirovine na zadanu temperaturu u zavojnici peći; treće, povećani kapacitet koksiranja kako bi se povećala produktivnost koksiranja po jedinici volumena reaktora. Vrijednosti pokazatelja kvalitete sirovina utvrđuju se eksperimentalno, na temelju sirovinskih resursa pojedinog pogona.

Glavni proizvodi procesa koksiranja uključuju:

1. Naftni koks se koristi u proizvodnji anoda i grafitnih elektroda koje se koriste za elektrolitičku proizvodnju aluminija, čelika, magnezija, klora itd., u proizvodnji karbida, u nuklearnoj energetici, u zrakoplovnoj i raketnoj tehnici, u elektrotehnici i radiotehnici, u metalurškoj industriji, u proizvodnji obojenih metala kao redukcijskih sredstava i materijala koji sadrže sulfide.

2. Sastav plina je blizak sastavu plina za toplinsko krekiranje. Plin se šalje u HFC ili koristi kao gorivo. Kod koksiranja ostataka sumpora, plin za koksiranje se prvo pročišćava od sumporovodika. Plin za koksiranje sadrži značajno manje nezasićenih ugljikovodika nego plin za termičko krekiranje. Na primjer, plin za termičko krekiranje sadrži 20-26% C 2 -C 4 olefina, a plin za odgođeno koksiranje 5-15%, pa je manje vrijedna sirovina za daljnju preradu.

3. Benzin se odlikuje visokim sadržajem nezasićenih ugljikovodika, niske je kemijske stabilnosti, a nakon hidrotretiranja i reforminga koristi se kao komponenta benzina.

4. Lako plinsko ulje (fr. 160-350°C) koristi se kao komponenta dizel goriva, goriva za štednjake i plinske turbine izravno ili nakon hidrotretiranja.

5. Teško plinsko ulje (fr. >350°C) dodaje se kotlovskom gorivu ili podvrgava termičkom krekiranju da bi se dobile čađave sirovine i ostaci krekiranja destilata; potonji se koristi za proizvodnju koksa s "igličastom" strukturom.

Tehnološka oprema kojom se odvija proces koksiranja uključuje cijevne peći, koksne komore, kolonsku opremu, pumpe, zaporne i preklopne armature, izmjenjivače topline, kondenzatore i dr.

2.2.3 Piroliza

Piroliza je najteži oblik toplinskog krekiranja sirovina nafte i plina, koji se obično provodi na 700-900°C kako bi se dobio ugljikovodik s visokim udjelom nezasićenih spojeva. Način može biti usmjeren na postizanje maksimalnog prinosa etilena, propilena ili butilena i butadiena. Uz plin nastaje određena količina tekućeg katranskog proizvoda koji sadrži značajne količine monocikličkih (benzen, toluen, ksileni) i policikličkih aromatskih ugljikovodika (naftalen, antracen). Dugo vremena, dok se nije razvio proces katalitičkog reforminga, piroliza je bila praktički jedina industrijska metoda za proizvodnju aromatskih ugljikovodika iz nafte.

Pirolizu karakterizira duboka transformacija sirovine, koja dovodi do lakih plinovitih ugljikovodika, aromatskih mono- i policikličkih ugljikovodika, kao i produkata dubokog zbijanja (koksa i čađe).

Ako pogledamo graf promjene Gibbsove energije za neke ugljikovodike ovisno o temperaturi, postaje očito da su u području visokih temperatura olefini i aromatski ugljikovodici najstabilniji. Iznad 790°C etilen postaje stabilniji od etana; na još višim temperaturama (>1120°C) acetilen je najstabilniji; stoga je područje od 790-1120°C termodinamički moguće za proizvodnju etilena iz etana. Slična razmatranja za pirolizu propana za proizvodnju etilena dovode do približnog temperaturnog raspona od 660 do 930°C.

Reakcije stvaranja aromatskih ugljikovodika tijekom pirolize vrlo su raznolike. Kao rezultat toplinske kopolimerizacije nezasićenih spojeva nastaju cikloolefini, koji se dalje dehidrogeniraju u aromatske ugljikovodike. Ova i slične reakcije, vezane uz tzv. diensku sintezu, karakteristične su za pirolizu i određuju aromatizirani sastav smole.

U procesu pirolize benzina (nafta), piroglina (uključivo C 4), pirobenzena (C 5 -190 ° C), pirokondenzata teškog ulja (iznad 190 ° C) i vodene pare dobivaju se. Etilen dobiven pirolizom koristi se za proizvodnju etilen oksida, etilnog alkohola, polimera (polietilen), stirena, plastike itd. Propilen je polazni monomer za proizvodnju polipropilena, akrilonitrila i butadiena.

Glavna područja uporabe tekućih proizvoda pirolize benzena i drugih aromatskih ugljikovodika, naftnih polimernih smola, kao sastavnih dijelova motornog benzina, kotlovskih goriva, sirovina za proizvodnju čađe, smola, visokokvalitetnih koksa itd.

Sirovine u procesima pirolize su plinoviti i tekući ugljikovodici: plinovi, lake frakcije benzina, plinski kondenzati, rafinati katalitičkog reforminga i rjeđe frakcije kerozina plinskog ulja.

Prinosi proizvoda ovise o sirovini i tehnološkom režimu pirolize. Najveći prinos etilena dobiva se pirolizom etana. Kako sirovina postaje teža, prinos etilena se smanjuje, a prinos tekućih produkata piroliznih smola raste.

Od tehnoloških parametara na prinos nižih olefina najviše utječu temperatura, vrijeme kontakta i parcijalni tlak ugljikovodika u reakcijskoj zoni.

Na određenoj temperaturi, s povećanjem vremena kontakta (φ), koncentracija olefina u pirolizi (a time i njegov prinos) raste, doseže maksimalnu vrijednost na φ opt, a zatim opada. S povećanjem temperature raste maksimalni prinos olefina, a taj se maksimum postiže pri nižim vrijednostima f opt. Štoviše, za svaki pojedini olefin postoji vlastiti optimalni režim pirolize, koji osigurava maksimalan prinos (etilenski, propilenski ili butilenski režimi pirolize).

Povećanje prinosa olefina također je olakšano smanjenjem parcijalnog tlaka sirovine u reakcijskoj zoni razrjeđivanjem s vodenom parom ili, učinkovitije, s vodikom.

Razrjeđivanje sirovine za pirolizu vodenom parom, a posebno vodikom, dovodi ne samo do povećanja prinosa etilena, već također, što je iznimno važno, učinkovito usporava brzinu sekundarnih reakcija sinteze koje dovode do stvaranja pirolitičkog ugljika. Vodik u uvjetima pirolize nije samo razrjeđivač, već i hidrogenirajuća komponenta koja inhibira stvaranje teških produkata kondenzacije, uključujući pirougljik.

Suvremena postrojenja za pirolizu vrlo su složena. Njihovi glavni dijelovi su: peći, kondenzacijske sekcije, apsorpcijske H 2 S i CO 2, sekcije za sušenje i ukapljivanje, skupina kolona za odvajanje pojedinačnih frakcija i ugljikovodika, jedinica za hlađenje kaljenja, oprema za osiguravanje hladnoće pri povratu topline itd. U modernim postrojenjima piroliza Ugljikovodična obrada sirovina provodi se u cijevnim pećima s povećanim toplinskim intenzitetom i kratkim vremenom zadržavanja sirovina u reakcijskoj zoni. Instalacije omogućuju maksimalno iskorištenje topline i proizvodnju visokotlačne pare do 12 MPa (120 kgf/cm2), koja se koristi za pogon turbokompresora i srednjetlačne pare koja se koristi za razrjeđivanje i zagrijavanje sirovina za pirolizu.

Značajni nedostaci peći za pirolizu (potreba za zaustavljanjem za izgaranje kolača, velika potrošnja metala, uključujući visokokvalitetne legirane čelike) doveli su do potrage za drugim metodama pirolize. U posljednje vrijeme intenzivno se proučava i ispituje termička kontaktna piroliza, posebno u fluidiziranom sloju rashladne tekućine, homogena piroliza u struji vodene pare prethodno zagrijane na 2000°C, kao i piroliza ugljikovodičnih sirovina u uvjetima kondenzacije para metala. kao što su kadmij, cink i svinje.

2.2.4 Proizvodnja bitumena

Trenutno su područja uporabe bitumena iznimno široka: izgradnja cesta, proizvodnja krovnih materijala, izgradnja zgrada i građevina, za izolaciju cjevovoda, uporaba u industriji boja i lakova i kabela, za punjenje baterijskih mastika itd.

Bitumen se obično prema namjeni dijeli na cestovni, krovni, izolacijski, građevinski i specijalni. Predstavljaju složeni koloidni sustav koji se sastoji od asfaltena, visokomolekularnih smola i ulja: asfalteni daju tvrdoću i visoku točku omekšavanja; smole povećavaju svojstva cementiranja i elastičnost; ulja su medij za razrjeđivanje u kojem se otapaju smole i bubre asfalteni.

Za proizvodnju naftnog bitumena koriste se tri glavne metode:

1) koncentracija krutog otpada (teških naftnih ostataka) destilacijom pod vakuumom (rezidualni bitumen);

2) oksidacija raznih TNO (oksidirani bitumen) kisikom iz zraka;

3) slaganje zaostalog i raznih TNO (složeni bitumen).

Bitumen se proizvodi uglavnom od teških naftnih ostataka: katrana, teških loživih ulja, deasfaltnih asfalta, kreking ostataka i dr. Optimalne sirovine za proizvodnju bitumena su ostaci od asfaltno-smolastih ulja naftenske ili naftensko-aromatske baze. Što je veći omjer asfaltena i smola u nafti i manji sadržaj krutih parafina, to je bitumen dobiven iz njih bolji, a tehnologija njihove proizvodnje jednostavnija. Ulja iz čijih se ostataka proizvodi bitumen moraju biti dobro odsoljena. Prisutnost sumpora i drugih heterospojeva u sirovinama ne narušava komercijalna svojstva bitumena.

Glavni čimbenici u procesu oksidacije (oksidativna dehidrokondenzacija) su temperatura, protok zraka i tlak.

Što je viša temperatura oksidacije, proces se brže odvija. Ali pri previsokoj temperaturi ubrzavaju se reakcije stvaranja karbena i karboida, što je nedopustivo.

Što se više zraka uvodi u reakcijsku zonu, to je manje vremena potrebno za oksidaciju (odnosno kisik je inicijator procesa). Ako je dovod zraka prevelik, temperatura u reakcijskoj zoni može porasti iznad dopuštene razine. Budući da je reakcija oksidacije egzotermna, temperatura procesa se može kontrolirati promjenom protoka zraka.

Porastom tlaka u reakcijskoj zoni intenzivira se proces oksidacije i poboljšava kvaliteta oksidiranog bitumena zbog kondenzacije dijela uljnih para. Konkretno, penetracija bitumena se povećava pri istoj temperaturi omekšavanja. Tipično se tlak kreće od 0,3 do 0,8 MPa.

Glavni uređaj postrojenja za kontinuiranu proizvodnju bitumena je cijevni reaktor ili oksidacijska kolona.

Za proizvodnju cestovnog bitumena preferiraju se oksidacijske kolone, a za proizvodnju građevinskog bitumena cijevni reaktori. Odvojene instalacije uključuju oba uređaja.

2 .3 Karakteristike termokatalitičkih procesa

2.3.1 Katalitički krekiranje

Glavna svrha katalitičkog krekiranja je proizvodnja s najvećim mogućim prinosom (do 50% ili više) visokooktanskog benzina i vrijednih ukapljenih plinova - sirovina za kasniju proizvodnju visokooktanskih komponenti izomerne strukture benzina: alkilata i metil tert-butil eter, kao i sirovine za petrokemijsku proizvodnju. Lako plinsko ulje dobiveno u procesu obično se koristi kao komponenta dizelskog goriva, a teško plinsko ulje s visokim sadržajem policikličkih arena koristi se kao sirovina za proizvodnju čađe ili visokokvalitetnog elektrodnog koksa (iglanog) .

Fizikalno-kemijska osnova procesa katalitičkog krekiranja detaljno je opisana u odjeljku 3.

Kao sirovina u procesu katalitičkog krekiranja tradicionalno se koristi vakuumsko plinsko ulje (destilat) širokog frakcijskog sastava 350-500°C. U nekim slučajevima frakcije plinskog ulja iz termodestruktivnih procesa, hidrokrekinga, rafinati iz procesa deasfaltizacije loživog ulja i katrana, poluproizvodi proizvodnje nafte itd. uključeni su u sirovine katalitičkog krekiranja.

Najbolje sirovine za proces katalitičkog krekiranja s obzirom na iskorištenje ciljnih proizvoda (benzin i ukapljeni plinovi) su one u kojima prevladavaju parafinski i cikloalkanski ugljikovodici. Policiklički areni i smole sirovina u uvjetima krekiranja proizvode malo benzina i puno teških frakcija i koksa. Spojevi sumpora i kisika istog kemijskog sastava sirovina nemaju značajan utjecaj na materijalnu bilancu katalitičkog krekiranja, ali pogoršavaju kvalitetu proizvoda. Međutim, treba napomenuti da s povećanjem sadržaja heteroorganskih spojeva u sirovinama, u pravilu, istodobno raste sadržaj policikličkih ugljikovodika i smola u njemu.

Ciljni produkti procesa su zrakoplovni i visokooktanski motorni benzini (oktanski broj 90-92 prema istraživačkoj metodi, iskorištenje sirovine do 50%), te plinska ulja koja se nakon nadogradnje koriste kao dizelsko gorivo. ili komponente goriva za kotlove. Tijekom procesa katalitičkog krekiranja nastaje plin koji se dijeli na suhi plin (0,5-5% sirovina), koji se koristi kao gorivo, i mokri plin (6,5-22% sirovina, frakcije propan-propilen i butan-butilen). ) , koji služi kao sirovina za petrokemiju. Koka-kola (2,5-6%) je nepoželjan proizvod. Visoki rezultati krekiranja sirovina pri korištenju katalizatora koji sadrže zeolit ​​osigurani su kada sadržaj koksa na njima nakon reaktora nije veći od 0,8-1,0% i kada preostali koks nakon regeneracije katalizatora nije veći od 0,05-0,10%. Sadržaj koksa na katalizatoru ovisi o brzini cirkulacije katalizatora u procesu.

Sastav i prinos produkata katalitičkog krekiranja ovise o karakteristikama sirovine, svojstvima katalizatora (njihovoj aktivnosti i selektivnosti), temperaturnom režimu u aparatu, brzini cirkulacije katalizatora i vrsti instalacije. U procesima katalitičkog krekiranja koriste se katalizatori koji sadrže alumosilikate i zeolit ​​u obliku kuglica promjera 3-4 mm ili mikrosfera prosječnog promjera 60-65 mm. Ovi su aspekti detaljno opisani u odjeljku 3.

Proces katalitičkog krekiranja u svom razvoju prošao je niz faza, koje se razlikuju u metodama kontakta sirovine s katalizatorom: 1) krekiranje u stacionarnom sloju u uređajima koji rade periodički u cikličkom načinu reakcije i regeneracije; 2) krekiranje u aparatima koji kontinuirano rade s gustim pokretnim slojem katalizatora; 3) krekiranje fluidiziranog sloja u reaktoru i regeneratoru; 4) postrojenja s elevator-reaktorima, gdje se reakcija krekiranja odvija u prolaznom toku uz pneumatski transport katalizatora. Ova raznolikost instrumentalnog dizajna procesa povezana je s poboljšanjem sastava i svojstava katalizatora, što omogućuje smanjenje vremena njihovog kontakta sa sirovinama sa 600-1800 s za biljke s pokretnim gustim slojem, na 90 -180 s za postrojenja s fluidiziranim slojem i do 2-6 s za reaktorske elevatore.

Proces katalitičkog krekiranja je endoterman i zahtijeva unos topline. Toplina koja se oslobađa tijekom regeneracije katalizatora djelomično se dovodi s katalizatorom u reaktor, a njen višak se koristi za proizvodnju vodene pare.

Dijagram toka procesa katalitičkog krekiranja dan je u odjeljku 4.

2 . 3 . 2 Katalitički reforming

Katalitičkim reformingom frakcije niskooktanskog benzina dobivene tijekom primarne destilacije nafte pretvaraju se u visokooktanske komponente automobilskog, pa čak i zrakoplovnog benzina. Obično se ova opcija procesa naziva katalitička reforma u svrhu nadogradnje; druga opcija je katalitička reforma za proizvodnju benzena, toluena i ksilena, koji su važne sirovine za organsku sintezu. Polazni materijali su iste frakcije benzina ili uže. Trenutačno je postupak proizvodnje aromatskih ugljikovodika ovom metodom najekonomičniji. U nekim slučajevima, katalitički reforming se koristi za proizvodnju drugih proizvoda, na primjer, gorivog plina iz lakih ugljikovodika. Sposobnost proizvodnje tako raznolikih proizvoda objašnjava široku upotrebu ovog procesa.

Značajka katalitičkog reforminga je da se odvija u plinskom okolišu koji sadržava vodik pri visokim temperaturama, relativno niskim tlakovima i uz upotrebu visoko aktivnih katalizatora. U tom slučaju nastaje višak vodika koji se uklanja iz sustava u obliku plina koji sadrži vodik (sadrži do 80% vol. vodika). Taj je vodik mnogo jeftiniji od vodika proizvedenog u posebnim postrojenjima; koristi se u hidrotretiranju naftnih destilata.

Slični dokumenti

Nedostaci i prednosti uređaja s fiksnim slojem katalizatora. Osnove primjene katalitičkog krekiranja za preradu kerozina i dizelskih destilata izravne destilacije nafte. Proučavanje dijagrama postrojenja s fluidiziranim slojem.

prezentacija, dodano 17.03.2014


Značajke vakuumskih destilatora i njihova primjena. Izbor i obrazloženje točne sheme duboke prerade nafte. Proračun glavnog aparata (reaktor, kolona za odvajanje proizvoda krekiranja, refluksni spremnik) postrojenja za katalitički krekiranje.

kolegij, dodan 07.11.2013


Shema rafiniranja nafte. Suština atmosfersko-vakuumske destilacije. Značajke katalitičkog krekiranja. Jedinica za katalitički reforming s periodičnom regeneracijom katalizatora iz Shell-a. Određivanje kakvoće benzina i dizelskog goriva.

prezentacija, dodano 22.06.2012


Krivulja stvarnih temperatura vrelišta nafte i materijalna bilanca postrojenja za primarnu preradu nafte. Potencijalni sadržaj frakcija u Vasiljevskom ulju. Karakteristike benzina dobivenog primarnom preradom nafte, termičkim i katalitičkim krekiranjem.

laboratorijski rad, dodano 14.11.2010


Opis tehnološke sheme jedinice katalitičkog krekiranja G-43-107 (u reaktoru s jednim liftom). Metode prerade naftnih frakcija. Dizajn i princip rada uređaja. Namjena reaktora. Zaštita okoliša u petrokemijskim poduzećima.

kolegij, dodan 03/12/2015


Namjena i opis procesa rafiniranja nafte, naftnih derivata i plina. Sastav i karakteristike sirovina i proizvoda, tehnološka shema uzimajući u obzir potrebnu pripremu sirovina (čišćenje, sušenje, uklanjanje štetnih nečistoća). Načini i faze obrade.

test, dodan 06/11/2013


Proces katalitičkog krekiranja hidrotretiranih sirovina, opis tehnološke sheme. Fizikalno-kemijska svojstva tvari uključenih u proces. Količina cirkulirajućeg katalizatora, potrošnja vodene pare. Proračun i izbor pomoćne opreme.

kolegij, dodan 18.02.2013


Katalitički krekiranje kao veliki proces napredne prerade nafte. Količina potrošnje katalizatora i vodene pare, toplinska bilanca. Proračun parametara reaktora i njegovih ciklona. Proračun geometrijskih dimenzija sklopnog uređaja.

kolegij, dodan 16.05.2014


Obilježja trenutnog stanja ruske naftne i plinske industrije. Faze procesa primarne prerade nafte i sekundarne destilacije benzinskih i dizelskih frakcija. Toplinski procesi tehnologije prerade nafte i tehnologije prerade plina.

test, dodan 02.05.2011


Fizikalno-kemijska svojstva ulja. Primarni i sekundarni procesi prerade nafte, njihova klasifikacija. Reforming i hidroobrada ulja. Katalitički krekiranje i hidrokrekiranje. Koksiranje i izomerizacija ulja. Aromatska ekstrakcija kao rafinacija nafte.