Нафта та нафтопереробка

1.3 ВИДОБУТОК  НАФТИ ТА ЇЇ ТРАНСПОРТУВАННЯ 

Видобуток нафти – галузь нафтової промисловості, яка видобуває нафту та газ, що її супроводжує з надр за допомогою бурових свердловин. Це сукупність технологічних прийомів видобування з земних надр нафти та супутніх їй газів, збирання цих продуктів і попереднього очищення їх від води та твердих домішок.

Задачами видобутку  нафти є:

· раціональна розробка нафтових залягань найбільш сучасними засобами, з мінімальними затратами енергії  та праці;

· організація збору та попередньої обробки видобутої  сировини з найменшими втратами нафти  та газу.

Нафта залягає у нафтовмісних пластах (переважно піщаних), які часто містять ще й нафтові води та нафтовий газ. Газ заповнює верхню частину пласта, утворюючи так звану газову шапку, нафта підстеляє газ, вода — нафту. В більшості нафтоносних пластів нафта перебуває під так званим пластовим тиском, який зумовлюється:

а) тиском води, що оточує нафту;

б) тиском газу у газовій  шапці;

в) тиском газу, розчиненого у нафті;

г) вагою нафти.

Відповідно розрізняють  такі режими нафтоносних пластів:

а) водонапірний (найбільш сталий, нафтовіддача 60—90%);

б) газонапірний (нафтовіддача 30—60%);

в) режим розчиненого газу (нафтовіддача 20—40%);

г) гравітаційний (з малою нафтовіддачею).

В природних умовах найчастіше трапляються пласти зі змішаним режимом. Нафтоносні пласти розробляють головним чином буровими свердловинами, до яких нафта надходить внаслідок різниці між пластовим тиском і тиском у вибої свердловини (незначну кількість нафти видобувають шахтним і відкритим способами). Розрізняють три способи експлуатації свердловин: фонтанний, компресорний і глибинонасосний.

При фонтанному способі використовують природне фонтанування нафти з свердловини, яке відбувається тоді, коли пластовий тиск перевищує тиск стовпа газованої нафти у свердловині. Щоб зменшити втрати тиску, устя свердловини герметизують спеціальною арматурою. Арматура має труби з засувками, за допомогою яких струмінь нафти спрямовують у герметизовані баки — трапи, де нафту відділяють від газу. Добовий дебіт свердловини при фонтанному способі іноді становить 400—500 т. Видобування нафти фонтанним способом, найбільш дешевим, простим і продуктивним, становить понад половину світового її видобутку.

З пластів, тиск яких недостатній  для природного фонтанування, нафту  видобувають за допомогою компресорів і насосів. При компресорному способі у свердловину по трубах (ліфтах) нагнітають стиснений до 40—50 атм. нафтовий газ (спосіб газліфт) або повітря (спосіб ерліфт), які, змішуючись з нафтою, зменшують її вагу, і свердловина починає фонтанувати. Найпоширеніші дворядні ліфти (рис. 1.1) з концентричним розміщенням труб.

Компресорний спосіб застосовують головним чином для видобування  нафти з великим вмістом піску, а також при експлуатації викривлених свердловин.

Рис. 1.1. Схема роботи газліфтів.

а – дворядна, б – півтора рядна, в - однорядна 

При глибино-насосному способі  нафту видобувають за допомогою станка-качалки, яка через систему штанг приводить в дію насос, занурений у свердловину. За добу станок-качалка викачує з пласта в середньому до 10 т нафти. Поряд з штанговими застосовують відцентрові занурені насоси з приводом від вибійного електродвигуна. Глибинонасосний спосіб — найпоширеніший (за кількістю свердловин) спосіб нафтовидобуванні.

Щоб підвищити нафтовидобування, застосовують способи штучного підтримування пластового тиску, за якими через нагнітальні свердловини в пласт під тиском накачують воду або газ. Нагнітальні свердловини найчастіше розміщують за схемою так званого законтурного заводнення (за межами нафтових покладів, тобто за контуром нафтоносності, рис. 1.2). Заводнення буває також приконтурне і внутріконтурне. Якщо ширина нафтових покладів перевищує 8—10 км, застосовують комбіноване заводнення. Для збільшення проникності нафтовмісних пластів у привибійній зоні у свердловину накачують в'язку рідину під великим тиском (метод гідравлічного розривання пласта), підривають у вибої вибухову речовину, обробляють вибій кислотами тощо.

На виснажених родовищах  для видобування залишків нафти  застосовують вторинні методи нафтовидобування. Найпоширеніші з них (площове  заводнення і площове накачування газу) полягають у розосередженому нагнітанні води або газу у поклади по всій площі їхньої нафтоносності. Якщо поклади дуже обводнені, тоді застосовують форсоване відбирання пластової рідини потужними насосними агрегатами. Попередньо очищену на нафтопромислах нафту по нафтопроводах перекачують у нафтосховища. Процеси нафтовидобування значною мірою автоматизовані і механізовані.

Рис. 1.2. Схема за контурного заводнення

1 – контур нафтоносності; 2 – експлуатаційні свердловини; 3 – нагнітальні за контурні  свердловини. 

Сира нафта безпосередньо  не використовується. Для отримання  з неї технічно цінних продуктів, головним чином бензину, моторних мастил, сировини для хімічної промисловості, її необхідно переробити. [12]

 

РОЗДІЛ 2. НАФТОПЕРЕРОБКА

2.1 ОСНОВНІ  ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ПЕРЕРОБКИ  НАФТИ 

Нафтопереробка – сукупність технологічних прийомів, які застосовуються для отримання товарних продуктів з сирої нафти.

Основні технологічні процеси переробки нафти складаються  з наступних операцій:

1) обезвожування та обезсолювання; 

2) стабілізація;

3) перегонка; 

4) крекінг; 

5) очистка. 

2.1.1 Обезвожування,  обезсолювання та стабілізація  нафти

Видобута з надр нафта  зазвичай містить сильномінералізовану бурову воду. Перегонка такої нафти  складна та невигідна. Від бурової  води та механічних домішок нафта  може бути очищена тривалим відстоюванням  у резервуарі. Підігрів знижує в'язкість  нафти та пришвидшує відстоювання води. У багатьох випадках суміш нафти  та бурової води створює стійку емульсію. Деемульгування нафти успішно відбувається термохімічним чи електричним способами. При термохімічному методі в емульсовану  нафту вводяться при температурі 50о-70 оС деемульгатори, наприклад натрієві солі сульфокислот. Більше застосування отримав електричний метод, заснований на дії електричного поля високої  напруги на емульсію; в результаті чого відбувається швидке відокремлення  води від нафти.

Добута нафта містить  розчинені гази – метан та його гомологи. При транспортуванні нафти  та її зберіганні розчинені гази випаровуються, але забирають із собою і більш  важкі вуглеводні. Для того, щоб  завадити цьому застосовується герметизація нафтосховищ чи обладнуються резервуари з плаваючими кришками тощо. Гази та легкі бензинові фракції в  подальшому переробляються на газобензинових установках з отриманням так званого  газового бензину та зжиженого сухого газу. [11]

2.1.2 Пряма  або фракційна перегонка нафти

Практично вся сира нафта  після попереднього очищення піддається перегонці на фракції, фракційна  перегонка заснована на різниці  в температурі кипіння окремих  фракцій вуглеводнів, близьких за фізичними  властивостями.

Кипіння суміші починається  при температурі, рівній середній температурі  кипіння складових частин. При  цьому в пароподібну фазу переважно  переходять низькокиплячі компоненти, а в рідкій залишаються висококиплячі. Якщо пароподібну фазу, що утворилася, відвести й остудити, з неї конденсується  рідка фаза. У цю фазу перейдуть  переважно висококиплячі компоненти, а в пароподібній фазі залишаться переважно леткі компоненти.

Таким чином з вихідної суміші одержують три фракції. Одна з них, що залишилася рідкою при кипінні, містить переважно висококиплячі  компоненти; друга, що сконденсувалася. має склад, близький до складу вихідної суміші; третя, пароподібна, містить  переважно низькокиплячі компоненти.

За рахунок однократних  або багаторазових процесів кипіння  і конденсації отриманих фракцій  можна домогтися досить повного  поділу низько- і висококиплячих компонентів. Така перегонка дозволяє розділити  нафту на фракції за температурами  їхнього кипіння.

Технологічний процес перегонки складається з чотирьох операцій:

· нагрівання суміші,

· випаровування,

· конденсації,

· охолодження отриманих  фракцій.

Нагрівання нафти і  нафтопродуктів здійснюються в трубчастих печах, поділ сумішей на фракції  проводиться в ректифікаційних  колонах (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Ректифікаційна колона:

1- шолом; 

2- тарілки; 

3- люки для огляду;

4- переливна труба; 

5- з’єднувальна труба; 

6- каскадні тарілки кипіння  105-220 оС 

Нагріту суміш подають  у нижню частину колони. Тиск у  колоні нижче, ніж у трубках печі, тому суміш закипає і розділяється на дві фази: пароподібну і рідку. Рідкі продукти стікають униз, а  нари піднімаються нагору по колоні.

У верхню частину колони подається рідина, що зрошує, флегма — легка фракція, що протікає вниз з тарілки на тарілку по переливних патрубках. Пари, що знизу піднімаються, підходять під ковпак і барботують через шар рідини на тарілці. Зустрічаючись  з гарячими парами, що піднімаються, рідина що зрошує колону, нагрівається і частково випаровується. Пари, віддаючи їй тепло, конденсуються (конденсат  стікає в нижню частину колони). Цей процес багаторазово повторюється по усій висоті колони на кожній тарілці. Таким чином, на кожній тарілці утвориться флегма визначеного фракційного складу, а до верху колони доходять пари найбільш легкої фракції. Внизу колони збирається рідина, що містить найбільш важкі фракції.

Продукти прямої перегонки  нафти умовно розділяють на три групи: паливні фракції, масляні дистиляти  і гудрон. Найбільш цінна масляна  фракція — бензинова (температура  кипіння до 180—200 °С). Вихід бензинів при прямій перегонці нафти становить  тільки 3—15 %. Наступна масляна фракція  — лігроїни.

Звичайно вихід лігроїнової  фракції становить 7—10 %. Вихід керосинів— ще однієї масляної фракції з температурою кипіння 140—330 °С. Далі відокремлюється  газойль (температура кипіння 180—400 °С) з виходом 7—15% і, нарешті, мазут (температура кипіння вище 300 °С, містить, крім вуглеводнів, парафін, маслянисті і смолисті речовини), вихід якого  найбільший — 50—60%.

Масляні дистиляти відокремлюються  при температурі 350— 550 °С і складаються  з вуглеводнів, головним чином, циклічної  будови з нафтеновими або ароматичними ядрами і приєднаними до них парафіновими радикалами. Вихід масляних дистилятів з нафти становить 20—25 %.

Гудрон складається зі смолистих речовин, парафінів і  важких вуглеводнів циклічної будови, вихід його залежить від повноти .відгону мастил і звичайно становить 15—30 %.

Таким чином, первинна переробка  нафти дає лише грубі фракції  порівняно невисокого виходу і низької  якості. Тому більшість з цих фракцій  піддають додатковій вторинній термічній  переробці. [4]

2.1.3 Крекінг  нафтопродуктів

Крекінг нафтопродуктів полягає  в розщепленні довгих молекул  вуглеводів, що входять у висококиплячі  фракції, на більш короткі молекули легких, низько киплячих продуктів.

Термічний крекінг. Первинний прямий перегін нафти дає порівняно мало бензину – 4-25% з різних нафт. Збільшення виходу бензину досягається застосуванням вторинної переробки більш важких нафтових фракцій, а також мазуту за допомогою методів деструкції, що дозволяє підвищити вихід бензину в кілька разів.

У залежності від виду сировини і необхідної якості одержуваної  продукції в нафтопереробній  промисловості застосовують різні  технологічні способи переробки  сировини.

Без застосування каталізаторів: термічний крекінг у рідкій і  паровій фазах, піроліз, коксування, окиснювальний крекінг і окиснювальний  піроліз.

Із застосуванням каталізаторів: каталітичний крекінг, гідрогенізаційний  крекінг (деструктивна гідрогенізація), каталітична ароматизація (дегідрогенізаційний  крекінг).

В основі цих методів лежать процеси перетворення вуглеводнів, що складають нафту чи нафтопродукт, під впливом нагрівання до температур 400-700 °С и вище і при різному  тиску, у результаті чого одержують  газоподібні, рідкі і тверді продукти.

Термічний крекінг здійснюється в двох основних варіантах: у рідкій фазі (тиск 2-7 МПа, температура 450-500 °С) і в паровій фазі (тиск 0,2 - 0,5 МПа, температура 550-600 °С). При рідкофазному крекінгу більший вихід бензину  і менше газу, ніж при парофазному  крекінгу.

Крекінг нижчих алканів і  прямогінних бензинів, у складі яких є рідкі алкани, може служити джерелом одержання ненасичених вуглеводнів, тому що вони піддані в цих умовах в основному реакціям дегідрування. Середні і вищі алкани в умовах крекінгу розщеплюються на граничні і неграничні вуглеводні з меншою молекулярною масою.