Нефть и основные способы ее переработки

Техническая классификация

Для оценки товарных качеств подготовленных на промыслах  нефтей в 2002 г. был разработан применительно к международным стандартам и принят новый ГОСТ России Р 51858–2002, в соответствии с которым их подразделяют (классифицируют):

— по содержанию общей  серы на четыре класса (1–4);

— по плотности  при 20 °С на пять типов (0–4);

— по содержанию воды и хлористых солей на 3 группы (1–3);

— по содержанию сероводорода и легких меркаптанов на 3 вида (1–3).

Кроме того, тип  нефти, поставляемой на экспорт, определяется помимо плотности при 15 °С дополнительно по следующим показателям:

Условное обозначение  марки нефти состоит из четырех  цифр, соответствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. Например, нефть марки 2,2Э,1,2 означает, что она сернистая, поставляется на экспорт, средней плотности, по качеству промысловой подготовки соответствует 1-й группе и по содержанию сероводорода и легких меркаптанов — 2-му виду.

Классификация процессов переработки нефти

Технологические процессы нефтеперерабатывающего завода принято  классифицировать на следующие две  группы: физические и химические.

1. Физическими (массообменными) процессами достигается разделение  нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции)  без химических превращений и  удаление (извлечение) из фракций  нефти, нефтяных остатков, масляных  фракций, газоконденсата и газов нежелательных компонентов (полициклических аренов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглеводных соединений. Физические процессы по типу массообмена можно подразделить на типы:

1.1. Гравитационные (Электрообессоливающая утановка).

1.2. Ректификационные (атмосферная трубчатка (перегонка), атмосферно-вакуумная трубчатка, газофракционирующая установка и др.).

1.3. Экстракционные (деасфальтизация, селективная очистка, депарафинизация кристаллизацией).

1.4. Адсорбционные(депарафинизация цеолитная, контактная очистка).

1.5. Абсорбционные (абсорбционно-газофракционирующая установка, очистка от H2S, CO2).

2. В химических  процессах переработка нефтяного  сырья осуществляется путем химических  превращений с получением новых  продуктов, не содержащихся в  исходном сырье. Химические процессы, применяемые на современных нефтеперерабатывающих  заводах, по способу активации  химические реакции подразделяют  на:

2.1. Термические  (термолитические).

2.2. Каталитические.

Термические по типу протекающих химических реакций можно подразделить на:

2.1.1. Термодеструктивные (термический крекинг, висбрекинг, коксование, пиролиз, пекование, производство технического углерода и др.).

2.1.2. Термоокислительные (производство битума, газификация кокса, углей и др.).

В термодеструктивных процессах протекают преимущественно реакции распада (крекинга) молекул сырья на низкомолекулярные, а также реакции конденсации с образованием высокомолекулярных продуктов, например кокса, пека и др. Каталитические процессы по типу катализа можно классифицировать на следующие типы:

2.2.1. Гетеролитические, протекающие по механизму кислотного катализа (каталитический крекинг, алкилирование, полимеризация, производство эфиров и др.);

2.2.2. Гомолитические, протекающие по механизму окислительно-восстановительного (электронного) катализа (производство водорода и синтез газов, метанола, элементной серы).

2.2.3 Гидрокаталитические, протекающие по механизму бифункционального (сложного) катализа (гидроочистка, гидрокрекинг, каталитический риформинг, изомеризация, гидродеар-я, гидродепафинизация и др.).

Классификация товарных нефтепродуктов

Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает исключительно  большой ассортимент (более 500 наименований) газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов. Требования к ним весьма разнообразны и диктуются постоянно изменяющимися  условиями применения или эксплуатации того или иного конкретного нефтепродукта. Поскольку требования как к объему производства, так и к качеству товаров диктуют их потребители, то принято классифицировать нефтепродукты по их назначению, т. е. по направлению их использования в отраслях народного хозяйства.

В соответствии с  этим различают:

1. Моторные топлива.

2. Энергетические  топлива.

3. Нефтяные масла.

4. Углеродные и  вяжущие материалы.

5. Нефтехимическое  сырье.

6. Нефтепродукты  специального назначения.

Моторное топливо  в зависимости от принципа работы двигателей подразделяют на:

1.1. Бензины (авиационные  и автомобильные).

1.2. Реактивное топливо.

1.3. Дизельное топливо.

Энергетические  топлива подразделяют на:

2.1. Газотурбинные.

2.2. Котельные и  судовые.

Нефтяные масла  подразделяют на смазочные и несмазочные.

Смазочные масла  подразделяют на:

3.1. Моторные для поршневых и реактивных двигателей.

3.2. Трансмиссионные и осевые, предназначенные для смазки автомобильных и тракторных гипоидных трансмиссий (зубчатых передач различных типов) и шеек осей железнодорожных вагонов и тепловозов.

3.3. Индустриальные  масла предназначены для смазки  станков, машин и механизмов  различного промышленного оборудования, работающих в разнообразных условиях  и с различной скоростью и  нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легкие (швейное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.), средние (для средних режимов скоростей и нагрузок) и тяжелые (для смазки кранов, буровых установок, оборудования мартеновских печей, прокатных станов и др.).

3.4. Энергетические  масла (турбинные, компрессорные  и цилиндровые) — для смазки  энергетических установок и машин,  работающих в условиях нагрузки, повышенной температуры и воздействия  воды, пара и воздуха. Несмазочные (специальные) масла предназначены не для смазки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, в пароструйных насосах и гидравлических устройствах, в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды (трансформаторное, конденсаторное, гидравлическое, вакуумное), а также такие как вазелиновое, медицинское, парфюмерное, смазочно-охлаждающие жидкости и др.

Углеродные и  вяжущие материалы включают:

4.1. Нефтяные коксы.

4.2. Битумы.

4.3. Нефтяные пеки (связующие, пропитывающие, брикетные,  волокнообразующие и специальные).

Нефтехимическое сырье. К этой группе можно отнести:

5.1. Арены (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.).

5.2. Сырье для  пиролиза (нефтезаводские и попутные  нефтяные газы, прямогонные бензиновые  фракции, алкен содержащие газы и др.).

5.3. Парафины и  церезины. Вырабатываются как жидкие (получаемые карбамидной и адсорбционной депарафинизацией нефтяных дистиллятов), так и твердые (получаемые при депарафинизации масел). Жидкие парафины являются сырьем для получения белкововитаминных концентратов, синтетически жирных кислот и поверхностно-активных веществ.

Нефтепродукты специального назначения подразделяют на:

6.1. Термогазойль (сырье для производства технического углерода).

6.2. Консистентные  смазки (антифрикционные, защитные  и уплотнительные).

6.3. Осветительный  керосин.

6.4. Присадки к  топливам и маслам, деэмульгаторы.

6.5. Элементная сера.

6.6. Водород и  др.

Теоретические основы и технология процессов первичной  переработки нефти

Подготовка нефти  к переработке

Нефть, извлекаемая  из скважин, всегда содержит в себе попутный газ, механические примеси  и пластовую воду, в которой  растворены различные соли, чаще всего  хлориды натрия, кальция и магния, реже — карбонаты и сульфаты. Обычно в начальный период эксплуатации месторождения добывается безводная  или малообводненная нефть, но по мере добычи ее обводненность увеличивается и достигает 90…98 %. Очевидно, что такую «грязную» и сырую нефть, содержащую к тому же легколетучие органические (от метана до бутана) и неорганические (H2S, CO2) газовые компоненты, нельзя транспортировать и перерабатывать на нефтеперерабатывающих заводах без тщательной ее промысловой подготовки.

Нефть подготавливается к переработке в 2 этапа — на нефтепромысле и на нефтеперерабатывающем  заводе с целью отделения от нее  попутного газа, механических примесей, воды и минеральных солей.

Обессоливание нефтей на нефтеперерабатывающем заводе. В связи с продолжающимся укрупнением комбинированием технологических установок и широким применением каталитических процессов требования к содержанию хлоридов металлов в нефтях, поступающих на переработку, неуклонно повышаются. При снижении содержания хлоридов до 5 мг/л из нефти почти полностью удаляются такие металлы, как железо, кальций, магний, натрий и соединения мышьяка, а содержание ванадия снижается более чем в 2 раза, что исключительно важно с точки зрения качества реактивных и газотурбинных топлив, нефтяных коксов и др. нефтепродуктов. На современном отечественном нефтеперерабатывающем заводе считается вполне достаточным обессоливание нефтей до содержания хлоридов 3...5 мг/л и воды до 0,1 % мас.

Чистая нефть, не содержащая неуглеводных примесей, и пресная вода взаимно нерастворимы, и при отстаивании эта смесь легко расслаивается. Однако при наличии в нефти таковых примесей система нефть–вода образует трудноразделимую нефтяную эмульсию.

Эмульсии представляют собой дисперсные системы из двух взаимно мало- или нерастворимых жидкостей, в которых одна диспергирована в др. в виде мельчайших капель (глобул). Жидкость, в которой распределены глобулы, является дисперсионной средой, а диспергированная жидкость — дисперсной фазой. Различают два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде (Н/В) — гидрофильная и вода в нефти (В/Н) — гидрофобная. В первом случае нефтяные капли образуют дисперсную фазу внутри водной среды, во втором — капли воды образуют дисперсную фазу в нефтяной среде.

Образование эмульсий связано с поверхностными явлениями  на границе раздела фаз дисперсной системы, прежде всего поверхностным  натяжением. Поверхностно-активные вещества обладают способностью понижать поверхностное  натяжение. Это свойство обусловлено  тем, что добавленное поверхностно-активное вещество избирательно растворяется в  одной из фаз дисперсной системы, концентрируется и образует адсорбционный  слой — пленку поверхностно-активного  вещества на границе раздела фаз. Снижение поверхностного натяжения  способствует увеличению дисперсности дисперсной фазы, а образование адсорбционного слоя — своеобразного панциря  на поверхности глобул — препятствует и коалесценции при отстаивании. Вещества, способствующие образованию и стабилизации эмульсий, называются эмульгаторами; вещества, разрушающие поверхностную адсорбционную пленку стойких эмульсий, — деэмульгаторами.

Эмульгаторами обычно являются полярные вещества нефти, такие  как смолы, асфальтены, асфальтеновые катализаты и их ангидриды, соли нафтеновых кислот, а также различные органические примеси. Установлено, что в образовании стойких эмульсий принимают участие также различные твердые углеводы — парафины и церезины нефтей. Тип образующейся эмульсии в значительной степени зависит от свойств эмульгатора: эмульгаторы, обладающие гидрофобными свойствами, образуют эмульсию типа В/Н, т. е. гидрофобную, а эмульгаторы гидрофильные — гидрофильную эмульсию типа Н/В. В промысловой практике чаще всего образуется гидрофобная эмульсия, т. к. эмульгаторами в этом случае являются растворимые в нефти смолисто-асфальтеновые вещества, соли органических кислот, а также тонкоизмельченные частицы глины, окислов металлов и др. Эти вещества, адсорбируясь на поверхности раздела нефть–вода, попадают в поверхностный слой со стороны нефти и создают прочную оболочку вокруг частиц воды. Наоборот, хорошо растворимые в воде и хуже в углеводах гидрофильные эмульгаторы типа щелочных металлов нефтяных кислот (продукт р-ции при щелочной очистке) адсорбируются в поверхностном слое со стороны водной фазы, обволакивают капельки нефти и таким образом способствуют образованию гидрофильной нефтяной эмульсии.

Разрушение нефтяных эмульсий применением деэмульгаторов, представляющих собой синтетические поверхностно-активные вещества, обладающих по сравнению с содержащимися в нефтях природными эмульгаторами более высокой поверхностной активностью, может быть результатом:

1) адсорбционного  вытеснения с поверхности глобул  воды эмульгатора, стабилизирующего  эмульсию;

2) образования нестабильных  эмульсий противоположного типа;