Переработка жидкого топлива




НазваниеПереработка жидкого топлива
страница1/4
Дата публикации20.03.2013
Размер0.49 Mb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Химия > Документы
  1   2   3   4
Глава VIII

ПЕРЕРАБОТКА ЖИДКОГО ТОПЛИВА

К жидким химическим топливам относятся нефть и продук­ты ее переработки (нефтепродукты), а также продукты гидри­рования твердого топлива. В настоящее время практическое значение имеют только нефтепродукты, для производства ко­торых сырьем является нефть.

8.1 Нефть, ее происхождение и состав

Нефтью называется жидкое ископаемое топливо, распрост­раненное в осадочной оболочке литосферы Земли. Свое назва­ние нефть получила от персидского слова «нафта» — вытекаю­щая, просачивающаяся.

В настоящее время общепринята теория органического (био­генного) происхождения нефти, согласно которой она образо­валась в результате воздействия бактериального и геологичес­ких факторов на останки низших животных и растительных организмов, обитавших в толще воды (планктон) и на дне водо­емов (бентос). В верхних слоях осадочных пород этот захоро­ненный органический материал подвергался воздействию кис­лорода и бактерий и разлагался с образованием газов (оксид углерода, азот, аммиак, метан и др.) и растворимых в воде жид­ких продуктов.

В дальнейшем, по мере погружения на глубину 1,5—3 км в толщу осадочных пород, органические вещества нерастворимо­го остатка разложения подвергались в течение миллионов лет уже в восстановительной атмосфере действию высоких (120— 2000С) температур и давлений (10—30 МПа) и каталитическо­му воздействию окружающих пород (алюмосиликаты глин). На этой стадии в результате термических и термохимических про­цессов липиды органического вещества остатка (жиры, масла, воска) превращались в смесь углеводородов, составляющих нефть.

Большинство нефтей представляют маслянистые жидкости от тимно-коричневого до темно-бурого цвета, который зависит от содержания в них окрашенных смолистых веществ. Плотность нефтей составляет 0,82—0,90 т/м3, температура затвер­девания лежит в пределах от - 20°С до +20°С. Вязкость нефтей значительно выше вязкости воды. Элементный состав нефтей колеблется в очень незначительных пределах: углерод 84—87% , водород 12—14% , сера 0,1 — 5% , кислород и азот (в сум­ме) до 1,0%.

В нефти различают углеводородную часть, неуглеводород­ную часть и минеральные примеси. Углеводородная часть не­фти представляет собой раствор газообразных и твердых угле­водородов в смеси жидких углеводородов различной природы и сложности. В низкомолекулярной части нефти, перегоняю­щейся до 350°С, содержатся вещества с молекулярной массой не более 250—300, а именно: алканы, моно-, би- и трициклические нафтены, моно- и бициклические ароматические угле­водороды, углеводороды смешанного строения. В состав вы­сокомолекулярной части нефти, перегоняющейся выше 350°С, входят вещества с молекулярной массой от 300 до 1000 — высокомолекулярные алканы, моно- и полицикли­ческие нафтены с боковыми цепями, ароматические угле­водороды с боковыми цепями, конденсированные много­ядерные соединения и полициклические углеводороды сме­шанного строения.

В зависимости от того, углеводороды какого класса преобла­дают в составе нефти, они подразделяются на парафиновые, парафино-нафтеновые, нафтеновые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические, ароматические. Наиболее распространены нефти так называемого смешанного основания, в которых нельзя выделить определенный класс углеводородов. В соответствии с технологической классификацией нефти под­разделяются на группы по выходу фракций, выкипающих до 350° С, по потенциальному содержанию масел, по содержанию парафина и др.

В неуглеводородную часть нефти входят разнообразные кис­лородные (фенолы, нафтеновые кислоты, гетероциклы), азоти­стые (производные пиридина и хинолина, амины) и сернистые (тиофен, тиоспирты и тиоэфиры) соединения. По содержанию серы нефти делятся на:

  • малосернистые (с содержанием до 0,5%),

  • сернистые (с содержанием от 0,5 до 2,0% ) и

  • высокосернистые (с содержанием выше 2,0%).
    Основная масса всех этих соединений концентрируется в

высокомолекулярной части нефти.

Минеральные примеси в нефти составляют различные соли, перешедшие в нее из пластовых вод, механические примеси песка и глины и эмульгированная вода. В нефтях в весьма ма­лых количествах содержатся такие элементы, как ванадий, ни­кель, железо, титан, германий и др.

В природе нефть находится в виде нефтяных залежей, так называемых ловушек, образовавшихся в результате движения нефти и газа по пористым пластам породы под воздействием гравитационного и тектонического факторов. При достаточно большом объеме этих залежей они называются нефтяными ме­сторождениями. В большинстве случаев нефтяные залежи рас­положены на глубине от 900 до 2300 м.

Мировые разведанные запасы нефти оцениваются в 90 - 95 млрд т, прогнозируемые ресурсы составляют 250 - 270 млрд т. Распределение нефтяных месторождений по пла­нете неравномерно. Наиболее крупные из них сосредоточены в Саудовской Аравии, Кувейте, Ираке, Венесуэле, Алжире, Ира­не, Ливии и США, Российской Федерации.

В зависимости от условий залегания и давления в нефтеносном пласте методы извлечения нефти из пробуренных скважин делятся на фонтанный, компрессорный и глубинно-насосный. При высоком давлении нефть поступает из недр земли под соб­ственным давлением и через запорную аппаратуру направля­ется в сборные емкости (фонтанный метод). При малом давле­нии нефть извлекают методом газлифта путем накачивания в кольцевое пространство между трубами природного газа под давлением до 5 МПа. В скважине газ смешивается с нефтью, уменьшает ее вязкость и «транспортирует» ее на поверхность (компрессионный метод). При глубоком залегании нефти и низ­ком давлении в пластах нефть извлекают с помощью поршне­вого насоса, опущенного в скважину, и приводимого в движе­ние балансирным станком-качалкой, который обеспечивает возвратно-поступательное движение плунжера насоса.

При современном уровне техники и технологии добычи из нефтяных пластов извлекается лишь около 50% содержащей­ся в них нефти. Увеличение нефтеотдачи пластов до 80—90% может быть достигнуто тепловым воздействием на пласты (за­качивание в скважину горячей воды, прогрев пласта сжигани­ем нефти), введением в скважину ПАВ, гидравлическим раз­рывом пласта и другими интенсифицирующими извлечение нефти из недр методами.

8.2 Нефтепродукты

В настоящее время вся извлекаемая из недр нефть подверга­ется переработке с целью получения из нее разнообразных неф­тепродуктов, которые используют как в качестве целевых про­дуктов, так и в качестве сырья для дальнейшей переработки. Все нефтепродукты можно разделить на следующие группы.

1. Моторные топлива, в том числе:

  • карбюраторное для поршневых двигателей с зажиганием­ от электрической искры (автомобильные и тракторные бен­зины);

  • дизельное для поршневых дизельных двигателей с воспла­менением от сжатия (дизельное топливо).




  1. Котельные топлива для топок паровых котлов, генера­торных установок, металлургических печей (мазут, гудрон).

  2. Реактивное топливо для авиационных реактивных и га­зотурбинных двигателей (авиокеросины).

  3. Смазочные масла для смазки трущихся деталей машин с
    целью уменьшения трения и отвода тепла (моторное, индустриальное, турбинное, компрессионное, цилиндровое масла).

  4. Консистентные смазки для уменьшения трения между
    деталями, защиты от коррозии, герметизации соединений,

со­держащие загустители (мыла, церезин, силикаты).

  1. ^ Продукты, используемые для нефтехимического синтеза (мазут, широкая фракция и др.).

Нефтепродукты, используемые в качестве топлив и смазоч­ных материалов, должны удовлетворять определенным требо­ваниям. Так, основными эксплуатационными характеристика­ми нефтяных смазочных масел являются вязкость, вязкостно-температурные свойства, маслянистость, подвижность при низ­ких температурах, химическая стабильность, защитные свой­ства. К аналогичным характеристикам топлив для двигателей внутреннего сгорания относятся детонационная стойкость, фракционный состав, химическая стабильность, антикоррозионные свойства, а для дизельных топлив также вязкость, тем­пература застывания и коксуемость. Важнейшей характерис­тикой моторных топлив является их устойчивость к детона­ции — детонационная стойкость.

Детонацией называется особый ненормальный режим сго­рания топлива в двигателе, при котором часть топливной сме­си, находящаяся перед фронтом пламени, воспламеняется мгно­венно, в результате чего скорость распространения пламени до­стигает 1500—2500 м/с. Это приводит к резкому скачкообраз­ному возрастанию давления в цилиндре и возникновению удар­ной детонационной волны. На режиме детонации мощность дви­гателя падает, расход топлива увеличивается и ускоряется из­нос деталей.

Мерой детонационной стойкости для карбюраторных двига­телей является октановое, а для дизельных двигателей - цетановое числа. В основе их определения лежит принцип сравнения испытуемого топлива со смесями эталонных топлив.

^ Октановым числом (ОЧ) называется условная единица из­мерения детонационной стойкости, численно равная содержа­нию в объемных процентах изооктана (2,2,4-триметилпентана) в смеси с н-гептаном, которая детонирует при той же степени сжатия в цилиндре карбюраторного двигателя, что и топ­ливо.

При этом октановое число изооктана СН3-С(СН3)2–СН2-СН(СН3)-СН3 принимается равным 100, а н-гептана СН3-(СН2)5-СН3 равным 0.

Октановое число зависит от класса, молекулярной массы и строения углеводорода, как это видно из нижеприведенных данных.

Октановое число повышается с увеличением молярной мас­сы:

С2Н6 С4Н10 С6Н14 С7Н16 ;

0 26 93 125

степени разветвленности углеродной цепи:

СНз-(СН2)5-СНз 0

СН3-С(СНз)2-СН2-СН2-СНз 89

СН3-С(СНз)2-СН(СНз)-СН3 104

и при переходе от алканов к алкенам, нафтенам и ароматичес­ким углеводородам с одинаковым числом углеродных атомов:
С6Н14 С6Н12 цикло-С6Н12 С6Н6

26 63 77 106 .
^ Цетановым числом (ЦТ) называется условная единица из­мерения детонационной стойкости, численно равная содержа­нию в объемных процентах цетана (гексадекана) в смеси с

α-метилнафталином, которая детонирует при той же степени сжа­тия в цилиндре дизеля, что и топливо.

При этом цетановое число цетана С16Н34 принимается рав­ным 100, а α-метилнафталина α-С10Н7-СН3 равным нулю.

8.3 Общая схема переработки нефти

В общем случае переработка нефти на нефтепродукты вклю­чает ее подготовку и процессы первичной и вторичной перера­ботки.

Подготовка извлеченной из недр нефти ставит целью удале­ние из нее механических примесей, растворенных солей и воды и стабилизацию по составу. Эти операции проводят как непос­редственно на нефтяных промыслах, так и на нефтеперераба­тывающих заводах.

^ Первичная переработка нефти (первичные процессы) зак­лючается в разделении ее на отдельные фракции (дистилляты), каждая из которых представляет смесь углеводородов. Первич­ная переработка является физическим процессом и не затраги­вает химической природы и строения содержащихся в нефти соединений. Важнейшим из первичных процессов является прямая гонка нефти.

^ Вторичная нефтепереработка (вторичные процессы) пред­ставляет собой разнообразные процессы переработки нефтепро­дуктов, полученных методом прямой гонки. Эти процессы сопровождаются деструктивными превращениями содержащих­ся в нефтепродуктах углеводородов и изменением их природы, то есть являются химическими процессами.

Вторичные процессы нефтепереработки весьма многообраз­ны. Они подразделяются:

а) по назначению на:

  • процессы, проводимые с целью повышения выхода легко-
    кипящих фракций за счет высококипящих (крекинг);

  • процессы, проводимые с целью изменения углеводородного состава сырья (риформинг);

  • процессы синтеза индивидуальных углеводородов (алки-
    лирование);

  • процессы удаления из нефтепродуктов примесей (гидро­
    очистка);

б) по условиям протекания на:

  • термические процессы, протекающие под воздействием
    высоких температур и давлений;

  • каталитические процессы, протекающие под воздействи­ем высоких температур в присутствии катализаторов;

в) по состоянию перерабатываемого сырья на:

  • процессы в жидкой фазе;

  • процессы в паровой фазе.

Важнейшими из вторичных процессов является термичес­кий и каталитический крекинг, риформинг, алкилирование, коксование и гидроочистка нефтепродуктов. На рис. 8.1 пред­ставлена общая схема переработки нефти и нефтепродуктов.
8.4 Подготовка нефти к переработке

Извлеченная из скважин сырая нефть содержит попутные газы (50—100 м3/т), пластовую воду (200—300 кг/т) и раство­ренные в воде минеральные соли (10—15 кг/т), которые отри­цательно сказываются на транспортировке, хранении и после­дующей переработке ее. Поэтому подготовка нефти к перера­ботке обязательно включает следующие операции:

  • удаление попутных (растворенных в нефти) газов или ста­билизация нефти;

  • обессоливание нефти;

  • обезвоживание (дегидратация) нефти.



Стабилизи-

ро­ванная нефть




Рис. 8.1 - Общая схема переработки нефти

На крупных месторождениях нефти эти операции объедине­ны в единую систему, включающую сбор, транспортировку и
обработку нефти, газа и воды. На рис. 8.2 представлена подоб­ная система.

Сырая нефть из скважин 1 под собственным давлением на­правляется к групповым замерным установкам (ГЗУ) 2, в кото­рых нефтяной газ отделяется от жидкости и замеряются коли­чества этих продуктов. Затем газ вновь смешивается с нефтью и водой и полученная смесь подается по коллектору (длиной до 8 км) 3 в дожимную насосную станцию 4, где газ отделяется от нефти. Газ поступает на газоперерабатывающий завод (ГПЗ) 5, а частично дегазированная нефть направляется на установку подготовки нефти (УПН) 6. На УПН проводятся операции окон­чательной дегазации, обессоливания и обезвоживания нефти. Газ далее направляется на ГПЗ, а вода — на установку очистки 7. Очищенная вода закачивается насосами 8 в нефтяной пласт через нагнетательные скважины 9. Обессоленная и обезвожен­ная нефть из УПН поступает в герметизированные резервуары



Рис. 8.2 - Схема сбора нефти, газа и воды на нефтяных промыслах

1—скважины, ^ 2 — групповая замерная установка, 3 — коллектор, 4 — дожимная насосная станция, 5 — газоперерабатывающий завод, 6 — установка подготовки нефти, 7 — установка очистки воды, 8 — насосы, 9 — нагнетательные скважины, 10 — герметизированные резервуары, 11 — установка «Рубин», 12 — товарные резервуары, 13 – магистральный нефтепровод.
10, из которых насосами перекачивается в установку «Рубин»

  1. для определения качества и количества нефти. При удовлет­ворительном результате нефть подается в товарные резервуары

  2. и из них в магистральный нефтепровод 13, транспортирую­щий нефть на нефтеперерабатывающие заводы. При неудовлет­ворительном качестве подготовки нефти она возвращается из
    установки «Рубин» в УПН.

В настоящее время разрабатываются методы магистральной транспортировки газонасыщенных нефтей, то есть доставки потребителю нефти и газа по одному трубопроводу. Это позво­ляет уменьшить расход энергии на перекачку продукта за счет снижения его вязкости и более полно утилизировать попутные нефтяные газы.

^ Стабилизация нефти. Сырая нефть содержит значительное количество растворенных в ней легких углеводородов C1—С4. При транспортировке и хранении нефти они могут выделять­ся, вследствие чего состав нефти будет меняться. Чтобы избе­жать потери газа и вместе с ним легких бензиновых фракций и предотвратить загрязнение атмосферы, эти продукты должны быть извлечены из нефти до ее переработки. Подобный процесс выделения легких углеводородов из нефти в виде попутного газа называется стабилизацией нефти. В зависимости от условий стабилизацию нефти осуществляют методом сепарации непос­редственно в районе ее добычи на замерных установках, дожим-ных станциях и УПН (рис.8.2), или на газоперерабатывающих заводах (рис. 8.3).

В первом случае попутный газ отделяют от нефти многосту­пенчатой сепарацией в сепараторах-газоотделителях (траппах), в которых последовательно снижаются давление и скорость по­тока нефти. В результате происходит десорбция газов, совмест­но с которыми удаляются и затем конденсируются летучие жид­кие углеводороды, образуя «газовый конденсат». При сепара-ционном методе стабилизации в нефти остается до 2% углево­дородов состава C1—C4.

^ Обессоливание и обезвоживание нефти. Удаление из нефти солей и воды происходит на промысловых установках подготов­ки нефти и непосредственно на нефтеперерабатывающих заво­дах (НПЗ).

В обоих случаях процессы обессоливания и обезвоживания нефти связаны с необходимостью разрушения эмульсий, кото­рые образует с нефтью вода. При этом на промыслах разруша­ются эмульсии естественного происхождения, образовавшиеся в процессе добычи нефти, а на заводе — искусственные эмульсии, полученные при многократной промывке нефти водой для удаления из нее солей. После обработки содержание воды и хло­ридов металлов в нефти снижается на первой стадии до 0,5— 1,0% и 100—1800 мг/л соответственно, и на второй стадии до 0,05—0,1% и 3—5 мг/л.

Для разрушения нефтяных эмульсий используются механи­ческие (отстаивание), термические (нагревание), химические и электрические методы. При химическом методе обезвоживания нагретую нефтяную эмульсию обрабатывают деэмульгаторами. В качестве последних используются различные неиногенные ПАВ типа защитных коллоидов: оксиэтилированные жирные кислоты, метил- и карбоксиметилцеллюлоза, лигносульфоно-вые кислоты и др. Наиболее эффективное удаление солей и воды достигается при электротермохимическом методе обессолива-ния, в котором сочетаются термохимическое отстаивание и раз­рушение эмульсии в электрическом поле.

Установки электротермохимического удаления солей и воды, или электрообессоливающие установки (ЭЛОУ), исполь­зуются как на промыслах, так и на нефтеперегонных заводах. В этом методе разрушение нефтяной эмульсии происходит в ап­паратах — электродегидрататорах под воздействием перемен­ного тока напряжением 30—45 кВ, что вызывает передвижение и слипание капель воды, содержащих соли, и ее отделение от нефти. На рис. 8.3 представлена принципиальная схема ЭЛОУ.

Нефть из сырьевого резервуара 1 с добавками деэмульгатора и слабого щелочного или содового раствора проходит через теп­лообменник 2, подогревается в подогревателе 3 и поступает в

8 —► Обессоленная нефть


Обессоленная нефть


Сырая нефть



Рис. 8.3 - Принципиальная схема ЭЛОУ:

1 — резервуар нефти, 2 — теплообменник, 3 — подогреватель, 4 — смеситель, 5 — электродегидрататор I ступени, 6 — электродегидрататор II ступени, 7 — холодильник, 8 — сборник обессоленной нефти, 9 — нефтеотделитель

смеситель ^ 4, в котором к нефти добавляется вода. Образовав­шаяся эмульсия последовательно проходит электродегидрата-торы 5 и 6, в которых от нефти отделяется основная масса воды и растворенных в ней солей, вследствие чего содержание их сни­жается в 8—10 раз. Обессоленная нефть проходит теплообмен­ник 2 и после охлаждения в холодильнике 7 поступает в сбор­ник 8. Отделившаяся в электродегидрататорах вода отстаива­ется в нефтеотделителе 9 и направляется на очистку, а отделив­шаяся нефть присоединяется к нефти, подаваемой в ЭЛОУ.

Обессоливание и обезвоживание нефти увеличивает сроки межремонтной работы установок гонки нефти и снижает рас­ход тепла, а также уменьшает расход реагентов и катализато­ров в процессах вторичной переработки нефтепродуктов.

  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Переработка жидкого топлива iconДатчики измерения колличества топлива
ИУ, предназначенные для измерения объемного или весового количества жидкого топлива, называются топливомерами

Переработка жидкого топлива iconВодорода предполагается использовать в качестве автомобильного, авиационного...
Мгд-установок. Например, запас топлива в виде жидкого водорода в 3-4 раза меньше по массе, чем традиционного, что в 2,5 раза увеличивает...

Переработка жидкого топлива iconГорение капли жидкого топлива в неподвижной среде (а) и в турбулентном потоке (б)
Рисунок 1 – Горение капли жидкого топлива в неподвижной среде (а) и в турбулентном потоке (б)

Переработка жидкого топлива iconСодержание
Плазмохимическая технология производства синтетического жидкого топлива из бурого

Переработка жидкого топлива iconАтомной электрической станцией (аэс)
Аэс. Это понятие включает в себя и добычу руды, и производство ядерного топлива и оборудования для аэс, и хранение и переработка...

Переработка жидкого топлива iconАтомной электрической станцией (аэс)
Аэс. Это понятие включает в себя и добычу руды, и производство ядерного топлива и оборудования для аэс, и хранение и переработка...

Переработка жидкого топлива iconАтомной электрической станцией (аэс)
Аэс. Это понятие включает в себя и добычу руды, и производство ядерного топлива и оборудования для аэс, и хранение и переработка...

Переработка жидкого топлива iconКоммерческое предложение на монтаж расходомеров жидкого топлива vzo...

Переработка жидкого топлива iconКоммерческое предложение на монтаж расходомеров жидкого топлива vzo (Швейцария)
Транспортные средства, спецтехника, сельхозтехника с мощностью двигателя до 210 л с

Переработка жидкого топлива iconУтверждено приказ Министерства здравоохранения Украины
Действующие вещества: 1 мл сиропа содержит пихты масла 4,19 мг, мяты перечной масла 1,05 мг, моркови дикой плодов экстракта жидкого...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<