Первичная переработка-ХТТ и В

Содержание

Слайд 2

План Лекции Назначение первичной переработки нефти. Общие сведения о первичной переработке

План Лекции

Назначение первичной переработки нефти.
Общие сведения о первичной переработке нефти.
Фракционный состав

нефти.
Физико-химические основы процесса ректификации.
Принцип работы ректификационной колонны.
Установки первичной переработки нефти.
Материальный баланс установок первичной переработки нефти и использование дистиллятов.
Математическое моделирование и оптимизация
процесса ректификации нефти.
Слайд 3

Назначение первичной переработки нефти Из нефти, поступающей с установок промысловой подготовки

Назначение первичной переработки нефти

Из нефти, поступающей с установок промысловой подготовки на

нефтеперерабатывающий завод, получают широкий спектр различной продукции (высокооктановые бензины, дизельные топлива, авиационные керосины, битумы, масла, котельные топлива и многое другое). Но предварительно нефть должна быть разделена на фракции – составляющие, различающиеся по температурам кипения (дистилляты). Для этого на НПЗ существуют установки первичной переработки нефти.

Нефть

Первичная переработка нефти

Фракции нефти

Облагораживающий или углубляющий процесс переработки

Товарные продукты

Слайд 4

Общие сведения о первичной переработке нефти Установки первичной переработки нефти составляют

Общие сведения о первичной переработке нефти

Установки первичной переработки нефти составляют основу

всех нефтеперерабатывающих заводов, от работы этих установок зависят качество и выходы получаемых компонентов топлив, а также сырья для вторичных и других процессов переработки нефти. На Омском НПЗ действуют установки первичной переработки нефти АВТ-6, АВТ-7, АВТ-8, АТ-9, АВТ-10

Общий вид установки первичной переработки нефти

Слайд 5

Фракционный состав нефти Фракционный состав является важным показателем качества нефти. В

Фракционный состав нефти

Фракционный состав является важным показателем качества нефти. В процессе

перегонки при постепенно повышающейся температуре из нефти отгоняют части — фракции, отличающиеся друг от друга пределами выкипания. «Разгонка» нефти на фракции осуществляется в ректификационной колонне.

Общий вид ректификационной колонны

Слайд 6

Фракционный состав нефти

Фракционный состав нефти

Слайд 7

Нефть «разгоняют» до температур 300–350 оС при атмосферном давлении (атмосферная перегонка)


Нефть «разгоняют» до температур 300–350 оС при атмосферном давлении (атмосферная

перегонка) и до 500 – 550 оС под вакуумом(вакуумная перегонка). Все фракции, выкипающие до 300–350 оС, называют светлыми. Остаток после отбора светлых дистиллятов (выше 350 оС) называют мазутом. Мазут разгоняют под вакуумом.

Фракционный состав нефти

Слайд 8

Фракционный состав нефти

Фракционный состав нефти

Слайд 9

Физико-химические основы процесса ректификации Разделение процесса на фракции происходит посредством процесса

Физико-химические основы процесса ректификации

Разделение процесса на фракции происходит посредством процесса ректификации.
Ректификацией

называется массообменнный процесс разделения жидких смесей на чистые компоненты, различающиеся по температурам кипения, за счет противоточного многократного контактирования паров и жидкости.
Слайд 10

Физико-химические основы процесса ректификации Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию

Физико-химические основы процесса ректификации

Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят

в башенных колонных аппаратах (до 60 м высотой), снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой) ректификационных колоннах.

Расположение тарелок внутри ректификационных колоннах

Внешний вид насадки: насадка, заполняющая колонну, может представлять собой металлические, керамические, стеклянные и другие элементы различной формы

Слайд 11

Принцип работы ректификационной колонны Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого

Принцип работы ректификационной колонны

Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья

называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение.
Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая – нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока, – отгонной (или исчерпывающей) секцией.

Укрепляющая часть колонны

Отгонная (исчерпывающая, кубовая) часть колонны

Питательная секция

Слайд 12

Принцип работы ректификационной колонны Исходная смесь (нефть), нагретая до температуры питания

Принцип работы ректификационной колонны

Исходная смесь (нефть), нагретая до температуры питания в

паровой, парожидкостной или жидкой фазе поступает в колонну в качестве питания. Зона, в которую подаётся питание называют эвапарационной, так как там происходит процесс эвапарации - однократного отделения пара от жидкости.

Эвапарационная зона

Слайд 13

Принцип работы ректификационной колонны Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются

Принцип работы ректификационной колонны

Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются и

конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения. Таким образом в верхней части колонны (укрепляющей) противотоком движутся пары (снизу вверх) и стекает жидкость (сверху вниз).

Холодильник-конденсатор

Слайд 14

Принцип работы ректификационной колонны Стекая вниз по тарелкам жидкость обогащается высококипящим

Принцип работы ректификационной колонны

Стекая вниз по тарелкам жидкость обогащается высококипящим (высококипящими)

компонентами, а пары, чем выше поднимаются в верх колонны, тем более обогащаются легкокипящими компонентами. Таким образом, отводимый с верха колонны продукт обогащен легкокипящим компонентом. Продукт, отводимый с верха колонны, называют дистиллятом. Часть дистиллята, сконденсированного в холодильнике и возвращенного обратно в колонну, называют орошением или флегмой.

Дистиллят

Флегма (орошение)

Слайд 15

Принцип работы ректификационной колонны Для создания восходящего потока паров в кубовой

Принцип работы ректификационной колонны

Для создания восходящего потока паров в кубовой (нижней,

отгонной) части ректификационной колонны часть кубовой жидкости направляют в теплообменник, образовавшиеся пары подают обратно под нижнюю тарелку колонны.

Кубовая часть колонны

Теплообменник (подогреватель)

Слайд 16

Принцип работы ректификационной колонны В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку

Принцип работы ректификационной колонны

В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку проходят

4 потока:
1) жидкость – флегма, стекающая с вышележащей тарелки;
2) пары, поступающие с нижележащей тарелки;
3) жидкость – флегма, уходящая на нижележащую тарелку;
4) пары, поднимающиеся на вышележащую тарелку.

Пары

Жидкость

Светлые фракции

Остаток (мазут)

Слайд 17

При установившемся режиме работы колонны уравнение материального баланса представляется в следующем

При установившемся режиме работы колонны уравнение материального баланса представляется в следующем

виде:

F=D+W,
тогда для низкокипящего компонента F·xF = D·xD + W·xW.

Слайд 18

Флегмовое число (R) соотношение жидкого и парового потоков в концентрационной части

Флегмовое число (R)

соотношение жидкого и парового потоков в концентрационной части колонны

(R = L/D; L и D – количество флегмы и ректификата).
Слайд 19

Паровое число (П) отношение контактируемых потоков пара и жидкости в отгонной

Паровое число (П)

отношение контактируемых потоков пара и жидкости в отгонной секции

колонны (П = G / W; G и W – количество соответственно паров и кубового остатка).
Слайд 20

Теоретическая тарелка При количественном рассмотрении работы ректификационных колонн обычно используется концепция

Теоретическая тарелка

При количественном рассмотрении работы ректификационных колонн обычно используется концепция теоретической

тарелки. Под такой тарелкой понимается гипотетическое контактное устройство, в котором устанавливается термодинамическое равновесие между покидающими его потоками пара и жидкости.
Слайд 21

Число тарелок определяется числом теоретических тарелок, обеспечивающим заданную четкость разделения при

Число тарелок

определяется числом теоретических тарелок, обеспечивающим заданную четкость разделения при принятом

флегмовом (и паровом) числе, а также эффективностью контактных устройств (обычно КПД реальных тарелок или удельной высотой насадки, соответствующей одной теоретической тарелке).
Слайд 22

Четкость погоноразделения В нефтепереработке в качестве достаточно высокой разделительной способности колонны

Четкость погоноразделения

В нефтепереработке в качестве достаточно высокой разделительной способности колонны перегонки

нефти на топливные фракции считается налегание температур кипения соседних фракций в пределах 10–30 °С (косвенный показатель четкости разделения).

Бензиновая фракция: температура кипения 32-180 °C

Масляная фракция: температура кипения 300—600 °C

Слайд 23

Особенности нефти как сырья процессов перегонки Невысокая термическая стабильность нефти, ее

Особенности нефти как сырья процессов перегонки

Невысокая термическая стабильность нефти, ее

высококипящих фракций (≈350–360 °С). Поэтому необходимо ограничение температуры нагрева (для повышения относительной летучести – перегонка под вакуумом, перегонка с водяным паром – для отпаривания более легких фракций). С этой целью используют, как минимум, две стадии: атмосферную перегонку до мазута (до 350 °С) и перегонку под вакуумом.
Слайд 24

Особенности нефти как сырья процессов перегонки Нефть – многокомпонентное сырье с

Особенности нефти как сырья процессов перегонки

Нефть – многокомпонентное сырье с

непрерывным характером распределения фракционного состава и соответственно летучести компонентов.
Поэтому в нефтепереработке отбирают широкие фракции (°С): бензиновые; керосиновые; дизельные; вакуумный газойль; гудрон.
Иногда ограничиваются неглубокой перегонкой нефти с получением остатка (мазута, выкипающего выше 350 °С).
Слайд 25

Особенности нефти как сырья процессов перегонки Высококипящие и остаточные фракции нефти

Особенности нефти как сырья процессов перегонки

Высококипящие и остаточные фракции нефти

содержат значительное количество гетероорганических смолисто-асфальтеновых соединений и металлов (ухудшают товарные характеристики продуктов и усложняют дальнейшую переработку дистиллятов).
Слайд 26

Установки первичной переработки нефти Ректификационные установки по принципу действия делятся на

Установки первичной переработки нефти

Ректификационные установки по принципу действия делятся на периодические

и непрерывные.
В установках непрерывного действия разделяемая сырая смесь поступает в колонну и продукты разделения выводятся из нее непрерывно.
В установках периодического действия разделяемую смесь загружают в куб одновременно и ректификацию проводят до получения продуктов заданного конечного состава.
Слайд 27

Способы регулирования температурного режима ректификационных колонн Регулирование теплового режима – отвод

Способы регулирования температурного режима ректификационных колонн

Регулирование теплового режима – отвод тепла

в концентрационной (укрепляющей) зоне, подвод тепла в отгонной (исчерпывающей) секции колонн и нагрев сырья до оптимальной температуры.
Слайд 28

Установки первичной переработки нефти Ректификацию осуществляют на трубчатых установках: атмосферная трубчатая

Установки первичной переработки нефти

Ректификацию осуществляют на трубчатых установках:
атмосферная трубчатая установка

(АТ);
вакуумная трубчатая установка (ВТ);
атмосферно-вакуумная трубчатая установка (АВТ).
Слайд 29

Установки первичной переработки нефти. Атмосферная трубчатая установка (АТ) Является наипростейшей схемой

Установки первичной переработки нефти. Атмосферная трубчатая установка (АТ)

Является наипростейшей схемой первичной перегонки

нефти.
На установках АТ осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фракций и мазута.
Слайд 30

Установки первичной переработки нефти. Принципиальная схема АТ трубчатая печь для нагрева

Установки первичной переработки нефти. Принципиальная схема АТ

трубчатая печь для нагрева куба колонны

Для

перегонки легких нефтей и фракций до 350 ºС (I) применяют АТ: установки с предварительной отбензинивающей колонной (1) и сложной ректификационной колонной (2) с боковыми отпарными секциями (3) для разделения частично отбензиненной нефти на топливные фракции (III, IV, V, VI) и мазут (VII).

конденсатор-холодильник

Слайд 31

Материальный баланс АТ

Материальный баланс АТ

Слайд 32

Установки первичной переработки нефти. Вакуумные трубчатые установки (ВТ) Установки ВТ предназначены

Установки первичной переработки нефти. Вакуумные трубчатые установки (ВТ)

Установки ВТ предназначены для

перегонки мазута.
При вакуумной перегонке из мазута получают вакуумные дистилляты, масляные фракции и тяжелый остаток – гудрон.
Полученный материал используется в качестве сырья для получения масел, парафина, битумов. Остаток (концентрат, гудрон) после окисления может быть использован в качестве дорожного и строительного битума или в качестве компонента котельного топлива.
Слайд 33

Установки первичной переработки нефти. Принципиальная схема ВТ Мазут, отбираемый с низа

Установки первичной переработки нефти. Принципиальная схема ВТ

Мазут, отбираемый с низа атмосферной колонны

блока АТ прокачивается параллельными потоками через печь 2 в вакуумную колонну 1. Смесь нефтяных и водяных паров поступают в вакуумсоздающую систему. После конденсации и охлаждения в конденсаторе-холодильнике она разделяется в газосепараторе на газ и жидкость. Газы отсасываются вакуумным насосом 3, а конденсат поступает в отстойник для отделения нефтепродуктов от водяного конденсата. Верхним боковым погоном отбирают фракцию легкого вакуумного газойля (соляра) (II), вторым боковым погоном - широкую газойлевую фракцию (масляную) (III), с низа колонны отбирается гудрон (V).
Слайд 34

Материальный баланс ВТ

Материальный баланс ВТ

Слайд 35

Установки первичной переработки нефти. Атмосферно-вакуумная трубчатая установка (АВТ) Атмосферные и вакуум­ные

Установки первичной переработки нефти. Атмосферно-вакуумная трубчатая установка (АВТ)

Атмосферные и вакуум­ные трубчатые установки

(AT и ВТ) строят отдельно друг от друга или комбинируют в составе одной установки (АВТ).
АВТ состоит из следующих блоков:
блок обессоливания и обезвоживания нефти;
блок атмосферной и вакуумной перегонки нефти;
блок стабилизации бензина;
блок вторичной перегонки бензина на узкие фракции.
Слайд 36

Принципиальная схема блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6 Прямогонные

Принципиальная схема блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6

Прямогонные бензины

после стабилизации сначала разделяются на 2 промежуточные фракции н.к.-105ºС
и 105-180 ºС, каждая из которых в дальнейшем направляется на последующее разделение на узкие целевые фракции. Нестабильный бензин из блока АТ поступает в колонну стабилизации. С верха колонны 1 отбираются сжиженные газы.

Из стабильного бензина в колонне 2 отбирают фракцию н.к.-105 ºС. В колонне 3 происходит разделение на фракции н.к.-62 ºС и 62-105 ºС. В колонне 4 происходит дальнейшее разделение на фракции 62-85 ºС (бензольная) и 85-105 ºС (толуольная). Остаток колонны 2 направляют на разделение в колонну 5 на фракции 105-140 ºС и 140-180 ºС.

3

4

5

Слайд 37

Технологический режим и характеристика ректификационных колонн блока стабилизации и вторичной перегонки

Технологический режим и характеристика ректификационных колонн блока стабилизации и вторичной перегонки

Слайд 38

Материальный баланс блока стабилизации и вторичной перегонки бензина

Материальный баланс блока стабилизации и вторичной перегонки бензина

Слайд 39

Расходные показатели установки ЭЛОУ-АВТ-6 На 1 тонну перерабатываемой нефти:

Расходные показатели установки ЭЛОУ-АВТ-6

На 1 тонну перерабатываемой нефти:

Слайд 40

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов Общий материальный баланс: выход

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов

Общий материальный баланс: выход

(% мас.) всех конечных продуктов перегонки от исходной нефти, количество которой принимают за 100 %.
Поступенчатый баланс: за 100 % принимают выход (% мас.) продуктов перегонки на данной ступени (продукты могут быть промежуточные).
Слайд 41

Принципиальная технологическая схема ЭЛОУ-АВТ блок обессоливания и обезвоживания нефти вакуумная колонная

Принципиальная технологическая схема ЭЛОУ-АВТ

блок обессоливания и обезвоживания нефти

вакуумная колонная

атмосферная перегонка

блок вторичной

перегонки бензина
Слайд 42

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов Нефть (I) (100 %)

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов

Нефть (I) (100 %) поступает

на установку с содержанием минеральных солей от 50–300 мг/л и воды 0,5–1,0 % (мас.)
Углеводородный газ (II). В легкой нефти (ρ = 0,80–0,85) – 1,5–1,8 % (мас.). Для тяжелой – 0,3–0,8 % (мас.)
Сжиженная головка стабилизации бензина (IV) содержит пропан и бутан с примесью пентанов (0,2–0,3 % мас.), используется для бытовых нужд (сжиженный газ) или в качестве газового моторного топлива для автомобилей (СПБТЛ или СПБТЗ).
Слайд 43

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов Легкая головка бензина (V)

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов

Легкая головка бензина (V) –

фракция бензина Н.К. (начало кипения) – 85 °С (4–6 % мас.); О.Ч.М (октановое число по моторному методу) не более 70.
Бензиновая фракция (VI) 85–180 °С. Выход ее от нефти в зависимости от фракционного состава обычно составляет 10–14 % мас. Октановое число (О.Ч.М = 45–55).
Керосин (Х): 1) отбор авиационного керосина – фракция 140–230 °С (выход 10–12 % мас.); 2) компонент зимнего или арктического дизельного топлива (фракции 140–280 или 140–300 °С), выход 14–18 % (мас.)
Слайд 44

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов Дизельное топливо (XI) –

Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов

Дизельное топливо (XI) – атмосферный

газойль 180–350 °С (выход 22–26 % мас., если потоком (Х) отбирается авиакеросин или 10–12 % (мас.), если потоком (Х) отбирается компонент зимнего или арктического дизельного топлива.
Легкая газойлевая фракция (XIV) (выход 0,5–1,0 % мас.
Легкий вакуумный газойль (XV) – фракция 240–380 °С, выход этой фракции составляет 3–5 % мас.
Слайд 45

Первичная прямая перегонка нефти даёт сравнительно мало бензина (выход от 4

Первичная прямая перегонка нефти даёт сравнительно мало бензина (выход от 4

до 25 %). Увеличение выхода бензина достигается применением вторичной переработки более тяжёлых нефтяных фракций, а также мазута с помощью деструктивных методов.
Слайд 46

Математическое моделирование и оптимизация процесса ректификации Нестабильный бензин поступает на блок

Математическое моделирование и оптимизация процесса ректификации

Нестабильный бензин поступает на блок стабилизации

для отделения жирного газа и рефлюкса, направляемых на газофракционирующую установку (ГФУ) для дальнейшей переработки. Фракция н.к.-62°С отделяется на стадии вторичной ректификации и поступает в качестве сырья на установку изомеризации пентан-гексановой фракции Л-35-11/300.

Технологические параметры блока стабилизации и вторичной ректификации бензина установок по первичной переработке нефти

Слайд 47

Расчет процесса стабилизации и вторичной ректификации прямогонной бензиновой фракции Для описания

Расчет процесса стабилизации и вторичной ректификации прямогонной бензиновой фракции

Для описания сложной

химико-технологической системы в комплексе использован метод математического моделирования физико-химических закономерностей реакционных и ректификационных процессов. Расчёт блока стабилизации и вторичной ректификации бензинов проведён с использованием программного пакета Aspen HYSYS. Исходными данными для расчёта являются фракционный состав нестабильного бензина, конструктивные характеристики колонного оборудования, а также технологические параметры процесса ректификации бензиновой фракции н.к.-180°С.

Для решения данной проблемы был проведён расчёт изменения содержания ключевых компонентов (н-пентана и н-гексана) в сырье процесса изомеризации в зависимости от фракционного состава. Полученная функциональ-ная зависимость имеет следующий вид:

Y = b1⋅X1 + b2⋅X2 + … +b15⋅X15,

где Y — содержание компонента в составе сырья, % мас.; b1, b2,…b15 — коэффициенты при независимых переменных;
Х1, Х2, ..., Х15 — температуры начала кипения, выкипания 10%, 15%, конца кипения соответственно.

Диалоговое окно комплексной модели процесса изомеризации

Слайд 48

Оптимизация состава фракции н.к.-62°C Оптимизация работы колонн блока вторичной ректификации позволяет

Оптимизация состава фракции н.к.-62°C

Оптимизация работы колонн блока вторичной ректификации позволяет повысить

содержание ключевых компонентов процесса изомеризации легких бензиновых фракций (н-С5 и н-С6).

Содержание углеводородов н-С5 и н-С6 в составе фракции н.к.-62°С