Анализ влияния каталитических частиц на рабочие характеристики и новый стандарт по обеспечению безаварийной эксплуатации судовых дизеле

 
Рис. 2. Потребление остаточного  нефтяного топлива в процентном отношении к общему объему нефтепродуктов  (за исключением данных по странам  бывшего Советского Союза). 

 

Источник  информации: 

 Статистический  анализ компании Бритиш петролеум  (BP) – Обзор за 2004 год: www.bp.com/centres/energy

 

5 (9 из 40)

 

 

Сырая нефть

 
Сырая нефть представляет собой  сложную смесь углеводородов, подлежащих переработке в целях получения  нефтепродуктов, как самих по себе, так количества каждого продукта, необходимого для удовлетворения мировой потребности. 

 
Никакие два сорта сырой нефти  не являются абсолютно одинаковыми; существуют значительные различия в  плотности, вязкости, серосодержании, содержании ванадия, а также в  количестве каждого продукта, которое  может быть произведено в результате нефтепереработки.  
Первоначально перегонка сырой нефти для получения требуемых сортов в требуемом количестве осуществлялась по технологии перегонки при атмосферном давлении. Технология вакуумной перегонки была разработана в целях обеспечения дальнейшей переработки остатка перегонки при атмосферном давлении. 

 
Как перегонка при атмосферном  давлении, так и вакуумная перегонка  представляют собой технологии нефтепереработки, основанные на физическом разделении компонентов сырой нефти с получением дистиллятных топлив.  Поскольку в этих процессах изменения структуры нефти химическим путем не происходит, сохраняется возможность воспроизведения исходной сырой нефти путем смешивания всех выходных потоков и продуктов в соответствующих соотношениях. 

 
Однако обе вышеупомянутые простые  технологии перегонки не обеспечивают производства достаточного количества дистиллятных нефтепродуктов, соответствующего растущей мировой потребности в  них.  Поэтому необходимо использование  последовательных и более сложных процессов нефтепереработки, известных как технологии вторичной химической переработки нефти. 

 
Перегонка при атмосферном давлении

 
Первой стадией процесса нефтепереработки является разделение сырой нефти  на различные фракции путем перегонки. Перегонка осуществляется путем непрерывного процесса в ректификационной колонне, оснащенной перфорированными тарелками. Сырье нагревается приблизительно до 350°C и перекачивается в секцию, расположенную в основании колонны, см. Рис.3. Температура нагрева ограничена во избежание термического разложения сырой нефти. 

 
При поступлении сырой нефти в  колонну происходит испарение всех фракций кроме самых тяжелых  углеводородов, сопровождаемое их прохождением в виде паров вверх по колонне.  В данной технологии используется тот факт, что сырье содержит сложную смесь углеводородов, имеющих различные точки кипения.  При нагревании сырой нефти, сначала происходит отделение в виде паров самых легких и наиболее летучих углеводородов, а отделение наиболее тяжелых и наименее летучих углеводородов происходит в последнюю очередь.  При охлаждении паров их конденсация в жидкости происходит в обратном порядке: сначала – конденсация наиболее тяжелых, а наиболее легких – в последнюю очередь.

 

 

6 (10 из 40)

 

 

Восходящие пары
Нисходящее движение жидких фракций
Подогретая сырая нефть
Рис. 3  Перегонка сырой нефти  при атмосферном давлении

 

Дальнейшая переработка
Сжиженный нефтяной газ (LPG)
• Кемпинг-газ
• Промышленный газ
Дальнейшая переработка
Бензин
• Автобензин
Дальнейшая переработка
Лигроин
Исходное сырье для  химической промышленности
Дальнейшая переработка
Керосин
• Авиационное топливо
• Топливо для местного отопления
• Топливо для промышленного  теплоснабжения
Дальнейшая переработка
Газойль
• Автомобильное дизельное  топливо
Дальнейшая переработка
Смазочные материалы  и парафин
• Смазочное масло
• Парафин
Дальнейшая переработка
Остаток
• Нефтяное топливо
• Битумы

 

 

7 (11 из 40)

 

 

По мере восходящего движения паров  через колонну, часть пара конденсируется вследствие понижения температуры  в результате теплообмена с более холодной жидкостью в тарелках. В то же время тепло пара вызывает повторное испарение части конденсируемой жидкости и, таким образом, происходит постепенное обогащение каждой фракции соответствующими компонентами. В последовательно расположенных по высоте точках колонны осуществляется отбор различных фракций для дальнейшей переработки.

 
Компоненты с самыми низкими точками  кипения собираются в верхней  части колонны, а компоненты с  самыми высокими точками кипения  собираются в основании колонны.  Точки кипения варьируются в диапазоне приблизительно от 60°C в верхней части до более 300°C в основании колонны. 

 
Фракционирования всей сырой нефти  в продукты перегонки, тем не менее, не происходит.  Некоторая часть  паров уходит из верхней части  колонны в виде газов. Грубые нефтяные фракции, которые имеют температуру кипения выше 300°C, опускаются в основание колонны; этот продукт, известный как продукт отгонки без крекинга, может использоваться в качестве компонента остаточного нефтяного топлива. 

 
Перегонка при атмосферном давлении представляет собой простой физический процесс, разделение топлив в котором происходит согласно индивидуальным интервалам кипения. Процент выхода каждого продукта, которое может быть получен, определяется типом сырой нефти. Легкая, маловязкая сырая нефть дает больший выход дистиллятного топлива и относительно меньшее количество продуктов отгонки по сравнению с высоковязкой сырой нефтью высокой плотности. 

 
Как было упомянуто выше, использование  одной лишь перегонки при атмосферном давлении для переработки сырой нефти не может обеспечить удовлетворения мировой потребности в топливе. Для удовлетворения этой потребности должны использоваться дополнительные технологии нефтепереработки, которые снижают количество остаточного нефтяного топлива и увеличивают количество дистиллятного топлива.   

Вакуумная перегонка 

 
Вакуумная перегонка – другая технология нефтепереработки, подобая  перегонке при атмосферном давлении, но отличающаяся тем, что процессы в  ней происходят в условиях вакуума. Поскольку кипение жидкостей в вакууме происходит при более низких температурах, испарение продукта отгонки без крекинга обеспечивает выход большего количества легких дистиллятных фракций без превышения температуры, при которой мог бы происходить термический крекинг.

  
Поскольку при перегонке при атмосферном давлении испаряется не вся жидкость, продукт извлекаемый из основания установки, называют остатком вакуумной перегонки (или узкой остаточной фракцией), который может использоваться в качестве компонента остаточного нефтяного топлива.   Несмотря на использование вакуумной перегонки в качестве другого дополнительного способа переработки сырой нефти посредством физического разделения, рост мировой потребности в легких дистиллятных топливах опережает поставку.

 

 

8 (12 из 40)

 

 

 
Технологии  вторичной химической переработки  нефти

 
В целях удовлетворения потребности  в дистиллятных топливах в нефтеперерабатывающей  промышленности применяются технологии вторичной химической переработки  нефти, в которых используется ряд потоков продуктов процессов перегонки и происходит изменение химической структуры нефти.  При этом сокращается количество остаточного топлива и увеличивает количество дистиллятного топлива. 

 
Технологии вторичной химической переработки нефти включают «крекинг-процессы», в которых происходит разрушение длинных молекул тяжелых топливных фракций на более короткие молекулы, которые легче поддаются переработке в пользующиеся спросом топливные нефтепродукты. Существует два основных типа крекинг-процессов: термический крекинг и каталитический крекинг. 

 
Термический крекинг 

 
В технологиях термического крекинга используется температура, давление и  определенное время, при которых  вызывается химическая реакция, изменяющая структуру нефти.  Термический  крекинг может осуществляться как на дистиллятных топливах, так и на остаточных топливах.  Типичные процессы термического крекинга включают легкий крекинг, который значительно понижает вязкость тяжелого остатка, обеспечивая возможность смешивания с другими нефтяными топливами и коксования, что разрушает структуру нефтяного топлива с получением только дистиллятного топлива и кокса, который является одним из видов углеродных продуктов. 

 
Каталитический  крекинг 

 
В технологиях каталитического  крекинга также происходит изменение химического состава остаточного топлива.  В них вместо высокого давления для разложения сложных углеводородов на более простые молекулы используется катализатор. Катализатор представляет собой вещество, которое способствует протеканию химической реакции, без изменения своих собственных свойств. 

 
Наиболее широко применяемой технологией, которая позволяет перерабатывать газойль и нефтяной остаток в  высокооктановый бензин и легкое дизельное топливо, является каталитический крекинг с флюидизированным катализатором (FCC). В этом случае катализатор используется  в форме тонкодисперсных включений, частиц диаметром порядка 20 - 100 микрон, и в ходе крекинг-процесса в псевдоожиженном слое осуществляется циркуляция катализатора между реактором и регенератором  (Рис. 4).  В крупных установках каталитического крекинга должно использоваться около 500 тонн дорогостоящего катализатора. 

 

 

 

 

 

 

 

9 (13 из 40)

 

 

Regenerator	=	Регенератор
Flue gas	=	Топочный  газ
Reactor	=	Реактор
Gases	=	Газы
Light cycle oils	=	Легкие  продукты каталитического крекинга
Heavy cycle oils	=	Тяжелые продукты каталитического крекинга
Catalyst	=	Катализатор
Air	=	Воздух
Feed	=	Подача  исходного продукта
Steam	=	Пар
Decanter oil	=	Осажденный  нефтепродукт
Fractionator	=	Ректификационная колонна
Origin of catalytic fines in HFO	=	Источник  каталитических частиц в тяжелом  нефтяном топливе (HFO)

 
Рис. 4.  Оборудование технологической  линии каталитического крекинга

 
Горячий катализатор из регенератора смешивается с исходным сырьем после чего поступает в реактор. После контакта с катализатором происходит испарение исходного сырья, а вступление паров в реакцию в свою очередь приводит к разрушению химических связей, что необходимо для получения требуемого качества продуктов.  Реакция вызывает осаждение определенной части углерода на катализатор. Катализатор и пары в реакторе разделяются.  Пары поднимаются вверх и перетекают в ректификационную колонну для дальнейшей переработки.  Катализатор возвращается обратно в регенератор, в котором происходит его нагрев для выжигания углерода перед смешивания катализатора с исходным сырьем и возвращением этого в реактор.

 

Непрерывная рециркуляция катализатора вызывает разрушение структуры и  дробление катализатора, прежде всего  вследствие износа, и некоторое количество образующихся при этом мелких частиц выносится в ректификационную колонну. Несмотря на попытки нефтеперерабатывающих компании минимизировать потери катализатора в ходе процессов каталитического крекинга, вынос определенного количества дорогостоящих каталитических частиц из установки неизбежен.