Мазуты

АННОТАЦИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Значение нефти и газа для энергетики, транспорта, обороны  страны, для разнообразных отраслей промышленности и для удовлетворения бытовых нужд населения в наш век исключительно велико. Нефть и газ играют решающую роль в развитии экономики любой страны.

Из нефти вырабатываются все виды жидкого топлива: бензины, керосины, реактивные и дизельные сорта горючего – для двигателей внутреннего сгорания, мазуты – для газовых турбин и котельных установок. Из более высококипящих фракций нефти вырабатывается огромный ассортимент смазочных и специальных масел и консистентных смазок.

Нефтеперерабатывающая и  нефтехимическая промышленность играет важную роль в экономике любой  страны, в том числе и Республики Казахстан.

В настоящее  время основные тенденции развития современных  нефтеперерабатывающих производств  обусловлены необходимостью увеличения глубины переработки нефти и  ужесточением экологических требований к процессам и продуктам нефтеперерабатывающих  заводов. Многие показатели качества товарных масел, а также технико-экономические  показатели процессов очистки масляного  производства в основном предопределяются качеством исходных нефтей и их масляных фракций.

Нефтяные масла применяются  практически во всех областях техники, в зависимости от назначения выполняют различные функции: уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между сопряженными деталями, удаляют с трущихся поверхностей продукты изнашивания.

Со второй половины XX в. ужесточились требования различных видов техники к эксплуатационным свойствам смазочных масел в мировой нефтепереработке. В связи с этим одной из основных задач нефтеперерабатывающей промышленности  является производство масел с улучшенными эксплуатационными свойствами: антиокислительными, смазывающими, защитными, деэмульгирующими и др.

Актуальность данного  проекта заключается в том, что  смазочные масла в Республике Казахстан не производятся, весь потребляемый их обьем ввозится, причем с колоссальными затратами на приобретение и транспортировку.

Вместе с тем Казахстан  располагает уникальнейшим сырьем для производства масел. Поэтому в данной работе рассмотрены возможности получения масел в условиях Атырауского НПЗ, единственного завода, перерабатывающего западноказахстанские нефти в регионе, где располагаются основные нефтяные месторождения с высоким потенциальным запасом.

 

 

 

1. Литературный обзор

 

1. Назначение и характеристика процесса

 

Переработка нефти начинается с перегонки или фракционирования сырой нефти в отдельные углеводородные группы. Полученные в результате продукты непосредственно связаны с характеристиками обрабатываемой сырой нефти.

Установки первичной переработки  нефти составляют основу всех нефтеперерабатывающих заводов.  На них вырабатываются практически все компоненты моторных топлив, смазочных масел, сырьё для вторичных процессов и для нефтехимических производств.

Первый нефтеперерабатывающий  завод, который открылся в 1861, производил керосин путем простой атмосферной  перегонки. Побочными продуктами были гудрон и нафта (сырая нефть). Вскоре было обнаружено, что высококачественные смазочные материалы могут быть произведены путем перегонки нефти в вакууме.

В промышленности вакуумная  перегонка была открыта независимо и случайно. В 1867 году, когда Джошуа Меррилл перегонял 3,4 м³ пенсильванской нефти, «забило» конденсатор. Перегоняемая загрузка была «слишком тяжелой для использования в целях освещения и слишком легкой – для смазочного масла» [30]; закупорка конденсатора была вызвана, по-видимому, отложением парафина в конденсаторе. Давление стало настолько большим, что пришлось погасить огонь и дать охладиться кубу, из-за чего и образовался вакуум. Когда аппарат вскрыли, в конденсаторе был найден прозрачный нейтральный дистиллят. Меррилл позже отметил, что подобный дистиллят может быть получен с помощью перегонки с перегретым водяным паром, который действует, кроме того, как добавка при азеотропной перегонке. Вскоре последовало применение вакуумной перегонки нефтяных масел в заводском масштабе, а с 1870 г. в Рочестере (штат Нью-Йорк) было начато промышленное производство вакуумных масел из нефти. Вакуумная перегонка масел в заводском масштабе в других областях промышленности получила распространение лишь в XX веке. Наиболее ранними примерами из этой области является перегонка фенола и крезолов, а также вакуумная перегонка с паром глицерина. Румфорд  в 1802 г. подробно описал процесс разгонки с применением острого пара и дал превосходное теоретическое объяснение механизма перегонки с паром, который он назвал «выгоняющим паром». Этот процесс, который можно рассматривать как предтечу азеотропной вакуумной разгонки с добавкой, требует некоторой примеси инертного газа для того, чтобы ускорить перегонку и избежать «толчков». Вполне возможно осуществить перегонку в вакууме с водяным паром, перегретым водяным паром или парами других подходящих веществ.

Таким образом, история развития вакуумной перегонки начинается с 1870 года. Первоначально основным продуктом были смазочные масла, а в 30-е годы XX века продукт перегонки использовался как сырьё для крекинга.

Вакуумная перегонка (дистилляция) – это процесс отгонки из мазута (остатка атмосферной перегонки) фракций, пригодных для переработки в моторные топлива, масла, парафины и церезины и другую продукцию нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Остающийся после этого тяжелый остаток называется гудроном. Может служить сырьем для получения битумов.

Вакуумная перегонка мазута осуществляется по двум вариантам: по топливному и масляному.

Вакуумная перегонка мазута по топливному варианту предназначена  для получения широкой масляной фракции (вакуумного газойля) с температурами  выкипания 350 – 500 °С как сырья установок каталитического крекинга, гидрокрегинга или пиролиза и в некоторых случаях термического крекинга с получением дистиллятного крекинг-остатка, направляемого далее на коксование с целью получения высококачественных нефтяных коксов.

Масляный вариант нефтепереработки заключается в получении из мазута вакуумной      перегонкой    узких     масляных        фракций   различной вязкости с пределами выкипания 300 – 400 °С, 350 – 420 °С, 420 – 500 °С и остаточной >500 °С.

Из этих фракций в последующих  процессах селективной очистки  и низкотемпературной депарафинизации удаляют нежелательные компоненты, соответственно, смолы, полициклические арены и высокозастывающие парафины, в результате получаются базовые масляные основы. Введением в последние соответствующих присадок (антиокислительных, противоизносных, повышающих индекс вязкости, депрессорных и др.), обеспечивающих работоспособность масла в условиях применения, получают широкий ассортимент товарных масел.

Вакуумная перегонка мазута является головным процессом поточной схемы масляного производства. При  масляном варианте перегонки основная цель процесса – получить масляные фракции заданной вязкости, удовлетворяющие также необходимым требованиям по цвету и температуре вспышки. Существующими нормами на производство масел, как известно, не ограничивается фракционный состав масляных фракций и допустимые пределы температур налегания соседних фракций.

Многие показатели качества (вязкость, индекс вязкости, нагарообразующая способность, температура вспышки  и др.) товарных масел, а также  технико-экономические показатели процессов очистки масляного  производства во многом предопределяются качеством исходных нефтей и их масляных фракций. Поэтому в процессах вакуумной перегонки по масляному варианту, по сравнению с вакуумной перегонкой топливного профиля, предъявляются более строгие требования к чёткости погоноразделения и выбору сырья.

Исследования влияния  фракционного состава масляных фракций  на технологические показатели  производства и качество базовых  масел показывают, что одним из способов повышения эффективности  производства и улучшения качества масел является получение узких  фракций. Так, использование узких 50-градусных масляных фракций, обладающих повышенной вязкостью и высокими температурами вспышки, значительно изменяет их дозировку при производстве современных моторных масел. Базовые масла, приготовленные на основе масляных компонентов из узких фракций, характеризуются меньшей склонностью к осадкообразованию и загустеванию при окислении, чем базовые масла с дистиллятным компонентом широкого фракционного состава. Выход дистиллятных масел из узких фракций на 1,78 % больше, чем из широких фракций 350 – 490 °С, считая на нефть.

В зависимости от фракционного состава масляных дистиллятов меняются также режим работы установок  маслоблока и технико-экономические показатели процессов очистки масляных дистиллятов и остаточных компонентов. Так, при ухудшении чёткости ректификации широких масляных фракций снижаются выход рафинатов и депарафинизированного масла и скорость фильтрации масел пре депарфинизации, увеличиваются расход растворителя при селективной очистке масел, затраты тепла на регенерацию растворителя, вероятность переочистки лёгких и недоочистки тяжёлых фракций и повышается отложение кокса на катализаторе при гидроочистке масел.

В связи с этим для получения  масел высокого качества и сырья  для производства твёрдых парафинов рекомендуется получать узкие масляные фракции с пределами температур выкипания 50 – 60 °С, налеганием температур кипения не более 20 – 25 °С и содержанием не более 15% фракций, выкипающих ниже, и 2% фракций, выкипающих выше номинальной температуры кипения. Для обеспечения требуемой четкости погоноразделения на ректификационных колоннах вакуумной трубчатки масляного типа устанавливают большее число тарелок (до 8 на каждый дистиллят), применяют отпарные секции; наряду с одноколонными широко применяют двухколонные схемы (двухкратного испарения по дистилляту) перегонки.

Для получения масляных дистиллятов  низкой коксуемости и хорошего цвета  с вязкостью 12 мм²/с при 100 °С и высоковязкого гудрона с низким содержанием фракций до 490 °С важно обеспечить очень чёткое разделение между дистиллятной фракцией 450 – 500 °С (490°С) и гудроном.

 

1.2 Виды перегонки мазута

 

При перегонке мазута по масляному варианту используют схемы однократного (рисунок 1, а) и двукратного испарения – по широкой масляной фракции (рисунок 1, б) или по остатку (рисунок 1, в). Наибольшее распространение в промышленности получили схемы (а) и (б).

Перегонка осуществляется в  ректификационных колоннах с применением  водяного пара.

Основное действие водяного пара – снижение парциального давления паров углеводородов и тем  самым отпаривание легкокипящих фракций. Поскольку отпаривание легкокипящих фракций. Поскольку отпаривание сопровождается отводом тепла, то температура отогнанного жидкого потока понижается. Испаряющее действие водяного пара наиболее эффективно при его расходе, равном 1,5 – 2% (масс.) на исходное сырьё. Общий расход водяного пара в вакуумные колонны – 5 – 8% (масс.) на сырьё.

Необходимо указать на следующие недостатки процессов  перегонки с водяным паром:

- увеличение затрат энергии  (тепла и холода) на перегонку  и конденсацию;

- повышение нагрузки колонн по парам, что приводит к увеличению диаметра аппаратов и уносу жидкостей между тарелками;

- ухудшение условий регенерации  тепла и теплообмена;

- увеличение сопротивления и повышение давление в колонне и других аппаратах;

- обводнение нефтепродуктов  и необходимость их последующей  осушке;

- усиление коррозии нефтеаппаратуры  и образование больших количеств  загрязнённых сточных вод.

 

 

1 — колонна; 2 — отпарная секция; 3 — емкость;

I — мазут; II — маловязкий дистиллят; III — средневязкий дистиллят; IV — высоковязкий дистиллят; V— гудрон; VI — некондеисируемые газы и водяной пар; VII — водяной пар; VIII — легкий вакуумный газойль.

Рисунок 1 – Схемы перегонки  мазута по масляному варианту при  однократном (а) и двукратном испарении по широкой фракции (б) или по остатку (в)

 

При перегонке мазута по схеме однократным испарением в  вакуумной тарельчатой колонне  трудно достичь необходимого количества фракций: обычно налегание температур кипения между смежными дистиллятами составляет 70 – 130 °С. В то же время при увеличении числа тарелок снижается глубина вакуума в секции питания колонны и желаемое повышение чёткости повышения ректификации не достигается. Давление в верху колонны поддерживается порядка 67-107 гПа (6,7 – 10,7 кПа) в секции питания 134 – 330 гПа (13,4-33  кПа) с температурой нагрева нефти не выше 420 °С и подачей в низ колонны 5 – 10% водяного пара (на остаток). Температура верха колонны не превышает обычно 100 °С, так как с ростом температуры наблюдается повышенный унос газойлевых фракций в барометрический конденсатор.

Анализ перегонки мазута по схеме однократного испарения  в вакуумной тарельчатой колонне  показывает, что для чёткого выделения  узких масляных фракций требуются  следующие условия: число тарелок  в каждой простой колонне должно быть порядка 12 – 14, из них половина в отгонных секциях; эффективность тарелок должна быть не ниже 0,7 – 0,8; испарение сырья в зоне питания должно быть на несколько процентов больше суммы отбираемых дистиллятов; в боковые отпарные секции следует подавать водяной пар – 3 – 4% (масс.) на фракцию; циркуляционные орошения целесообразно устанавливать только на верхних тарелках (обычно на четырех); промежуточное охлаждение целесообразно осуществлять только на проток; пары из отпарных секций в основную колонну следует подавать на одну тарелку выше отвода жидкости в боковую отпарную секцию; перепад давления по паровым линиям в отпарные колонны должен быть минимальным, перепад давления на реальную тарелку должен быть не более 2,6 гПа.