Способы переработки нефти и газа

           Добыча  нефти из колодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в 5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаное ведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкий натуралист Э. Кемпфер. Глубина колодцев достигала 27 м, их стенки обкладывались камнем или укреплялись деревом.

           Добыча  нефти посредством  скважин начала широко применяться с 60-х г. 19 века. Вначале наряду с открытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляные амбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер с клапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в 1865 в США была внедрена глубоконасосная эксплуатация, которую в 1874 г применили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку. В 1886 г В.Г. Шухов предложил компрессорную добычу нефти, которая была испытана в Баку в 1897г. Более совершенный способ подъема нефти из скважины – газлифт – предложил в 1914 г М.М. Тихвинский.

           Процесс добычи нефти, начиная от притока ее по пласту к забоям скважин и до внешней  перекачки товарной нефти с промысла, можно разделить условно на 3 этапа.

• Движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин.
• Движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности – эксплуатация нефтяных скважин.
• Сбор нефти и сопровождающих ее газа и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.

     Под разработкой нефтяного месторождения  понимается осуществление процесса перемещения жидкостей и газа в пластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей и газа достигается  размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, количеством и порядком ввода  их в эксплуатацию, режимом работы скважин и балансом пластовой  энергии. Принятая для конкретной залежи система разработки предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриванием залежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведки и пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекать эксплуатация: ее геологическое строение, коллекторские свойства пород (пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойства жидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой и газом, пластовые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическую оценку системы, и выбирают оптимальную.

           При глубоком залегании  пластов для повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяется нагнетание в пласт газа с высоким давлением.

           Извлечение нефти  из скважин производится либо за счет естественного фонтанирования под  действием пластовой энергии, либо путем использования одного из нескольких механизированных способов подъема  жидкости. Обычно в начальной стадии разработки действует фонтанная  добыча, а по мере ослабления фонтанирования скважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный, глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винтовых насосов).

           Газлифтный способ вносит существенные дополнения в обычную  технологическую схему промысла, так как при нем необходима газлифтная компрессорная станция  с газораспределителем и газосборными трубопроводами.

           Нефтяным промыслом  называется технологический комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, и установок различного назначения, с помощью которых на месторождении  осуществляют извлечение нефти из недр Земли.

           На месторождениях, разрабатываемых с помощью искусственного заводнения, сооружают систему водоснабжения с насосными станциями. Воду берут из естественных водоемов с помощью водозаборных сооружений.

           В процессе добычи нефти  важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции скважин, осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромыслового транспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточно собственного давления на устье скважин. При самотечных  движение происходит за счет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта.

           При разработке нефтяных месторождений, приуроченных к континентальным  шельфам, создаются морские нефтепромыслы. 

       

     Очистка нефти 

     Первый  завод по очистке нефти был  построен в России в 1745 г., в период правления Елизаветы Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле. В Петербурге и в Москве тогда пользовались свечами, а в малых городах – лучинами. Но уже тогда во многих церквях горели неугасаемые лампады. В них наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей.

     В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин.

     Очистка нефти – удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел.

       Химическая очистка производится путем воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92-92% серной кислотой и олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов.

     Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков  переработки нефти (гудронов), ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов.

     При адсорбционной очистке из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента.

     Каталитическая  очистка – гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений. 

     Перегонка нефти 

     Братья  Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котел в печке, из котла идет труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приемник для керосина.

           В Америке впервые  опыты по перегонке нефти осуществил в 1833 г. Силлиман.

           На современном  заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для  конденсации и разделения паров  сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёма продуктов  перегонки выстраиваются целые  городки резервуаров.

        Нефть состоит из смеси различных веществ (главным образом углеводородов) и потому не имеет определённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325^о. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

        Печи на нефтеперегонных заводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи из лучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра.

       Когда завод работает, по  этим  трубам с большой скоростью  – до двух метров в секунду  – движется нефть. В это  время из мощной форсунки в  печь устремляется пламя. Длина  языков пламени достигает нескольких  метров.

       При температуре 300-325^о нефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться.

       Нефтяники нашли способ перегонки  нефти без разложения углеводородов.

       Вода кипит при 100^о тогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть, например, и при 60^о. Для этого надо лишь понизить давление. При давлении в 150 мм термометр покажет всего 60^о.

        Чем меньше давление, тем скорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферного давления кипят только при 500^о. Следовательно, при 325^о эти углеводороды не кипят.

        А если снизить давление, то они закипят и при более низкой температуре.

        На этом законе основана перегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты: бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум. Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем при атмосферной.

        Дружнее происходит испарение нефти, когда в установку вводится пар.

       Сложна и интересна работа  ректификационной колонны. В этой  колонне происходит не только  разделение веществ по  их температурам  кипения, но одновременно производится  дополнительное многократное кипячение  конденсирующейся жидкости.

        Колонны делаются очень высокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями. Над отверстиями устанавливаются колпачки.

        Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны.

       Навстречу неиспарившемуся остатку  нефти снизу колонны подаётся  перегретый пар. Этот пар прогревает  неиспарившийся остаток и увлекает  с собой все лёгкие углеводороды  вверх колонны. В нижнюю часть  колонны стекает освобождённый  от лёгких углеводородов тяжёлый  остаток – мазут, а пары  одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны.

        Сначала превращаются в жидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит при температуре выше 300^о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра.

        Температура паров выше температуры соляра, и соляр снова кипит.

        Углеводороды, кипящие при температуре ниже 300^о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секцию керосиновых тарелок.

        В соляре, выходящем из колонны, поэтому нет бензина или керосина.

        В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата… 
 
 
 
 

     § 2. Крекинг 

     В этом процессе крупные молекулы высококипящих  фракций сырой нефти

     расщепляются на меньшие молекулы, из которых состоят низкокипящие фракции.

     Крекинг необходим потому, что потребности  в низкокипящих фракциях нефти –

     особенно  в бензине – часто опережают  возможности их получения путем

     фракционной перегонки сырой нефти.

     В результате крекинга кроме бензина  получают также алкены, необходимые как

     сырье для химической промышленности. Крекинг  в свою очередь подразделяется на

     три важнейших типа: гидрокрекинг, каталитический крекинг и термический

     крекинг.

          Гидрокрекинг. Эта разновидность крекинга позволяет превращать

     высококипящие фракции нефти (воски и тяжелые  масла) в низкокипящие фракции.

     Процесс гидрокрекинга заключается в том, что подвергаемую крекингу фракцию