Проект реконструкции цеха первичной переработки нефти и получения битума на ОАО «Сургутнефтегаз»

Содержание

стр.

Реферат

Проект реконструкции цеха первичной  переработки нефти и получения  битума на ОАО «Сургутнефтегаз».

Стр. 139, Рис. 46, Табл. 35, Черт. 4

Реконструкция, нефть, бензин, соляр, керосин, биткм, технлоогическая схема, трубчатая печь, теплообмен, ректификация, автоматизация, экономический эффект.

Обоснована реконструкция цеха, в связи с необходимостью замены трубчатых печей П-1 и П-3 на одну более производительную.

Выполнены расчеты:

• материальных потоков;
• тепловых и материальных балансов;
• расчет трубчатой печи;
• потбор измерительных приборов и схем автоматизации;
• эколго-экономического эффекта.

Приведены рекомендации, для дальнейшей стабильной работы установки.

Введение

Один чудак из партии геологов

Сказал мне, вылив грязь из сапога:

"Послал  же бог на голову нам олухов!

Откуда нефть  – когда кругом тайга?

И деньга вам  отпущены - на тыщи те

Построить детский сад на берегу:

Вы ничего в  Тюмени не отыщите –

В болото вы вгоняете деньгу"

В. Высоцкий

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. Природный газ—очень удобное для транспортировки по трубопроводам и сжигания, дешевое энергетическое и бытовое топливо. 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. Из нефти вырабатываются также парафин, сажа для резиновой промышленности, нефтяной кокс, многочисленные марки битумов для дорожного строительства и многие другие товарные продукты.

Вторичная переработка нефтяного  и газового сырья получила ныне название нефтехимического синтеза. Уже в настоящее время 25% мировой химической продукции выпускается на основе нефти и углеводородных газов. Ближайшие перспективы развития нефтехимической промышленности исключительно благоприятны как по масштабам производства, так и по безграничному разнообразию промежуточных и конечных продуктов синтеза.

К нефтехимической продукции относятся: пластические массы, синтетические каучуки и смолы, синтетические волокна, синтетические моющие средства и поверхностно-активные вещества, некоторые химические удобрения, присадки к топливам и маслам, синтетические смазочные масла, белково-витаминные концентраты, многочисленные индивидуальные органические вещества: спирты, кислоты, альдегиды, кетоны, хлорпроизводные эфиры, гликоли, полигликоли, глицерин и другие, применяющиеся в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту.

Все вышесказанное в полной мере относится к проблемам переработки  нефти в северных районах России. Одним из нефтеперерабатывающих  районов является сургутский нефтеносный район, представляющий из себя крупное подземное поднятие со сводами и впадинами, окружающих его. Около 30 000 квадратных километров приходится на Сургутский свод. На сегодняшний день там разрабатывается более десятка месторождений: Карьунское , Быстринское, Лянторское, Федеровское, Камарьинское, Солкинское, Западно-Солкинское, Вачемское и другие.

Цех (установка) первичной переработки  нефти и получения битума (ЦППНиПБ) [1] был заложен в 1981 году в 40 километрах северо-западнее от г. Сургута и предназначался для получения дорожного битума. В 1987 году установка претерпела реконструкцию, так как по выполненному проекту (ВНИПИНефтепромхим г. Казань) на установке были установлены ректификационные колонны: для атмосферной перегонки с 19-ю тарелками (диаметр 1,0 м) и вакуумной перегонки – с 15-ю тарелками (диаметр 1,0 м), что не обеспечивало получения продуктов заданного качества.

В 1991 г. БашНИИ НП была произведена  реконструкция цеха по увеличению производительности до 118,8 тыс.т/год нефти (на 18,2% выше проектной), производства битума – 38,0 тыс.т/год (на 12,7% выше проектной), отбора суммы светлых нефтепродуктов – 34% на нефть (33% по проекту) и улучшению их качества.

В 1988 г. НИИГипровостокнефть была произведена  реконструкция цеха по режиму работы, что позволило получать на установке дизельное топливо (зимнее и летнее), бензиновую фракцию (для промывки нефтяных скважин), а также повысить качество всех получаемых продуктов.

Сегодня комплексная установка  первичной переработки нефти  и производства битумов (ЦППНиПБ) предназначена для выработки дорожных битумов из нефти Лянторского месторождения и в небольших количествах битумов строительных марок. Также попутно получают летнее и зимнее дизельное топливо, бензиновую фракцию, которую используют для промывки нефтяных скважин.

В состав установки входят:

1. Блок подготовки нефти к переработке для глубокого обессоливания и обезвоживания нефти.
2. Блок атмосферно-вакуумной перегонки нефти.
3. Блоки получения окисленных битумов в реакторах  непрерывного действия колонного типа и периодического действия в реакторах бескомпрессорного окисления.
4. Емкости для приема и хранения битумов, дизельного топлива, бензиновой фракции, газойлей.
5. Наливная эстакада для отгрузки готовой продукции в автоцистерны.
6. Технологическая воздушная компрессорная.
7. Компрессорная воздуха КИП.
8. Система оборотного водоснабжения включающая в себя градирню и насосы для циркуляции охлаждающей воды.

Целью данного проекта является реконструкция цеха первичной переработки  нефти и получения битума.

1. Основы первичной переработки сибирских нефтей. Аналитический обзор

1. Характеристика сырья

Нефти различных месторождений  и даже в пределах одного месторождения могут значительно отличаться друг от друга по химическому и фракционному составу, а также по содержанию серы, парафина и смол. В разное время предлагались различные химические, генетические, промышленные и товарные классификации нефтей. В настоящее время действует технологическая классификация нефтей СССР (ГОСТ 912—66). Согласно этой классификации все нефти оцениваются по следующим показателям:

• содержание серы в нефтях и нефтепродуктах;
• потенциальное содержание фракций, перегоняющихся до 350 °С;
• потенциальное содержание и качество базовых масел;
• содержание парафина и возможность получения реактивных, дизельных зимних или летних топлив и дистиллятных базовых масел с депарафинизацией или без нее.

Сырьем установки является сырая  нефть которая должна соответствовать  требованиям ГОСТ 9965-76 и иметь  следующие физико-химические показатели (табл. 1)

Физико-химические показатели нефти. Таблица 1

Классификация нефтей на классы и  типы. Таблица 2

В зависимости  от массовой доли серы-нефти, от плотности при 20°С подразделяют на классы и типы, которые приведены в таб.2.

По содержанию фракций до 350 °С нефти  делятся на три типа (Лянторской –  44,7%):

• Т₁—не менее 45%;
• Т₂—30—44,9%;
• Т₃— менее 30%.

По потенциальному содержанию базовых  масел все нефти делятся на четыре группы (Лянторской – 21%):

• М₁—не менее 25% в расчете на нефть;
• М₂— 15—25% в расчете на нефть и не менее 45% в расчете на мазут;
• М₃—15—25% в расчете на нефть и 30—45% в расчете на мазут;
• М₄—менее 15% в расчете на нефть.

Кроме того, все нефти делятся  по качеству базовых масел, оцениваемому индексом вязкости, еще на две подгруппы (Лянторской – 79):

• И₁ — индекс вязкости выше 85;
• И₂ — индекс вязкости 40—85.

По содержанию парафина нефти делятся  на три вида (Лянторской – 2,4%):

• П₁—мало парафиновые (не выше 1,5%);
• П₂—парафиновые (1,51—6,0%);
• П₃—высоко парафиновые (более 6%).

Кроме того, указывается для каждого  вида, какие продукты можно получать без депарафинизации или с применением депарафинизации. Так, из нефти, отнесенной к виду П₁ можно получать реактивное топливо, дизельное зимнее топливо и дистиллятные базовые масла без депарафинизации.

Краткая характеристика некоторых  нефтей СССР. Таблица 3

Используя эту классификацию, для любой промышленной нефти можно составить шифр. Так например, Лянторская нефть получает шифр IIТ₂М₃И₂П₂.

Физико-химическая характеристика Лянторской нефти. Таблица 4

Фракционный состав и физический свойства сырья. Таблица 5

По шифру нефти легко составить  представление о наиболее рациональных путях ее переработки и о, возможности  замены ею ранее применявшейся нефти  в данном технологическом процессе.

В табл. 3 приводится выборочный справочный материал, характеризующий некоторые промышленные нефти СССР.

В качестве исходных данных для расчетов при проектировании установки первичной  переработки нефти и получения  битума были использованы следующие  физико-химические показатели, фракционный  состав и физические свойства Лянторской, нефти приведенных в табл.3, табл.4.

2. Нефтепродукты

Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает более 500 различных нефтепродуктов [4].

Среди них прежде всего следует  выделить основные группы, резко различающиеся по составу и свойствам:

I—жидкое топливо;

II—смазочные и специальные масла;

III—консистентные смазки;

IV—парафины и церезины;

V—битумы;

VI—сажа;

VII— нефтяной кокс;

VIII — нефтяные кислоты и их  соли;

IX—присадки к топливам и маслам;

X—прочие нефтепродукты (осветительные керосины, растворители, ароматические углеводороды, смазочно-охлаждающие жидкости и др.).

Остановимся вкратце на назначении и ассортименте некоторых нефтепродуктов из этих групп.

1. Карбюраторное топливо

Карбюраторное топливо—авиационные и автомобильные бензины, тракторный керосин — для двигателей с зажиганием от искры [5].

Авиационные бензины представляют собой смеси бензинов прямой гонки, каталитического крекинга и высокооктановых компонентов (алкилбензол, технический изооктан и другие) с добавкой антидетонационных и антиокислительных присадок. Выпускаются следующие марки: бензин БА, Б-100/130², Б-91/115, Б-95/130, Б-70 (без ТЭС³). Их фракционный состав 40—180°С.

Автомобильные бензины  — смеси бензинов прямой гонки, термического и каталитического крекинга, каталитического риформинга. Их маркировка: А-66, А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. Для первых трех цифры обозначают октановые числа по моторному методу, а для двух последних—по исследовательскому. Бензин марки А-72 выпускается без добавки ТЭС, а в остальные ТЭС вводится в количестве от 0,41 до 0,82 г/кг бензина. Начало кипения этих бензинов не ниже —35 °С, а конец кипения 205 °С для А-66, для других 185—195°С.

Тракторный керосин—смесь дистиллятов прямой гонки и термического крекинга фракционного состава примерно 100—300 °С. Выпускаются две марки с октановыми числами 40 и 45.

Топливо для реактивных двигателей (авиакеросины) имеет в основном прямогонное происхождение. Марки Т-1, ТС-1, Т-2, Т-5, Т-6, Т-7, Т-8, РТ. Топлива отличаются друг от друга по фракционному составу, содержанию общей и меркаптановой серы. Авиакеросины должны иметь температуру застывания не выше —60 °С.

Эксплуатационные  свойства карбюраторных топлив. Авиационные и автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания с принудительным воспламенением от искры работают по четырехтактному циклу. В первом такте (всасывание) топливно-воздушная рабочая смесь заполняет цилиндр двигателя и нагревается к концу такта в двигателях, работающих на бензине, до 80—130°С и до 140— 205 °С — в работающих на керосине.

Во втором такте (сжатие) давление смеси возрастает до 10— 12 ат, а температура—до 150—350 °С. В конце хода сжатия с некоторым опережением смесь воспламеняется от электрической искры. Хотя время сгорания топлива очень мало — тысячные доли секунды, но оно все же сгорает постепенно, по мере продвижения фронта пламени по камере сгорания (фронтом пламени называется тонкий слой газа, в котором протекает реакция горения). При нормальном сгорании фронт пламени распространяется со скоростью 20—30 м/сек. Температура сгорания достигает 2200— 2800°С, а давление газов сравнительно плавно возрастает до 30— 50 ат в автомобильных двигателях и до 80 ат в авиационных.

В третьем такте (рабочий ход) реализуется  энергия сжатых продуктов сгорания, и во время четвертого такта цилиндр двигателя освобождается от продуктов сгорания.

В поршневых авиационных и автомобильных  двигателях в качестве топлива применяются бензины. Важнейшее эксплуатационное требование к ним — обеспечение нормального бездетонационного сгорания в двигателях, для которых они предназначены.

Детонацией называется особый ненормальный характер сгорания топлива в двигателе, при этом только часть рабочей смеси после воспламенения от искры сгорает нормально с обычной скоростью. Последняя порция топливного заряда (до 15—20%), находящаяся перед фронтом пламени, мгновенно самовоспламеняется, в результате скорость распространения пламени возрастает до 1500—2500 м/сек, а давление нарастает не плавно, а резкими скачками. Этот резкий перепад давления создает ударную детонационную волну. Удар такой волны о стенки цилиндра и ее многократное отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный металлический стук, являющийся главным внешним признаком детонационного сгорания. Другие внешние признаки детонации: появление в выхлопных газах клубов черного дыма, а также резкое повышение температуры стенок цилиндра. Детонация — явление очень вредное. На детонационных режимах мощность двигателя падает, удельный расход топлива возрастает, работа двигателя становится жесткой и неровной. Кроме того, детонация вызывает прогорание и коробление поршней и выхлопных клапанов, перегрев и выход из строя электрических свечей и другие неполадки. Износ двигателя ускоряется, а межремонтные сроки укорачиваются. При длительной работе на режиме интенсивной детонации возможны и аварийные последствия. Особенно опасна детонация в авиационных двигателях.

Явление детонации с химической точки зрения объясняется перенасыщением последней части топливного заряда первичными продуктами окисления углеводородов — гидроперекисями и продуктами их распада — высокоактивными свободными радикалами, которые при достижении определенной концентрации реагируют со скоростью взрыва. В результате вся несгоревшая часть горючей смеси мгновенно самовоспламеняется. Очевидно, чем выше скорость образования перекисей в данной рабочей смеси, тем скорее возникает взрывное сгорание, тем раньше нормальное распространение фронта пламени перейдет в детонационное и последствия детонации скажутся сильнее. Отсюда следует, что основным фактором, от которого зависит возникновение и интенсивность детонации, является химический состав топлива, так как известно, что склонность к окислению у углеводородов различного строения при сравнимых условиях резко различна.

Если в топливе преобладают  углеводороды, не образующие в условиях предпламенного окисления значительного количества перекисей, то взрывного распада не произойдет, смесь не перенасытится активными частицами и сгорание будет проходить с обычными скоростями, без детонации.

Оценка детонационной стойкости (ДС) [11] или антидетонационных свойств углеводородов и топлив проводится на стационарных одноцилиндровых двигателях. В основе всех методов оценки ДС лежит принцип сравнения испытуемого топлива со смесями эталонных топлив. В качестве последних выбраны 2,2,4-триметилпентан (изооктан) и гептан, а за меру детонационной стойкости принято октановое число.

Октановым числом называется условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная процентному (по объему) содержанию изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу при стандартных условиях испытания.

Октановое число изооктана принято  равным 100, а гептана — 0. Следовательно, если испытуемый бензин оказался эквивалентным в стандартных условиях испытания смеси, состоящей, например, из 70% изооктана и 30% гептана, то его октановое число равно 70. Октановое число—нормируемый показатель детонационной стойкости автомобильных бензинов, а также авиационных бензинов при работе на бедных смесях и без применения наддува.

Для оценки ДС авиационных бензинов при работе двигателя на богатых  смесях и с применением наддува нормируемым показателем служит сортность топлива.

Сортность топлива на богатой смеси  — это характеристика, показывающая величину мощности двигателя (в процентах) при работе на испытуемом топливе по сравнению с мощностью, полученной на эталонном изооктане, сортность которого принимается за 100.

Октановые числа определяются на специальных  испытательных установках при строго стандартных условиях. Имеется несколько методов определения октановых чисел, отличающихся друг от друга режимом испытания. В Советском Союзе оценка топлив ведется по моторному и исследовательскому методу. Октановые числа, определенные по исследовательскому методу, для некоторых бензинов на несколько единиц выше. Поэтому, когда приводятся данные по октановым числам, всегда надо оговаривать метод их определения.

Одним из путей повышения детонационной  стойкости топлив для двигателей с зажиганием от искры является применение антидетонаторов. Это вещества, которые добавляют к бензинам в количестве не более 0,5% с целью значительного улучшения антидетонационных свойств.

Достаточно эффективным, применяемым  во всех странах, антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) Pb(С₂Н₅)₄, который уже при 200—250 °С [13] легко распадается на свинец и свободные радикалы (этил), присутствие которых в топливно-воздушной среде замедляет образование перекисей в предпламенный период. Это приводит к снижению их концентрации перед фронтом пламени, и, следовательно, переход нормального сгорания в детонационное затрудняется. В свою очередь, и атомарный свинец уже при более высоких температурах, т. е. на более поздней стадии процесса горения, дезактивирует различные частицы, образующиеся при бурном распаде перекисей. Это также приводит к ослаблению детонации.

В чистом виде ТЭС применять нельзя, так как на клапанах, свечах и  стенках цилиндра накапливаются  свинец и окись свинца, что конечно  нарушает работу двигателя. Для удаления свинцовистого нагара к ТЭС добавляют так называемые выносители свинца — различные галогеналкилы. При термическом разложении последние выделяют галогенводород или галоген. Они образуют со свинцом и окисью свинца соли, которые при высоких температурах двигателя находятся в парообразном состоянии:

3C₂H₅Br ® 2C₂H₄ + 2HBr

PbO + 2HBr ® PbBr₂ + H₂O

Pb + 2HBr ® PbBr₂ + H₂O

Эти соли вместе с выхлопными газами благодаря своей летучести выводятся из цилиндра двигателя. В качестве выносителей применяются дибромэтан, бромистый этил, a-монохлорнафталин, дибромпропан. Смесь ТЭС, выносителей и красителя называется этиловой жидкостью.

ТЭС, а следовательно, и этиловая жидкость очень ядовиты: при обращении с ней и содержащими ее этилированными бензинами необходимо соблюдать специальные правила предосторожности. Чтобы легче отличать этилированные бензины, этиловую жидкость подкрашивают. Добавляется этиловая жидкость к бензинам в количестве от 1,5 до 4 мл на 1 кг топлива. Добавление этиловой жидкости свыше 4 мл/кг уже не приводит к дальнейшему повышению октановых чисел, но вызывает усиленное отложение свинцовистого нагара [13].

Октановые числа индивидуальных углеводородов. Таблица 6