Промысловая и заводская подготовка нефти

Федеральное агентство по образованию

Государственного  образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

Казанский государственный технологический  университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему: 

Общее и различие в промысловой  и заводской подготовке нефти 
 
 
 
 
 

Выполнил

ст.гр.  419-М8

Тулябаева Э.И. 

Преподаватель:

Галимов Р.Г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Казань, 2009

     Содержание 

     Введение………………………………………………………………3

     Промысловая подготовка нефти…………………………………….4

     Заводская подготовка нефти…………………………………………8

           Фракционная перегонка……………………………………….9

           Химическая обработка……………………………………….11

           Технологическая обработка  и смешение фракций…………13

     Общее и различие заводской и промысловой  подготовки нефти..15

     Заключение…………………………………………………………..17

     Список  использованных источников………………………………18 
 
 

     Введение 

     Нефть это смесь углеводородов, т.е. веществ, состоящих из атомов углерода и водорода, и веществ, содержащих серу, азот и  кислород. Они называются гетероатомными или неуглеводородными. При атмосферном  давлении нефть кипит от 45 до 450 °С. Средний элементный состав нефти, % массовый: С 83-87; Н 12-15; 8 от ОД до 5 или 6; N 0,5-0,6 и О 0,5-1,2.  
Технологическая характеристика нефтей. Нефти характеризуются по группам углеводородов, входящих в их состав, по содержанию сернистых соединений, парафиновых углеводородов, смолисто-асфальтеновых веществ. Нефти бывают парафиновыми, нафтеновыми, ароматическими и смешанного типа-парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические.

     Наибольшее  распространение имеют смолистые  и высокосмолистые нефти, которые  одновременно являются сернистыми и высокосернистыми.

     Разные  виды сырой нефти используют для  производства большинства других продуктов, поскольку в ней содержится углеводороды. Углеводороды - это класс органических соединений, состоящих из молекул  углерода и водорода разной длины и разного строения. Первая трудность, с которой сталкиваются производители, состоит в том, что сырая нефть состоит из сотен нескольких типов углеводородов, смешанных воедино. Прежде чем, получить хоть что-то стоящее, необходимо разделить все эти типы углеводородов.

     Промысловая подготовка нефти 

     Поступающая из нефтяных и газовых скважин  продукция не представляет собой  соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают  пластовая вода, попутный (нефтяной) газ, твердые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента).

     Добываемая  на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое  количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает 1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых  старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти (метан, этан, пропан и т.д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

     С целью понижения затрат на переработку  нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерный износ нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

     Для сокращения потерь легких компонентов  осуществляют стабилизацию нефти, а  также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах. Разрушение нефтяных эмульсий осуществляют механическими, химическими и электрическими способами. Важным моментом является процесс сортировки и смешения нефти

     Технически  и экономически целесообразно нефть  перед подачей в магистральный  нефтепровод подвергать специальной  подготовке с целью ее обессоливания, обезвоживания, дегазации, удаления твердых  частиц.

     На  нефтяных промыслах чаще всего используют централизованную схему сбора и подготовки нефти (рис.1). Сбор продукции производят от группы скважин на автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ). От каждой скважины по индивидуальному трубопроводу на АГЗУ поступает нефть вместе с газом и пластовой водой. На АГЗУ производят учет точного количества поступающей от каждой скважины нефти, а также первичную сепарацию для частичного отделения пластовой воды, нефтяного газа и механических примесей с направлением отделенного газа по газопроводу на ГПЗ (газоперерабатывающий завод). Частично обезвоженная и частично дегазированная нефть поступает по сборному коллектору на центральный пункт сбора (ЦПС). Обычно на одном нефтяном месторождении устраивают один ЦПС. Но в ряде случаев один ЦПС устраивают на несколько месторождений с размещением его на более крупном месторождении. В этом случае на отдельных месторождениях могут сооружаться комплексные сборные пункты (КСП), где частично производится обработка нефти. На ЦПС сосредоточены установки по подготовке нефти и воды. На установке по подготовке нефти осуществляют в комплексе все технологические операции по ее подготовке. Комплект этого оборудования называется УКПН - установка по комплексной подготовке нефти

     Рис.1. Схема сбора и подготовки продукции  скважин на нефтяном промысле:

     1 - нефтяная скважина; 2 - автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ); 3 - дожимная насосная станция (ДНС); 4 - установка очистки пластовой воды; 5 - установка подготовки нефти; 6 - газокомпрессорная станция; 7 - центральный пункт сбора нефти, газа и воды; 8 - резервуарный парк

     Обезвоженная, обессоленная и дегазированная нефть  после завершения окончательного контроля поступает в резервуары товарной нефти и затем на головную насосную станцию магистрального нефтепровода.

     УКПН  представляет собой небольшой завод по первичной (промысловой) подготовке нефти (т.е. дегазация, обезвоживание, обессоливание, стабилизация). В сырую нефть (рис. 2), поступающую по линии I, подается деэмульгатор (по линии II). Насосом 1 нефть направляется в теплообменник 2, в котором нагревается до 50 ¸ 60°С горячей стабильной нефтью, поступающей по линии III, после стабилизационной колонны 8, Подогретая нефть в отстойнике первой ступени обезвоживания 3 частично отделяется от воды и проходит через смеситель 4, где смешивается с пресной водой, поступающей по линии V, для отмывки солей, и направляется в отстойник второй ступени 5 и по линии VI в электродегидратор 6. Отделенная вода отводится по линиям IY. При необходимости улучшения степени обессоливания применяют несколько смесителей, отстойников и электродегидраторов, включенных последовательно. Обессоленная нефть насосом 14 направляется в отпарную часть стабилизационной колонны 8 через теплообменник 7. Нагрев нефти в теплообменнике 7 до 150¸160⁰С осуществляется за счет тепла стабильной нефти, поступающей непосредственно снизу стабилизационной колонны 8, В стабилизационной колонне происходит отделение легких фракций нефти, которые конденсируются и передаются на ГПЗ. В нижней (отпарной) и верхней частях стабилизационной колонны установлены тарелочные устройства, которые способствуют более полному отделению легких фракций. Внизу отпарной части стабилизационной колонны поддерживается более высокая температура (до 240⁰С), чем температура нефти, поступающей вверх отпарной части. Температура поддерживается циркуляцией стабильной нефти из нижней части стабилизационной колонны через печь 13. Циркуляция стабильной нефти осуществляется насосом 12 по линии X. В печи 13 может также подогреваться часть нестабильной нефти, которая затем подается вверх отпарной колонны по линии XI. В результате нагрева из нефти интенсивно испаряются легкие фракции, которые поступают в верхнюю часть стабилизационной колонны, где на тарелках происходит более четкое разделение на легкие и тяжелые углеводороды. Пары легких углеводородов и газ по линии VII из стабилизационной колонны поступают в конденсатор-холодильник 9, где они охлаждаются до 30°С, основная их часть конденсируется и накапливается в емкости орошения 10. Газ и несконденсировавшиеся пары направляются по линии VIII на горелки печи 13. Конденсат (широкая фракция легких углеводородов) насосом 11 и перекачивается в емкости хранения, а часть по линии IX направляется вверх стабилизационной колонны на орошение. Часто для перемещения нефти от АГЗУ до ЦПС применяют ДНС - дожимную насосную станцию, т.к. пластового давления оказывается недостаточно. На ЦПС расположены также установки по подготовке воды - УПВ, на которой вода, отделенная на УКПН от нефти, подвергается очистке от частиц механических примесей, окислов железа и т.д. и направляется в систему поддержания пластового давления (ППД). В системе ППД подготовленная вода с помощью кустовых насосных станций (КНС) под большим давлением (до 20¸25 МПа) через систему трубопроводов-водоводов подается к нагнетательным (инжекционным) скважинам и затем в продуктивные пласты.

Рис. 2. Технологическая схема УКПН: 1 - насос; 2 - теплообменник; 3 - отстойник (ступень обезвоживания); 4 - смеситель (с чистой водой); 5 - отстойник (1 ступени); 6 - электродегитратор; 7 - теплообменник (150 - 160°С); 8- стабилизированная колонна (отпарная); 9 - холодильный конденсатор (до 30°С); 10 - емкость орошения; 11, 12 - насос; 13

печь; 14 - насос 

     Рис.3. Схема подготовки нефти и газа на месторождении

     Заводская подготовка нефти 

     Сырая нефть проходит установки подготовки нефти. Подготовка нефти заключается в удалении из сырой нефти хлористых солей кальция, магния, натрия и воды, растворимых в нефти в виде эмульсии. Процесс ведётся за счёт воздействия специальных реагентов (деэмульгаторов) и электрического поля.

     Обессоленная  и обезвоженная нефть (содержание солей  до 5 мг/л) поступает на установки  первичной переработки нефти.

     Установки первичной переработки нефти состоят из атмосферных блоков в сочетании с вакуумными блоками на установках.

     В атмосферной части путём ректификации (перегонки) нефти при определённой температуре и давлении отбираются светлые фракции нефтепродуктов: бензин, керосин, дизельное топливо. Остаток нефти после атмосферной перегонки (мазут>350°С) направляется на вакуумные блоки установок, где при остаточном давлении 40-60 мм. рт. ст. из мазута отгоняется дополнительное количество вакуумных дистиллятов (350-530°С), которые направляются на процессы глубокой переработки нефти.

     Процесс подготовки нефти включает следующие  этапы:  
         1. Самый старинный и наиболее используемым считается способ разделения продуктов на различные компоненты (называемые фракциями) при помощи температуры. За счет разницы температуры кипения компонентов одного вещества, можно получить необходимый вам продукт из этого вещества. Этот процесс называется фракционной перегонкой. Вначале, сырую нефть нагревают до определенной температуры, в результате чего она начинает испаряться, а затем конденсируют пар, т.е. превращают пар в жидкость.

     2. Более новые методы позволяют  с помощью химической обработки  из одних фракций получать  другие. Этот процесс переработки  нефти называют конверсией. При  помощи химической обработки можно, например, более длинные цепи разбить на несколько коротких цепей. Благодаря такому процессу нефтеперерабатывающий завод превращает дизельное топливо в бензин. То на сколько частей будут разбиты длинные цепи, определяет качество бензина.

     3. Нефтеперерабатывающие заводы должны пересмотреть каждую фракцию и удалить оставшиеся в ней примеси.

     4. Нефтеперерабатывающие заводы комбинируют различные фракции (обработанные и необработанные) в смеси, из которых в дальнейшем изготавливают желаемые продукты. Например, из комбинации нескольких различных цепей можно изготовить разные виды бензина с различным уровнем содержания в нем октана.

     Обработанные  продукты хранятся на месте эксплуатации до тех пор, пока их не поставят на различные  рынки, например, на бензоколонки, в  аэропорты и на химические заводы. Помимо производства нефтепродуктов, нефтеперерабатывающие заводы должны позаботится о ликвидации оставшихся после переработки нефти отходов, позаботится о том, чтобы эти отходы как можно меньше загрязняли воздух и воду.

     Фракционная перегонка 

     Различные компоненты сырой нефти имеют  различные размеры, вес и температуру кипения. Фракционная перегонка в первую очередь заключается в том, чтобы разделить все эти компоненты. Поскольку каждый компонент сырой нефти обладает своей температурой кипения, то их можно разделить при помощи фракционной перегонки или дистилляции. Фракционная перегонка заключается в следующем:

     1. Смесь из двух или более  компонентов (в данном случае  жидкостей) с разной точкой  кипения необходимо нагреть до  высокой температуры. Обычно нагревание  производится паром высокого  давления до температуры приблизительно 1112 градусов Фаренгейта / 600 градусов Цельсия.

     2. Смесь начинает кипеть, в результате  чего образуются пары (газы).

     3. Затем пар попадает на дно  длинной колонны (ректификационная  колонна) с маслосборниками и  тарелками.  
 
• В маслосборниках имеются специальные отверстия или колпачки барботажной ректификационной колонны через которые выходит пар.  
• Масляные лотки (маслосборники) накапливают жидкости, которые формируются на различных уровнях высоты колонны.

• Температура  по всей длине колонны не одинакова (самая горячая точка – у основания, наверху температура гораздо меньше).

     4. Затем пар поднимается вверх  по колонне. 

     5. Когда пар проходит через подносы  (маслосборники) в колонне, он  постепенно охлаждается. 

     6. Когда вещества, содержащиеся в паре, достигают определенной высоты, на которой температура в колонне равняется точке кипения этого вещества, происходит конденсация пара, т.е. превращение пара в жидкость. При чем вещества с самой низкой точкой кипения начинают конденсироваться на самой высокой точке колонны; и соответственно, вещества с более высокими точками кипения конденсируются на нижнем уровне колонны.

     7. Подносы собирают различные фракции  жидкости.

8. Собранные  фракции жидкости могут:  
-- дальше перейти на конденсаторы, где они еще раз будут охлаждены, а затем залиты в резервуары для хранения

     -- перейти на следующий уровень  химической обработки.  
Фракционная дистилляция помогает разделить компоненты веществ даже с небольшой разницей температуры кипения и играет очень важную роль в процессе переработки сырой нефти.

     Однако, после фракционной переработки лишь не многие получившиеся продукты идут прямо на рынок. Многие из них еще подлежат дальнейшей химической обработке, в результате которой получаться новые фракции. Например, только 40 % дистиллированной сырой нефти - бензин; однако, бензин - один из главных продуктов, производимых нефтяными компаниями. Вместо того, чтобы непрерывно дистиллировать большие количества сырой нефти, нефтяные компании химически обрабатывают некоторые фракции, полученные в результате дистилляции в ректификационной колонне, для получения бензина; благодаря химической обработке из одного барреля сырой нефти получается больше бензина, чем если получать бензин при помощи дистилляции.

     Химическая  обработка 

     Превратить  одну фракцию в другую можно тремя  способами:

--   за счет дробления больших углеводородов на мелкие части (крекинг),      

-- за счет объединения мелких частей для создания одного большого углеводорода (унификация или объединение) -- за счет изменения различных частей для создания желаемых углеводородов (деформация или изменение).  
 Крекинг – это переработка нефти и тяжелых нефтепродуктов с целью получения моторных топлив и сырья для химической промышленности, которая заключается в дробление больших углеводородов на мелкие части. В результате крекинга большие цепи раскалываются на несколько небольших цепей.

     Различают несколько типов крекинга:

• Тепловой – когда большие углеводороды нагревают при высоких температурах (иногда также при высоком давление) до тех пор, пока не происходит их раскол.
• Паровой – когда используется пар при температуре кипения не менее 1500 градусов Фаренгейта / 816 градусов Цельсия, который используют для превращения таких газов как этан, бутан и напта в этилен и бензол, необходимые для производства химических реагентов.
• Лёгкий крекинг – остаточные продукты после процесса дистилляции нагревают до температуры 900 градусов Фаренгейта / 482 градуса Цельсия, охлаждают газовым маслом и быстро погружают в ректификационную колонну. Легкий крекинг понижает вязкость нефтепродуктов и производит смолу.
• Коксование – полученные в ректификационной колонне продукты нагревают до температуры свыше 900 градусов Фаренгейта / 482 градуса Цельсия до тех по, пока не начинается процесс «раскалывания» продуктов на тяжелую нефть, бензин и керосин. Таким образом получают почти чистый углеродистый остаток (кокс); затем кокс счищают с коксовика и продают.
• Каталитический – когда для ускорения протекания химической реакции применяют катализатор. К катализаторам относится цеолит, алюминиевый гидросиликат, боксит (алюминиевая руда) и др.
• Крекинг с флюидизированным катализатором - горячий, жидкий катализатор (1000 градусов Фаренгейта / 538 градусов Цельсия) превращает тяжелое газовое масло в дизельное топливо и бензин.
• Гидрокрекинг подобен крекингу с флюидизированным катализатором, но в отличие от первого способа гидрокрекинг использует другой катализатор, протекает при более низкой температуре и более высоком давлении, а также использует водородный газ. Во время гидрокрекинга необработанная тяжелая нефть превращается в бензин и керосин (топливо для реактивных самолетов).

     После того, как различные углеводороды были раздроблены на более мелкие, полученные продукты поступают в  другую фракционную колонну дистилляции, где происходит их дальнейшее деление.

     Унификация  
 В некоторых случаях необходимо, наоборот, из нескольких мелких частей создать один целый углеводород, такой процесс обработки нефти называется унификацией. В свою очередь в процессе унификации большую роль играет еще один процесс – каталитический реформинг с использованием специальных катализатор (например, платина, смесь платины и рения). Под действием катализаторов происходит смешение легкого керосина с ароматическими углеводородами. В результате этой реакции образуется не менее важный побочный продукт - водородный газ, который используют для гидрокрекинга или просто поставляют на рынок и продают.

     Деформация  
 В некоторых случаях структуры молекул в одной фракции деформируются для создания другой молекулярной структуры. Такой процесс деформации структуры молекулы называется алкилированием. При алкилировании, соединения с низкой молекулярной массой, типа пропилена и бутилена, смешиваются под действием катализатора, например, гидрофтористой или серной кислоты (побочный продукт, оставшийся после очищения примесей во многих нефтяных продуктах). Продуктами алкилирования являются углеводороды октана, которые используются в бензиновых смесях для уменьшения стука, например, двигателя.

     Технологическая обработка и смешивание фракций

     Фракции, прошедшие процесс дистилляции  и химической обработки, подвергаются технологической очистке, необходимой  для удаления примесей вроде органических соединений, содержащих серу, азот, кислород, воду, растворенные металлы и неорганические соли. Во время технологической обработки фракции проходят следующие стадии:  
 
-- колонна серной кислоты – когда происходит удаление ненасыщенных углеводородов (как правило, это углеводороды с двойными углеродистыми связями), смесей с содержанием азота, кислорода и остаточных твердых частиц (смолы, асфальт),  
--в абсорбционной колонне осушители удаляют оставшуюся воду,  
 
-- серная обработка и сероводородный газоочиститель (скруббер) удаляют серу. 
 После технологической очистки фракции охлаждают и начинают смешивать. Из полученных смесей в последствие изготавливают различную продукцию, например, различные сорта бензина с добавками и без смазочные масла различных весов и сортов (например 10W-40, 5W-30) разные сорта керосина реактивное топливо дизельное топливо печное топливо; топливо коммунально-бытового назначения разные сорта химических реагентов для изготовления пластмассы и другие полимеры.

     Общее и различие промысловой  и заводской подготовки нефти 

     Нефть из скважин поступает на объекты  сбора и обработки (сепарационные установки, промысловые насосные станции), затем ее направляют на термохимические установки и накапливают в резервуарных парках. Для сбора нефтяного и газового конденсата используют дожимные насосные и компрессорные станции.  Транспорт нефти из резервуарных парков к потребителю осуществляется  по нефтепроводу подземной или надземной прокладки в зависимости от температуры передаваемого продукта, мерзлотно-грунтовых условий и многих других критериев.

     Повышение требований к качеству подготавливаемой нефти и обеспечению надежности работы оборудования на всех стадиях процесса подготовки и, особенно, на конечных его этапах обезвоживания и обессоливания, влечет за собой необходимость применения на промыслах типично заводских технологий и агрегатов.

     В настоящее время на небольших  месторождениях, которые по экономическим  или иным соображениям не могут быть связаны между собой транспортными  трубопроводами, используют комплексную  систему подготовки жидких углеводородов. Поэтому условия подготовки жидких углеводородов непосредственно на промыслах могут быть приравнены к заводским, несмотря на то, что углеводородное сырье, поступающие на первичную подготовку, как правило, имеет нестабильные характеристики.

     Перед тем как подвергать сырую нефть переработке, ее обессоливают и обезвоживают. Так называемые легкие нефти, как правило, стабилизируют, удаляя из них некоторые фракции, приводящие к потере ценных углеводородов. Далее производят основной процесс переработки сырой нефти — перегонку.

     Во  время перегонки происходит распределение нефтепродуктов на бензины (автомобильный и авиационный), реактивное топливо, керосин, дизельное топливо и мазут. Мазут, в свою очередь, служит исходным продуктом для получения дистиллятных масел, парафина, битума и жидкого котельного топлива. Оставшийся после перегонки концентрат — гудрон идет на дорожные и строительные покрытия.

     Существует  также и вторичная переработка  нефти. Она включает в себя изменение  структуры углеводорода и получение  функциональных производных, в состав которых вводятся кислород, азот, хлор и другие химические элементы. Вторичная переработка нефти дает то сырье, которое ложится в основу таких продуктов, как синтетические волокна, синтетический каучук, пластмассы, различные моющие средства и красители. 
 

     Заключение 

     Подготовка  нефти на промыслах занимает важное положение среди основных процессов, связанных с добычей, сбором и транспортированием товарной нефти потребителю - нефтеперерабатывающим заводам или на экспорт.

     От  качества подготовленной нефти зависят эффективность и надежность работы магистрального трубопроводного транспорта, качество полученных из нее продуктов.

     На  конечных стадиях разработки нефтяных месторождений содержание воды в нефти может достигать 90% и более, при этом сырье, поступающее на установки подготовки нефти, характеризуется не только разнообразием физико-химических свойств, но и изменением его состава во времени. 
 

     Список  использованных источников 

1. Ахметов С.А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа / C.А. Ахметов.- СПб.: Недра, 2006.- 872 с.
2. Бекиров Т.М. Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов / Т.М. Бекиров.- СПб.: Недра, 1980.- 567 с.
3. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Ч. 1-я/ И.Л. Гуревич.- М.: Химия, 1972.
4. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2-я. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов / Е.В. Смидович.- М.: Химия, 1978.