Вопр. “Стадия подготовки сырой нефти к переработке. Физико-химические и технологические особенности стадии, ее влияние на окр. среду”.

Подготовка нефти к переработке:

-Удаление попутных газов,

-Деминерализация

-Удаление воды

-Удаление попутных нефтяных газов.

Удаление попутных газов проводят с помощью одноступенчатого или многоступенчатого сброса давления. Вместе с тем делают замер количества нефти, которое затем направляется на переработку и транспортировку.

1). Одност.: газ отделяют от нефти на наим. расстоянии от скважины. После отделения газа к центральным пунктам сбора перемещается только нефть. После одноступенчатой сепарации в нефти остается до 40—50% попутного газа. Этот газ, попадая вместе с нефтью в мерники и резервуары нефтесборных пунктов, в значительной степени улетучивается в атмосферу. (1- сепаратор (трап), 2 – мерник, 3 –пьедестал. I – нефть из скважины; II – газ на газоперерабатывающий завод, III – нефть на сборный пункт).

2).Двуступ.: На устье нефтяной скважины поддерживается повышенное давление. С1 (газоотделитель): Давления ( 6-7 атм.) достаточно, чтобы без дополнительного сжатия подать газ на газобензиновый завод. Из С1 нефть вместе с оставшимся растворенным газом самотеком перемещается в С2. Там давл., выдел. газ, кот. с помощью компрессоров подается на газобензиновый завод. “+” многост. сх. С. — более полное отделение газа от нефти, сокращение уноса капель нефти с газом,уменьшение расхода электроэнергии на сжатие газа.

(Газопереработка.На газобензиновом заводе проводятся переработка попутных газов и газового конденсата: 1) извлечение из газов так называемого нестабильного бензина - у/в от С3 и выше (отбензинивание газа);2) сжатие отбензиненного газа до давления, которое необходимо, чтобы перекачать этот газ населению; 3) разделение нестабильного бензина на индивидуальные у/в- пропан, изобутан, бутан, и стабильный бензин).

Стабилизация нефти.

Даже после многоступ. С. в нефти остается весьма значительное количество у/в С1 — С4. Они ценные. Чтобы потери газов и легких бензиновых фракций, предотвратить загрязнение воздуха, уловить ценные газообразные компоненты, необх. макс. извлечь у/в С1 — С4 из нефти перед тем, как отправить ее на неф/пер заводы. Для большинства нефтей применяют ректификацию. Продукты стабилизации – газовый конденсат и стабильная нефть. Газовый конденсат частично возвращается на орошение колонны, частично направляется для получения индивидуальных у/в.

-Обезвож. и обессол. нефти.

При добыче нефти ее почти всегда сопровождает пластовая (буровая) вода. В буровых водах растворены различные соли, чаще всего хлориды и бикарбонаты натрия, кальция, магния, реже карбонаты и сульфаты ( 1,2,3 – 30%). Вредно сказывается на работе неф.пер. завода. При большом содержании воды давление в аппаратуре перегонки нефти,их производительность, расходуется лишняя Е. Еще более “-“ действием обладают хлориды. Они откладываются в трубах теплообменников и печей. Хлориды способны образовать с водой соляную к-ту. Из-за чего происходит коррозия Ме аппаратуры установок. Соли, накапливаясь в остаточных нефтепродукта- мазуте и гудроне, ухудшают их качество.

Нефтяные эмульсии. Нефть и вода взаимно плохо растворимы. Поэтому отделение основной массы воды от нефти простым от­стаиванием не представляет большого труда, если при добыче не образовалась водно-нефтяная эмульсия. Но чаще всего такая эмульсия образуется. Перерабатывать нефт. эмульсию нельзя.

Эмульсией называется такая система двух взаимно нерастворимых или не вполне растворимых жидкостей, в которых одна содержится в другой во взвешенном состоянии в виде огромного количества микроскопических капель (глобул).

Ж-ть, в которой распределены глобулы, называется дисперсной средой, а вторая жидкость, распределенная в дисперсной среде, — дисперсной фазой.

Нефтяные эмульсии чаще всего представляют собой эмульсии типа вода в нефти, в которых дисперсной средой является нефть, а дисперсной фазой — вода. Такая эмульсия гидрофобна: в воде она всплывает, а в бензине или других растворителях равномерно распределяется. Реже встречаются эмульсии типа нефть в воде, в которых дисперсной средой служит вода. Такая эмульсия гидрофильна; в воде она равномерно распределяется, а в бензине тонет.

Для того чтобы разрушить эмульсии, в промышленной практике применяются следующие процессы: 1.механические — фильтрование, обработка у.звуком; 2.термические — подогрев и отстаивание нефти от воды, промывка горячей водой; 3. электрические — обработка в электрическом поле переменного и постоян­ного тока; 4.химические — обработка различными деэмульгаторами

Электродегидратор. Под действием высокого напряжения (до 30 кВ) и переменного направления. Для улучшения процесса обычно добавляют немного щелочи, нейтрализующей органические кислоты и увеличивающей электропроводность воды. t = до 70 ºС для уменьшения вязкости и при давлении до 3 атмосфер.

Вопр. “Стадия первичного фракционирования нефти. Физико-химические и технологические особенности стадии, ее влияние на окр. среду”.

Основная задача на этапе первичной переработки нефти – разделить ее на фракции, близкие по температурам кипения.

Для этой цели применяются 2 м.обменных процесса 1) простая перегонка, или дистилляция,

2) ректификация.

Перегонка или дистилляция – это процесс разделения смеси взаимно растворимых жидкостей на фракции, кот-ые отличаются по температурам кипения между собой и с исх. смесью.

При перегонке смесь нагревается до кипения и частично испаряется; получают дистиллят и W, которые по составу отличаются от исх. смеси. Перегонку нефти проводят в аппаратах однократного испарения. Низкокипящие фракции, перейдя в паровую фазу, остаются в аппарате и снижают парциальное давление испаряющихся высококипящих фракций, что дает возможность несколько снизить температуру перегонки.

При однократном испарении и последующей конденсации паров получают две фракции: легкую и тяжелую. В легкой фракции содержится больше низкокипящих компонентов; в тяжелой – больше высококипящих компонентов. Следовательно происходит обогащение одной фазы (паровой) низкокипящими компонентами, а другой (жидкой) – высококипящими.

(выполняется 1-ый закон Коновалова: пар обогащен тем компонентом, при добавлении которого к жидкости повышается полное давление пара).

“-”Получаются только две фракции. При простой перегонке двухкомпонентной смеси не удается получить в достаточно чистом виде оба компонента. Они все равно летучие (один в большей степени, другой – в меньшей) и оба при нагревании переходят в паровую фазу, один в большей степени, другой – в меньшей.

Более подходящее – это применение другого м/обм процесса – ректификации (традиционно называют ректиф. установки перегонными) – процесса разделения взаимно растворимых жидкостей, различающихся по температурам кипения, за счет многократного противоточного взаимодействия (контактирования) паровой фазы, образовавшейся при перегонке и жидкой фазы, образовавшейся в результате конденсации полученных паров. Условия, удаленные от состояния равновесия.

Происходит постепенное обогащение жидкой фазы тяжелыми высококипящими компонентами, а паровой фазы – легкими низкокипящими компонентами

Есть два типа установок:

1.атмосферными трубчатыми установками АТ,

2.атмосферно-вакуумные трубчатые установки АВТ.

Вопр. Возобновляемые и невозобновляемые топливные источники энергии. Сравнение экологичности их применения. Сравнение влияния этих видов энергии на величину парникового эффекта.

Источники энергии:

-невозобновляемые (уголь, нефть, прир. газ)

-частично возобн. (биомасса)

- возобн. (солнечная энергия, энергия ветра, атомная энергия)

“-” невозобн.: pагрязнение природной среды побочными продуктами горения топлив (SOx,NOx, пыль, сажа, канцерогены …)

СО2 , вод. пар Н2О, SO2, NH3 и некоторые другие газы, имеющиеся в атмосфере поглощают инфракрасное излучение. Происходит повышение температуры внутри слоев атмосферы.

Опасность – увеличение парникового эффекта более, чем на 2К.

Сжигание 1 кг топлива приводит в среднем к образованию 3 кг углекислого газа.

С + О2 = СО2 ( из 12 кг С – 44 кг СО2)

Каждый год сжигается около 2 млрд. тонн ископаемого топлива, значит в атмосферу попадает около 6 млрд. тонн углекислого газа. Еще приблизительно 1,7 млрд. т. попадает в атмосферу за счет естественных процессов окисления органического вещества почвы (гумуса).

Использование в качестве топлива биомассы или полученных из нее продуктов – короткий цикл круговорота углерода.

Использование ископаемого (запасенного) топлива – длинный цикл круговорота углерода.

Вопр. Основные виды продуктов, которые м.б. получены из нефти (1). Качественные хар-ки топливных нефтепродуктов (2). Качество моторных топлив и их влияние на окр. среду (3).

(1)Все горючие полезные ископаемые подразделяются на два ряда: угольный (уголь – образ. уг. пласты) и нефтяной (нефть и газ — подвижные вещества).

Нефть образуется вместе с газообразными углеводородами обычно на глубине более 1,5-2 км и залегает на глубине от десятков метров до 5-6 км. На больших глубинах преобладают газовые и газоконденсатные залежи с небольшим количеством легких фракций нефти.

Физ. св-ва нефти: ж-ть от светло-коричневого (почти бесцв.) до темно-бурого (почти черн.) цвета. = 0,65 - 1,05. Легкая нефть0,83 - легкая,= 0,831-0,86 – средняя или утяжеленная,=0,86 - тяжелая.

Нефти различают также по содержанию в них сернистых соединений:

-малосернистые – не более 0,5% серы

-сернистые – 0,51-2,0%

-высокосернистые – более 2%

Основные нефтепродукты

-Топлива (газы нефтепереработки, попутные нефтяные газы, бензины, реактивные топлива, газотурбинные топлива, дизельные топлива, котельные топлива)

-Нефтяные масла (смазочные масла, масла спец. назначения)

-Растворители и осветительные керосины

-Твердые углеводороды (парафин, церезин, озокерит)

-Нефтяные битумы

-Нефтяной кокс

-Технический углерод

-Пластичные смазки

(2)Нефть, добытая из скважин, и извлеченная либо фонтанным методом (при большом давлении нефти в свежем месторождении), либо компрессорным или газлифтным (при погружении в скважину 2 концентрических труб, когда через кольцевое пространство нагнетают у.в. газ, выдавливающий нефть по центральной трубе на поверхность), либо глубинно-насосным методами (при погружении штанговых глубинных насосов и погружных центробежных насосов) является многокомпонентной неоднородной системой «жидкость-газ-твердое» или «жидкость1-жидкость2-газ-твердое». Она содержит попутный газ, воду, мин. Соли, механические примеси (песок, глинозем)

(3)Качество моторных топлив и их влияние на окр. среду.

Отработанные газы ДВС содержат: N2, O2, H2O, CO2, CO, NOx, SOx, у.в, альдегиды, бензапирен, сажу.

Наиболее опасные выбросы – оксиды азота. Они разрушают озоновый слой, с у.в. участвуют в образовании фотохимического смога, служат причиной возникновения кислотных дождей, сильные окислители. Для их образования надокоэфф. избытка воздуха,степень сжатия,сод-е в топливе аромат. у.в.

Второй по степени опасности – СО. Для их образования надокоэфф. избытка воздуха,долю тяж. фракций в составе моторных топлив.

Экологическая значимость технических характеристик топлив.

Содержание S – образование отложений, выбросы тв. частиц, выбросы оксидов серы.

Содержание аром. у.в - образование отложений, выбросы тв. частиц, выбросы ПАУ.

Содержание смол - образование отложений.

Содержание Pb - образование отложений, токсичность, выбросы свинца.

Воспламеняемость (октановое число) – полнота сгорания топлива, кпд двигателя.

Н. кипения – пусковые св-ва, антиобледенительные св-ва.

К. кипения – полнота сгорания, образование отложений.

Вязкость – расход топлива, дымность отработанных газов.

Вопр. (1)АТ и АВТ первичная переработка нефти. (2)Основные различия процессов. Получаемые продукты и состояние окр. среды в результате их применения.

(1) Различают два типа ректиф. установок – атмосферные (атмосферные трубчатые установки АТ), и атмосферно-вакуумные (атмосферно-вакуумные трубчатые установки АВТ). Они наз. трубчатыми, т.к. нагрев нефти, подаваемой на ректификацию, производится в трубчатых печах (в составе этих установок).

Процесс энергоемкий, при его проведении нужно максимально обеспечить экономию энергии и использование вторичных энергоресурсов.

До попадания в трубчатую печь нефть предварительно нагревается в т/обменниках за счет теплоты горячих продуктов ректификации. Обеспечивается предварительный нагрев до Т= 170-175 ºС. Далее в трубчатой печи происходит нагрев дымовыми газами до Т= 350 ºС.

Нагретая до этой температуры нефть под давлением подается в среднюю, испарительную часть первой колонны. Там происходит снижение давления и быстрое испарение поданной нефти. На это расходуется часть теплоты.

На каждой из тарелок в стационарном режиме устанавливается какая-то своя Т и свой состав жидкой и паровой фаз. Поэтому по Н колонны можно в качестве продуктов отбирать дистилляты разл. состава с определенными интервалами температур кипения.

(2)Основные различия процессов: 2 вар-та переработки:

1.топливный ( в результате получается одна фракция - вакуумный газойль, который направляют на переработку – каталитический крекинг или гидрокрекинг для получения высокооктанового бензина)

2.масляный (легкий, средний и тяжелый масляные дистилляты)

АТ: 1) При атм. давл., 2) Фракции: бензин, лигроин, керосин, солярка, W- мазут, вверху - газойль. 3) Только топливный режим работы.

АВТ: 1) Создается вакуумное разряжение, за счет этого пониж. t кип. 2) Фракции: веретенный дистиллят, машинный дистиллят, легкий дистиллят, тяжелый дистиллят, W – гудрон, вверху – газойль. 3) Топливный и топливно-масляный режимы.

Вопр. (1) Термический и (2) каталитический крекинг нефтяного сырья. (3) Сравнение методов с точки зрения качества получаемых продуктов, сложности и стоимости переработки и влияния на окр. среду. Основные химические методы переработки нефпрод: гидроочистка, термический крекинг, каталитический крекинг, гидрокрекинг, изомеризация, риформинг. Их задача: изменение состава предельных фракций для улучшения потребительских свойств и получения необходимых фракций.

(1) Основная задача термического крекинга – из тяж. нефпр. путем их термического расщепления получить дополнительное количества легких дистиллятов, в частности моторных топлив.

Термический крекинг осуществляют при р = < 5 МПа и t = 420-550 С. Выход бензина составляет до 30% на исходное сырье; о.ч. бензина крекинга выше, чем прямогонного. Сырье термического крекинга – тяжелые нефтяные остатки – мазут и гудрон.

Разновидность термического крекинга – висбрекинг (легкий крекинг): р = 2 МПа, т = 400-480 С, сырье – гудрон.

Реакции крекинга

Превращения алканов:

C_nH_2n+2  C_mH_2m + C_pH_2p+2

C_nH_2n+2  С_nH_2n + H₂ (реакции протекают по цепному свободнорадикальному механизму).

Превращения циклоалканов:

-дегидрирование (напр. С5Н10 (циклопентан)  С5Н8 + Н2,

С6Н12 (циклогексан)  С6Н6 + 3Н2 )

-отщепление боковых цепей (напр. СnH2n-1R (цикло)  CnH2n + R’)

-распад (напр. С5Н10  С3Н6 + С2Н2)

Превращения аренов:

-отщепление боковых цепей (напр. С6Н5-R (бензильный радикал)  С6Н6 + R’)

-поликонденсация ( n CnH2n-1R  n CnH2n + nR)

Вторичные реакции:

-изомеризация

-уплотнение молекул (своего рода полимеризация)

-гидрирование ненасыщенных молекул

Влияние различных факторов на процесс термического крекинга

1).Состав сырья: чем выше М. масса (t кип), тем выше скорость. Арены более устойчивы. Наличие в сырье аренов – причина образования кокса.

2). t: t ведет к скорости процесса и доли легких УВ. В составе газовой фракции растет доля непредельных УВ.

3). p: р ведет к доли УВ с более высокой М и количества непредельных УВ.

4). Продолжительность процесса: τ влияет примерно так, как t.

Другие процессы термической обработки нефтепродуктов: коксование (t>500С), пиролиз (температура выше 900 С, продукты – газообразные ув). (2)Каталитический крекинг.

Применяются катализаторы: 1)тв. кат. с кислотными центрами: алюмосиликаты, особенно гидратированные алюмосиликаты (HAlSiO4)_x  H⁺ + AlSiO4⁻ , 2) природные и искусственные цеолиты. Это позволяет ускорить процесс крекинга и получить новые продукты.

Реакции каталитического крекинга.

R−CH=CH₂ (ув) + H⁺ (к-та)  R−C⁺H−CH₃(карбкатион или ион карбония)

СН₃СH=СНR + Н⁺  CH₃CH₂CH⁺R (карбкатион)

Путем внутренней перегруппировки или взаимодействия с другими молекулами неустойчивые карбокатионы стремятся перейти в более устойчивые формы.

(3)Сравнение методов:

терм. крек.: “-” надо поддерж. выс давл. и пост. темп., оч. Энергоемки

“+” выход бензина составляет до 30% на исходное сырье; о.ч. (66-68) бензина крекинга выше, чем прямогонного, применение з-нов хим. термод. Позволяет определять вероятность протекания реакции, макс степень превращения, равновесный состав продуктов. Кокс образуется только в рез-те побочных реакций.

кат. крек. : “-” Выход бензина до 20%. Довольно высокие требования к катализаторам. В процессе на кат. всегда образ. кокс.

“+” Применение катализаторов позволяет резко увел. выход из нефти ценных компонентов и повышает их качество, а также вырабатывать много аромат. ув. для хим. пром-ти. Менее энергоемкий, более низкие т и р, больше скорость.