Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
по дисциплине «Технология переработки нефти и газа. Процессы глубокой переработки нефти и нефтяных фрак-
ций» для студентов специальности 1-48 01 03
Часть 1
Курс лекций
Составитель Ткачев С.М., к.т.н., доцент
Новополоцк 2006
2
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА. ПРОЦЕССЫ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
для студентов специальности 1-48 01 03 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»
в двух частях
Часть 1. Курс лекций
Составитель: С.М. Ткачев
Новополоцк 2006
3
УДК 665.63 (675.8) ББК 35.514 А 11
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
С.В. Покровская, к.х.н., доцент А.И. Вегера. к.т.н., ОАО «Нафтан»
Рекомендован к изданию методической комиссией технологического факультета А 11 Технология переработки нефти и газа. Процессы глубокой переработ-
ки нефти и нефтяных фракций: Учеб.-метод. комплекс для студ. спец. 1-48 01 03 в 2-х ч./Сост.: С.М. Ткачев – ч.1 Курс лекций. – Новополоцк: ПГУ, 2006. – 345 с.
ISBN 5-7501-0296-3
Впредлагаемом учебно-методическом комплексе представлены курс лекций (часть 1) и материалы к практическим и семинарским занятиям (часть 2) по курсу «Технология переработки нефти и газа. Процессы глубокой переработки нефти и нефтяных фракций».
Вчасти 1 приведены темы лекционного курса, подробно изложены теоретические основы, технологические схемы и конструкции оборудования для ряда процессов глубокой переработки нефти. Представлены вопросы для текущего контроля по основным темам курса и ориентировочные вопросы к экзамену.
Предназначен для преподавателей и студентов химико-технологических специальностей вузов. Может быть полезен инженерно-техническим работникам нефтеперерабатывающей промышленности и смежных отраслей.
УДК 665.63 (675.8) ББК 35.514
ISBN 5-7501-0296-3
Ó УО «ПГУ», 2006
Ó С.М. Ткачев, сост., 2006
4
|
|
|
Содержание |
|
|
Предисловие |
автора |
4 |
|
|
Программа лекционного курса |
5 |
||
|
Введение |
|
8 |
|
1. |
Термодеструктивные процессы переработки углеводородного |
13 |
||
|
сырья |
|
|
|
|
1.1 Висбрекинг нефтяных остатков |
13 |
||
|
1.2 Пиролиз углеводородов |
22 |
||
2. |
Каталитические |
процессы |
42 |
|
3. |
Термокаталитические процессы |
60 |
||
|
Каталитический крекинг |
61 |
||
4. |
Гидрогенизационные процессы |
124 |
||
5. |
Производство высокооктановых бензиновых фракций |
168 |
||
|
5.1 |
Риформинг бензиновых фракций |
171 |
|
6. |
5.2 |
Изомеризация фракции С5-С6 |
218 |
|
Переработка углеводородных газов |
244 |
|||
|
6.1 |
АГФУ и ГФУ |
244 |
|
|
6.2 |
Алкилирование изобутана олефинами |
249 |
|
7. |
Производство водорода |
267 |
||
|
7.1 |
Концентрирование водорода |
267 |
|
|
7.2 |
Получение водорода паровой конверсией |
268 |
|
8. |
Производство ароматических углеводородов |
281 |
||
9. |
Производство нефтяных битумов |
296 |
||
10 |
Контрольные вопросы |
331 |
||
11 Ориентировочные вопросы к экзамену |
341 |
|||
5
Предисловие автора
Все увеличивающийся поток информации, изменения в подходах к окружающему миру и, нередко, мнение близких к власти чиновников приводят к росту количества предметов, обязательных для изучения студентами. Это перегружает обучающихся и в конечном итоге к снижает качество получаемого образования. Для его повышения нам рекомендуют ряд методов, в частности, модульный принцип обучения, развитие, так называемой, самостоятельной управляемой работы студентов. В рамках последнего, широко рекламируется создание учебно-методических комплексов(УМК), повсеместное использование рейтинговой системы и тестирования при оценке знаний. Бесспорно, как варианты эти элементы могут и должны использоваться в ВУЗах, однако, на мой взгляд, они не должны считаться панацеей, а только одним из возможных вариантов решения глобальной задачи – повышения качества образования и воспитания специалиста. Кроме того, они не должны ни в коем случае внедряться в учебный процесс под давлением руководящих(зачастую бюрократических) структур. Каждый из перечисленных выше элементов при определенных условиях имеет не только достоинства, но и недостатки.
По моему мнению, УМК для устранения субъективизма должен разрабатываться не отдельным специалистом, а группой преподавателей и проходить тщательную экспертизу. В ином случае мы рискуем либо навязать студенту субъективное понимание вопроса, не всегда соответствующее действительности, либо скатиться на взаимствование чужого материала(плагиат). Хорошо, когда помимо УМК студент имеет возможность изучить детали прорабатываемой темы по литературным источникам. Однако в некоторых случаях это невозможно по причине их недоступности. Например, на отечественных нефтеперерабатывающих заводах введены в эксплуатацию ряд новых лицензионных процессов. Имеющаяся в открытой литературе информация отрывочна и скудна. Основываясь на данных заводов(регламенты, данные проектных фирм), преподаватели готовят материал для лекций и практических занятий, который студент не найдет больше нигде. Для самостоятельной проработки его никак нельзя рекомендовать. В этом случае преподаватель должен подробно изложить его в УМК. Однако это очень трудоемкая и объемная работа, которая должна быть защищена авторскими правами и оплачена соответствующим образом. Иначе при распространении его(особенно в электронном виде) такой материал станет после небольшой обработки собственностью практически любого человека.
В представленном УМК приведен материал, в основе которого лежат как литературные, так и промышленные данные. По этой причине считаю его распространение в электронном виде недопустимым. Выражаю большую благодарность специалистам университета(доцентам Хорошко С.И., Покровской С.В., Ермаку А.А.) и промышленных предприятий (Зубовичу В.С., Елизарову А.С., Ельцову И.П. и другим) за совместную разработку части материала, вошедшего в данный УМК.
|
|
|
6 |
|
|
Программа лекционного курса |
|
№ п |
Темы |
Краткое содержание лекций |
Часы |
1 |
Введение |
Роль вторичных процессов в нефтеперерабатывающей про- |
2 |
|
|
мышленности. Глубина переработки нефти, выход светлых |
|
|
|
нефтепродуктов и моторных топлив. Безотходные энерго- |
|
|
|
сберегающие технологии. Комплексы переработки нефти |
|
|
|
(ЭЛОУ-АВТ, ЛК-6У, ГК-3, Г-43-107, КТ-1, КТ-1/1, КТ-2). |
|
|
|
Углубление переработки нефти за рубежом. Классификация |
|
|
|
процессов глубокой переработки нефти. |
|
2 |
Термодест- |
Научные основы термодеструктивных процессов. Их хи- |
1 |
|
руктивные |
мизм, механизм, кинетические закономерности и термоди- |
|
|
процессы пе- |
намика. Влияние различных факторов на глубину и скорость |
|
|
реработки уг- |
протекания термодеструктивных процессов. |
|
|
леводородно- |
|
|
|
го сырья |
|
|
|
|
Висбрекинг нефтяных остатков. Особенности процесса, ис- |
2 |
|
|
пользуемое сырье, поведение сырьевых компонентов при |
|
|
|
висбрекинге. Режим проведения процесса, получаемая про- |
|
|
|
дукция, различные технологии висбрекинга, их технико- |
|
|
|
экономические показатели работы, основное оборудование. |
|
|
|
Комбинирование установок висбрекинга с блоками ВТ и |
|
|
|
термокрекинга. |
|
|
|
Особенности термокрекинга нефтяных фракций и остатков. |
1 |
|
|
Сырье, режим работы, получаемая продукция, материальный |
|
|
|
баланс, технико-экономические показатели процесса, техно- |
|
|
|
логическая схема, основное оборудование |
|
|
|
Процессы коксования нефтяных остатков, их место в схеме |
2 |
|
|
завода. Особенности процесса, используемое сырье, поведе- |
|
|
|
ние сырьевых компонентов при коксовании. Режим проведе- |
|
|
|
ния процесса, получаемая продукция, различные технологии |
|
|
|
коксования, их технико-экономические показатели работы, |
|
|
|
основное оборудование. |
|
|
|
Пиролиз углеводородного сырья. Особенности процесса (хи- |
2 |
|
|
мизм, механизм, кинетика, термодинамика). Влияние приро- |
|
|
|
ды сырья (химический, групповой состав, индекс корреля- |
|
|
|
ции) и технологических факторов (температура, давление, |
|
|
|
продолжительность пребывания в зоне высоких температур, |
|
|
|
расход водяного пара и т.п.) на выход целевой продукции. |
|
|
|
Режим проведения процесса, получаемая продукция, различ- |
|
|
|
ные технологии пиролиза, их технико-экономические пока- |
|
|
|
затели работы, основное оборудование. Блок схема установ- |
|
|
|
ки пиролиза. Технологическая схема секции пиролиза и пер- |
|
|
|
вичного фракционирования |
|
3 |
Термокатали- |
Термокаталитические процессы в нефтепереработке и неф- |
3 |
|
тические про- |
техимии. Каталитический крекинг нефтяного сырья. Науч- |
|
|
цессы |
ные основы процесса, кислотные свойства катализаторов и |
|
|
|
их связь с механизмом реакций, химизм, термодинамика и |
|
|
|
кинетика превращений углеводородов. Используемые ката- |
|
|
|
лизаторы, их состав и назначение вводимых модификаторов. |
|
7
|
|
Факторы, влияющие на процесс (сырье, температура, крат- |
2 |
|
|
ность циркуляции катализатора, давление и т.п). Технологи- |
|
|
|
ческие схемы современных установок каталитического кре- |
|
|
|
кинга. Режим проведения процесса, получаемая продукция, |
|
|
|
различные технологии каталитического крекинга, их техни- |
|
|
|
ко-экономические показатели работы, основное оборудова- |
|
|
|
ние. |
|
|
|
Состав современного комплекса каталитического крекинга. |
1 |
|
|
Процесс термоадсорбционной очистки нефтяных остатков |
|
|
|
ART. |
|
4 |
Гидрогениза- |
Разновидности гидрогенизационных процессов и их роль в |
4 |
|
ционные про- |
производстве топлив. Научные основы процесса, состав и |
|
|
цессы |
свойства катализаторов, их связь с механизмом реакций. |
|
|
|
Химизм, термодинамика и кинетика превращений углеводо- |
|
|
|
родов. |
|
|
|
Гидроочистка и гидрокрекинг нефтяных фракций. Исполь- |
3 |
|
|
зуемые катализаторы. Факторы, влияющие на процессы (сы- |
|
|
|
рье, температура, кратность циркуляции ВСГ, давление, объ- |
|
|
|
емная скорость подачи сырья и т.п). Технологические схемы |
|
|
|
современных установок. Режим проведения процессов, по- |
|
|
|
лучаемая продукция, различные технологии, их технико- |
|
|
|
экономические показатели работы, основное оборудование. |
|
|
|
Гидродепарафинизация нефтяных фракций. Факторы, |
1 |
|
|
влияющие на процесс (сырье, температура, кратность цирку- |
|
|
|
ляции ВСГ, давление, объемная скорость подачи сырья и |
|
|
|
т.п). Технологические схемы современных установок. Режим |
|
|
|
проведения процесса, получаемая продукция, различные |
|
|
|
технологии, их технико-экономические показатели работы, |
|
|
|
основное оборудование. |
|
5 |
Производство |
Каталитический риформиг Научные основы процесса, состав |
4 |
|
высокоокта- |
и свойства катализаторов, их связь с механизмом реакций. |
|
|
новых бензи- |
Химизм, термодинамика и кинетика превращений углеводо- |
|
|
нов |
родов. Факторы, влияющие на процесс (сырье, температура, |
|
|
|
кратность циркуляции ВСГ, давление, объемная скорость |
|
|
|
подачи сырья и т.п). Технологические схемы современных |
|
|
|
установок (со стационарным слоем катализатора, НРК, ду- |
|
|
|
алформинг). Режим проведения процесса, получаемая про- |
|
|
|
дукция, различные технологии, их технико-экономические |
|
|
|
показатели работы, основное оборудование. |
|
|
|
Изомеризация легкой бензиновой фракции Научные основы |
2 |
|
|
процесса, состав и свойства катализаторов, их связь с меха- |
|
|
|
низмом реакций. Химизм, термодинамика и кинетика пре- |
|
|
|
вращений углеводородов. Факторы, влияющие на процесс |
|
|
|
(сырье, температура, кратность циркуляции ВСГ, давление, |
|
|
|
объемная скорость подачи сырья и т.п). Технологические |
|
|
|
схемы современных установок. Режим проведения процесса, |
|
|
|
получаемая продукция, различные технологии, их технико- |
|
|
|
экономические показатели работы, основное оборудование. |
|
|
|
|
|
8
|
|
Адсорбционное извлечение н-алканов. Научные основы про- |
2 |
|
|
цесса. Применяемые адсорбенты. Технологические схемы |
|
|
|
установок. Режим проведения процесса, получаемая продук- |
|
|
|
ция, различные технологии и их комбинирование с установ- |
|
|
|
ками изомеризации легких бензиновых фракций. |
|
|
|
|
|
6 |
Переработка |
Разделение углеводородных газов АГФУ и ГФУ. Техноло- |
2 |
|
углеводород- |
гические схемы установок. Режим проведения процесса, по- |
|
|
ных газов |
лучаемая продукция, технико-экономические показатели ра- |
|
|
|
боты, основное оборудование. |
|
|
|
|
|
|
|
Переработка бутан-бутиленовой фракции. Процессы произ- |
4 |
|
|
водства МТБЭ. Технологические схемы современных уста- |
|
|
|
новок. Режим проведения процесса, получаемая продукция, |
|
|
|
основное оборудование. Алкилирование изобутана олефина- |
|
|
|
ми. Применяемые катализаторы. Технологические схемы со- |
|
|
|
временных установок. Режим проведения процесса, полу- |
|
|
|
чаемая продукция, основное оборудование. |
|
|
|
Переработка пропан-пропиленовой фракции. ДИПЭ. Поли- |
4 |
|
|
мербензин |
|
7 |
Производство |
Способы выделения чистого водорода. Метод и технология |
2 |
|
водорода |
короткоцикловой адсорбции (PSA) |
|
|
|
Паровой риформинг углеводородного газа. Научные основы |
2 |
|
|
процесса, состав и свойства катализаторов. Химизм, термо- |
|
|
|
динамика и кинетика превращений углеводородов. Факторы, |
|
|
|
влияющие на процесс (сырье, температура, соотношение во- |
|
|
|
да/углерод, давление, объемная скорость подачи сырья и |
|
|
|
т.п). Технологические схемы современных установок. Режим |
|
|
|
проведения процесса, получаемая продукция, основное обо- |
|
|
|
рудование. |
|
8 |
Производство |
Состав комплекса получения индивидуальных ароматиче- |
1 |
|
ароматиче- |
ских углеводородов, назначение установок. Экстракция аро- |
|
|
ских углево- |
матических углеводородов. Технологические схемы блоков |
|
|
дородов |
экстракции. Режим проведения процесса, получаемая про- |
|
|
|
дукция, основное оборудование. |
|
|
|
Переработка толуола, ароматических углеводородов С9 и |
2 |
|
|
выше. Процессы каталитического деалкилирования (Детол) и |
|
|
|
трансалкилирования (Таторей). Технологические схемы со- |
|
|
|
временных установок. Режим проведения процесса, полу- |
|
|
|
чаемая продукция, основное оборудование. |
|
|
|
Разделение ксилольной фракции на индивидуальные компо- |
1 |
|
|
ненты, четкая ректификация, низкотемпературная кристал- |
|
|
|
лизация параксилола, его адсорбционное извлечение. Техно- |
|
|
|
логическая схема процесса Parex, режим и особенности кон- |
|
|
|
струкции основного оборудования, получаемая продукция. |
|
9 |
Производство |
Научные основы процесса. Факторы, влияющие на процесс |
4 |
|
нефтяных би- |
(сырье, температура, соотношение давление, расход воздуха |
|
|
тумов |
и т.п). Технологические схемы современных установок. Ре- |
|
|
|
жим проведения процесса, получаемая продукция, основное |
|
|
|
оборудование. |
|
|
|
|
|
|
|
Итого: за семестр |
54 |
9
ВВЕДЕНИЕ
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность играет важную роль в экономике любой страны, в том числе и Республики Беларусь. Поэтому развитие данной отрасли и мероприятия по совершенствованию существующих технологий являются чрезвычайно важными.
Безудержное использование природных ресурсов земли привело к тому, что по данным OMCS (консультационная служба нефтяного рынка) человечеством добыто уже 129 миллиардов м3 нефти (осталось примерно столько же).
Мировое потребление нефти составляет более 4 миллиардов м3/год, прирост же разведываемых запасов 0,95 миллиардов м3/год . Нетрудно сделать прогноз, что нефти хватит только на 40-50 лет, а если предположить, что темпы ее потребления будут возрастать, то и того меньше.
Увеличение глубины переработки нефти – наиболее актуальная проблема в современной нефтепереработке. Ее необходимость обусловливается опережающим ростом потребности в моторных топливах по сравнению с возможностями нефтедобычи. По литературным данным, среднегодовой прирост количества легковых автомобилей составляет около9%, а мировое потребление бензина достигло 840 млн. т в год. Повышается также и потребление дизельного топлива – основного энергоносителя для тяжёлых грузовых автомобилей, железнодорожного транспорта, автобусов и автотранспортных средств, эксплуатируемых вне дорог (приблизительно на 2% в год). В таблице 1 приведены темпы роста потребления нефтяных топлив по регионам мира.
Таблица 1 - Среднегодовой рост потребления нефтяных топлив по регионам мира в период с 1997 по 2010 год
Наименование |
Среднегодовой рост потребления, % |
||
нефтепродукта |
Северная Аме- |
Европа |
Развивающиеся страны |
|
рика |
|
Азии |
Нефть |
1,4 |
0,7 |
3,5 |
Бензины |
1,8 |
0,9 |
6,6 |
Дизельные топлива |
2,4 |
1,5 |
4,9 |
Реактивные топли- |
2,9 |
3,8 |
4,0 |
ва |
|
|
|
Если в качестве топлива для выработки тепловой и электрической энергии возможно и экономически целесообразно использовать твёрдые горючие ископаемые и природный газ, то моторные топлива в настоящее время вырабатываются практически только из нефти и газового конденсата. Для решения данной проблемы основными вторичными процессами выступают каталитический крекинг и гидрокрекинг. Крекирующие процессы занимают доминирующее положение среди вторичных процессов нефтепереработки (таблица 2).