Nafta

Referatas

N a f t a

Turinys

Nuo žaliavos iki prekinių naftos produktų………………..3

Naftos paruošimas perdirbimui…………………4

Fiziniai naftos perdirbimo būdai ……………….6

Cheminiai naftos perdirbimo būdai. Katalizinis krekingas ………7

Visbrekingas ……………………….10Nuo žaliavos iki prekinių naftos produktų

Naftos perdirbimas prasideda tada, kai pašildyta nafta patenka į pirminį naftos rektifikacijos įrengimą. Nafta – įvairiausių angliavandenilių, turinčių skirtingas virimo temperatūras, mišinys. Remiantis šia savybe, įrenginyje nafta išskirstoma į lengvus ir sunkius komponentus. Distiliacijos produktai yra perdirbami toliau arba maišomi su kitais komponentais.

Po pirminio naftos perdirbimo likęs sunkus produktas – mazutas toliau nukreipiamas pperdirbimui į mazuto perdirbimo kompleksą. Čia iš mazuto gaunamas papildomas lengvų frakcijų: dujų, benzino, dyzelinio kuro, -kiekis. Sunkūs mazuto perdirbimo likučiai naudojami kaip katilų kuro komponentai.

Pirminio naftos perdirbimo įrenginys.

Proceso metu, rektifikacinėje kolonoje nafta yra išskirstoma į turinčias skirtingas savybes, lengvas ir sunkias frakcijas.

Dujų frakcionavimo įrenginys.

Pirminio naftos perdirbimo ir riformingo metu gautas dujų mišinys čia valomas ir suskirstomas į atskirus komponentus: propaną, n-butaną, izobutaną.

Benzino katalizinio riformingo įrenginys.

Proceso metu padidinamas benzino frakcijų oktaninis skaičius.

žibalo ir dyzelinio kuro hidrovalymo įrenginys.

Įrenginyje iš žibalo iir dyzelinės frakcijos yra pašalinami organiniai sieros, azoto ir deguonies junginiai.

Vakuuminio mazuto distiliacijos ir visbrekingo įrenginys.

Įrenginyje iš mazuto išskiriama plati frakcija – vakuuminis distiliatas. Sunkus likutis – gudronas nukreipiamas į visbrekingo bloką. Čia iš jo gaunamas katilų kuro komponentas.

Vakuuminio ddistiliato hidrovalymo įrenginys.

Proceso metu iš vakuuminio distiliato pašalinami sieros junginiai.

Katalizinio krekingo įrenginys.

Šiame įrenginyje vakuuminis distiliatas paverčiamas dujomis bei šviesiais naftos produktais: benzinu, dyzeliniu kuru.

Bitumų gamybos įrenginys.

Įrenginyje gudrono nepertraukiamos oksidacijos metu gaminami įvairių markių kelių, statybiniai ir stoginiai bitumai.

Sieros gamybos įrenginys.

Įrenginyje hidrovalymo procesų metu gautas sieros vandenilis paverčiamas elementine siera.Naftos paruošimas perdirbimui

Naftos nudruskinimas ir nuvandeninimas. Paskirtis – vandens ir druskų pašalinimas iš naftos prieš paduodant ją į perdirbimą. Efektyvus nuvandeninimas ir nudruskinimas įgalina žymiai sumažinti technologinių įrengimų koroziją, išvengti katalizatorių dezaktyvacijos, pagerinti naftos produktų kokybę.

Žaliavinė nafta yra vadinama nudruskinta ir nuvandeninta, kai joje druskų kiekis – ne daugiau 3-4 mg/l ir vandens, ne daugiau 0.1 masės .

Nafta su vandeniu sudaro emulsiją, t. y. sistemą sudarytą iš dviejų, netirpių vienas kkitame, skysčių. Naftos emulsijos būna dviejų tipų: “nafta vandenyje” – hidrofilinė ir “vanduo naftoje” – hidrofobinė.

Emulsijos tipas nustatomas dviem būdais:

1. Tirpimas vandenyje ir benzine. Hidrofilinė emisija tirpsta vandenyje ir nugrimzta benzine ant dugno. Priešingi reiškiniai vyksta su hidrofobine emulsija.

2. Pralaidumas elektros srovei. Ją praleidžia tik hidrofilinės emulsijos.

Emulsijos spalva – nuo geltonos iki tamsiai rudos, o konsistencija – nuo grietinės iki mosties tirštumo. Naftos emulsijos klampumas didėja, didėjant vandens kiekiui joje iki 60 – 80, po to krenta.

Emulsijos patvarumas priklauso nuo jjoje esančio emulsiklio kiekio. Emulsikliai būna:

1. Hidrofiliniai – gerai tirpūs vandenyje ir netirpūs naftoje. Jiems priskiriamos naftenų rūgščių, sulforūgščių ir kitos gruskos.

2. Hidrofobiniai – gerai tirpūs naftoje ir netirpūs vandenyje. Šiems emulsikliams priklauso – naftenatai, smulkio molio dalelės, metalų oksidai (Ca, Mg, Fe, Al ), dervingos asfalteninės medžiagos.

Emulsijos patvarumo priežastimi taip pat yra statinių elektros krūvių atsiradimas vandens lašeliuose ir kietose dalelėse. Veikiant šiems krūviams vandens lašeliai yra atstumiami.

Perdirbti naftą su emulsiją negalima, todėl iš pradžių ją suardo – deemulguoja. Tai reikia atlikti kuo greičiau, nes šviežias emulsijas suardyti lengviau. Emulsijos suardomos tokiais būdais:

1. Mechaniniu būdu – nusodinant, centrifuguojant ir filtruojant. Nusodinimas yra pirmoji emulsijų suardymo stadija. Centrifuguojama ir filtruojama dažniausiai laboratorinėmis sąlygomis.

2. Terminiu būdu – panaudojant šilumą. Kaitinant emulsiklio plėvelė plečiasi ir sprogsta, o skysčio lašeliai susilieja. Paprastai nusodinama ir kaitinama nafta iki 70 0C temperatūros, bet sutinkamos emulsijos nesuyrančios net 120 0C temperatūroje. Tokiu atveju naudojami kiti metodai.

3. Cheminiu būdu – panaudojant deemulsiklį, kuris išstumia emulsiklį arba jį ištirpdo, dėl ko emulsija suyra. Daugiausia naudojami nejonogeninių paviršiaus aktyvių medžiagų tipo demulsikliai, kurie skatina sudaryti priešingo tipo emulsijas. Emulsijų susidarymo savybė paralyžuojama ir emulsija išsisluoksniuoja.

4. Termocheminiu būdu – įvedant į pakaitintą naftą deemulsiklio. Procesas vykdomas uždaruose aparatuose iiki 0.9 Mpa ir 150 – 155 0C temperatūros emulsijoms išsisluoksniuojant.

5. Elektriniu būdu – veikiant emulsiją elektriniu lauku, sukuriama aukštos įtampos kintama srovė. Jos poveikyje plėvelė suyra ir emulsija išsisluoksniuoja.

Naftos nuvandeninimas dažniausiai atliekamas elektrodehidratoriaus pagalba. Jis sudarytas iš korpuso 1, emulsijos paskirstytuvo 2, nudruskintos naftos surinktuvo 3, dviejų vandens surinktuvų 4, viršutinio, vidutinio ir apatinio elektrodų 5, 6, ir 7, izoliatorių 8 ir 11, transformatoriaus 9, aukštos įtampos įėjimo 10 ir paskirstytuvo 12. Taip pat jį sudaro emulsijos padavimo atvamzdis I, naftos išleidimo atvamzdis II, praplovimo vandens tiekimo atvamzdis III. Fiziniai naftos perdirbimo būdai

Naftai perdirbti yra taikomi fiziniai ir cheminiai perdirbimo būdai. Fiziniais būdais vadinami tokie, kai perdirbant naftą nepasikeičia joje esančių angliavandenilių struktūra, pvz., jeigu naftoje yra daugiausia alkanų, tai ir jos produktuose jų liks daugiausia. Cheminiais būdais perdirbant naftą yra pakeičiama angliavandenilių struktūra . Pavyzdžiui, benzine labiau pageidaujami arenai, bet naftoje daugiau yra alkanų. Perdirbant naftą cheminiu būdu, alkanai yra pakeičiami arenais.

Nuvandeninus ir nudruskinus naftą yra atliekamas pirminis jos perdirbimas – distiliavimas. Distiliacija – tai naftos perskyrimo procesas, kuris paremtas naftos sudėtyje esančių angliavandenilių atskyrimu vienų nuo kitų pagal virimo temperatūras į frakcijas. Distiliavimas vyksta esant atmosferiniam slėgiui. Geriausias frakcinis išskirstymas gaunamas naudojant reaktifikacijos procesą, t. y. ddistiliaciją su priešpriešinių srautų kontaktu tarp kylančio garų srauto ir besileidžiančios skystos flegmos. Garų ir skysčio kontaktas vyksta reaktifikacijos kolonose ant specialių lėkščių. Šiuolaikinėse technologijose pirminis naftos perdirbimas dažniausiai naudojamas tikslu gauti žaliavą antriniams naftos perdirbimo procesams. Benzino frakcijos toliau paduodamos į riformingą, tikslu gauti aukštaoktaninį benziną. Dyzelinio kuro ir žibalo frakcijos paduodamos į hidrovalymo procesą. Mazutas naudojamas antrinio perdirbimo procesuose – vakuminiame mazuto distiliavime ir tolesniame jo visbrekinge ir kataliziniame krekinge.

Vygdant atmosferinę reaktifikaciją (1 pav.) , nafta siurbliu 1 per šildytuvą 2 ir valytuvus 3 paduodama į kaitinimo krsnį 4. Krosnyje ji įkaitinama iki 350 – 380 0C, ir visi angliavandeniliai, kurių virimo temperatūra yra žemesnė nei 380 0C, išgaruoja. Naftos garai ir likęs kondensatas patenka į reaktifikacijos koloną 5, kurioje temperatūra, kylant į viršų, palengva mažėja nuo 380 0C iki 30 0C. Įvairiose kolonos aukščiuose padarytos specialios pertvaros kondensatui surinkti. Garai kildami į viršų palengva atvėsta ir ant atitinkamų pertvarų kondensuojasi. Taip naftoje esantys angliavandeniliai pagal virimo temperatūras išsiskaido į dujų (<30 0C), benzino (30 – 200 0C), žibalo (120 – 320 0C) ir gazolio (160 – 380 0C) frakcijas. Liekana – mazutas (>380 0C). Benzino, žibalo ir gazolio frakcijos, kurių virimo temperatūra iki 350 0C, vadinamos šviesiaisiais

naftos produktais.

Gauti reaktifikacijos produktai dar netinkami naudoti ir tėra tik žaliava tolesniam perdirbimui: kai kurie iš jų gali būti skirstomi į dar smulkesnias frakcijas, perdirbami chemiškai, valomi. Gaminant prekinius produktus, išvalytos reaktifikacinės frakcijos dozuojamos pagal tam tikrą frakcinę sudėtį ir į juos įmaišoma specialių priedų eksploatacinėms savybėms pagerinti. Iš benzino frakcijų gaminamas automobilinis ir aviacinis benzinas, iš žibalo – reaktyviniai degalai, techninis ir apšvietimo žibalas, iš gazolio – dyzeliniai degalai.Cheminiai naftos perdirbimo būdai. Katalizinis krekingas

Reaktifikuojant arba distiliuojant naftą, benzino gaunama nnedaug – vos 10-15 nuo perdirbamos naftos. Be to, distiliatas būna labai neatsparus detonacijai, nes naftos lengvosiose frakcijose daugiausia yra oksidacijai neatsparių normaliųjų alkanų. Distiliato benzino oktaninis skaičius neviršija 60 – 70 vienetų, o kokybiškų benzinų jis turi ne mažesnis kaip 90. Daugiau ir geresnės kokybės benzino galima gauti taikant antrinius – cheminius perdirbimo būdus.

Cheminiai naftos perdirbimo būdai yra skirstomi į terminius ir katalitinius. Terminiais procesais vadinami tokie, kai naftos distiliatai, perdirbami aukšta temperatūra ir slėgiu, o katalitiniais tokie, &– kai procesui paspartinti dar naudojami ir katalizatoriai.

Katalizinis krekingas – procesas, kurio tikslas didelės virimo temperatūros frakcijas paversti šviesiaisiais naftos produktais, panaudojant didelę temperatūrą, slėgį ir dalyvaujant katalizatoriui. Proceso tikslas gauti aukštaoktaninį benziną, kurio oktaninis skaičius tiriamuoju metodu yra 90-92. ĮĮmonėje esantis katalizinio krekingo įrenginys – didelio našumo su žaliavos padavimo įrenginiu (S – 100), jame panaudotas reaktorius su į viršų kylančiu žaliavos padavimu, taip pat ceolitinis katalizatorius. Katalizatoriaus regeneracija vykdoma esant padidintai temperatūrai ir slėgiui. Tai – 107 įrenginys. Katalizinio krekingo esmė ta, kad didelio molekulinio svorio žaliaviniai komponentai ardomi į smulkesnes molekules, persiskirstant vandeniliui ryšio C-C nutrūkimo vietoje. Susidaro dujos, benzinas ir koksas, nusėdantis ant katalizatoriaus paviršiaus. Katalizinis krekingas skirstomas į stadijas:

1) žaliavos patekimas ant katalizatoriaus paviršiaus;

2) chemosorbcija ant aktyvių katalizatoriaus centrų;

3) cheminė reakcija ant katalizatoriaus paviršiaus;

4) krekingo produktų ir nesureaguojančių žaliavos dalelių desorbcija nuo katalizatoriaus paviršiaus ir dalinai iš vidinių porų;

5) krekingo produktų išvedimas iš reakcijos zonos ir tolesnė jų reaktifikacija.

Tipiškiausi katalizinio krekingo žaliavos komponentai yra parafinai, kkurie krekingo metu yra:

C16H34C8H18 + C8H16

Dažniausiai parafinų molekulė skyla per vidurį. Terminis parafinų stabilumas mažėja didėjant angliavandenilių molekuliniam svoriui. Vykstant normalios struktūros parafininių angliavandenilių krekingui, vyksta ir antrinės reakcijos, susidarant aromatiniams angliavandeniliams ir koksui. Izoparafininiai angliavandeniliai krekinguojasi lengviau.

Nafteniniai angliavandeniliai yra idealūs katalizinio krekingo komponentai, nes naftenų krekingas vyksta dideliais greičiais su didesne benzino išeiga ir mažesniu dujų susidarymu.

Vykstant krekingui gali vykti alkanų, naftenų ir nesočių junginių izomerizacija. Tai yra antrinės reakcijos, tačiau šios reakcijos yra pageidaujamos, nes tokiu būdu ppadidėja benzino oktano skaičius ir izobutano išeiga. Izobutanas toliau naudojamas MTBE gamyboje kaip žaliava.

Olefinų polimerizacija yra svarbi proceso reakcija, nes toliau vykstant krekingui susidaro olefinai ir parafinai:

CH2 = CH2 + CH2 = CH2 CH3-CH = CH-CH3

Tačiau gilios polimerizacijos metu susidaro sunkūs produktai, kurie adsorbuojami ant katalizatoriaus paviršiaus, kur virsta į koksą ir dujas. Geriausiu šalutinių reakcijų intensyvumo kriterijumi yra benzino ir kokso išeigų santykis. Didelis santykis nurodo, kad vyksta daugiau pageidaujamos reakcijos. Mažas santykis rodo, kad intensyviai vyksta šalutinės reakcijos.

Todėl išvadas galime suformuluoti taip:

1. Sunki žaliava sàlygoja didelę benzino išeigą ir mažą dujų išeigą.

2. Iš aromatinės žaliavos gaunamos didžiausios kokso ir mažiausios benzino išeigos.

3. Iš nafteninės žaliavos gaunamos didžiausios benzino ir mažiausios kokso išeigos, lyginant su aromatine ir parafinine žaliava.

4. Iš žemos virimo temperatūros žaliavos galima gauti didelio oktaninio skaičiaus benziną, o iš aukštos virimo temperatūros žaliavos – mažo oktaninio skaičiaus benziną.

5. Iš žaliavos su didele sieros koncentracija gaun.amas mažo oktaninio skaičiaus benzinas.

6. Iš žaliavos, kurios aukšta virimo temperatūra ir didelis kokso kiekis, gaunama didelė kokso išeiga, kuri riboja sekcijos pajėgumą, nes kitaip yra perkraunamas regeneratorius.

Katalizinio krekingo procesui svarbiausi yra šie veiksniai:

– katalizatoriaus savybės;

– proceso temperatūra;

– katalizatoriaus cirkuliacijos kartotinumas;

– žaliavos ir katalizatoriaus kontakto trukmė;

– krekinguojamos žaliavos kokybė.

Katalizatorius, naudojamas kataliziniam krekingui, pprivalo pasižymėti:

1) dideliu aktyvumu;

2) dideliu selektyvumu;

3) stabilumu;

4) geromis regeneruojančiomis savybėmis.

Pakrautas mikrosferinis ceolitinis katalizatorius pasižymi visomis išvardintomis savybėmis.

Didinant žaliavos padavimo tūrinį greitį į reaktorių, sumažėja žaliavos perdirbimo gilumas ir kokso išeiga. Temperatūra reaktoriuje krenta dėl per didelio šilumos sugėrimo, išgarinant papildomą žaliavos kiekį. Didinant katalizatoriaus cirkuliacijos kartotinumą, padidėja perdirbimo gilumas.

Didinant žaliavos temperatūrą, išauga twmperatūra regeneratoriuje, sulėtėja katalizatoriaus cirkuliacija ir mažiau nusėda kokso ant regeneruoto katalizatoriaus.

Mažesnis katalizatoriaus ir žaliavos santykis atitinka žemesnį anglies nusėdimą ant katalizatoriaus, tai sysidaro mažiau kokso, mažesnis žaliavos perdirbimo gilumas. Padidunus paduodamo į regeneratorių oro kiekį, didėja temperatūra regeneratoriuje, todėl yra per didelis oro kiekis, gali vykti CO virtimas iki CO2 (degimas) regeneratoriuje ir tai sudarys avarinę situaciją. Kad nesusidarytų CO, į verdantį katalizatoriaus sluoksnį numatyta įvesti kietą platininį oksidinimopromotorių.

Šilumos reakcijos efektas lygus:

1) šviežiai žaliavai – 65 kcal/kg; 2) antrinei žaliavai – 31 kcal/kg.Visbrekingas

Naftos terminio apdirbimo procesas, kuriame kaip žaliava naudojamas aukštesnėje kaip 560 0C virimo temperatūros gudronas, vadinamas visbrekingu.

Atskirų klasių angliavandenilių reakcijos terminio krekingo metu vyksta nevienodai. Lengviausiai ardomi alkanai. Termiškai patvariausi – aromatiniai angliavandeniliai. Nafteniniai angliavandeniliai užima tarpinę padėtį. Tos pačios klasės angliavandeniliai suyra tuo greičiau, kuo didesnis molekulinis svoris. Todėl pramoniniuose įrenginiuose lengva žaliava suyra esant griežtesniam temperatūriniam režimui:

– 530 – 540 0C – lligroinas (žibalas).

– 510 0C – dyzelinė frakcija, vakuuminio distiliato frakcija.

– 470 – 490 0C – mazutas.

Alkanų krekingo procesui būdingos jų irimo reakcijos į mažesnių molekulinių svorių komponentus, susidarant alkenui ir alkanui.

Nafteniniai angliavandeniliai labiau termiškai stabilūs, tačiau su ilgomis šoninėmis grandinėmis elgiasi taip pat kaip alkanai. Didėjant jų šoninės grandinės ilgiui, jų patvarumas mažėja.

Aromatiniai angliavandeniliai dideliais kiekiais kaupiasi skystuose krekingo produktuose. Paprastai aromatiniai angliavandeniliai, kaip ir alkilinti angliavandeniliai su trumpomis šoninėmis grandinėmis, beveik nesuyra. Vienintelė jų kitimo kryptis – kondensacija, išsiskiriant vandeniliui. Tokiu būdu kaupiasi policikliniai angliavandeniliai. Jei vyksta įvairių ciklinių angliavandenilių kondensacijos reakcijos, tai susidaro daug karboidų (kokso). Ši angliavandenilių savybė nepageidautina.

Svarbiausiais faktoriais, kad vyktų lengvas terminis krekingas, yra: slėgis, temperatūra, krekingo trukmė, turbulizatorių padavimas ir krekingo produktų recirkuliacija.

Slėgis. Visbrekingo procesui didesnės įtakos neturi, jei sunkių produktų krekingas vyksta skystoje fazėje 420 – 480 0C temperatūroje. Procesas vyksta 2.5 – 5.0 MPa slėgyje.

Temperatūra ir kontakto trukmė. Didindami krekingo temperatūrą ir mažindami proceso kontakto trukmę, aukštų temperatūrų zonoje galima pasiekti tokį patį žaliavos ardymo gilumą, kaip ir žemesnėje temperatūroje ilgiau tęsiantis krekingui. Nuo krekingo temperatūros priklauso gaunamo krekingo likučio klampumas. Turint galvoje visbrekingo proceso mechanizmą, numatytos priemonės kokso susidarymui mažinti:

– įvesti didelio aromatingumo produktą į gudroną.

– kaip turbulizatorių naudoti visbrekingo benziną,

paduoti į reakcinį krosnies gyvatuką vandens garą.

– polimetiloksaninio priedo įvedimas į žaliavą.

– atšaldytos iki 2300C temperatūros frakcijos >3500C padavimas išėjime iš reaktorių į kolonos K – 701 apačią, kad nevyktų kokso susidarymas vamzdynuose ir kolonos apačioje.

Benzininių frakcijų recirkuliacija ir turbulizatorių naudojimas neleidžia susidaryti koksui proceso metu. Praskiesdama žaliavą, benzino frakcija sumažina asfaltenų koaguliaciją ir sutankėjimą, tokiu būdu sumažindama kokso susidarymą ir turbulizuodama srautą bei neleidžia nusėsti produktams ant vamzdynų ir aparatų sienelių. Benzinas taip pat sumažina žemo oktaninio skaičiaus benzino iišeigą ir jų sąskaita padidina dujinių alkenų išeigą.

Kai į visbrekingo žaliavą įvedamos aromatizuotos medžiagos, tai suyrančias dervų molekules pakeičia priedo molekulės. Dėl to asfaltenai būna dispersinėje būklėje ir reaguoja produkto masėje, sudaro karboidų daleles, kurių skersmuo mažesnis ir išbūna pakibusioje būsenoje, sumažindami kokso nusėdimą. Be to , sunkios katalizinio krekingo frakcijos įvedimas sumažina katalitinio kuro klampumą ir užšalimo temperatūrą, daro jį stabiliu sandėliuojant, transportuojant, deginant, mažindamas nuosėdų nusėdimą rezervuaruose, degikliuose.