Процессы переработки нефти - Petroleum refining processes

Нефтеперерабатывающий завод в Анакортес, Вашингтон, Соединенные Штаты

Процессы переработки нефти являются химическая инженерия процессы и другие объекты, используемые на нефтеперерабатывающих заводах (также называемых нефтеперерабатывающими заводами) для преобразования сырая нефть в полезные продукты, такие как сжиженный газ (СНГ), бензин или бензин, керосин, реактивное топливо, дизельное топливо и мазут.[1][2][3]

Нефтеперерабатывающие заводы - это очень большие промышленные комплексы, которые включают в себя множество различных технологических установок и вспомогательных объектов, таких как вспомогательные установки и резервуары для хранения. Каждый нефтеперерабатывающий завод имеет свое собственное уникальное расположение и комбинацию процессов нефтепереработки, в значительной степени определяемых местоположением завода, желаемыми продуктами и экономическими соображениями.

Некоторые современные нефтеперерабатывающие заводы перерабатывают от 800 000 до 900 000 бочки (От 127000 до 143000 кубометров) в сутки сырой нефти.[4]

История

Сырая нефть был дистиллированный к Персидские химики, с четкими описаниями, данными в справочниках ислама, таких как Мухаммад ибн Закария Рази (854–925).[5] Улицы Багдад были вымощены деготь, полученная из нефти, которая стала доступной с природных месторождений в регионе. В 9 веке нефтяные месторождения эксплуатировались в районе современных Баку, Азербайджан. Эти поля были описаны Исламский географ Абу аль-Хасан Али аль-Масуди в 10 веке, а Марко Поло в 13 веке, который описал добычу из этих колодцев как сотни судов.[6] Арабские и персидские химики также дистиллированная сырая нефть для производства легковоспламеняющийся продукция военного назначения.[7]

До девятнадцатого века нефть была известна и использовалась различными способами в Вавилон, Египет, Китай, Филиппины, Рим и вдоль Каспийского моря. Считается, что современная история нефтяной промышленности началась в 1846 году, когда Абрахам Гесснер из Новая Шотландия, Канада разработал процесс производства керосина из угля. Вскоре после этого, в 1854 году, Игнаций Лукасевич начали добывать керосин из выкопанных вручную нефтяных скважин в районе г. Кросно, Польша. Первый крупный нефтеперерабатывающий завод был построен в Плоешти, Румыния в 1856 г. с использованием богатых запасов нефти в Румынии.[8][9]

В Северной Америке первая нефтяная скважина была пробурена в 1858 г. Джеймс Миллер Уильямс в Онтарио, Канада. В Соединенных Штатах нефтяная промышленность началась в 1859 году, когда Эдвин Дрейк нашел нефть недалеко от Титусвилля, штат Пенсильвания.[10] В 1800-х годах промышленность развивалась медленно, в основном производя керосин для масляных ламп. В начале двадцатого века появление двигателя внутреннего сгорания и его использование в автомобилях создало рынок бензина, который послужил толчком для довольно быстрого роста нефтяной промышленности. Первые находки нефти, такие как в Онтарио и Пенсильвания вскоре были вытеснены крупными нефтяными «бумами» в Оклахома, Техас и Калифорния.[11]

До Второй мировой войны в начале 1940-х годов большинство нефтеперерабатывающих заводов в Соединенных Штатах состояло просто из установки перегонки сырой нефти (часто называемые установками атмосферной перегонки сырой нефти). Некоторые НПЗ также имели вакуумная перегонка единиц, а также термическое растрескивание единицы, такие как висбрейкеры (разжижители вязкости, единицы для понижения вязкость масла). Все многие другие процессы очистки, обсуждаемые ниже, были разработаны во время войны или в течение нескольких лет после войны. Они стали коммерчески доступными в течение 5-10 лет после окончания войны, и мировая нефтяная промышленность пережила очень быстрый рост. Движущей силой такого роста технологий, а также количества и размера нефтеперерабатывающих заводов по всему миру стал растущий спрос на автомобильный бензин и авиационное топливо.

В Соединенных Штатах по различным сложным экономическим и политическим причинам строительство новых нефтеперерабатывающих заводов практически остановилось примерно в 1980-х годах. Однако многие из существующих нефтеперерабатывающих заводов в США модернизировали многие из своих установок и / или построили дополнительные установки, чтобы: увеличить свои мощности по переработке сырой нефти, увеличить октан рейтинг их бензина продукта, ниже сера содержание их дизельного топлива и топлива для отопления домов, чтобы соответствовать экологическим нормам и требованиям по загрязнению воздуха и воды.

Технологические установки, используемые на нефтеперерабатывающих заводах

  • Установка перегонки сырой нефти: Перегоняет поступающую сырую нефть на различные фракции для дальнейшей обработки на других установках.
  • Вакуумная перегонка Установка: Дальнейшая отгонка остаточного масла из нижней части установки перегонки сырой нефти. Вакуумная перегонка проводится при давлении значительно ниже атмосферного.
  • Установка гидроочистки нафты единица: использует водород десульфурация нафта фракция перегонки сырой нефти или других установок нефтеперерабатывающего завода.
  • Каталитический риформинг единица: Преобразует обессериваемые нафта молекулы в молекулы с более высоким октановым числом для производства переформатировать, который является компонентом конечного продукта бензина или бензина.
  • Алкилирование единица: конвертирует изобутан и бутилены в алкилировать, который является очень высокооктановым компонентом конечного бензина или бензина.
  • Изомеризация единица: преобразует линейные молекулы, такие как нормальные пентан в разветвленные молекулы с более высоким октановым числом для смешивания с бензином конечного продукта. Также используется для преобразования линейного нормального бутана в изобутан для использования в установке алкилирования.
  • Установка гидроочистки дистиллята установка: использует водород для десульфуризации некоторых других дистиллированных фракций из установки перегонки сырой нефти (например, дизельного топлива).
  • Мерокс (меркаптановый окислитель) или аналогичные установки: десульфуризация сжиженного нефтяного газа, керосина или реактивного топлива путем окисления нежелательных меркаптаны к органическому дисульфиды.
  • Установка для очистки аминового газа, Блок Клауса, и очистка остаточных газов для конвертации сероводород газ из установок гидроочистки в элементарную серу в конечном продукте. Из 64000000 метрических тонн серы, произведенной во всем мире в 2005 году, подавляющая часть составляла сера, являющаяся побочным продуктом переработки нефти и газа. переработка природного газа растения.[12][13]
  • Каталитический крекинг в псевдоожиженном слое Установка (FCC): модернизирует более тяжелые, высококипящие фракции перегонки сырой нефти, превращая их в более легкие и низкокипящие, более ценные продукты.
  • Установка гидрокрекинга установка: использует водород для преобразования более тяжелых фракций из установок перегонки сырой нефти и вакуумной перегонки в более легкие и более ценные продукты.
  • Висбрекер установка улучшает качество тяжелых остаточных масел из установки вакуумной перегонки путем термического крекинга их в более легкие и более ценные продукты с пониженной вязкостью.
  • Замедленное коксование и установка для коксования в жидкости единиц: Преобразование очень тяжелых остаточных масел в конечный нефтяной кокс, а также нафту и побочные продукты бензинового масла.

Вспомогательные сооружения, необходимые на НПЗ

  • Паровой риформинг Единица: Преобразует природный газ в водород для установок гидроочистки и / или установки гидрокрекинга.
  • Устройство для отпарки кислой воды Установка: Использует пар для удаления газообразного сероводорода из различных потоков сточных вод для последующего преобразования в конечный продукт серы в установке Клауса.[14]
  • Коммунальные единицы, такие как градирни для подачи охлаждающей воды, парогенераторы, системы инструментального воздуха для пневматических регулирующие клапаны и электрическая подстанция.
  • Системы сбора и очистки сточных вод, состоящие из Разделители API, флотация растворенного воздуха (DAF) и некоторые виды дополнительной обработки (например, активный ил biotreater), чтобы сделать сточные воды пригодными для повторного использования или утилизации.[14]
  • Емкости для хранения сжиженного газа (LPG) для пропана и аналогичного газообразного топлива при давлении, достаточном для поддержания их в жидкой форме. Обычно это сосуды сферической формы или пули (сосуды горизонтальные с закругленными концами).
  • Резервуары для хранения сырой нефти и готовой продукции, обычно вертикальные, цилиндрические емкости с каким-либо контролем выбросов паров и окруженные земляным валом для удержания разливов жидкости.

Установка перегонки сырой нефти

Установка перегонки сырой нефти (CDU) является первой установкой практически на всех нефтеперерабатывающих заводах. CDU перегоняет поступающую сырую нефть на различные фракции с разными интервалами кипения, каждая из которых затем перерабатывается в других установках переработки нефти. ХДС часто называют установка атмосферной перегонки потому что он работает при давлении немного выше атмосферного.[1][2][15]

Ниже представлена ​​принципиальная схема типичной установки перегонки сырой нефти. Поступающая сырая нефть предварительно нагревается за счет теплообмена с некоторыми горячими дистиллированными фракциями и другими потоками. Затем его обессоливают для удаления неорганических солей (в первую очередь хлорида натрия).

После установки обессоливания сырая нефть дополнительно нагревается за счет теплообмена с некоторыми горячими дистиллированными фракциями и другими потоками. Затем он нагревается в топке на топливе (топочный нагреватель) до температуры около 398 ° C и направляется в нижнюю часть дистилляционной установки.

Охлаждение и конденсация верхнего погона ректификационной башни частично обеспечивается теплообменом с поступающей сырой нефтью и частично конденсатором с воздушным или водяным охлаждением. Дополнительное тепло отводится из дистилляционной колонны с помощью циркуляционной системы, как показано на диаграмме ниже.

Как показано на схеме, верхний погон дистиллята из дистилляционной колонны представляет собой нафту. Фракции, удаляемые со стороны дистилляционной колонны в различных точках между верхом и низом колонны, называются боковые вырезы. Каждый из боковых разрезов (т.е. керосин, легкий газойль и тяжелый газойль) охлаждается за счет теплообмена с поступающей сырой нефтью. Все фракции (т. Е. Верхняя нафта, боковые фракции и нижний остаток) направляются в промежуточные резервуары для хранения перед дальнейшей переработкой.

Принципиальная схема типичной установки перегонки сырой нефти, используемой на нефтеперерабатывающих заводах.

Блок-схема типичного нефтеперерабатывающего завода

На изображении ниже представлена ​​схематическая блок-схема типичного нефтеперерабатывающего завода, на которой изображены различные процессы нефтепереработки и поток потоков промежуточных продуктов, которые возникают между входящим сырьем сырой нефти и конечными конечными продуктами.

На схеме изображена только одна из буквально сотен различных конфигураций нефтеперерабатывающих заводов. Схема также не включает какие-либо обычные нефтеперерабатывающие предприятия, обеспечивающие коммунальные услуги, такие как пар, охлаждающая вода и электроэнергия, а также резервуары для хранения сырой нефти и промежуточных и конечных продуктов.[1][2][16]

Принципиальная схема типичного нефтеперерабатывающего завода.

Конечные продукты переработки

Первичные конечные продукты, получаемые при переработке нефти, можно разделить на четыре категории: легкие дистилляты, средние дистилляты, тяжелые дистилляты и другие.

Легкие дистилляты

  • Компоненты C1 и C2
  • Сжиженный углеводородный газ (СУГ)
  • Свет нафта
  • Бензин (бензин)
  • Тяжелая нафта

Средние дистилляты

  • Керосин
  • Дизельное топливо автомобильное и железнодорожное
  • Топливо для отопления жилых помещений
  • Другое легкое жидкое топливо

Тяжелые дистилляты

  • Мазут
  • Воск
  • Смазочные масла
  • Асфальт

Другие

  • Кокс (аналог угля)
  • Элементная сера

Рекомендации

В этой статье использованы материалы из Citizendium статья "Процессы переработки нефти "под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Непортированная лицензия но не под GFDL.
  1. ^ а б c Гэри, Дж. И Handwerk, G.E. (1984). Технология и экономика нефтепереработки (2-е изд.). Марсель Деккер, Inc. ISBN  978-0-8247-7150-8.
  2. ^ а б c Леффлер, W.L. (1985). Нефтепереработка для нетехнического специалиста (2-е изд.). Книги PennWell. ISBN  978-0-87814-280-4.
  3. ^ Джеймс Джи, Спейт (2006). Химия и технология нефти (Четвертое изд.). CRC Press. 0-8493-9067-2.
  4. ^ Барр и Скайлар (2019-08-14). Технология зерновых, зернобобовых и масличных культур. Электронные научные ресурсы. ISBN  978-1-83947-261-9.
  5. ^ Форбс, Роберт Джеймс (1958). Исследования по ранней истории нефти. Brill Publishers. п. 149.
  6. ^ Салим аль-Хассани (2008). «1000 лет пропавшей истории промышленности». В Эмилии Кальво Лабарта; Mercè Comes Maymo; Розер Пуч Агилар; Mònica Rius Pinies (ред.). Общее наследие: исламская наука Восток и Запад. Edicions Universitat Barcelona. С. 57–82 [63]. ISBN  978-84-475-3285-8.
  7. ^ Джозеф П. Рива младший; Гордон И. Этуотер. "нефть". Британская энциклопедия. Получено 2008-06-30.
  8. ^ 150 лет нефти в Румынии В архиве 2011-09-02 на Wayback Machine
  9. ^ МИРОВЫЕ СОБЫТИЯ: 1844–1856 гг. www.pbs.org
  10. ^ "Титусвилл, Пенсильвания, 1896 г.". Всемирная цифровая библиотека. 1896. Получено 2013-07-16.
  11. ^ Брайан Блэк (2000). Petrolia: пейзаж первого нефтяного бума в Америке. Издательство Университета Джона Хопкинса. ISBN  978-0-8018-6317-2.
  12. ^ Отчет о производстве серы посредством Геологическая служба США
  13. ^ Обсуждение рекуперированной побочной серы
  14. ^ а б Бейчок, Милтон Р. (1967). Водные отходы нефтяных и нефтехимических заводов (1-е изд.). Джон Вили и сыновья. LCCN  67019834.
  15. ^ Кистер, Генри З. (1992). Дизайн дистилляции (1-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN  978-0-07-034909-4.
  16. ^ Блок-схема НПЗ В архиве 2006-06-28 на Wayback Machine с сайта Universal Oil Products