Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива

Подождите немного. Документ загружается.

среда. Так, при низких концентрациях в бензоле и нафтали-

не (менее 2 и 16 % соответственно) асфальтены находятся

в молекулярном состоянии. При более высоких значениях

концентрации в р-ре формируются ассоциаты, состоящие из

множества молекул.

Все CAB отрицательно влияют на кач-во СМ (ухудшают

цвет, увеличивают нагарообразование, понижают смазываю-

щую способность и т. д.) и подлежат удалению. В составе

нефт. битумов они обладают рядом ценных техн. св-в и при-

дают им кач-ва, позволяющие широко использовать их. Гл.

направления их использования: дорожные покрытия, гидро-

изоляционные мат-лы, строительство, произ-во кровельных

изделий, битумно-асфальтеновых лаков, пластиков, пеков,

коксов, связующих для брикетирования углей, порошковых

ионитов и др.

Металлоорганические соед. МОС в осн. сосредоточены

в гудроне, хотя нек-рая часть из-за их летучести переходит

в масляные дистилляты. Осн. часть металлов (V, Ni, Fe, Cu,

Zn и др.) связана со смолами и асфальтенами. Знач. их часть

находится в нефт. остатках в виде металлопорфириновых

комплексов (напр., ванадилпорфирины и никельпорфири-

ны).

Нефт. остатки, содерж. САВ и МОС, явл. трудноперера-

батываемым сырьем для произв-ва МТ из-за повышенной

их коксуемости и высокого содерж-я металлов, необратимо

отравляющих кат-ры технол. процессов.

Лекция 4. Классификация нефтей, процессов

их переработки и товарных нефтепродуктов

Классификация нефтей. Предложено множество науч.

классификаций нефтей (хим., генетическая, технол. и др.), но

до сих пор нет единой международной их классификации.

Хим. классификация. За ее основу принято преим. со-

держ-е в нефти одного или нескольких классов углев-дов.

Различают 6 типов нефтей: парафиновые, парафино-цик-

лановые, циклановые, парафино-нафтено-ароматические,

нафтено-ароматические и ароматические.

В парафиновых нефтях (типа узеньской, жетыбайской)

все фр-и содержат знач. кол-во алканов: бензиновые — не

менее 50 %, а масляные — 20 % и более. Кол-во асфальтенов

и смол исключительно мало.

В парафино-циклановых нефтях и их фр-ях преобладают

алканы и циклоалканы, содерж-е аренов и САВ мало. К ним

относят бол-во нефтей Урало-Поволжья и Зап. Сибири.

Для циклановых нефтей характерно высокое (до 60 %

и более) содерж-е циклоалканов во всех фр-ях. Они содержат

min кол-во твердых парафинов, смол и асфальтенов. К цик-

лановым относят нефти, добываемые в Баку (балаханская

и сураханская) и на Эмбе (доссорская и макатская) и др.

В парафино-нафтено-ароматических нефтях содержатся

примерно в равных кол-вах углев-ды всех трех классов, твер-

дых парафинов не более 1,5 %. Кол-во смол и асфальтенов

достигает 10 %.

Нафтено-ароматические нефти характ-ся преобладаю-

щим содерж-ем цикланов и аренов, особенно в тяж. фр-ях.

Алканы содержатся в небольшом кол-ве только в легк. фр-ях.

В состав этих нефтей входит ок. 15–20 % смол и асфальтенов.

Ароматические нефти характ-ся преобладанием аренов

во всех фр-ях и высокой плотн. К ним относят прорвинскую

в Казахстане и бугурусланскую в Татарстане.

Технол. классификация. Нефти подразделяют на:

1) 3 класса (I–III) по содерж-ю серы в нефти (малосернис-

тые, сернистые и высокосернистые), а также в бензине

(н. к. — 180 °С), в РТ (120–240 °С) и ДТ (240–350 °С);

2) 3 типа по потенциальному содерж-ю фр-й, перегоняю-

щихся до 350 °С (T

–T

);

3) 4 группы по потенциальному содерж-ю базовых масел

(М

–М

);

4) 4 подгруппы по кач-ву базовых масел, оцениваемому ин-

дексом вязкости (И

–И

);

5) 3 вида по содерж-ю парафинов (П

–П

Из малопарафинистых нефтей вида III можно получать

без ДП реактивные и зимние ДТ, а также дистил. базовые

масла. Из парафинистых нефтей П

без ДП можно получить

РТ и лишь летнее ДТ. Из высокопарафинистых нефтей П

содерж. более 6 % парафинов, даже летнее ДТ можно полу-

чить только после ДП.

Предварительную оценку потенциальных возможностей

нефт. сырья можно осуществить по комплексу показателей,

входящих в технол. классификацию нефтей. Однако этих

показателей недостаточно для определения набора технол.

процессов, асортимента и кач-ва нефтепр-тов, для составле-

ния мат. баланса установок, цехов и НПЗ в целом и т. д. Для

этих целей в лабораториях науч.-иссл. институтов проводят

тщательные иссл. по установлению всех требуемых для про-

ектных разработок показателей кач-ва исходного нефт. сырья,

его узких фр-й, топливных и масляных компонентов, проме-

жуточного сырья для технол. процессов и т. д. Рез-ты этих

иссл. представляют обычно в виде кривых зависимости ИТК,

плотн., ММ, содерж-я серы, низкотемпературных и вязкост-

ных св-в от ФС нефти (рис. 2.1), а также в форме таблиц с по-

казателями, характеризующими кач-во данной нефти, ее фр-й

и компонентов нефтепр-тов. Справочный мат-л с подробными

данными по физ.-хим. св-вам отеч. нефтей, имеющих пром.

значение, приводится в многотомном издании «Нефти СССР»

(М.: Химия, 1971–1974).

Техн. классификация. Для оценки товарных кач-в подго-

товленных на промыслах нефтей в 2002 г. был разработан

применительно к международным стандартам и принят

новый ГОСТ России Р 51858–2002, в соответствии с к-рым

(табл. 2.1) их подразделяют (классифицируют):

— по содерж-ю общей серы на четыре класса (1–4);

— по плотн. при 20 °С на пять типов (0–4);

— по содерж-ю воды и хлористых солей на 3 группы (1–3);

— по содерж-ю серов-да и легк. меркаптанов на 3 вида (1–3).

Рис. 2.1. Характеристика нефти и ее остатка

Кроме того, тип нефти, поставляемой на экспорт, опре-

деляется помимо плотн. при 15 °С дополнительно по след.

показателям:

Выход фр-и в %, не менее . . . О

1э 2

до t: 200 °С . . . . . . . . . . . ЗО 27 21 — —

300 °С . . . . . . . . . . . .52 47 42 — —

400 °С . . . . . . . . . . . .62 57 53 — —

Массовая доля парафина, %,

не более . . . . . . . . . . . . . 6,0 6,0 6,0 — —

Условное обозначение марки нефти состоит из четырех

цифр, соотв. обозначениям класса, типа, группы и вида неф-

ти. Напр., нефть марки 2,2Э,1,2 означает, что она сернистая,

поставляется на экспорт, ср. плотн., по кач-ву промысловой

подготовки соответствует 1-й группе и по содерж-ю серов-да

и легк. меркаптанов — 2-му виду.

Таблица 2.1 — Классификация и требования к качеству подготовленных на промыслах

нефтей по ГОСТ Р 51858–2002

Класс Тип

Группа Вид

123123

Массовая доля серы, %:

до 0,6 — малосернистая 1

0,6–1,80 — сернистая 2

1,80–3,50 — высокосернистая 3

более 3,50 — особо высокосернистая 4

Плотн. при 20 °С, кг/м :

до 830 — особо легкая 0(0

)

830, 1-850,0 — легкая 1(1

)

850, 1-870,0 — средняя 2(2

)

870, 1-895,0 — тяжелая 3(3

)

более 895,0 — битуминозная 4(4

)

Массовая доля воды, %, не более 0,5 0,5 1,0

Концентрация хлористых солей, мг/дм

, не более 100 300 900

Содержание мех. примесей, % мас., не более 0,05 0,05 0,05

Д. н. п.:

кПа 66,7 66,7 66,7

мм рт. ст. 500 500 500

Массовая доля, %, не более:

серов-да 20 50 100

метил- и этилмеркаптанов 40 60 100

Классификация процессов переработки нефти. Тех-

нол. процессы НПЗ принято классифицировать на след. две

группы: физ. и хим.

1. Физ. (массообменными) процессами достигается разделе-

ние нефти на составляющие компоненты (топливные и мас-

ляные фр-и) без хим. превращений и удаление (извлечение)

из фр-й нефти, нефт. остатков, масляных фр-й, г. кон-тов и га-

зов нежелательных компонентов (полициклических аренов,

асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглев-дных соед.

Физ. процессы по типу массообмена можно подразделить

на типы:

1.1. Гравитационные (ЭЛОУ).

1.2. Ректификационные (AT, ABT, ГФУ и др.).

1.3. Экстракционные (ДА, селективная очистка, ДП крис-

таллизацией).

1.4. Адсорбц. (ДП цеолитная, контактная очистка).

1.5. Абсорбционные (АГФУ, очистка от H

S, CO

2. В хим. процессах переработка нефт. сырья осуществляет-

ся путем хим. превращений с получением новых продуктов,

не содержащихся в исходном сырье. Хим. процессы, при-

меняемые на совр. НПЗ, по способу активации хим. р-ций

подразделяют на:

2.1. Термические (термол.).

2.2. Катал.

Термические по типу протекающих хим. р-ций можно

подразделить на:

2.1.1. Термодеструктивные (ТК, ВБ, коксование, пиро-

лиз, пекование, произ-во техн. углерода и др.).

2.1.2. Термоокислительные (произ-во битума, газифи-

кация кокса, углей и др.).

В термодеструктивных процессах протекают преим.

р-ции распада (кр-га) молекул сырья на низкомолекулярные,

а также р-ции конденсации с обр-ем высокомолекулярных

продуктов, напр. кокса, пека и др.

КП по типу кат-за можно классифицировать на след.

типы:

2.2.1. Гетеролитические, протекающие по механизму

к-тного кат-за (КК, ал-е, полимеризация, произ-во

эфиров и др.);

2.2.2. Гомол., протекающие по механизму окислитель-

но-восстановительного (электронного) кат-за (ПВ

и синтез газов, метанола, элементной серы).

2.2.3 Гидрокатал., протекающие по механизму бифунк-

ционального (сложного) кат-за (ГО, ГК, КР, ИЗ,

гидродеар-я, ГДП и др.).

Классификация товарных нефтепродуктов. Нефтепе-

рераб. пром-сть вырабатывает исключительно большой ас-

сортимент (более 500 наименований) газообразных, жидких

и твердых нефтепр-тов. Требования к ним весьма разнооб-

разны и диктуются постоянно изменяющимися условиями

применения или экспл. того или иного конкретного нефте-

пр-та.

Поскольку требования как к объему произв-ва, так

и к кач-ву товаров диктуют их потребители, то принято

классифицировать нефтепр-ты по их назначению, т. е. по

направлению их использования в отраслях народного хо-

зяйства.

В соответствии с этим различают:

1. МТ.

2. Энергетические топлива.

3. Нефт. масла.

4. Углеродные и вяжущие мат-лы.

5. Нефтехим. сырье.

6. Нефтепр-ты спец. назначения.

МТ в зависимости от принципа работы двигателей под-

разделяют на:

1.1. Бензины (авиационные и автомобильные).

1.2. РТ.

1.3. ДТ.

Энергетические топлива подразделяют на:

2.1. Газотурбинные.

2.2. Котельные и судовые.

Нефт. масла подразделяют на смазочные и несмазоч-

ные.

Смазочные масла подразделяют на:

3.1. Моторные для поршневых и РД.

3.2. Трансмиссионные и осевые, предназначенные для

смазки автомобильных и тракторных гипоидных

трансмиссий (зубчатых передач разл. типов) и шеек

осей железнодорожных вагонов и тепловозов.

3.3. Индустриальные масла предназначены для смазки

станков, машин и механизмов разл. пром. оборуд.,

работающих в разнообразных условиях и с различ-

ной скоростью и нагрузкой. По значению вязкости

их подразделяют на легк. (швейное, сепараторное,

вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.),

ср. (для ср. режимов скоростей и нагрузок) и тяж. (для

смазки кранов, буровых установок, оборуд. мартенов-

ских печей, прокатных станов и др.).

3.4. Энергетические масла (турбинные, компрессорные

и цилиндровые) — для смазки энергетических уста-

новок и машин, работающих в условиях нагрузки,

повышенной t и воздействия воды, пара и воздуха.

Несмазочные (спец.) масла предназначены не для смаз-

ки, а для применения в кач-ве рабочих жидкостей в тормоз-

ных системах, в пароструйных насосах и гидравлических

устр-вах, в трансформа торах, конд-торах, маслонаполнен-

ных электрокабелях в кач-ве электроизолирующей среды

(трансформаторное, конд-торное, гидравлическое, вакуум-

ное), а также такие как вазелиновое, медицинское, парфю-

мерное, смазочно-охлаждающие жид-сти и др.

Углеродные и вяжущие мат-лы включают:

4.1. Нефт. коксы.

4.2. Битумы.

4.3. Нефт. пеки (связующие, пропитывающие, брикетные,

волокнообразующие и специальные).

Нефтехим. сырье. К этой группе можно отнести:

5.1. Арены (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.).

5.2. Сырье для пиролиза (нефтезаводские и попутные

нефт. газы, прямогонные бензиновые фр-и, алкенсо-

держ. газы и др.).

5.3. Парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие

(получаемые карбамидной и адсорбц. ДП нефт. дис-

тиллятов), так и твердые (получаемые при ДП масел).

Жидкие парафины явл. сырьем для получения бел-

кововитаминных концентратов, синтет. жирных к-т

и ПАВ.

Нефтепр-ты спец. назначения подразделяют на:

6.1. Термогазойль (сырье для произв-ва техн. углерода).

6.2. Консистентные смазки (антифрикционные, защитные

и уплотнительные).

6.3. Осветительный керосин.

6.4. Присадки к топливам и маслам, деэ-ры.

6.5. Элементная сера.

6.6. В-д и др.

Тема 3

Основы химмотологии моторных топлив

Лекция 5. Классификация тепловых двигателей

и моторных топлив. Прин ципы работы

двигателей внутреннего сгорания

В потреблении нефтепр-тов более 50 % в наст. время при-

ходится на МТ. Так, ежегодно в мире потребляется бо лее

1,5 млрд т МТ, сжигаемых в миллионах ДВС, установлен-

ных в автомобильных, ж.-д. и авиационных транспортных

машинах, речных и морских судах, сельско хозяйственной,

строительной, горнорудной и военной технике т. д. В наст.

время и в перспективе возможностей для удовлетворения

потребностей в топливах и смазочных маслах (ТСМ) за

счет увеличения объемов нефтеперераб. (т. е. экстенсивного

развития) практ. исчерпаны. Углубление и химизация пере-

работки нефти позволяет только частично, но не полностью,

особенно в перспективе, peшить проблему обеспечения на-

родного хозяйства ТСМ. Для преодоления несоответствия

между потребностями в ТСМ и возможностями нефтепе-

рераб. необходимы совместные усилия пр. вс. производи-

телей как ТСМ, так и ДВС, а также их потребителей. Для

peшения этой актуальной проблемы применимы след. три

направления сбалансированного развития ТСМ и ДВС и их

потребления:

1. Увеличение ресурсов ТСМ путем:

— углубления и химизации переработки нефти;

— оптимизации кач-ва ТСМ с целью расширения ресурсов

и снижения фактического их расхода при экспл. ДВС.

2. Снижение расхода ТСМ в ДВС путем:

— дизелизации автомобильного парка;

— конструктивного усовершенствования ДВС и транспорт-

ной техники;

— экономичной экспл. ДВС, техники и рациональным при-

менением ТСМ.