Материальные балансы технологических процессов НПЗ (стр. 1 из 3)

МАТЕРИАЛЬНЫЕ БАЛАНСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НПЗ

Выполнил ст-т гр. ИЭТ-06

Шидаев Л.А.

Проверила ассист. каф. "ХТНГ"

Ибрагимова М.Д.

г. Грозный 2010

Лабораторная работа №1

Построение кривой истинных температур кипения нефти и составление материального баланса установки первичной переработки нефти

Нефть представляет собой подвижную маслянистую жидкость легче воды от светло-коричневого до черного цвета.

С позиции химии нефть сложная многокомпонентная взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов различного химического строения с числом углеводородных атомов до 100 и более с примесью гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и некоторых металлов. По химическому составу нефти различных месторождений весьма разнообразны. Менее всего колеблется элементный состав нефти: 82,5-87% углерода, 11,5-14,5% водорода, 0,05-0,35% редко до 0,7% кислорода; до 1,8% азота. Кроме того, в нефтях обнаружены в незначительных количествах очень многие элементы, в т. ч. металлы (Ca, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na и др.)

Поскольку нефть и нефтепродукты представляют собой многокомпонентную смесь углеводородов и гетероатомных соединений, то обычными методами перегонки не удается разделить их на индивидуальные соединения со строго определенными физическими константами, в частности температурой кипения при данном давлении. Принято разделять нефти и нефтепродукты путем перегонки на отдельные компоненты, каждый из которых является менее сложной смесью. Такие компоненты принято называть фракциями или дистиллятами. В лабораторных или промышленных условиях отдельные дистилляты отгоняются при постепенно повышающейся температуре кипения.

При исследовании качества новых нефтей (т.е. составлении технического паспорта новых нефтей) их фракционный состав определяют на стандартных перегонных аппаратах, снабженных ректификационными колоннами (например, на АРН-2). Это позволяет значительно улучшить четкость погоноразделения и построить по результатам фракционирования т. н. кривую истинных температур кипения (ИТК) в координатах температура-выход фракций в% масс. (или % об) Отбор фракций до 200°С проводится при атмосферном давлении, а более высококипящих - под вакуумом во избежание термического разложения. По принятой методике от начала кипения до 300°С отбирают 10-градусные, а затем 50-градусные фракции до температуры кипения 475-550°С.

Таким образом, фракционный состав нефтей (кривая ИТК) показывает потенциальное содержание в них отдельных нефтяных фракций, являющихся основой для получения товарных нефтепродуктов (автобензинов, реактивных и дизельных топлив, смазочных масел и др.)

Таблица 1. Потенциальное содержание фракций в Васильевской нефти

Отгоняется до температуры, ˚С	нефть	Отгоняется до температуры, ˚С	нефть
28 (газ до С4)60628595100105110120122130140145150160170180190200210220230240	2.35,25,58,08,510,010,711,212,812,914,015,516,017,018,019,520,822,524,025,627,028,029,6	250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450500	31,032,234,036,037,839,241,242,844,546,247,849,651,052,854,055,256,558,059,460,461,867,6

Таблица 2. Материальный баланс установки первичной переработки нефти (производительность 3,8 млн. т/год)

Фракционный состав нефти	Производительность
	т/год	т/сутки	т/час
1	2	3	4	5
Сырье (Васильевская нефть)
Получено:	3800000	11014,5	458937,5
1. Углеводородный газ	2,3	87400	253,3	10555,6
2. Бензиновая фракция (28-180˚С)	18,5	703000	2037,7	84903,4
3. Керосиновая фракция (180-240˚С)	8,8	334400	969,3	40386,5
4. Дизельная фракция (240-350˚С)	18,2	691600	2004,6	83526,6
5. Вакуумный газойль (350-500˚С)	19,8	752400	2180,87	90869,6
6. Гудрон (>500˚С)	32,4	1231200	3568,7	148695,8
Итого:	100	3800000	11014,5	458937,5

Лабораторная работа №2

Характеристика бензина первичной переработки нефти

1. Данные для бензина первичной переработки нефти

а) Плотность, ρ=0,7307;

б) Фракционный состав:

н. к. - 55°С

10% - 79°С

50% - 113°С

90% - 152°С

к. к. - 180°С;

в) Йодное число - 7г на 100г продукта;

г) Анилиновая точка - 82°С.

2. Общие сведения о перегонке и ректификации нефти

Перегонка (дистилляция) - это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), различающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам (или температуре) кипения. По способу проведения процесса различают простую и сложную перегонку.

Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением.

Перегонка с постепенным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непрерывным отводом и конденсацией образующихся паров. Этот способ перегонки нефти и нефтепродуктов обычно применяют в лабораторной практике при определении их фракционного состава.

При однократной перегонке жидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия, пары однократно отделяются от жидкой фазы - остатка. Этот способ, по сравнению с перегонкой с постепенным испарением, обеспечивает при одинаковых температуре и давлении большую долю отгона. Это важное его достоинство используют в практике нефтеперегонки для достижения максимального отбора паров при ограниченной температуре нагрева во избежание крекинга нефти.

Перегонка с многократным испарением заключается в последовательном повторении процесса однократной перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по отношению к остатку предыдущего процесса.

Из процессов сложной перегонки различают перегонку с дефлегмацией и перегонку с ректификацией.

При перегонке с дефлегмацией образующиеся пары конденсируют и часть конденсата в виде флегмы подают навстречу потоку пара. В результате однократного контактирования парового и жидкого потоков, уходящие из

системы пары дополнительно обогащаются низкокипящими компонентами, тем самым несколько повышается четкость разделения смесей.

Перегонка с ректификацией - наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах - ректификационных колоннах - путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах), либо ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах).

Различают простые и сложные колонны.

Простые колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сырья) на два продукта: ректификат (дистиллят) - выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток - нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта.

Рис.1 Простая ректификационная колонна

Место ввода в ректификационную колонну сырья называют питательной секцией (зоной). Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей). Нижняя часть колонны, в которой осуществляется ректификация жидкого потока называется отгонной.

Лабораторная работа №3

Характеристика бензина термического крекинга

1. Данные для бензина термического крекинга

а) Плотность, ρ=0,7307;

б) Фракционный состав:

н. к. - 37°С

10% - 77°С

50% - 119°С

90% - 158°С

к. к. - 186°С;

в) Йодное число - 107г на 100г продукта;

г) Анилиновая точка - 87°С.

2. Общие сведения о термическом крекинге

Термический крекинг проводят при высокой температуре, обычно 450-600°С, и повышенном давлении 2 - 7 МПа. Впервые в России процесс термического крекинга разработал русский инженер В.Г. Шухов в 1891 году. Его научные идеи были осуществлены на производстве значительно позднее, в XX веке. Именно процесс термического крекинга позволил увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки. Это происходит за счет разложения тяжелых фракций нефти во время кипения под высокими температурами. Благодаря этому образуется более широкий спектр продуктов по сравнению с составом сырой первоначальной нефти.

Термическим крекингом получают автомобильный бензин, технический углерод, газообразные углеводороды. Помимо этого образуются лигроин, газойль (лёгкое дизельное топливо) и кокс. Получаемое в данном процессе кокс чаще всего используется как топливо, а так же способствует подготовке исходных материалов для процесса каталитического крекинга.

3. Основные факторы, влияющие на процесс (термический крекинг)

Направление термический крекинг зависит от природы углеводородного сырья, его молекулярной массы и условий проведения. Процесса термический крекинг протекает в основном по цепному радикальному механизму) с разрывом связей С-С в молекулах парафиновых (С₅ и выше), нафтеновых, алкилароматических и высококипящих непредельных углеводородов нефтяного сырья и связи С-H в низкомолекулярных парафиновых и др. углеводородах (рис.1). Одновременно с разрывом связей происходят реакции полимеризации (непредельные и циклопарафиновые углеводороды) и конденсации

(циклизации; непредельные, нафтено-и алкилароматические и др. углеводороды), приводящие к образованию смолисто-асфальтенового крекинг-остатка и кокса. Важнейшими параметрами, определяющими направление и скорость протекания термического крекинга, являются температура, продолжительность и давление. Процесс начинает в заметной степени протекать при 300-350 °С и описывается кинетическим уравнением первого порядка. Температурная зависимость константы скорости подчиняется уравнению Аррениуса. Изменения давления влияют на состав продуктов процесса (напр., на выход остаточных фракций и кокса) вследствие изменения скоростей и характера вторичных реакций полимеризации и конденсации, а также объема реакционной смеси. При высоких температурах реакции крекинга идут быстро, поэтому не требуется большой продолжительности для достижения заданной глубины превращения сырья (глубина превращения - отношение суммы продуктов процесса отличающиеся от сырья фракционным составом к сырью). При снижении температуры реакции расщепления идут медленно, поэтому сырье должно находиться в зоне реакции более продолжительное время.