Переработка Нефти

ГАЗОФРАКЦИОНИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ

.. и отделит одних от других, как пастырь отделяет овец от козлов Евангелие от Матфея, 25:32

Почти все установки на заводе производят в некото­ром количестве бутан и более легкие углеводородные газы. Переработка газа — не особенно красочная операция, возможно, поэтому в этой области используются такие экзотические названия, как, например, «тощее» масло, «жирное» масло,[3] «губчатое» масло, разделительный аб­сорбер и т. д. Вся система называется газофракционирую - щей установкой (ГФУ).

На современном заводе, располагающем комплексом раз­нообразных процессов, потоки углеводородных газов со всех установок направляются предварительно на газофракцио­нирование. Каждый из выходных потоков имеет свое на­значение. Газофракционированию обычно предшествуют про­цессы очистки (в основном, от сернистых соединений) и осушки газов. — Прим. ред.

Установка фракционирования насыщенного газа

Газы, образующиеся в большинстве процессов, содер­жат только насыщенные соединения: метан, этан, пропан, бутаны (н-бутан и изобутан) и иногда водород. Слово на­сыщенные означает углеводороды, не содержащие двойных
связей. Это значит, что все атомы углерода в их молекулах насыщены атомами водорода. Такие газы направляются на ГФУнасыщенного газа. Другой тип газовой смеси содержит также олефины (этилен, пропилен бутилены). Такая смесь направляется на ГФУкрекинг-газа. Переработка во­дорода и сероводорода требует специфических операций, которым посвящена отдельная глава (глава XV).

Соединение Брутто - Т. кипения[4] Плотность[5]

Формула °С (°F) lbs/gal. (г/см3)

Разделение газов на компоненты представляет собой значительно более трудную задачу, чем разделение сы­рой нефти. Вспомните, что каждый из этих газов являет­ся индивидуальным химическим соединением и имеет свою температуру кипения (табл. 7.1). Таким образом, никаких хвостов или нечеткого разделения на этот раз быть не должно. Поэтому ректификационные колонны для разделения газов содержат огромное число тарелок, а орошение и повторное испарение производятся много­кратно.

Таблица 7.1. Некоторые свойства низкокипящих фракций

Другая сложность связана с зависимостью температу­ры кипения от давления. Здесь ситуация противоположна ситуации при вакуумной перегонке. Чтобы часть газовой смеси превратилась в жидкость — что принципиально для разгонки — нужно либо сильно охладить смесь (см. табл. 7.1), либо значительно увеличить давление. Обычно делают и то, и другое.

Насыщенный газ, выходящий с установок и поступа­ющий на фракционирование, проходит следующие стан­дартные операции:

Сжатие. Газы, находящиеся при низком давлении, сжимают до давления 200 psi (14,06 атм).

Разделение фаз. При высоком давлении некоторые газы сжижаются, и их можно отделить в сепараторе.

Газообразный насыщенный газ

Газ с установок

Сжиженный насыщенный газ

Рис. 7.1. Сжатие и разделение фаз.

Абсорбция (поглощение). Оставшиеся газы под вы­соким давлением направляются в разделительный абсор­бер (поглотитель). На верхнюю тарелку абсорбера подают нафту, которая просачивается вниз по колонне. По доро­ге она собирает (абсорбирует) большую часть пропана и бутана, оставшихся в газовой фазе. Нафту, собравшую эти газы, называют насыщенным абсорбционным маслом. Соответственно нафта, которую подают в верхнюю часть колонны для абсорбции пропана и бутана, называют от - бензиненным абсорбционным маслом (Вы помните, что аме­риканцы называют их «жирное» масло и «тощее» масло) (рис. 7.2).

(отделение бутана). Обогащенное (жирное) масло поступает в следующую колонну, кото­рую называют дебутанизатором. В этой колонне пропан и бутан отделяются от нафты. Поскольку нафта начинает кипеть при температуре около 80°С (180°F), а бутан ки­пит приблизительно при 0°С (32°F), то они довольно легко разделяются (рис. 7.3), гораздо легче, чем бутан и пропан отделяются от этана в ректификационной колон­не. Жидкая фракция из сепаратора также направляется в дебутанизатор.

Депропанизация (отделение пропана). Смесь углево­дородов С3—С4 разделяют в высокой колонне, где про­пан уходит как верхняя фракция.

Деизобутанизация (отделение изобутана). В этой ко­лонне разделяют бутаны. Так как точки кипения н-бутана

Рис. 7.3. Отделение бутана, пропана и изобутана

И изобутана очень близки, то эффективное разделение требует большого количества тарелок Деизобутанизатор обычно — самая высокая колонна на ГФУ

7 Губчатая абсорбция Когда отбензиненное масло (то­щий абсорбент) подается во фракционирующий абсор­бер, возникает дополнительная проблема Некоторые ком­поненты этого масла, обычно гептан и октан (CgHig), испаряются и поднимаются вверх вместе с бо­лее легкими компонентами (Сі—С2) Чтобы извлечь эти вещества, верхний погон подается в нижнюю часть до­полнительной абсорбционной колонны, а очередное бо­лее тяжелое «тощее» масло, которое на этот раз называ­ется губчатое масло, подается сверху Головной погон в

Этом случае — в основном сухой газ, состоящий из угле­водородов С j—С2, а остаток — это, в основном, тощее масло, как показано на рисунке 7.4.

Фракцию С^—С2 обычно не разделяют, а используют на нефтеперерабатывающем заводе как топливо. Однако иногда этан может потребоваться как сырье на хими­ческом заводе, и тогда проводят деэтанизацию смеси С] —С2 в дополнительной колонне.

На рисунке 7.5 показаны все стадии разделения насы­щенного углеводородного газа.

Назначение

Зачем нужно разделять все эти газы? Дело в том, что каждый из них нашел свою собственную область приме-

Нения в нефтеперерабатывающей промышленности. По­этому наибольшая эффективность переработки нефти может быть достигнута, только если все компоненты ис­пользуются по назначению.

Изобутан. Практически полностью применяется как сырье для алкилирования и изредка — как компонент при получении компаундированного автомобильного бен­зина.

Н-Бутан. Почти полностью используется как компо­нент автомобильного бензина. Благодаря высокой лету­чести, он полезен для запуска двигателей в холодную погоду, при этом он остается в бензине в растворенном виде и почти не испаряется. Некоторое количество н-бутана используется как химическое сырье или как топливо.

Пропан В США пропан является основным компонен­том сжиженного нефтяного газа (LPG). Примерно 10% LPG, поступающего в продажу, состоит из бутана или является пропан-бутановой смесью. Пропан как топливо обладает некоторыми уникальными свойствами, полез­ными для многих областей применения. Он может быть сжижен при разумных температурах и давлениях, что де­лает удобной его транспортировку, особенно в автоцис­тернах. При обычных температурах пропан легко испаря­ется, поэтому его удобно сжигать в газовых плитах, до­машних печах и т. д. Пропан также часто используется как химическое сырье.

Этан. Единственная область применения этана, ради которой его и отделяют при нефтепереработке, — это использование в качестве химического сырья (см. гла­ву XVIII «Производство этилена»). Во многих случаях этан оставляют вместе с метаном.

Метан. Нефтепереработчики ненасытны в отношении топлива. Метан с удовольствием сжигают в печах на всех установках нефтеперерабатывающего завода, а также в заводских печах для получения перегретого водяного пара.

Установка фракционирования крекинг-газа

Газовые смеси, выходящие с установки каталитичес­кого крекинга или других видов крекинга, содержат оле - фины: этилен, пропилен и бутилены. Этилен обычно не отделяют от общей фракции которую отправля­

Ют в топливную систему завода. Его можно отделить, если он требуется как химическое сырье.

На нефтеперерабатывающем заводе пропилен и бути - лены обычно подают на установку алкилирования. Для удобства туда же направляются парафины — пропан и бутан, и уже там их отделяют (глава VIII). Возможно также полное разделение компонентов таким же обра­зом, как разделяют компоненты насыщенного газа.

Водород

На нефтеперерабатывающем заводе имеется несколь­ко процессов, потребляющих водород: гидрокрекинг и несколько вариантов гидроочистки. Некоторые газовые смеси, в частности смесь, поступающая с установки ри - форминга, содержат большое количество водорода. Часто риформинг-газ подвергают сжатию после разделения, и на этой стадии получают водородный концентрат, кото­рый является смесью Н2 и СН4 и может использоваться в качестве водородного сырья.

Дополнительные количества водорода при необходи­мости можно получить специально, если на заводе есть установка для получения водорода, которую иначе называ­ют установкой для конверсии метана с водяным паром и которая будет обсуждаться в главе XV

Складское оборудование

Пришло время поговорить о довольно специфическом оборудовании, которое требуется для хранения нефтеза - водских газов Вследствие летучести и низких температур кипения этих продуктов, их приходится хранить в сжи­женном виде в специальных контейнерах под давлением.

Метан (и этан, который не направлен для использо­вания как химическое сырье) обычно не хранят на неф­теперерабатывающем заводе, а направляют в топливную систему сразу после получения. Система снабжена урав­нительными баками, которые могут накапливать некото - рое количество газообразного метана на короткие перио­ды во время смены технологического режима. Кроме того, все эти высокие факелы, которые являются типичной при­надлежностью нефтеперерабатывающего завода, помога­ют избавиться от кратковременного перепроизводства

Пропан и бутаны (и иногда этан) можно хранить в стальных емкостях или подземных резервуарах.

Резервуары для хранения пропана и бутана имеют сфе­рическую форму. Стальные емкости либо имеют форму пули (цилиндр с закругленными краями, лежащий на боку), либо также шарообразные. Закругленная форма выбрана для достижения оптимальной прочности (чтобы

Резервуар выдерживал высокие давления) и минималь­ных финансовых затрат.

Подземное хранение обычно осуществляется одним из следующих двух способов: либо в полости в скальной, сланцевой или известковой породе, либо в кувшине, об­разовавшемся за счет вымывания соли в подземных соля­ных линзах, как показано на рисунке 7.6.

В первом случае, при хранении в полостях, пропан или бутан закачивается внутрь или выкачивается в сжи­женном виде, а различие в объемах продукта компенси­руется различным количеством паров, находящихся над жидкостью.

В случае соляной линзы подача внутрь и наружу осу­ществляется более необычным образом. В кувшине нахо­дится смесь пропана и соленой воды (рассола). Эти две жидкости, как и любая пара не смешива­

Ются. Чтобы выкачать пропан наружу, внутрь закачивают дополнительное количество рассола, и он выталкивает пропан. Когда нужно наполнить кувшин, пропан закачи­вают внутрь, и он выталкивает рассол — обычно в спе­циальный бассейн.

Преимуществом такого способа хранения является воз­можность расширить резервуар. Если вместо раствора соли в кувшин закачать чистую воду, то дополнительное ко­личество соли из стенок линзы перейдет в раствор, и таким образом размер резервуара увеличится без допол­нительных затрат. Конечно, эту операцию можно произ­водить лишь до определенных пределов, чтобы не выз­вать разрушения резервуара.

Другим преимуществом этого способа является сто­имость самой конструкции. Кувшины в соляных линзах обходятся значительно дешевле, чем сооружение полос­тей в горной породе, а это в свою очередь дешевле, чем возведение стальных резервуаров. К сожалению, в США природа создала доступные соляные линзы и подходя­щие скальные, сланцевые и известковые породы только в нескольких регионах.

УПРАЖНЕНИЯ 1. Заполните пропуски:

А. Два типа газофракционирующих установок называют­ся установка фракционирования и уста­новка фракционирования.

Б. Нафта, которая используется для захвата более тяже­лых газов во фракционирующем абсорбере, называет­ся. Тощее масло, набрав­шее жидкость, называется.

В. Смесь, которая может использоваться для поглощения значительной доли некоторых компонентов из другой смеси, называется.

Укажите обычные области применения для каждого из перечисленных нефтепродуктов

Метан Этан Пропан н-Бутан Изобутан Пропилен Бутилен Этилен Водород

Нарисуйте систему ректификационных колонн, кото­рые могут быть использованы для разделения крекинг - газа на С2 и более легкие газы, пропан, пропилен, н-бутан, изобутан и бутилен. Используйте таблицу 7.1, в которой приведены точки кипения каждого компо­нента. Предполагается, что в каждой колонне один погон отделяется от остатка, и никаких боковых вы­ходов нет. Какая специфическая проблема возникнет при разделении бутана и бутилена?

Гидроочистка

Компаундирование автомобильного бензина Топливо для нефтеперерабатывающего завода Сырье для алкилирования Химическое сырье Топливо, поступающее в продажу

Изобразите технологическую схему входящих и выхо­дящих потоков для установок, которые были рассмот­рены до сих пор: ректификационная колонна для сы­рой нефти, колонна вакуумной перегонки, установка каталитического крекинга и установка газофракцио­нирования.