Переработка Нефти

ОТВЕТЫ И РЕШЕНИЯ

И каков же ответ? ...А в чем тогда вопрос? Гертруда Стайн.«Алиса Б. Токлас, Воспоминания»

ГЛАВА II

(а) Рассчитайте общие объемные доли в процентах и постройте график.

(б) В Оклахомской малосернистой нефти нафты 9,7%, а тяжелая Калифорнийская нефть только начинает кипеть где-то между 125°С (260°F) и 160°С (315°F), поэтому она не содержит полной фракции нафты, а ее содержание только 4,2%.

Так как плотность API вычисляется по особой форму­ле, нельзя просто сложить два числа и разделить сум­му пополам. Нужно превратить плотности API в отно­сительные плотности, полученные величины сложить и разделить сумму на два, а затем снова превратить результат в плотность

11° соответствует отн. плотности 0,9930 50° соответствует 0.7796

1,7726/2 = 0,8826,

Что соответствует 28,15°.

ГЛАВА III

1. а. Холодильник;

Б. Периодический, непрерывный;

В. Барботажный колпачок;

Г. Барботажными колпачками, сливными стаканами;

Д. Точка выкипания... с точкой начала кипения;

Е. Уменьшается;

Ж. Уменьшается, увеличивается.

2 Эту задачу можно решить несколькими способами Для упрощения Вы можете представить кривую разгонки набором прямых, показывающих зависимость границ кипения фракций от объемных процентов

Нам требуется получить только 20 тыс бар /сут, начи­ная с 525°F Пусть Y конечная точка Тогда

Затем составьте общую кривую разгонки, рассчитав общий объем каждого погона из двух нефтей

Следующий шаг можно сделать либо с помощью ал­гебры, либо изобразив кривую разгонки в виде графика Алгебраический метод включает следующие операции для фракции легкого прямогонного газойля 275°С (525°F) Значит, некоторая часть погона 260—400оС (500— 750°F) попадает во фракцию реактивного топлива Какая именно9 Обозначим ее через X Тогда

Это означает, что погон 525—750°F содержит

ГЛАВА IV

1. а. Перегонки, крекинга;

Б. Ниже;

В. Выше;

' ' г. Легкий вакуумный дистиллят, тяжелый вакуум­ный дистиллят, остаток вакуумной перегонки; д. Повысить, понизить. 2. а. Чтобы получить 35 тыс. бар./сут остатка вакуумной перегонки, надо начать с самой «тяжелой» части кри­вой перегонки и двигаться вверх. В задаче 2 главы III объем фракции «выше 1000°F» составлял 28,5 тыс. бар./сут. Все это вещество попадет в остаток. Если прибавить к этому погон 750—1000°F (20 млн. бар./сут), то потребности будут удовлетворены с из­бытком (нужно 35,0 — 28,5 = 6,5 тыс. бар./сут). Прове­дем расчет.

Пусть X — температура начала кипения остатка (которую можно назвать также температурой выкипания легкой фракции или температурой в вакуумной ректификаци­онной колонне). Тогда

Б. Легкая фракция вакуумной перегонки образуется из погона 750— 1000°F, ее границы кипения 800—918,75°F. Пусть Y — объем этой фракции. Тогда

V

1. Как бы Вы ни строили молекулу ^Hg, все равно три атома углерода соединятся тем же самым образом: к

Двум из них будет присоединено по три атома водоро­да и один атом углерода, а третий будет связан с двумя атомами углерода и двумя атомами водорода. Возможность нарисовать молекулу не линейной, а так, чтобы один из углеродных атомов находился под пря­мым углом к соседнему, не означает, что в действи­тельности это какая-то другая молекула.

2. Для изобутана возможна только одна структура с от­ветвлением в центре цепочки из трех углеродных ато­мов.

Н Н Н I I I

Н-с-с-с-н

I I

Н н н-с-н

I

Н

Изобутан

У нормального пентана есть два изомера. В молекуле изопентана один из атомов углерода присоединен к од­ному из двух внутренних атомов цепочки, состоящей из четырех атомов. К какому именно, не имеет значения. Эти два положения симметричны, что становится ясно, если перевернуть молекулу другой стороной. Второй изо­мер, неопентан, состоит из четырех атомов углерода, присоединенных к пятому атому.

Н H H H I I I I

Н-с-с-с-с-н

1 I I

Н н н

Н-с-н

I

Н

Н

I

Н

Н

Н-с-н

Н

Н-с—с—с-н I 1 I H I н н-с-н

I

Н

Неопентан

Изопентан

Изомер бутилена удобно изобразить косо. Теперь ясно, что он останется тем же, как бы Вы его ни поворачивали.

Парафины, олефины, нафтены и ароматика.

Три молекулы ксилола называются пара-5 мета - и орто-ксилол и отличаются местом присоединения ме - тильных радикалов.

5. В молекуле толуола только один метильный радикал, и поэтому не имеет значения, к какому именно атому бензольного кольца он присоединен, так как кольцо симметрично.

А. Катализатор... углеводород;

Б. Кокс (или углерод)... воздух... СО... С02;

В. Тяжелые прямогонные фракции... бензин;

Г. Атмосферной и вакуумной перегонки сырой нефти;

Д. Олефины;

Е. Рециркулирующий газойль... рециркулирует до унич­тожения.

На основании вопроса о вакуумной перегонке: размер легкой фракции вакуумной перегонки

9,5 тыс. бар./сут. Границами фракции тяжелого прямо - гонного газойля будут точка выкипания легкого пря - могонного газойля 658°F (эта величина была найдена в задаче к главе III) и точка начала кипения прямо - гонного остатка 800°F. Противную работу по вычисле­нию объема этого погона (658—800°F) нужно проде­лать следующим образом.

Объем фракции 500—750°F составляет 37,6 (задача из гл. III).

Объем фракции 500—525°F составляет 3,76 (задача из гл. III).

Объем фракции 525—658°F составляет 20,0 (задача из гл. III).

Поэтому объем фракции 658—750°F равен 37,6 - 20 - 3,76 = 13,84.

Далее, объем фракции 750—1000oF равен 20,0 (задача из гл. III), а фракции 800— 1000°F равен 16,0 (задача из гл. IV). Таким образом, мы находим:

Объем фракции составляет 4,0.

Наконец, объем прямогонного тяжелого газойля (658— 800°F) равен

13,84 + 4,0 = 17,84.

Выход легкого крекинг-газойля составляет 12%; сырь­ем каталитического крекинга является тяжелый прямо - гонный газойль и легкая фракция вакуумной перегонки, значит, объем легкого крекинг-газойля равен

0,12 х (17,84 + 9,5) = 3,28 тыс. бар./сут.

3. (1) Понизить точку начала кипения или (2) повысить точку выкипания легкого крекинг-газойля; (3) увели­чить количество сырья, поступающего на установку каталитического крекинга, за счет увеличения ти подачи сырья в ректификационную колонну для сырой нефти или (4) за счет изменения границ тяже­лого прямогонного газойля и легкой фракции вакуум­ной перегонки; (5) увеличить объем рециркулята за счет понижения точки выкипания тяжелого крекинг - газойля; (6) изменить режим работы реактора катали­тического крекинга или (7) регенератора, что изме­нит выходы продуктов крекинга.

А. Насыщенного газа... крекинг-газа;

Б. Тощее масло... жирное масло;

В. Губчатое масло.

Метан — топливо для нефтеперерабатывающего заво­да;

Этан — топливо для нефтеперерабатывающего завода или химическое сырье;

Пропан — товарное топливо или химическое сырье; н-Бутан — компаундирование автомобильного бензи­на;

Изобутан — сырье для алкилирования; пропилен —

Бутилен — алкилирование;

Этилен — топливо для нефтеперерабатывающего заво­да или химическое сырье; водород — гидроочистка.

Один из н-бутиленов и изобутилен кипят при более низкой температуре, чем н-бутан, а два других нор­мальных бутилена кипят при более высокой темпера­туре. Таким образом бутилены отделяются друг от дру­га и от н-бутана.

Диаграмма 1 показывает устройство ректификацион­ной колонны, пригодной для этой цели. Это только один из вариантов, возможно несколько других. Важ­но понимать, какие вещества оказываются верхними фракциями, а какие нет.

Диаграмма 2.

1. а. Крекингу;

Б. Серная кислота либо фтористоводородная кислота;

С2~

Диаграмма 2. Перегонка сырой нефти, вакуумная перегонка, каталитический крекинг и газофракционирование

В. Холодильный аппарат, реактор, узел отделения кис­лоты, узел щелочной промывки и ректификационные колонны;

Г. Изогептана и изооктана;

Д. Октанового числа... давления насыщенного пара... компонент бензина

2. Количество изо-С4 для С3 равно

3000 х 0,25 х 1,6 = 1200 бар /суг,

А для

3000 х 0,30 х 1,2 — 1080 бар /суг, всего 1080 + 1200 = 2280 бар /сут

Теперь нужно вычесть изобутан (300 бар./сут), кото­рый уже присутствует в сырье.

Выходы

С°3 (3000

Ответ 1980 бар /сут Материальный баланс

1

1980 бар /сут изо-С4 с ГФУ насыщенного газа

Х 0,15) + (3000 х 0,25 х 0,3)= 675 бар/сут

(3000 0,20) + (3000

Х 0,30 х 0,1)= 690 бар /сут (3000 х 0,30 х 1,7) =

С°л

Алкилат (3000 х 0,25 х 1,8) +

= 2880 бар /сут Сырье 4980 бар /сут Продукт 4245 бар /сут

1 а Октанового числа; б Платина, в Ароматики, г Водород,

Д Метан, этан, пропан и бутаны; е Водородом,

Ж Выхода октанового числа углеводородные газы

2 Выходы продуктов рассчитываются следующим образом

Можно видеть, что при повышении октанового числа риформата общая стоимость продукции повышается, хотя и незначительно, несмотря на падение его выхода. Таким образом, есть смысл устанавливать более жесткий режим.

Превращение нафтенов в ароматику

Крекинг нафтенов с образованием бутанов и более лег­ких продуктов

ПТПЫР! flOkTIRkTY ПРПРЙ Г)Т Я ПО Yf ЯТМ V М

С

I 1| н

I I Н-С-Н Н I

Н f

Ксилол

+ 2Н2

+ 2СН4

✓ СуЧ, /С ^

Н с н

Метан

Бензол

Платина плюс ^жфэрминг дает платформинг.

Диаграмма 3.

1 а Катализатор;

Б. Кокса и остатка;

В. Охлаждают потоком рециркулята;

Г. Нагревают, пока оно не закоксуется;

Д. Низкое;

Е. Губчатый и игольчатый кокс;

Ж. Крекинг-газа... олефины;

З. Печь, ректификационная колонна и реактор... ба­рабан.

Выход кокса составляет:

(35000 х 350 х 0,30)/2000 = 1837,5 тонн в сутки

Диаграмма 4.

Диаграмма 5. Технологическая схема переработки нефти, до­

Полненная установкой гидрокрекинга.

1— бензин терм, крекинга;

— легкий газойль терм крекинга;

— тяжелый газойль терм, крекинга;

— остаток терм, крекинга.

Газойль каталитического крекинга является хорошим сырьем для гидрокрекинга, а продукт гидрокрекинга является хорошим сырьем для риформинга.

Диаграмма 5.

1. Давление насыщенных паров — это давление над жид­костью, которое необходимо, чтобы жидкость не ис­парялась.

ДПР означает давление насыщенных паров по Рейду. Это численный результат измерения этой величины мето­дом Рейда.

Рабочий ход — это движение поршня вниз после воспла­менения топлива.

Паровая пробка — это явление, при котором бензонасос подает недостаточное количество бензина, так как не может перекачивать парожидкие смеси.

Компонент, увеличивающий давление насыщенного пара, — это углеводород (обычно н-бутан), который использует­ся, чтобы сделать этот показатель бензина приемлемым.

Детонация — это воспламенение бензина в цилиндре раньше времени во время хода сжатия.

Степень сжатия — это отношение объема цилиндра в нижней точке хода поршня к объему в верхней точке.

ИОЧ и МОЯ — это октановые числа бензина, измерен­ные в условиях, моделирующих низкие нагрузки при движении (измерение исследовательским методом) и высокие нагрузки (измерение моторным методом) со­ответственно.

Этилированный бензин — это бензин, в который добавлен тетраэтилсвинец (или тетраметилсвинец) для повы­шения октанового числа.

Повышение октанового числа — это реакция бензина на добавление тетраэтилсвинца, определяемая измерени­ем МОЧ или ИОЧ.

2.

Отложив числа 84,2 и 94,6 на диаграмме, показываю­щей зависимость октанового числа от содержания ТЭС (диаграмма 6), мы получим необходимое количество ТЭС, равное 4,8 г/галлон, что превышает максимально допустимое количество, согласно нормам по защите окружающей среды (3,17 г/галлон).

Если тяжелый продукт гидрокрекинга сначала напра­вить на риформинг, то вместо низкооктанового компо­нента бензина мы получим высокооктановый компонент. Принимая выход равным 85%, получим, что общий объем риформата составит 7 675.

14005 х 4,83 + 52,0 X = 12,5 (14005 + X) X = 2719

Смесь, включая бутан 16 724 12,5 89,0 97,2

Для такого варианта смеси требуется только 2,2 грам­ма ТЭС на галлон (по диаграмме 6), а это ниже макси­мально допустимой концентрации.

Гидро - Экстракция Производство Конверсия метана очистка ДЭА по Клауссу с водяным паром

П — продукт, С — сырье, В — внутренний поток.

О OS 1 0 1,5 2 0 2,5 3,0 40 5 0

Содержание антидетонатора, г металлического свинца на іаллон

CR 105А

Диаграмма 6. Диаграммы повышения октанового числа.

Этан: 1 X х 109/(0,77 х 3,2 х 42 х 365) =

= 26 тыс. бар./сут. Пропан: 50 тыс. бар./сут. Нафта: 44 тыс. бар./сут. Газойль: 50 тыс. бар./сут.

Пусть X — количество сырья (смеси 70/30) в бар./сут. Чтобы получить 500 млн. фунтов этилена, количество сырья должно быть следующим.

Рассчитаем средневесовой выход этилена из этана и пропана. Выход этилена из этана равен произведению X на процентное содержание этана, на плотность этана (в фунтах на галлон), на выход этилена из этана, на 42 (количество галлонов в барреле) и на 365 (число дней в году). Затем надо проделать аналогичные действия, что­бы узнать выход этилена из пропана:

Из этана (X х 0,7 х 3,2 х 0,77 х 42 х 365) + Из пропана + (X х 0,30 х 4,24 х 0,40 х 42 х 365) = Этилен = 500 х Ю6

Отсюда X = 14,6 тыс. бар./сут.

Теперь рассчитаем количество произведенного пропи­лена

Из этана (14,6 х 0,7 х 3,2 х 42 х 365 х 0,1) +

Из пропана + (14,6 х 0,3 х 4,24 х 42 х 365 х 0,18) =

Пропилен = 56,5 х Ю4

Чтобы узнать, сколько этана и пропана следует под­вергнуть крекингу, чтобы производить 500 млн. фунтов этилена, но при этом только 20 млн. фунтов пропилена, надо составить систему уравнений.

Пусть X — количество этана в сырье, бар./сут.

Этилен:

Из этана Из пропана

Пропилен:

Из этана Из пропана

Y — количество пропана в сырье, бар./сут.

500 X =

= (Y х 3,2 х 42 х 365 х 0,77) + + (Z х 4,24 х 42 х 365 х 0,40)

20 Хх 104 =

= (Y х 3,2 х 42 х 365 х 0,01) + + (Z х 4,24 х 42 х 365 х 0,18)

500 X* Ю6 = 37773 Y + 26000 Z 20 Хх ю4 = 490 Y + 11700 Z

Y = 12,4 тыс. бар./сут. этана и Z =1,2 тыс. бар./сут. пропана Всего 13,6 тыс. бар./сут. смеси этана и пропана 91/9

[1] Запомните ответ этой задачи. Задачи в последующих главах будут основаны на этом упражнении.

[2] psi = фунт/кв. дюйм.

[3] Такие оригинальные названия используются нефтепереработ­чиками в Соединенных Штатах. В России те же самые продукты называются иначе — отбензиненное абсорбционное масло и насыщенное абсорбционное масло. — Прим. перев.

[4] При атмосферном давлении.

[5] При атмосферном давлении и 15,5°С (60°F).

[6] В России к остаточным нефтяным топливам относятся топли­ва, содержащие нефтяные остатки. Кроме топочных мазутов, они представлены моторными топливами ДТ и ДМ (топлива для среднеоборотных дизелей), высоковязкими судовыми топ­ливами, а также флотскими котельными мазутами

[7] Фурфурол — гетероциклическое кислородсодержащее соедине­ние; фенол — ароматическое гидроксилсодержащее соединение; сульфолан — циклический сульфон; ацетонитрил — CH3CN.

[8] Заводы в тексте и в таблицах называются по-разному (простой соответст­вует варианту гидрооблагораживания легких фракций, а сложный — бензи­новой схеме переработки), чтобы Вы не забывали, о чем речь

[9] В оригинале, по-видимому, ошибочно указан выход остаточного топлива по бензиновому варианту 50 об. %, что не согласуется с соответствующим значением выручки в таблице и последующими рассуж­дениями автора. — Прим. ред.