Видобуток нафти, підготовка її до переробки, способи переробки нафти та нафтопродуктів, Безкоштовні
Нафта, що утворилася в родовищі, просочуючись через пухкі породи, затримується в зсувах щільних порід і формується в покладі. Для її видобутку покладів буряться свердловини. З кожним роком зростає глибина нафтових свердловин. Якщо 1935 р. середня глибина свердловин становила 860 м, нині- 3000 м. Сучасна нафтовидобувна техніка дозволяє бурити свердловини глибиною 5000-7000 м і більше. Робляться спроби буріння ще глибших свердловин. Так, наприклад, у північно-західній частині Кольського півострова вперше у світі виробляється буріння свердловини, проектна глибина якої становить … 15 тис. м.
Видобуток нафти здійснюється двома способами: фонтанним та глибинно-насосним. При фантанному способі видобутку нафта під пластовим тиском до 40 МПа піднімається до гирла свердловини та через спеціальну арматуру високого тиску надходить на очищення. Продуктивність цього способу 2-40 т нафти на добу. Фонтанний спосіб видобутку застосовується тільки в початковий період існування свердловини, коли тиск у пласті досить високий.
У міру виснаження покладів тиск падає і свердловину переводять на глибинно-насосний спосіб видобутку, при якому на дно свердловини опускається спеціальний насос, що забезпечує подачу нафти вгору до гирла свердловини. Продуктивність цього способу-3-5 т нафти на добу. Тому при експлуатації поклади прагнуть якомога довше підтримувати високий тиск у пласті, застосовуючи різні методи впливу: закачування в нафтові пласти газу, води, гарячої пари, а також гідравлічний розрив пласта та ін.
Поєднуючи різні способи видобутку, вдається витягти з покладу 4-50% нафти, що знаходиться в ній.
Нафта,що добувається із свердловин, містить розчинені газоподібні вуглеводні, воду, домішки твердих частинок, які захоплюються нею під час руху з пласта. Тому перед переробкою нафту піддають очищенню.
Нафта, що виходить зі свердловини, прямує в спеціальні випарники, де відбувається відділення попутних газів. Вода знаходиться в нафті як у вільному стані, так і у вигляді емульсії - крапель розміром 0,1-0,01 мм, укладених в оболонку зі смолистих або маслянистих речовин-емульгаторів. Вільна вода відокремлюється від нафти у відстійниках разом із механічними домішками. Якщо нафту утворює із водою стійкі емульсії, їх руйнують, обробляючи нафту спеціальними дезмульгаторами чи змінним електричним полем високої напруги (30-45 тис. вольт).
Після очищення нафту направляють на нафтопереробні заводи. Існують фізичний та хімічний способи переробки нафти.
Фізичні способи дозволяють поділити на фракції речовини, що входять до складу нафти, не викликаючи хімічних перетворень цих речовин. При цьому способі вуглеводневий хімічний склад фракцій, що виділяються, не змінюється. Поділ на фракції ґрунтується на відмінності таких фізичних властивостей компонентів, як температура кипіння, температура кристалізації, розчинність. В основі фізичних способів лежать закони випаровування та конденсації суміші речовин із різними температурами кипіння.
Найбільшого поширення з фізичних способів переробки набула пряма перегонка, яка заснована на різних температурах кипіння речовин, що входять до складу нафти.
Хімічні способи переробки пов'язані з хімічним перетворенням компонентів нафти та нафтопродуктів під дією температури, тиску, каталізаторів. За цих способів переробки відбувається змінаструктури молекул і одержувані продукти за хімічним складом і властивостями різко відрізняються від вихідної нафти та нафтопродуктів.
Найбільшого поширення серед хімічних способів набули термічний крекінг, каталітичний крекінг, риформінг.
Склад продуктів крекінгу і риформінгу визначаються як якістю вихідної нафти, а й умовами здійснення процесів: температурою, тиском, видом каталізатора.
Термічний крекінг проводиться за температур відносно високих. Він може бути здійснений у рідкій та паровій фазах. Залежно від цього розрізняють рідкофазний та паро-фазний крекінги.
Рідкофазний крекінг ведуть при температурі 470-540 °З тиском до 7 ПМа в установках, що складаються з трубчастих печей для нагрівання сировини і колон ректифікації.
Парофазний крекінг (піроліз) проводиться при температурі 650-1200°З тиску, близькому до атмосферного, з метою отримання газоподібних ненасичених і ароматичних вуглеводнів, що використовуються як сировина для органічного синтезу. Піроліз піддаються легкі фракції прямої перегонки нафти, попутні гази нафтопереробки, попутні гази нафтовидобутку, крекінг-гази.
Каталітичний крекінг важкої нафтової сировини проводять у паровій фазі на каталізаторі при температурах 450-500 ° С та тиску 0,1-0,2 МПа. Каталізатором цього процесу є синтетичні алюмосилікати. Достоїнствами каталітичного крекінгу є високі виходи бензинових фракцій (до 70%) та газоподібних вуглеводнів (12-15%), які є сировиною для органічного синтезу. Сировиною каталітичного крекінгу є широка фракція вакуумна з температурою кипіння 300-500 °С.
Бензини каталітичного крекінгу складаються в основному з ароматичних, нафтенових та ізопарафінових.вуглеводнів.
Ріформіпг-різновид каталітичного крекінгу. Каталітичний риформінг піддають бензинові фракції прямої перегонки нафти, що википають від 60 до 180 °С. Процес ведуть у присутності платинового каталізатора (платина на окису алюмінію) при температурі 470-510 ° С та тиску 1,5-5 МПа. Якщо тиск риформінгу вбирається у 3 МПа, основними продуктами процесу є бензол, толуол і ксилол, службовці сировиною для органічного синтезу.
Якщо ж тиск риформінгу близько 5,0 МПа, отримують ароматичні ізопарфінові вуглеводні, що входять до складу високоякісних бензинових фракцій.
Поряд із рідкими продуктами каталітичного риформінгу утворюються газоподібні (метан, етан, пропан та ін), що використовуються для органічного синтезу. Вихід високоякісних бензинів при риформінгу складає 58-60%.
Найбільш великомасштабними способами переробки нафти, реалізованими на практиці, є пряма перегонка, термічний та каталітичний крекінг та нафти та нафтопродуктів. У промисловості залежно від складу нафти, що переробляється, а також призначення нафтопродуктів реалізовано три варіанти схем переробки нафти: паливний, паливно-олійний і нафтохімічний. Як приклад розглянемо паливно-масляний варіант переробки нафти, що реалізується з метою отримання автомобільних палив та олій (рис. 4.3.1).
Мал. 4.3.1. Блок-схема паливно-масляного варіанта переробки нафти.
1-атмосферна перегонка нафти; 2-вакуумна перегонка нафти; 3-термічний крекінг мазуту; 4-каталітичний крекінг; 5- рифармінг.
На першій стадії підготовлена нафта нагрівається у трубчастих печах до 300 - 350°С і подається в ректифікаційну колону першого ступеня під тиском, близьким до атмосферного, де відбувається випаровування легкокиплячих фракцій(1).Пари, піднімаючись вгору по колоні, поступово охолоджуються рідиною (флегмою), що стікає зверху. При дотику парів з рідиною відбувається поділ суміші на фракції за температурами кипіння внаслідок багаторазового чергування процесів випаровування рідини та конденсації її парів (ректифікація). Пари бензину як найбільш низькокиплячі фракції (до 170 ° С) виходять зверху колони, охолоджуються і конденсуються. Частина рідкого бензину виводиться як готовий продукт, частина його подається на зрошення колони (флегми). По висоті колони відбираються інші продукти — лігроїн (160-200 °С), гас (200-300 °С), газойль (300-350 °С).
Залишок від перегонки нафти (мазут) піддається подальшому розгону у вакуумній трубчатці (2). Його нагрівають у трубчастій печі другого ступеня до 400-420 °З подають в колону ректифікації, що працює під вакуумом. Вакуум необхідний зниження температури кипіння масляних дистилятів, оскільки температура кипіння вуглеводнів, що входять до складу мазуту, при атмосферному тиску вище температури його розкладання. У вакуумній трубчатці відбувається поділ мазуту на масляні дистиляти - соляровий (350-400 ° С), масляний (400-490 ° С) і залишок-гудрон.
Першу і другу стадії описаного технологічного процесу об'єднують під поняттям прямої перегонки нафти, а обладнання, що використовується для цих стадій, називають атмосферно-вакуумними трубчатками (АВТ). Фракційний склад прямої перегонки: легких фракцій-45%, олії-25%, гудрону-30%.
Основним недоліком прямої перегонки нафти є низькі вихід та якість бензинових фракцій, томуПряма перегонка нафти сприймається як із попередніх способів переробки нафти.
Для збільшення кількості вироблених бензинів у технологічній схемі, що розглядається, частина мазуту прямої перегонки нафти використовується як сировина для подальшої переробки з метою отримання світлих фракцій. Для цього мазут піддають термічного рідкофазного крекінгу О), який ведуть при температурі 470-540 ° С та тиску до 7 МПа. При термічному крекінгу мазут нагрівається в трубчастій печі, де його частина (2/3) крекується. Суміш продуктів крекінгу і сировини, що не прореагувала, проходить через випарник, в якому відокремлюється крекінг-залишок - речовини, не здатні крекуватися. Легкі продукти надходять у колону ректифікації на поділ. При термічному крекінгу мазуту вихід крекінгу-бензинів - 30-35%, крекін-газу - 10-15%, крекінгу-залишок -50-55%.
Для подальшого збільшення виходу високоякісних бензинів на четвертій стадії технологічного процесу соляровий дистилят, одержуваний при вакуумній перегонці мазуту, з температурою кипіння 350-400 °З нагрівається до 500 °З і піддається каталітичному крекінгу(4). Каталітичний крекінг здійснюють в установках, що складаються з реактора та регенератора. У реакторі відбувається процес крекінгу, а в регенераторі - відновлення каталітичної активності використовуваного каталізатора. У міру експлуатації установки каталізатор втрачає свою активність через відкладення на поверхні смолистих речовин. Тому продукти крекінгу виводяться з реактора разом з каталізатором, що відпрацював, відокремлюються від нього і направляються в ректифікаційну колону на поділ. Каталізатор надходить у регенератор, де в струмі гарячого повітря випалюють кокс, і активність каталізатора відновлюється.
Каталітичний крекінг на сучасних цеолітсодержащих каталізаторах дозволяє отримати до 70% бензину і близько 15-20% легкого газойлю, який може бути компонентом дизельного палива.
Враховуючи, що в даний час вимоги деяких споживачів до якості бензинів настільки високі, що їх задоволення можливе лише за допомогою спеціальних процесів, що не дають збільшення виходу бензину з нафти, в технологічній схемі, що розглядається, бензини атмосферної перегонки нафти піддаються риформінгу (5). Процес риформінгу здійснюється в установках, аналогічних до установок каталітичного крекінгу.
Сировина (бензинова фракція прямої перегонки) нагрівається в теплообміннику та нагрівальної печі до температури 380-420 °З надходить у реактор, де під тиском 3,5 МПа і при впливі платинового каталізатора піддається гідроочищенню. Очищена сировина після звільнення від сірководню, вуглеводневих газів та води нагрівається в печі до температури 500-520 °С і надходить у реактори, де під тиском понад 4 МПа відбувається його реформування. Отримані при риформінгу бензини містять до 58% ароматичних вуглеводнів, решта — алкани та нафтени переважно ізомерної будови.