Все о темной стороне нефтепереработки
Темные — общее название всех типов мазутов и дистиллятных масел. К этой категории также относится битум, гудрон и вакуумный газойль, то есть продукты нефтепереработки, состоящие из тяжелых остатков фракционирования нефти. Как следует из названия, все они имеют темный цвет. Чем они различаются и как их производят?
1. Мазут
Одна из основных разновидностей тяжелого жидкого топлива — топочные мазуты. Они используются в котельных агрегатах электростанций, в технологических печах в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве, в судовых котельных установках, газовых турбинах.
Хотя мазутом называют остатки первичной перегонки нефти, топочный мазут — это, как правило, многокомпонентное топливо, в которое, помимо прямогонного мазута, добавляют фракции, оставшиеся после процессов крекинга и висбрекинга, тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования, отходы масляного производства, легкие газойли вторичных процессов.
Вязкости мазута в соответствии со стандартами помогает поддержать добавление более легких дистиллятов. Вязкость мазута может варьироваться в значительных пределах, а потому это важнейший показатель качества котельных и тяжелых моторных топлив, который положен в основу маркировки мазута. Вязкость влияет на выбор способа сливных и наливных операций при его отгрузке, на их продолжительность, на условия транспортировки продукта, эффективность работы форсунок двигателя, распыляющих топливо.
Еще одна важная характеристика — коксуемость топлива, способность образовывать твердый углеродистый осадок на деталях топливной системы при нагревании без доступа воздуха. Высокий показатель коксуемости нежелателен для котельных топлив, так как с ним связано повышенное отложение кокса возле устья форсунок, из-за чего искажается форма факела, ухудшается распыление топлива, оно сгорает не полностью.
Последнее десятилетие потребление мазута в мире перманентно уменьшалось. Предполагается, что эта тенденция сохранится и дальше. Причина тому — высокое содержание вредных веществ в попадающих в атмосферу продуктах сжигания этого топлива и увеличение глубины переработки нефти.
2. Битум
Битум — один из наиболее распространенных и древнейших строительных материалов. В эпоху неолита природный, образовавшийся естественным путем в местах выхода нефти на поверхность битум начали использовать для изготовления посуды раньше, чем глину. Для строительства его широко применяли в Древнем Шумере, на территории которого других строительных материалов было немного. Битум смешивали с песком и гравием и из этой массы изготавливали кирпичи. Также он использовался для гидроизоляции, при строительстве каналов, оросительных систем, дорог, как связующее вещество при создании мозаик.
Нефтяной битум — полутвердый или твердый продукт. Однако он представляет собой аморфное вещество. Это значит, что в твердом состоянии он не кристаллизуется, а при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, постепенно размягчаясь. Твердый битум ведет себя как очень густая жидкость. Это демонстрирует эксперимент, начатый в 1927 году в Университете Квинсленда (Австралия). Нагретый битум налили в стеклянную воронку с запечатанной трубкой. Через три года воронку распечатали, и битум начал медленно вытекать через трубку. Первая капля упала в 1938 году, вторая — в 1947-м. Эксперимент продолжается до сих пор, к настоящему моменту из воронки вытекло девять капель вещества.
Битумных озер — естественных источников битума на поверхности земли, которые имели бы промышленное значение, в мире осталось мало. Битумосодержащую породу сегодня добывают в карьерах и шахтах, при помощи скважин идет добыча сверхвязкой битуминозной нефти. Кроме того, битум получают из остаточных продуктов нефтепереработки: гудронов*, асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки масляных фракций и др.
Чтобы улучшить качество нефтяного битума, в гудроны и тяжелые остатки переработки мазута добавляют до 30% других продуктов. Без добавок вяжущие становятся хрупкими и теряют эластичность. Современные битумные материалы — полимерно-битумные вяжущие — производятся на основе обычных битумов с добавлением полимеров типа СБС (стирол-бута-диен-стирол) и пластификатора. По сравнению с традиционными продуктами они обладают повышенной сопротивляемостью к деформации, лучше себя ведут при высоких и низких температурах, более долговечны.
Сегодня область применения битума — дорожное строительство, производство кровельных, гидроизоляционных материалов, резиновая, лакокрасочная, кабельная промышленность. Дорожный битум служит вяжущим между каменными составляющими асфальтобетонной смеси — основного материала для строительства дорог.
* Гудрон — вязкая жидкость или твердый асфальтоподобный продукт черного цвета. Представляет собой остаток после отгонки из нефти фракций, выкипающих свыше 450°C. Используется для производства дорожных, кровельных и строительных битумов, малозольного кокса, смазочных масел, мазута, горючих газов.
3. Смазочные масла
Смазочные масла уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между ними.
Продукты перегонки нефти впервые стали использовать как смазку в 70-х годах XIX века. Американец Джон Эллис, пытаясь найти нефти медицинское применение, обнаружил, что она обладает хорошими смазочными свойствами. Вскоре ему удалось произвести масло, которое было значительно более эффективным при высоких температурах, чем традиционно применяемые животные и растительные жиры.
Базовые масла бывают минеральными (очищенные продукты переработки нефти), синтетическими (их составляющие получены путем органического синтеза из более простых углеводородных соединений) и полусинтетическими (смеси первых и вторых). Минеральные масла получают из продуктов вакуумной перегонки мазута (фракции с температурой кипения 350—400°C, 400—450°C, 450—500°C) и деасфальтизации* гудрона жидким пропаном.
Синтетические масла появились значительно позже, чем минеральные. Их разработка началась в середине XX века для нужд авиации, а в 1970-х годах синтетику стали применять и для автомобильных моторов.
Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.
Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.
4. Сажа и кокс
Из нефти также получают технический углерод (сажу), кокс. Сажа — это мелкие частицы углерода. Это продукт неполного сгорания или термического разложения (нагрева без доступа воздуха) углеводородного сырья — высокоароматизированных фракций нефти, природных и попутных газов. Технический углерод используют при производстве резины, пластмасс и некоторых сплавов, а также черных пигментов для полиграфической и лакокрасочной промышленности.
Кокс, как и сажа, преимущественно состоит из углерода. Он применяется при выплавке алюминия, изготовлении химической аппаратуры, работающей в условиях агрессивных сред, в ракетной технике и других областях. Кокс получают из нефтяных остатков (гудронов, крекинг-остатков, тяжелых газойлей, остатков масляного производства и т. п.) с помощью коксования — разновидности процесса глубокого термического крекинга, при котором из тяжелых нефтяных остатков окончательно удаляются все легкие и относительно легкие фракции углеводородов.
Если вы хотите узнать больше о переработке нефти, то ознакомьтесь со следующими публикациями:
Тесты по географии Казахстана 2005. ВАРИАНТ 5
1. Отрасль, в которой в основном используется женский труд:
A) Черная металлургия.
B) Производство оборудования.
C) Цветная металлургия.
+D) Текстильная промышленность.
E) Нефтяная промышленность.
2. Железные руды являются основным сырьем для развития:
+A) Черной металлургии.
B) Лесной промышленности.
C) Топливной промышленности.
D) Химической промышленности.
E) Приборостроения.
3. Отрасли машиностроения, наиболее развитые в Казахстане:
A) Электротехническая, станкостроение.
B) Радиотехническая, телеаппаратура.
+C) Тяжелая, сельскохозяйственная.
D) Сельскохозяйственная, электроника.
E) Приборостроение, металлообработка.
4. Постоянные ветры умеренных широт:
+A) Западные.
B) Стоковые.
C) Пассаты.
D) Бризы.
E) Муссоны.
5. Направление север — юг на карте и глобусе показаны:
А) Изолентами.
+B) Меридианами.
C) Параллелями.
D) Координатами.
E) Изотермами.
6. Главной отраслью земледелия в Казахстане являются:
A) Кормовые.
B) Овощи, бахчевые и картофель.
C) Многолетние насаждения.
D) Технические культуры.
+E) Зерновые.
8. Самая глубоководная впадина на земном шаре:
A) 11200 м.
B) 11400 м.
C) 11220 м.
D) 10000 м.
+E) 11022 м.
9. Природные зоны Сарыарки:
A) Лесная, степная.
B) Высокогорные области.
C) Лесостепь, степь, пустыня.
+D) Степь, пустыня, полупустыня.
E) Пустыня, полупустыня.
10. Биосфера — это:
A) Часть географической оболочки, покрытая вулканическими породами.
B) Верхняя часть тропосферы.
C) Котловина на дне океана.
+D) Часть географической оболочки, заселенная и измененная организмами.
Е) Пленка на поверхности Земли.
11. Главные акватории добычи нефти:
+A) Персидский и Мексиканский заливы, Северное море.
B) Карибское и Аральское моря.
C) Бискайский залив, Японское и Охотское моря.
D) Красное и Аравийское моря.
E) Каспийское и Аравийское моря.
12. Количество жителей, проживающих на 1 км.2 называется:
A) Племенем.
B) Этносом.
C) Нацией.
D) Народом.
+E) Плотностью.
13 Фактором роста городского населения явилось:
A) Развитие культуры.
B) Развитие сельского хозяйства.
+С Развитие промышленности.
D) Развитие транспорта.
E) Развитие связи.
14 Государственный язык Австралийского Союза:
A) Французский.
+B) Английский.
C) Немецкий.
D) Русский.
E) Испанский.
15. Северной границей Прикаспийской низменности является:
+A) Возвышенность Общий Сырт.
B) Хребет Каратау.
C) Плато Устюрт.
D) Горы Мугоджары.
E) Тургайское плато.
16. Высокоразвитый район старого освоения в Австралии:
+A) Юго-Восток
B) Северо-Восток.
C) Юго-Запад.
D) Север.
E) Запад.
17. Главными отраслями специализации Центрального Казахстана являются
A) Нефтедобывающая, газовая.
B) Химическая, машиностроение, газовая.
C) Машиностроение, электроэнергетика, газовая.
D) Земледелие, машиностроение, пищевая.
+E) Угольная, черная и цветная металлургия.
18. Конституционные монархии:
А) Марокко, Мавритания.
B) Франция, Ирландия.
+C) Испания, Непал
D) Малайзия, Алжир.
E) Румыния, Финляндия.
19. Маркакольский заповедник создан в:
А) 1956 г.
+B) 1976 г.
C) 1920 г.
D) 1990 г.
E) 1980 г.
20. Главный район нефте-газохимической промышленности США:
A) Кордильеры.
B) Лабрадор.
+С) Побережье Мексиканского залива.
D) Аляска.
E) Флорида.
21. Степи Южной Америки называют:
А) Пуной.
+B) Пампой.
C) Сельвой.
D) Прериями.
E) Парамосом.
22. Такыры расположены в нижних течениях рек:
A) Бухтармы, Убы, Или.
B) Нуры, Ишима, Тобола.
С) Или, Ишима, Иртыша.
+D) Или, Шу, Сырдарьи.
Е) Тобола, Иртыша.
23. По объему ВВП среди стран Латинской Америки лидирует:
A) Аргентина.
B) Мексика.
C) Боливия.
D) Перу.
+E) Бразилия.
24. Капчагайское водохранилище находится на реке:
A) Сырдарья.
B) Ишим.
+С) Или.
D) Иртыш.
E) Урал
25. Твердый остаток после переработки нефти, идущий на строительство
A) Керосин
B) Каучук.
C) Мазут.
+D) Гудрон.
Е) Пластмасса.
26. Островное государство в Персидском заливе:
A) Катар.
+B) Бахрейн
C) Ирак.
D) Кувейт.
E) Оман.
27. Автор природоописательной книги «Аральское море»:
A) Н.Северцов.
+B) Л.Берг.
C) Ш.Уалиханов.
D) И.Мушкетов.
E) А.Краснов.
28 Скорость ветра и характер почвенного покрова способствуют образованию:
A) Засухи.
B) Джута.
С) Заморозков,
+D) Пыльной бури.
Е) Суховея.
29. Страна со средним уровнем урбанизации:
A) Аргентина.
B) Великобритания.
+С) Китай.
D) Канада.
E) Кувейт.
30. Огромные запасы сульфата и поваренной соли находятся в районе:
A) Озера Зайсан.
B) Алтая.
C) Озера Балхаш.
D) Сарыарки.
+E) Аральского моря.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Тяжелые нефтяные остатки
Значительная доля всей массы отходов нефтеперегонки приходится на так называемые тяжелые нефтяные остатки.
Увеличение глубины переработки нефти с целью получения дополнительного количества светлых фракций по сравнению с потенциалом достигается введением в схему НПЗ вторичных процессов переработки тяжелых нефтяных фракций (термокрекинг, каталитический крекинг, гидрокрекинг и др.).
Основные направления и особенности переработки тяжелых нефтяных остатков
Современный НПЗ представляет собой сложную химико-технологическую систему, замкнутую по потокам массы и энергии.
Помимо установок первичной переработки нефти (атмосферная, вакуумная, атмосферно-вакуумная ) в состав НПЗ входят установки, реализующие процессы вторичной переработки прямогонных нефтепродуктов.
Среди вторичных процессов выделяют:
К 1 й группе относятся:
2 ю группу составляют:
Тяжелые нефтяные остатки
Процессы коксования
Висбрекинг
Процессы гидрогенизационной переработки ТНО
В настоящее время в мировой практике нефтедобычи все более проявляется тенденция утяжеления добываемой нефти и увеличения содержания в них сернистых соединений при снижении потребности в котельном топливе.
Поскольку выбор технологий переработки нефти и вторичного сырья определяется преимущественно требованиями к качеству нефтепродуктов и законодательными актами по охране окружающей среды, все более важную роль в развитии НПЗ играют процессы гидрогенизационной переработки нефтяных остатков и тяжелых газойлей.
Поставленные перед необходимостью облагораживать нефтяные остатки и тяжелые газойли нефтяные мейджоры переходят от технологии термодеструкции на технологию гидропереработки остатков, в особенности на вновь строящихся НПЗ и в регионах, где затруднен сбыт нефтяного кокса.
Наибольшее распространение в мировой практике нашли следующие процессы гидрореформулирования нефтяных остаточных продуктов:
1. Гидроочистки RCD Unionfining (UOP LLC), RDS/VRDS/OCR (Chevron Lummus Global LLC), Hyvahl (Axens). Процессы предназначены для уменьшения содержания серы, азота, асфальтенов, соединений металлов и снижения коксуемости остаточного сырья с целью получения качественного котельного топлива или для дальнейшей переработки на гидрокрекинге, коксовании, каталитическом крекинге.
2. Гидровисбрекинг-акваконверсия (Intevep SA и UOP) Технология позволяет получать водород из воды в условиях висбрекинга за счет ввода в сырье вместе с водой (паром) композиции из 2 х катализаторов на основе неблагородных металлов. В процессе акваконверсии обеспечивается значительно большее снижение вязкости наиболее тяжелых компонентов котельных топлив при более высокой конверсии сырья.
3. Гидрокрекинги (НС)3 (Hydrocarbon Technologies), LC-Fining (Chevron Lummus Global LLC), H-Oil (IFP). Предназначены для каталитического гидрокрекинга и обессеривания остаточного сырья в реакторах со взвешенным катализатором с получением высококачественных дистиллятов и облагороженного малосернистого котельного топлива. Несмотря на очевидные достоинства гидрогенизационной переработки нефтяных остатков, широкое ее внедрение сдерживается сложностью и громоздкостью реакторных устройств, а также сложностью управления технологическим процессом, так как это не способствует его надежности. Кроме того, чрезвычайно велико потребление молекулярного водорода, что обусловливает необходимость параллельного ввода в эксплуатацию дополнительных мощностей по его производству. Это негативно сказывается на экономике процессов и ставит проблему утилизации оксидов углерода.
Газификация нефтяных остатков
Самые тяжелые остаточные углеводородные фракции с высоким содержанием серы и металлов могут быть превращены в чистый синтез-газ и ценные оксиды металлов. Образующиеся при этом соединения серы могут быть легко выделены обычными способами и превращены в элементарную серу или серную кислоту.
В последнее время газификацию используют также для восполнения дефицита водорода в других процессах нефтепереработки. Кроме того, возможно применение газификации для утилизации остатков деасфальтизации, висбрекинга и тп
Проводя анализ существующих способов утилизации остаточных нефтепродуктов, нельзя не упомянуть разработки по использованию гудронов, асфальтитов в качестве связующих, пластификаторов, сырья для получения углеродных адсорбентов, ионитов и каталитических систем на их основе.
Экономически более выгодной на сегодняшний день считается переработка тяжелых нефтяных остатков с максимальным возвратом получаемых продуктов в производство моторных топлив и масел.
В настоящее время в мировой нефтепереработке нет недостатка в технических решениях по переработке тяжелых высокосернистых нефтяных остатков, однако большинство из этих решений требует значительных капитальных вложений.
Поэтому усилия многих исследователей сегодня направлены на поиск методов, позволяющих повысить эффективность процессов, уже находящихся в широкой эксплуатации, таких как коксование и висбрекинг.
Для интенсификации процессов термодеструкции нефтяное сырье подвергают активации, используя арсенал физических и химических методов.
Так, использование различных химических добавок позволяет учитывать особенности сырья с точки зрения межмолекулярных взаимодействий и тем самым влиять на скорость и направленность химических превращений в системе.
Наряду с развитием гидрогенизационных способов переработки тяжелых нефтяных остатков в современной нефтепереработке сохраняют актуальность и термодеструктивные процессы: термокрекинг, висбрекинг, коксование.
Использование в таких процессах добавок химических соединений, выполняющих функции окислителей/восстановителей, инициаторов/ингибиторов свободно-радикальных процессов, компенсаторов парамагнитных центров, регуляторов фазовых переходов в дисперсной системе и тп, позволяет оказывать существенное влияние на режим и результаты термодеструктивной переработки нефтяного сырья, приводя к увеличению выхода светлых дистиллятов и вакуумных газойлей и снижению коксообразования.
При этом для внедрения удачных промотирующих композиций в промышленность не требуется существенного изменения технологической схемы и конструкции оборудования. Поэтому исследования, направленные на разработку эффективных способов химической активации процессов переработки тяжелых нефтяных остатков, являются весьма перспективными.