Обоснуйте классификацию ректификационных колонн и их контактных устройств

Примерно 80% оборудования НПЗ составляют ректифи­кационные колонны, от эффективности работы которых и, прежде всего, их контактных устройств зависят материаль­ные, энергетические и трудовые затраты, качество нефте­продуктов и показатели по отбору светлых от потенциала, глубина переработки нефти и другие.

Известно много различных конструкций контактных устройств, которые различаются по своим эксплуатационным характеристикам. При выборе типа контактных устройств обычно руководствуются следующими основными показателями: а) производительностью; б) гидравлическим сопротивлением; в) диапазоном рабочих нагрузок в условиях достаточно высокой эффективности; г)возможностью работы в средах, склонных к образованию смолистых или других отложений; д) материалоемкостью и е) простой конструкции, удобством изготовления, монтажа и ремонта. По структуре контакта паровой и жидкой фаз различают контактные уст­ройства тарельчатые, насадочные, пленочные и роторные. В нефтепереработке и нефтехимии наибольшее распростране­ние получили контактные устройства тарельчатого типа. По способу межступенчатой передачи жидкости различают тарелки с переточными устройствами (с одним, двумя или более) и провального типа. По способу организации относительного движения потоков жидкости и пара тарелки классифицируются на противоточные, прямоточные, перекрестно-точные и перекрестно-прямоточные

Противоточные тарелки характеризуются высокой произ­водительностью по жидкости, простатой конструкции и малой металлоемкостью. Основной их недостаток-низкая эффективность и узкий диапазон устойчивой работы, неравномерные распределение потоков по сечению колонны, что существенно ограничивает их применение. Прямоточные тарелки отличаются повышенной производительностью, но умеренной эффективностью разделения (~60%) и повышенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, предпочтительны для применения в процессах разде­ления под давлением.

Перекрестноточные тарелки характеризуется наибольшей разделительной способностью, поскольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравнению с другими типами тарелок. Перекрестно - прямоточные тарелки по сравнению перекрестно-точными обладают (благодаря организации направленного движения жидкости по тарелке) повышенной производительностью и лучшей равномерностью работы по сечению колонны.

10. Проанализируйте химические процессы, применяемые на современных НПЗ. Заманауи МӨЗ қолданылатын химиялық процестерді талқылаңыз.

Каталитический риформинг (= реформинг) бензиновых фракций, применяемый для получения высокооктановых бензинов, выделения товарных ароматических углеводородов (бензола, толуола, этилбензола, ксилолов) и производства технического водорода.

Процесс осуществляется с циркуляцией газа, содержащего 70 — 80 % (объемн.) водорода при температуре 450—530 °С и давлении 1,5 — 4,0 МПа, в присутствии различных катализаторов, главным образом, платинового.

При риформинге получают также газ с высоким содержанием водорода, используемый для гидроочистки при обессеривании нефтепродуктов. Каталитический крекинг различных видов дистиллятного и остаточного сырья с целью получения высокооктановых бензинов и газа с высокой концентрацией пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракций. Процесс протекает при температуре 420 — 550 0С и давлении 0,1 — 0,3 МПа в присутствии платинового, алюмосиликатных, цеолитсодержащих и других катализаторов. При риформинге получают также газ с высоким содержанием водорода, используемый для гидроочистки при обессеривании нефтепродуктов.

Изомеризация нормальных углеводородов (пентан, бутан, бензиновая фракция) для получения изобутана, используемого для алкилирования, или изопентана — сырья для получения синтетического каучука и высокооктановых компонентов бензина. Катализатором изомеризации служит хлористый алюминий. Процесс ведут при температуре 120—150 °С и давлении до 1 МПа.

Гидроочистка — для обессеривания нефтяных фракций, а также для насыщения водородом непредельных углеводородов, содержащихся в продуктах вторичной переработки. Этот процесс используется также для завершающей очистки масел и парафинов. Процесс осуществляется при температуре 300 — 420 °С и при давлении 3-4 МПа.

Гидрокрекинг высококипящих дистиллятных фракций для получения дополнительного количества светлых нефтепродуктов. Процесс осуществляется при температуре 370 — 420 ' С и давлении 14 — 20 МПа. Путем гидрокрекинга высокосернистых мазутов может быть обеспечено значительное снижение содержания серы в котельном топливе с целью уменьшения загрязнения воздушного бассейна двуокисью серы.

11.Сравните современные и перспективные процессы термической переработки нефтяных остатков. Мұнай қалдықтарын термиялық өңдеудің заманауи және дамыған процестерін салыстырыңыз.

Промышленные установки термической переработки ТНО существуют с 1912 года, когда были построены первые установки термического крекинга (ТК) для получения бензина. В США к 1930 годам мощности ТК достигли максимальных значений, затем из-за возросших требований к качеству автобензинов процесс ТК практически утратил свое бензинопроизводящее значение и постепенно вытеснялся каталитическими. В Европейских странах и бывшем СССР развитие ТК задержалось приблизительно на 20 лет. В 1960-х годах в этих странах произошло изменение целевого назначения процесса ТК - из бензинопроизводящего он превратился преимущественно в процесс термоподготовки сырья для установок коксования и производства термогазойла. Повышение спроса на котельное топливо, рост в нефтепереработке доли сернистых и высокосернистых нефтей и наметившейся тенденции к углублению переработке нефти обусловили возрождение и ускоренное развитие процессов висбрекинга ТНО, что позволило высвободить дистиллятные фракции - разбавители гудрона и тем самым увеличить ресурсы сырья для каталитического крекинга. Висбрекинг позволяет использовать и такой альтернативный вариант, при котором проводится гидрообессеривание глубоковакуумного газойля с tKK= 590°С, а утяжеленные гудроны подвергаются висбрекингу, после чего смешением остатка с гидрогенизатом представляется возможность для получения менее сернистого котельного топлива.

Аналогичные тенденции в развитии термических процессов и изменения их целевого назначения произошли и в отечественной переработке. В настоящее время доля мощностей термического крекинга и висбрекинг в общем обьеме переработки нефти в странах СНГ составляет соответственно 3,6 и 0,6 % (В США - 0,7 и 0,6% соответственно). Построенные в 1930-х и 1950-х годах установки ТК на ряде НПЗ переведены на переработку дистиллятного сырья с целью производства термогазойла, а на другие под висбрекинг. На перспективу предусматривается строительство новых и реконструкция ныне действующих установок ТК только в составе комплексов по производству кокса игольчатой качестве блока термоподготовки дистиллятных видов сырья. Таким образом, мощности ТК, работающих на остаточном сырье, будут непрерывно сокращаться. Предусматриваете, несколько увеличить мощности висбрекинга как за счет нового строительства, так и реконструкции ряда действующих установок ТК и АТ.

12. Проанализируйте современные процессы каталитического крекинга переработки нефтяного сырья. Мұнай шикізатын өңдеудегі каталитикалық крекингтің заманауи процестерді талқылаңыз.

В настоящее время существует несколько разновиднос­тей процесса ККОФ с лифт-реактором. При недостаточной активности катализаторов крекинг в прямоточном лифт-ре­акторе дополняется второй ступенью - крекингом в кипящем слое катализатора. Такой принцип заложен в блоке каталити­ческого крекинга с предварительной гидроочисткой сырья (43­107), входящий в состав комбинированной системы глубокой переработки мазута КТ-1 (рисунок 12).

Для дополнительного крекинга и уменьшения содержания непредельных в продуктах РНИИНП предложил взвесь ка­тализатора после прямоточного реактора направлять в инер­ционный сепаратор, где пары продуктов реакции отделяются от отработанного катализатора и поступают в ступенчато- противоточную часть реактора. Процесс термического крекинга дистиллятного сырья (ТКДС). Основные его современное назначение -производство термогазойла как сырья для последующего производства технического углерода и дистиллятного крекинг-остатка, используемого при получении малозольного электродного или игольчатого кокса. В качестве сырья ТКДС можно использовать тяжелые газойли каталитического крекинга, остатки смолы пиролиза, экстракты селективной очистки масел, а также прямогонные вакуумные (в перспективе глубоковакуумные) газойли. Основные показатели качества термогазойла - индекс корреляции (определяемый как Функция от плотности и средней температуры кипения), содержание серы, коксуемость, фракционный состав, вязкость и температура застывания. Некоторые установки ТКДС дооборудованы вакуумной колонной, что позволяет увеличить выход термогазойла почти вдвое (с 24-35 до 52-54% мас.) и повысить его индекс корреляции с 95 – 100 до 105 и выше. Технологическая схема ТКДС близка к схеме двухпечного термического крекинга, но они эксплуатируются на более жестком температурном режиме.

13. Проанализируйте технологию процесса каталитического крекинга: механизм процесса, назначение, сырье и катализаторы. Каталитикалық крекинг процесінің технологиясын талқылаңыз: процестің механизмі, бағыты, шикізаты мен катализаторлары.

На примере процесса каталитического крекинга легко про­иллюстрировать возможности интенсификации каталитичес­ких процессов, а также взаимное влияние технологического оформления процесса, совершенствования катализатора, ус­ловий стадий крекинга и регенерации катализатора и расши­рении сырьевой базы. Вначале процесс каталитического крекинга в промышлен­ности проводился в реакторе со стационарным слоем ката­лизатора с периодической регенерацией для переработки ке­росина на установке типа Гудри, затем в системе реактор- регенератор с подвижным слоем шарикового катализатора на облегченном вакуумном дистилляте типа 43-102, в систе­ме реактор-регенератор с идеальным перемешиванием пы­левидного аморфного алюмосиликатного катализатора на утяжеленных дистиллятах прямогонного и деструктивного происхождения типа 43-103 и 1А-1М и, наконец, в однопро­ходной системе идеального вытеснения (лифт-реактор) и ре­генераторе типа «Ультракат» при крекинге даже мазута или нефти типа Г-43-107 на микросферическом цеолитсодержа­щем в редкоземельной обменной форме катализаторе.

Такая интенсификация системы (температура в реакторе 540°С, продолжительность контактирования сырья с катали­затором около 2 с, массовая скорость подачи сырья больше 100 ч1, температура в регенераторе 720°С) не наблюдается в других каталитических процессах нефтехимической промыш­ленности, и поэтому на примере каталитического крекинга интересно несколько подробнее проследить динамику разви­тия теоретических основ технологического оформления про­цесса в целом.

Катализатор. При введении в матрицу аморфного алю­мосиликатного катализатора 5-20% цеолита с размером кри­сталлов 1-10 мкм, содержащего редкоземельные элементы в обменной форме (4%), небольшое количество Na2O (менее 0,15%), имеющего большую поверхность (около 500 м2), со­ответствующую поровую структуру и высокий силикатный модуль, активность катализатора, например «Микроцеокара- 5», определяемая в лифт - реакторе, возрастает на несколько порядков, глубина превращения приближается к 100%, селек­тивность процесса по выходу бензина и таких ценных компо­нентов углеводородного сырья, как изобутан и бутилены, воз­растает на 15 и 5% соответственно при соответствующем уменьшении выхода тяжелого газойля и кокса. Одновремен­но улучшается и октановая характеристика бензина. Все это объясняется увеличением силы кислотных центров и доли реакций перераспределения водорода до ароматических уг­леводородов вместо кокса.

14. Сравните промышленные установки гидроочистки дистиллятного и остаточного сырья. Дистилятты және шикізат қалдықтарын гидротазалаудың өнеркәсіптік қондырғыларын салыстырыңыз.

Гидроочистка – одноступенчатый процесс, проходящий в наиболее мягких условиях. Процесс протекает при 380-4300С, 30-66 ата, циркуляции ВСГ 100-600 м3/м3 сырья и объемной скорости 3-10 ч-1 с применением катализатора, обычно алюмокобальтмолибденовый или алюмоникельмолибденовый. Гидроочистке может подвергаться различное сырье, получаемое как при первичной переработке нефти, так и при термокаталитических процессах, - от газа до масел и парафина. Наибольшее применение гидроочистки имеет для обессеривания сырья каталитического риформинга, а также для получения реактивного и малосернистого дизельного топлива из сернистых и высокосернистых нефтей. При гидроочистке происходит частичная деструкция в основном сероорганических и частично кислородных и азотистых соединений. Продукты разложения насыщаются водородом с образованием сероводорода, воды, аммиака и предельных или ароматических углеводородов. В нефтеперерабатывающей промышленности гидроочистка как тип гидрогенизационных процессов является основным. Гидроочистка в настоящее время применяется для удаления из нефтепродуктов металло- и сероорганических соединений кислорода и азота и для снижения содержания непредельных и ароматических углеводородов, для увеличения высоты некоптящего пламени керосиновых фракций и повышения качества масел. Кроме того, гидроочистка применяется для облагораживания сырья каталитического крекинга и других процессов. В результате гидроочистки уменьшается коррозия нефтезаводского оборудования и снижается загрязнение атмосферы. Основные параметры процесса: Термодинамический процесс гидроочистки низкотемпературный. Для быстрого протекания реакций на существующих промышленных катализаторах достаточна температура 330-3800С. Поскольку реакции присоединения водорода сопровождаются уменьшением объема, давление в реакционной зоне оказывает решающее влияние на глубину процесса. Наиболее часто при гидроочистке применяют давление 2,5-5 МПа. Гидроочистке подвергают дистилляты различного фракционного и химического состава, поэтому параметры режима и расход водорода весьма различны. Более легкие дистилляты, например бензины, легче подвергаются гидроочистке в соответствии с характером содержащихся в них сернистых соединений (меркаптаны, сульфиды) и более низкомолекулярных непредельных. С утяжелением сырья в нем появляются более стабильные сернистые соединения (например, тиофены) и труднее гидрируемые непредельные, если это сырье вторичного происхождения. В то же время при утяжелении сырья требования к содержанию серы в гидроочищенном продукте снижаются. Управляемыми параметрами гидроочистки являются температура, объемная скорость подачи сырья, давление и кратность циркуляции ВСГ. Ниже температуры 330-340⁰С обессеривание протекает недостаточно глубоко, и при объемной скорости 4-5ч-1, соответствующей промышленным условиям, глубина обессеривания не превышает 55-58%. При 420⁰С ускоряются побочные реакции гидрокрекинга и быстрее дезактивируется катализатор.