Удаления из смеси нежелательных компонентов или извлечения целевых, и т. д.

Лекция №1.                   По программе подготовки                         Разраб. Бритов М.А.

                              начальников смен

Тема. Характеристика и работа основного оборудования.             

Резервное оборудование. Подробные данные по конструкции и                 функционированию. Месторасположение. Контроль параметров оборудования. Текущее техническое обслуживание, подготовка к ремонту и вывод из ремонта. Предохранительные устройства.

        Характеристика и работа основного оборудования.

Современная технологическая установка нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) представляет собой комплекс взаимосвязанного оборудования, в котором вращается и перерабатывается нефть и н/п, при переработке которых используются реагенты, топливо,  электроэнергия, водяной пар, вода, воздух, инертный газ.

Рабочими условиями для оборудования являются:

                     давление ( Р, кг/см² ) – высокое или низкое ( вакуум )

                     температура( t, ^о С ) - высокая или низкая ( отрицательная )

                     среда – пожаро-взрывоопасная, токсичная, ядовитая.

Безопасная эксплуатация оборудования технологического объекта должна осуществляться четко в соответствии с требованиями технологического регламента, и инструкции по эксплуатации объекта.

Классификация оборудования НПЗ

Оборудование нефтеперерабатывающих заводов в основном представляет собой

аппараты, предназначенные для проведения того или иного технологического процесса, и в связи с разнообразием таких процессов протекающих в этих аппаратах, примерно можно представить следующую классификацию:

Оборудование для проведения массообменных процессов

 Массообменные или диффузионные процессы применяют при переработке нефти, различных углеводородных и других смесей. Технологическое назначение их весьма разнообразно, однако сущность всех процессов массообмена заключается главным образом в разделении смесей посредством диффузионного переноса вещества из одной фазы в другую.

Диффузионные процессы обратимы, их направление определяется
законами   фазового    равновесия,    фактическими   концентрациями    в

массообменивающихся фазах, а также температурой и давлением, при которых осуществляется процесс.

Каждый массообменный аппарат носит наименование конкретного, целенаправленного массообменного процесса. Например, ректификационная колонна —это аппарат, в котором происходит процесс ректификации, т. е. массообмен между жидкой и паровой фазами для четкого разделения компонентов; адсорбер—аппарат, в котором протекает процесс адсорбции, т. е. массообмен между твердой и газообразной фазами для извлечения из смеси нужных компонентов; экстрактор — аппарат, в котором осуществляется процесс экстракции, т. е. массообмен между двумя жидкими фазами для

удаления из смеси нежелательных компонентов или извлечения целевых, и т. д.

Основные аппараты для массообменных процессов — ректификационные
колонны, адсорбционные, абсорбционные и экстракционные аппараты — по
металлоемкости      составляют     более     половины    всех    аппаратов

нефтеперерабатывающих   установок.

Подректификацией понимают диффузионный процесс разделения жидких смесей путем многократно повторяющегося контактирования неравновесных паровой и жидкой фаз.  Путем ректификации из нефти получают различные продукты: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, масляные фракции, узкие (по температуре кипения) бензиновые фракции.При ректификации сжиженных газов выделяют этан, этилен, пропан, бутан и другие компоненты.                          

Абсорбцией называют процесс поглощения из газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) требуемых компонентов; применяется для извлечения из природных и попутных газов, из газов нефтеперерабатывающих заводов пропана, бутана и компонентов бензина, сероводорода, используемого для производства серы; с помощью абсорбции разделяют газы пиролиза и каталитического крекинга, производят осушку газов и осуществляют санитарную очистку газов от вредных примесей. Абсорбентом является жидкий поглотитель, который избирательно поглощает требуемые компоненты газовой смеси.

Процесс выделения из абсорбента (жидкого поглотителя)поглощенных компонентов газовой смеси называется десорбцией.

Адсорбцией –называется процесс поглощения газов (паров) или жидкостей поверхностью твердых тел (адсорбентов). В случае избирательного поглощения компонентов смеси появляется возможность ее разделения на составляющие компоненты. Явление адсорбции связано с наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и поглощаемого вещества. В нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности адсорбцияприменяется для отбензинивания природных и попутных углеводородных газов, при разделении газов нефтепереработки с целью получения водорода и этилена, для осушки газов и жидкостей, выделение низкомолекулярных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов) из бензиновых фракций. Для очистки масел и т.п.   

Явление адсорбции используется в аналитической и препаративной хроматографии, в противогазах, для поглощения пахучих и вредных веществ, с целью защиты окружающей среды. Адсорбция особенно эффективна в случае малого содержания извлекаемых компонентов в исходной смеси. Различают два вида адсорбции - физическую и химическую. При физической адсорбции молекулы поглощенного вещества, находящиеся на поверхности адсорбента, не вступают с ним в химическое взаимодействие. При хемосорбции молекулы поглощаемого вещества химически взаимодействуют с адсорбентом. В качестве адсорбентов применяют твердые пористые материалы с сильноразвитой поверхностью пор – активированный уголь, силикагель, алюмосиликаты, цеолиты. Удельная поверхность пор может составлять от 200 до     1000 м²/г, а средний радиус пор от 2 до 100 Å(ангстрем, 10^{-10 м). Цеолиты или молекулярные сита– синтетические или природные адсорбенты с регулярной структурой пор, представляющие собой алюмосиликаты натрия, калия или других элементов. Название произошло от сочетания двух греческих слов «цео»и«лит», т.е. «кипящие камни». Это объясняется тем, что заполняющая поры цеолитов вода при нагревании выделяется, т.е. цеолиты как бы «кипят».Общая химическая формула цеолитов Ме}_2/nО ·Аl₂О₃ · xSiО₂ · yH₂О,

где Ме – катион щелочного металла;

     n – валентность щелочного металла;

      В качестве катионов в состав природных цеолитов обычно входит натрий, калий, кальций, реже магний, барий, стронций. В качестве природных цеолитов используют различные минералы: содалит, шабазит, морденит, фожазит и др. Синтетические цеолиты типов А, Х, Y имеют строение и геометрическую структуру, аналогичные природным.

Цеолиты типа Аотносят к низкокремнистым формам: в них отношение                SiO₂ : Al₂O₃ не превышает 2.                

Цеолиты типа Химеют мольноеотношение SiO₂ : Al₂O₃,которое может изменяться от 2,2 до 3,3    

Цеолиты типа Y  -от3,1 до 6. При повышении этого показателя повышается кислотостойкость цеолитов.

Экстракцией – называется процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при обработке ее растворителем. Растворитель должен хорошо растворять извлекаемые компоненты и практически не растворять нежелательные компоненты. Поэтому при экстракции растворители называют избирательнымиили селективными. Селективность или избирательность растворителя характеризуется :

коэффициентом избирательности– это его способность четко разделять компоненты сырья на рафинат, содержащий нафтено-парафиновые и высокоиндексные ароматические углеводороды, и экстракт, содержащий низкоиндексные полициклические ароматические углеводороды и смолистые соединения;

растворяющей способностью –показатель, характеризующий количество растворителя, необходимое для растворения определенного количества сырья, т.е. в конечном итоге для получения рафината определенного качества. Чем меньше растворителя необходимо для получения такого рафината, тем выше растворяющая способность. Как правило, селективность и растворяющая способность антибатны, рост одного показателя ведет к снижению другого. На НПЗ при селективной очистке масел  сырьем является дистилляты и деасфальтизаты, продукция: рафинаты – целевые продукты процесса – направляются на депарафинизацию с целью получения масел; экстракты – побочные продукты – используются как сырье для производства битумов, технического углерода, пластификаторов, каучуков в резиновой промышленности, как компонент котельного топлива. Основными промышленными растворителями в настоящее время являются фенол, фурфуроли находящийся все более широкое применение N – метилпирролидон – 2 (NMП)

       В нефтепереработке процесс экстракцииприменяется при очистке масел, дизельных топлив, деасфальтизации, извлечении ароматических углеводородов.

Процесс экстракции содержит две стадии:

1- стадия– процесс смешения растворителя с разделяемой смесью. На этой стадии необходимо получить жидкую систему, способную к расслаиванию, т. е. две жидкие фазы, между которыми распределяются извлекаемые компоненты. Один раствор, состоящий из растворителя и извлеченных компонентов, называется экстрактным, а второй раствор,включающий не извлеченные компоненты и растворитель, называется рафинатным.

2 – стадия –разделение образовавшей смеси на рафинатный и экстрактный раствор (можно разделить путем отстаивания).