Нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы. Разработка рациональной технологической схемы нефтеперерабатывающего завода с подбором технологических установок

ВВЕДЕНИЕ

Нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы (НПЗ и НХЗ) представляют собой сложные многоотраслевые предприятия, в состав которых входят различные инженерные сооружения – технологические цеха и установки, объекты приема и хранения сырья и товарной продукции, многочисленные энергетические службы и сооружения. Разработка рациональной технологической схемы нефтеперерабатывающего завода с подбором технологических установок и определением наиболее целесообразного варианта эксплуатации установок является наиболее важным этапом проектирования предприятия. Технологическая схема НПЗ определяется потребностью в нефтепродуктах того или иного ассортимента, качеством перерабатываемого сырья, состоянием разработки тех или иных технологических процессов. Решающим фактором является потребность в нефтепродуктах района, где находится предприятие (так называемая плотность потребления). Балансом предприятия предусматриваются постоянные или временные перевозки нефтепродуктов из одного района в другой по схеме, обеспечивающей минимум затрат. Качество сырья не имеет такого решающего значения, как это было ранее, поскольку разработаны процессы, позволяющие получать основные сорта нефтепродуктов, в том числе и высокого качества, практически из любой нефти. Однако для производства таких продуктов, как битумы, нефтяной кокс, отдельные сорта смазочных масел требуются специальные виды сырья.

Существует несколько вариантов технологических схем переработки нефти. В общем виде эти схемы могут быть сведены к четырем основным типам:1) топливная с неглубокой переработкой нефти; 2) топливная с глубокой переработкой нефти; 3) топливно-масляная; 4) топливно-нефтехимическая.

Целью данного проекта является разработать вариант комплексной переработки самотлорской нефти с получением при этом максимального количества светлых нефтепродуктов с улучшенными экологическими показателями. Данная схема будет работать по топливному варианту.

Кчислу важнейших задач развития нефтеперерабатывающей промышленности России относится разработка и осуществление комплекса мер по коренному оздоровлению экологической обстановки в районах действий предприятий, снижение загрязнения окружающей среды и энергозатрат на переработку нефти при одновременном повышении уровня технической безопасности производств.

Указанные выше задачи определяют цели развития отрасли, но для каждого предприятия они индивидуальны по части их приоритетов и последовательности реализации с учетом достигнутого настоящему моменту уровня развития.                                                                                    

[2]

1.  ЛИТЕРАТУРНЫЕ ДАННЫЕ О САМОТЛОРСКОЙ НЕФТИ

1.1  Физико-химические характеристики самотлорской нефти

Относительная плотность при 20 ⁰С  ρ₄²⁰ = 0,8426

Средняя молекулярная масса М = 194

Кинематическая вязкость    при 20  ⁰С ν₂₀ = 6,13

Кинематическая вязкость    при 50  ⁰С ν₅₀ = 3,33

Температура застывания (с обработкой)  < - 33

Содержание парафина,   2,3%    

Т_пл = 50 ⁰С

Содержание, %:

- сера                                    0,96;

- азот                                     0,12;

- сернокислотные смолы    14,0;

- силикагелевые смолы       10,0;

- асфальтены                         1,36

Коксуемость      1,94%

Кислотное число  0,038 мг КОН на 1 г нефти

Выход фракций, вес. %     до 200  ⁰С          30,6

до 350  ⁰С          58,2                                                   [1]

Таблица 1 — Элементный состав нефти

Содержание,  %
С	Н	О	S	N
86,23	12,79	0,25	0,63	0,1

Таблица 2 — Изменение физико-химических свойств нефти в  зависимости от температуры

Свойства нефти	при 20  0С	при 30  0С	при 40  0С	при 50  0С
кинематическая вязкость, νt	6,13	4,61	4,03	3,33
условная вязкость, ВУ	1,49	1,35	1,29	1,22
относительная плотность, ρt	0,8426	0,8353	0,8280	0,8207

Таблица 3 — Характеристика фракций, выкипающих до 200  ⁰С

Температура отбора,  0С	Выход (на нефть), %	ρt	Фракционный состав, 0С				Содержание серы, %	Октановое число
			н.к.	10%	50%	90%		Без ТЭС
28-62	5,6	0,6280	-	-	-	-	0	74,2
28-85	8,9	0,6455	35	45	63	80	-	67,4
28-180	25,4	0,7321	56	70	111	165	-	53,4
28-200	29,1	0,7416	58	73	122	185	0,015	51,6

1.2  Групповой углеводородный состав фракций, выкипающих до 200 ⁰С:

ароматических – 10%

нафтеновых    –   27%

парафиновых –   63%                                                                                    [1]

Потенциальное содержание (в вес %) фракций в самотлорской нефти
отгонка до	содержание (в вес %)
температуры, 0С	фракций в нефти
28	1,5
62	7,1
80	9,7
85	10,4
100	12,9
120	16,1
140	19,7
160	23,3
180	26,9
200	30,6
220	34,2
240	37,8
260	41,2
280	44,8
300	48,6
320	52,3
350	58,2
400	68,2
450	77,0
480	81,8
500	85,0
остаток	15,0

Таблица 4 — Групповой углеводородный состав фракций

Таблица 5 — Характеристика легких керосиновых дистиллятов

Температура отбора 0С	Выход (на нефть), %	ρ420	Фракционный состав, %				ν20	ν-40	Температура, 0С		Теплота сгорания низшая, ккал/кг	Содержание серы, %	Содержание ароматических УВ, %	Иодное число, мг иода на 100 г топлива
			н.к	10%	50%	90%			Начала кристаллизации	Вспышки в закрытом тигле
120-240	21,7	0,7917	130	145	173	220	1,43	5,03	-60	34	10318	0,05	2,21	0,42

  [1]

Таблица 6 — Групповой углеводородный состав керосиновых фракций

Температура отбора, 0С	Содержание углеводородов, %
	ароматических	нафтеновых	парафиновых
200-250	20	31	49
250-300	26	28	46
200-300	23	29	48
300-350	41	21	38

Таблица 7 — Характеристика дизельных топлив и их компонентов

Температура отбора, 0С	Выход (на нефть), %	Цетановое число	Фракционный состав, 0С				ρ420	ν20	ν50	Температура, 0С			Содержание серы, %
			10%	50%	90%	98%				застывания	помутнения	вспышки
150-350	36,8	50	190	251	322	329	0,8365	3,37	1,95	-36	-21	67	0,39
180-240	10,9	-	198	207	226	233	0,8132	1,98	1,30	-55	-50	48	0,17
180-350	31,3	49	220	260	324	330	0,8443	4,15	2,25	-27	-15	-	0,5
200-350	27,6	51	236	271	319	331	0,8460	4,8	2,44	-23	-12	105	0,57
240-300	10,8	-	250	269	288	293	0,8455	4,4	2,31	-25	-14	-	0,52
240-320	14,5	52	259	274	296	304	0,8512	5,06	2,55	-22	-11	125	0,60
240-350	20,4	51	261	277	319	322	0,8587	6,35	3,09	-15	-10	-	0,75

Таблица 8 — Характеристика мазутов и остатков

Мазут и остаток	Выход (на нефть), %	ρ420	ВУ50	ВУ80	ВУ100	Температура, 0С		Содержание серы, %	Коксуемость, %
						застывания	вспышки
Мазут топочный
40	37,2	0,9416	39,32	7,8	3,58	16	248	1,97	7,8
100	29,4	0,9542	61,6	15,1	6,33	19	274	2,09	9,42
200	26,8	0,9603	69,82	21,0	8,0	20	283	2,25	10,0
Остаток
выше 3000С	51,4	0,9232	15,1	3,5	1,95	8	191	1,75	5,43
3500С	41,8	0,9355	29,52	5,9	2,66	13	233	1,9	6,8
4000С	31,8	0,9496	54,5	11,53	5,3	18	265	2,05	8,9
4500С	23,0	0,9705	279,0	35,6	12,15	22	298	2,16	10,75
5000С	15,0	0,9959	-	216,4	58,69	28	344	2,35	12,54

Таблица 9 — Характеристика сырья для деструктивных процессов

Остаток после отбора фр-ий до температуры, 0С	Выход (на нефть), %	ρ420	ВУ100	Температура застывания, 0С	Содержание серы, %	Коксуемость, %
350	41,8	0,9355	2,66	13	1,9	6,8
450	23,0	0,9705	12,15	22	2,16	10,75
500	15,0	0,9959	58,69	28	2,35	12,54

[1]

1.3  Характеристика товарных нефтепродуктов

1.3.1 Автомобильные бензины

Автомобильные бензины вырабатываются пяти марок - А-76, Аи-91,      Аи-93, Аи-95 и Аи-98, где цифра соответствует октановому числу моторным методом (76) или исследовательским методом (91, 93, 95 и 98) о чем свидетельствует буква "и" в обозначении марки.

Автомобильные бензины выпускают различными по фракционному составу для летнего периода (с 01.04 по 01.10) и зимнего (с 01.10 по 01.04), с тем чтобы их испаряемость соответствовала уровню температуры внешней среды. Соответственно различно и давление насыщенного пара (оно повышено для зимних сортов). Ввод в бензины ТЭС (до 0,5 г/кг) для повышения октанового числа в настоящее время ограничен по экологическим мотивам, поэтому широкое применение нашли высокооктановые добавки (в их качестве применяют алкилбензин с ОЧ = 94-96, толуол, метил-трет-бутиловый эфир с ОЧ = 100-117 и др.).

При производстве автомобильных бензинов допускается применять кислородсодержащие компоненты, другие высокооктановые добавки, а также антиокислительные и моющие присадки, улучшающие экологические показатели бензинов и допущенные к применению.  Моющие присадки могут вводиться в автомобильные бензины при отгрузке потребителю, а также на нефтебазах и АЗС или непосредственно в бензобак перед заправкой автомобиля.                                                          [5]

Наименование показателя	Значение для марки
	Нормаль-80	Регуляр-91	Регуляр-92	Премиум-95	Супер-98
1. Октановое число, не менее:
по моторному методу	76,0	82,5	83,0	85,0	88,0
по исследовательскому методу	80,0	91,0	92,0	95,0	98,0
2. Концентрация свинца, г/дм3, не более	0,010
3. Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 бензина, не более	5,0
4. Массовая доля серы,%, не более	0,05
5. Объемная доля бензина, %, не более	5
6. Испытание на медной пластинке	Выдерживает класс I
7. Плотность при 15 °С, кг/м3	700-750	725-780	725-780	725-780	725-780
8. Давление насыщенных паров бензина, кПа, ДНП
мин.	35	45	55	60	80
макс.	70	80	90	95	100
9. Фракционный состав:
температура начала перегонки, °С, не ниже	35	35	Не нормируется
пределы перегонки, °С, не выше:
10 %	75	70	65	60	55
50 %	120	115	110	105	100
90 %	190	185	180	170	160
конец кипения, °С, не выше	215
доля остатка в колбе, %, (по объему)	2
остаток и потери, % (по объему)	4

Таблица 10 — Физико-химические и эксплуатационные показатели    автомобильных бензинов  (ГОСТ Р 51105-97)

1.3.2 Реактивные топлива (авиационные керосины)

Это основной вид топлива в современной реактивной авиации, вырабатываемый сравнительно недавно (с 50-х годов). Используют их для ТК ВРД самолетов и мощных вертолетов, поэтому