Низкотемпературная кристолизация и ректификация

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  РАЗДЕЛ

1.1 Современный  уровень и перспективы развития  отрасли

 

 

Нефтяная промышленность. Нефть - первичный энергоноситель на основе которого получают в качестве вторичных ряд облагороженных продуктов для конечного потребления: бензин, осветительный керосин, реактивное и дизельное топливо, мазут, гудрон, различные нефтяные масла - смазки, смазочно-охлаждающие, гидравлические, изоляционные и т.д. газообразные и жидкие фракции нефти - основные углеводородные полупродукты для широкого использования в нефтехимической промышленности. Получаемые из нефти виды топлива, а из углеводородного сырья органические химикаты и полимеры в 10-50 раз превышают по стоимости саму использованную нефть. Это определяет экономическое значение нефтяной промышленности и связанных с ней производств по переработке нефти.

Быстрый рост добычи нефти  во второй половине ХХ века по сравнению  с углем был обусловлен рядом  ее физических и технологических  преимуществ:

В 1-2 раза более высокая  теплотворность;

Большая скорость сгорания;

Относительная несложность  переработки и извлечения из нее  широкого круга углеводородов;

Использование нефти экологически безопаснее, чем угля;

Многим нефтепродуктам присущи  те же или еще большие преимущества, что и у нефти;

Росту добычи нефти способствовали также экономические и географические условия:

Низкие капиталовложения и себестоимость добычи по сравнению  с углем;

Концентрация крупнейших недровых запасов в странах (особенно Ближнего и Среднего Востока) с низким уровнем налогов, легкостью в прошлом получения концессий по низким ценам, дешевая рабочая сила;

Благоприятные геологические  условия - небольшая, как правило, глубина  скважин;

Мягкие экологические  законы или их полное отсутствие;

Рост морской добычи нефти (в середине 90 гг. - 30%) по-разному влияет на природную среду побережья  и мероприятия по ее защите в тех  или других странах;

Текучесть нефти, что облегчает  ее добычу, транспортировку, погрузку, эффективное использование тары для ее перевозки и хранения.

Технико-экономические преимущества нефти и получаемых на ее базе продуктов  обусловили особую роль нефтяной и  нефтеперерабатывающей промышленности в мировом хозяйстве. На разных этапах развития в сферу этой отрасли были вовлечены также черная металлургия (трубопрокатное производство), особенно широко машиностроение (оборудование для добычи, транспортировки, переработке нефти), использование ее в различных отраслях транспорта, в химической переработке и т.д. произошла перестройка всего энергетического хозяйства, как на стационарных установках (электростанции), так и нестационарных (двигатели на всех видах транспорта). Нефтепродукты стали использоваться не только в сферах материального производства, но и в массовом количестве в бытовом потреблении:большая часть полумиллиардного мирового парка автомашин - это личные транспортные средства населения, ежедневно потребляющие подавляющую часть нефтепродуктов.

Нефть и нефтепродукты  были и остаются важнейшими видами стратегических ресурсов. Вооруженные  силы всех государств по сравнению  со временем до Второй мировой войны многократно увеличили свою моторизацию. Внедрение последних поколений боевой авиации сильно увеличило расходы топлива, ибо мощности двигателей и соответственно потребление топлива стали на порядок выше. То же самое имеет место в наземных видах вооружений с использованием двигателей внутреннего сгорания. Нефтепродукты также стали видом боевых средств.

Развитие нефтяной, нефтеперерабатывающей и обслуживающих их отраслей промышленности и транспорта определили в ХХ веке целую эпоху, в которой пересеклись экономические, политические, национальные и религиозные интересы многих стран мира. Противоречия разных государств решались дипломатическими и военными путями. Борьба за источники нефти лежит в основе государственной политики промышленных государств мира. В настоящее время такую "нефтяную политику" и дипломатию особенно агрессивно проводят США.

Нефтяная промышленность - одна из самых монополизированных горнодобывающих отраслей. В большинстве  стран мира, кроме тех, где она  находится в ведении государственных  компаний, отрасль полностью контролируется крупнейшими ТНК, штаб-квартиры которых  находятся в США ("Эксон", "Мобил  ойл", "Тексако", "Шеврон"), а также в Западной Европе (ТНК Великобритании "Бритиш петролеум" и совместная Великобритании и Нидерландов "Роял Датч-Шелл"). Постепенно с 80-х гг. они начали терять свои некогда ведущие позиции среди крупнейших промышленных ТНК мира.

Это было обусловлено созданием  в 60-ые гг. странами-экспортерами нефти  организации ОПЕК, куда вошли Венесуэла, Иран, Ирак, Саудовская Аравия, а позднее  Алжир, Габон, Индонезия, Катар, Ливия, Нигерия, ОАЭ, Эквадор (в 1990 году Эквадор  вышел из ОПЕК), то есть главные страны - продуценты нефти. Борьба стран - членов ОПЕК за право распоряжаться нефтью на своей территории привела к резкому повышению цен на нее в 70-е и 80-е гг. и последовавшими за этим энергетическими кризисами. Национализация в странах ОПЕК нефтяной промышленности и создание государственных компаний поставили под их контроль более 4/5 запасов нефти, до 1/2 добычи и около 1/5 мощностей нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ). Однако ТНК продолжают влиять на деятельность ОПЕК в сфере технологии, оборудования и оказывать давление в области цен (резкое падение цен в 1998 г. сильно ударило по доходам всех стран - продуцентов нефти).

В географии мировой нефтяной промышленности за 1950-1995 гг. произошли большие изменения. До Второй мировой войны 4/5 добычи нефти приходилось на Северную и Южную Америку. Но уже после войны с открытием крупных месторождений нефти на Ближнем и Среднем Востоке а также в СССР доля Америки быстро снижается.

Важнейшие результаты региональных сдвигов в размещении добычи нефти:

Разрушение мощного потенциала нефтедобывающей промышленности Восточной  Европы, регион отброшен назад - к уровню 60-х и 70-х гг.;

Превращение Азии в лидера нефтедобычи в мире;

Создание крупной добычи нефти в Западной Европе, а также  в Африке;

Уменьшение доли Северной и Южной Америке в добыче нефти.

Роль нефтедобывающей  промышленности в Азии стала больше соответствовать географии запасов  нефти в мире.

Существенно изменилась роль отдельных государств в отрасли:

СССР в 1987-1988 гг. достиг максимального  уровня добычи нефти среди всех нефтедобывающих  государств - 624 млн. т., который не превзошла  ни одна страна за всю историю нефтяной промышленности; в 90-е гг. резко упала  добыча нефти на территории России и ряда других стран СНГ;

Лидерами в добыче нефти  стали США и Саудовская Аравия (суммарно они дают 1/4 добычи нефти  в мире);

Обнаружение и освоение ресурсов нефти в Северном море вывело Норвегию и Великобританию в число ведущих  нефтедобывающих стран мира;

Крупным продуцентом нефти  стала КНР;

Из числа ведущих в  отрасли временно выбыл Ирак.

Географию нефтяной промышленности хорошо характеризует баланс добычи

и потребления нефти по регионам мира. Этот баланс предопределял

межрегиональный внешнеторговый оборот нефти и ее основные потоки.

Нефтеперерабатывающая промышленность. Ее развитие было обусловлено ростом спроса на осветительный керосин в первый период ее становления в конце 19 и начале 20 в., а затем бензин - в связи с потребностями автомобильного и авиационного транспорта. В годы Второй мировой войны возрос спрос на дизельное топливо и мазут вплоть до нефтяного кризиса 70-х гг. Дешевая нефть сделала мазут главным видом топлива для ТЭС, особенно в Западной Европе. Становление реактивной авиации вынудило увеличить выход керосиновых фракций для нее. С 80-х гг. непрерывно растет потребление дизельного топлива для разных видов автомобильного транспорта, тракторного парка. Одновременно увеличивается спрос на смазочные масла. Все это определяло функционирование отраслей, структуры вырабатываемой продукции, особенно во 2 половине ХХ века.

Нефтехимическую промышленность объединяет с нефтеперерабатывающей, прежде всего общность многих технологических  процессов переработки сырья. Структура производств нефтехимического предприятия подчинена задачам получения исходных углеводородов для последующего синтеза полимерных материалов. Поэтому выбор направления переработки нефти на топливные продукты или сырьевые - для химического использования определяется экономическими, экономико-географическими и др. особенностями страны и конкретного ее районо. Это сильно влияет на размер предприятия и структуру вырабатываемых продуктов, их утилизацию или передачу другим заводам, например химическим.

Научно-технический прогресс в нефтеперерабатывающей промышленности был направлен на увеличение глубины  переработки нефти. Она достигла 80-90% выхода светлых нефтепродуктов и была связана с внедрением вторичных  процессов каталитического риформенга, крекинга и т.д. Одновременно с этим шло увеличение мощностей отдельных агрегатов НПЗ. В связи с этим сокращается количество неутилизуемых отходов переработки нефти. Глубина переработки нефти стала не только важным технологическим, но и определяющим экономическим показателем характеризующим состояние отрасли и хоз-ва стран и регионов мира. Концентрация переработки нефти на одном предприятии также зависит от экономических и экономико-географических особенностей размещения каждого конкретного НПЗ в стране.

Нефтепродукты - результат  конечной работы отрасли - все шире стали использоваться для индивидуального  потребления то, наряду с промышленным потреблением мазута, определяет рост их производства. Спрос на дизельное топливо и бензин непрерывно растет, что обуславливает высокие показатели их получения в расчете на душу населения.

 

 

1.2  Выбор и обоснование технологической схемы производства

 

 

К основным технологическим  методам извлечения тяжелых углеводородов из газа относятся: низкотемпературная сепарация (НТС), низкотемпературная абсорбцию (НТА), низкотемпературная конденсация (НТК), низкотемпературная конденсация и ректификация (НТКР) с комбинированной системой охлаждения.

Попутный нефтяной газ, подлежащий переработке, по содержанию целевых компонентов следует относить к разряду «сухих», суммарное содержание Сз+_В в нём меньше 309 г/м .

Согласно проекту, извлечение целевого компонента должно составить  не менее 92% от потенциального содержания в сырьевом газе.

Рассмотрим каждый способ и определим наиболее экономичный  из них (как по капитальным вложениям, так и по эксплуатационным затратам):

1. Сущность процесса низкотемпературной сепарации (НТС) состоит в 
однократной конденсации углеводородов при понижении температуры газа

до - 25  - 30 С за счет его дросселирования (эффект Джоуля - Томсона). В связи с тем, что процесс НТС протекает при низких температурах, в поток газа вводят ингибитор гидратообразования, что позволяет предотвратить образование гидратов, в качестве которых используют метанол и гликоли. Приведенные данные позволяют заключить, что для поддержания уровня извлечения жидких углеводородов из более облегчающегося по составу газа нужно понижать температуру сепарации, что сделать крайне трудно. В этом заключается один из крупных недостатков процесса НТС, несмотря на его технологическую простоту. Поэтому в большинстве случаев процесс НТС заменен процессом НТК, отличающимся более низкими температурами охлаждения газа (-90 -120°С).

2. Отбензинивание   попутного   нефтяного   газа  по   НТА -   процесс 
относительно    сложный,    так    как    число    аппаратов    технологического 
оборудования и приборов автоматического регулирования приблизительно в 2 
раза больше, чем в других схемах. Кроме того, потребление электротепловой 
энергии на циркуляцию,  нагрев (испарение) и охлаждение  больших масс 
абсорбента, жидких углеводородов теплоносителя довольно значительное.

Сравнение процессов НТА, НТС, НТК и НТКР показывает, что  НТА экономически не целесообразна как с точки зрения капитальных вложений, так и эксплуатационных затрат на единицу выпускаемой продукции.

3. Процесс низкотемпературной  конденсации (НТК) имеет сходства  с компрессионным способом отбензинивания, но проводится при температурах от -30 до -80 (-100) С. Причем источником холода является не только испаряющийся пропан. Применяется также турбодетандерное охлаждение.

Процесс НТК с  расширением газа с производством  внешней работы деэтандирование)   простой   и   гибкий.   Для   достижения   наиболее   полной конденсации, необходима система, состоящая из двух последовательно работающих турбодетандеров. При этом следует значительно снизить давление газа за детандерами. Но тогда для повторного компримирования газа с целью подачи  в  магистральные  газопроводы,  требуются  большие  энергетические затраты,    что    экономически    не    выгодно     Таким    образом,    основные преимущества - простота, гибкость и малые капитальные вложения - сводятся на нет в результате больших энергетических затрат.

4. НТКР с комбинированной  пропановой и турбодетандерной холодильной системой, по сравнению с всеми перечисленными способами, обладает следующими преимуществами:

требуется простая  охлаждающая система, обладающая экономию 
суммарной мощности, расходуемой на охлаждение;

мощность, необходимая  для повторного сжатия газа, значительно 
меньше, чем у турбодетандерной системы;

при внережимной работе системы охлаждения отбензинивающую 
установку можно эксплуатировать с пониженной производительностью, хотя при этом теряется эффективность извлечения Сз+;

отбензинивающая установка способна переработать сырьевой газ, 
бедный по содержанию тяжелых углеводородов; в этом случае турбодетандер автоматически  регулирует  его  температуру  до  требуемой  величины,  при которой обеспечивается эффективное извлечение пропана.

Охлаждающую систему  можно ремонтировать без отключения отбензинивающей установки Кроме того, эту установку можно эксплуатировать с выключенным турбо детандером. В таком случае дросселирование газа осуществляется с помощью перепуска клапана, при прохождении через который газ охлаждается (эффект Джоуля - Томсона).