Переработка парафина бизнес идея
Добытая нефть представляет собой смесь различных углеводов (парафиновых, нафтеновых и ароматических), имеющих различный молекулярный вес и температуру кипения.
Сущность переработки нефти
Сырая нефть, добытая из скважины, не используется в чистом виде.
Поэтому первичная переработка нефти выполняется на специализированных заводах. Именно на такой нефтеперерабатывающий завод доставляется сырье по трубопроводу, железной дороге либо с помощью морских танкеров. В результате получается авиационный керосин, бензин, мазут, парафин, смазочные масла, а также сырье для нефтехимического производства.
Этапы переработки
Из сырой нефти в современных условиях может быть получено различное топливо, нефтяные масла, битумы, парафины, керосины, смазки, растворители и прочие нефтепродукты, которые получаются после переработки сырья.
Добытая нефть – углеводородное сырье, которое на месторождении должно пройти долгий этап, до того как из данной смеси будут выделены ценные и важные компоненты, из которых потом получают продукт, пригодный к использованию.
Технология первичной переработки нефти является довольно сложным процессом, который должен начинаться с транспортировки сырья на завод, где оно проходит несколько этапов, а именно:
- подготовительный этап;
- первичная переработка нефти;
- вторичная переработка;
- этап очистки.
Подготовительный этап
Добытое сырье содержит такие примеси, как соль, вода, глина, песок и попутный газ.
У каждого месторождения есть свой срок эксплуатации, который зависит от толщины нефтяного пласта. Наличие в нефти воды и механических примесей очень мешает ее транспортированию по трубопроводам для подачи на переработку. При этом оно может вызвать образование каких-либо отложений в емкостях и теплообменных аппаратах, что существенно усложняет первичный процесс переработки нефти.
Добываемая нефть на первом этапе должна пройти комплексную (механическую) очистку, а уже потом тонкую очистку.
На подготовительном этапе проводится разделение сырья на газ и нефть в специальных сепараторах. Первичная переработка нефти и газа предусматривает отстаивание сырья на холоде в герметичных резервуарах. Также подогрев на определенное время способствует устранению значительного количества твердых частиц и воды. Установка первичной переработки нефти будет эффективно работать, есть сырье дополнительно подвергнуть обезвоживанию, а также обессоливанию на специальном оборудовании.
Иногда нефть в совокупности с водой может образовывать эмульсию, которая трудно растворяется. В ней зачастую мелкие частицы одной составляющей во взвешенном состоянии распределяются в другой.
На практике среди эмульсий можно выделить два основных их вида: нефть в воде (гидрофильная), вода в нефти (гидрофобная).
Способы разрушения эмульсий
Первичная переработка нефти не может обходиться без разрушения указанных выше эмульсий. Существует несколько таких способов: химический, механический и электрический.
Химический метод предполагает разрушение с использованием деэмульгаторов (поверхностно-активных веществ). Данные компоненты характеризуются высокой активностью в сравнении с «работающим эмульгатором». Они образуют противоположную эмульсию и могут успешно растворять адсорбционную пленку. Этот способ в основном применяется одновременно с электрическим, при котором с помощью воздействия тока на эмульсию нефти происходит объединение частиц воды, что способствует более быстрому расслоению с нефтью.
Механический способ разрушения подразделяется на отстаивание и центрифугирование. Разница в плотностях элементов эмульсии способствует легкому расслоению воды и нефти при нагревании жидкости до 160 градусов в течение трех часов (не должны допускаться испарения воды). При этом давление обязательно сохраняется на уровне 15 атмосфер.
При центрифугировании эмульсия разделяется с использованием специального оборудования (центрифуг). Количество оборотов должно достигать до 50000 раз в минуту.
Первичная переработка нефти
Данный этап переработки сырья заключается в разделении его на группы углеводородов и фракции. В процессе перегонки установка первичной переработки нефти получает широкий ассортимент полупродуктов и нефтепродуктов.
В основу данного процесса заложен принцип разности в температурах кипения составляющих добытого сырья. В результате нефть должна быть разложена на фракции: светлые нефтепродукты (мазут) и масло (гудрон).
В процессе получения готового продукта самой важной является именно первичная переработка нефти, схема которой может варьироваться и осуществляться одним из таких способов:
- Однократное испарение – в подогревателе нефть прогревается до нужной температуры. В результате данного процесса образуются пары. С достижением необходимой температуры полученная парожидкостная смесь должна поступить в испаритель, который представляет собой цилиндр, где пар уже отделяется от жидкости.
- Многократное испарение – процесс, который представлен последовательностью однократных испарений с постепенным повышением температуры при нагреве.
- Постепенное испарение – это перегонка, которая представляет собой незначительное изменение нефти с каждым однократным испарением.
Оборудование
Основным оборудованием при первичной перегонке нефти являются: ректификационные колонны, трубчатые печи и теплообменные аппараты.
Сам процесс перегонки нефти осуществляется в ректификационных колонных. Так, добываемое сырье посредством использования насоса поступает в теплообменник, там прогревается и переходит в трубчатую печь, где уже подогревается до нужной температуры. Потом нефть как парожидкостная смесь поступает в испарительную часть указанной ректификационной колонны. Здесь осуществляется разделение жидкой и паровой фазы (жидкость перемещается вниз, а пар — вверх).
В зависимости от вида осуществляемого процесса (вида испарений) используются следующие типы трубчатых печей: атмосферные (далее — АТ), вакуумные (далее — ВТ) и атмосферно-вакуумные (далее — АВТ). В АТ осуществляется неглубокая переработка, в результате которой получаются керосиновые, бензиновые и дизельные фракции, а также мазут. С использованием установок ВТ происходит углубленная переработка сырья. В результате получаются масляные, газойлевые фракции и гудрон, впоследствии используемые при производстве кокса, смазочных масел и битума. В установках АВТ происходит комбинирование двух способов перегонки нефти.
Вторичная переработка нефти
По результатам определения у нефти ее физико-химических свойств, а также в зависимости от потребностей в готовом продукте, выбирается дальнейший способ деструктивной переработки добываемого сырья. Вторичная переработка – это проведение термического и каталитического воздействия на нефтепродукты, которые получены способом прямой перегонки. Осуществление воздействия на сырье может менять природу содержащихся в нем углеводородов.
Виды вторичной переработки
Для более полного определения сущности вторичной перегонки нефти необходимо подробнее остановиться на ее основных видах.
Так, первый способ (топливный) используется с целью получения автомобильных бензинов высокого качества, а также различных видов дизельного топлива и сырья для заправки реактивных двигателей. Данный метод предполагает использование меньшего количества технологических установок. Это процесс, в результате которого из нефтяных фракций можно получить моторные масла. К данному виду переработки сырья относится каталитический крекинг и риформинг, гидроочистка, гидрокрекинг и прочие термические процессы.
Результатами топливно-масляной переработки нефти являются асфальт и смазочные масла. В этом случае речь идет о процессах деасфальтизации и экстракции.
Однако самые разнообразные нефтепродукты получаются в процессе проведения нефтехимической переработки. Поэтому здесь используется и наибольшее количество различного технологического оборудования. По результатам такой обработки сырья получаются не только масла и топлива, но и синтетический каучук, азотные удобрения, пластмасса, моющие средства, фенол, спирт, ацетон и другие химикаты.
Вывод
Подытоживая изложенный в данной статье материал, необходимо отметить, что первичная и вторичная переработка нефти – это обязательные этапы перерабатывающего производства.
Исследования, которые проводятся под руководством профессора кафедры химической технологии топлива и химической кибернетики Национального исследовательского Томского политехнического университета доктора технических наук Елены Ивашкиной, создают научную основу для ресурсоэффективной технологии переработки парафинов, получаемых из дизельного топлива. И не только. Кроме важной теоретической составляющей, работа имеет и ценное практическое значение. Ее результаты помогут решать проблемы импортозависимости страны, в частности позволят существенно снизить потребность в уникальных катализаторах, которые у нас не производятся. Проект молодого ученого, посвященный этой теме, получил государственную поддержку в виде гранта Президента РФ. Наш корреспондент постарался разобраться в непростых вопросах.
– Основные составляющие нефти и вырабатываемых из нее нефтепродуктов – это углеводороды трех групп: парафиновые, нафтеновые и ароматические, – рассказывает Елена Николаевна. – Улучшить низкотемпературные свойства нефтепродуктов удается с помощью депарафинизации – удаления нормальных парафинов из керосиновых, дизельных и масляных фракций. Это очень важные технологии.
Жидкие парафины, извлеченные из средних дистиллятов нефти, – ценное сырье для получения основных составляющих любого синтетического моющего средства (СМС), например линейных алкилбензолов (ЛАБ), алкилбензолсульфонатов (ЛАБС), алкилбензолсульфоновой кислоты (ЛАБСК).
Есть три способа извлечения жидких парафинов из нефтепродуктов. Первый – карбамидная депарафинизация. Это старая, морально и физически устаревшая технология. Главный недостаток – низкая селективность извлечения. Второй способ – адсорбционный, с помощью цеолитов (молекулярных сит). Проблема этого эффективного метода – в быстрой дезактивации цеолитов, требующей частой их замены. Наиболее перспективная технология, позволяющая получать низкозастывающие сорта дизельного топлива, – каталитическая гидродепарафинизация. Парафины не извлекаются, а химически преобразуются в углеводороды разветвленного строения или более короткоцепочечные. Но проблема для России в том, что требуются зарубежные катализаторы.
– Результаты ваших исследований помогут решению этой проблемы?
– Надеюсь. Но вначале хотелось бы обратить внимание на то, что эффективность использования ресурсов сырья и катализаторов в многостадийных комплексных технологиях, определяется, прежде всего, составом перерабатываемого сырья – различных фракций нефти, а также условиями эксплуатации катализаторов, которые обеспечивают низкую скорость побочных реакций.
Мы занимаемся внедрением и активным использованием в многостадийной комплексной технологии математических моделей. Эти модели учитывают физико-химические закономерности промышленных процессов, они чувствительны к изменению состава сырья и активности применяемых катализаторов. Подобных моделей еще не было. Поэтому не было и возможности создавать оптимальные режимы работы промышленных установок для производства продукции нужного качества.
Ресурсоэффективная технология переработки парафинов позволяет, используя программно-реализованные математические модели, провести расчет оптимальных параметров для работы всей цепочки промышленных аппаратов с учетом изменения состава сырья и свойств катализаторов. Благодаря таким моделям мы сможем решить ряд важнейших прикладных задач: оптимальное распределение сырья между каталитическими установками, эффективное получение компонентов СМС, низкозастывающих сортов дизельного топлива. Кроме того, увеличение ресурса использования дорогостоящих импортных катализаторов при переработке сырья неблагоприятного состава – одна из приоритетных научно-прикладных задач современной нефтепереработки и нефтехимии.
Выход и качество ЛАБС и ЛАБСК также определяются составом перерабатываемой смеси углеводородов. При неблагоприятном химическом составе сырья ухудшаются биоразлагаемость и цвет готовых СМС. Оптимальное регулирование технологическими параметрами работы реакторов для получения полуфабрикатов СМС при изменении состава перерабатываемого сырья позволит решить одну из важнейших экологических проблем нефтехимии – улучшение качества сточных вод предприятий и бытовых стоков, загрязненных соединениями с низкой биохимической разлагаемостью.
– Какие основные цели стоят перед проектом?
– Мы разрабатываем новую ресурсоэффективную технологию гидропереработки дизельной фракции нефти в компоненты малосернистого низкозастывающего дизельного топлива и полуфабрикаты синтетических моющих средств – алкилбензосульфоновую кислоту и линейные алкилбензолсульфонаты, через стадию дегидрирования н-парафинов. При ее создании используем новые математические модели каталитических процессов в промышленных реакторах, совмещенных с процессами фракционирования сырья. Эти модели описывают кинетику и гидродинамику промышленных процессов, учитывают реакционную способность парафиновых углеводородов и активность катализаторов.
Для создания научных основ новой ресурсоэффективной технологии нам предстоит провести экспериментальные (лабораторные и производственные) и численные (математическое моделирование, вычислительный эксперимент) исследования. Надо проделать колоссальную работу по сбору и анализу данных с промышленного предприятия, эксперименты по изучению влияния состава сырья на выход и качество нефтепродуктов, исследование процессов дезактивации катализаторов, а также по разработке новых математических моделей реакторных каталитических процессов и их испытаниям в промышленности.
Необходимо, чтобы наш математический аппарат предсказывал эффективные режимы эксплуатации промышленных установок комплексного производства. Эти модели затем используют для оптимального распределения сырья между установками и расчета перспективных режимов эксплуатации катализаторов. Научные основы ресурсоэффективной технологии – это синтез натурного и вычислительного экспериментов, метода математического моделирования и стратегии системного анализа.
Над созданием новой технологии переработки парафинов трудится целый коллектив. Исследования проводятся в рамках ведущей научной школы, возглавляемой профессором Эмилией Дмитриевной Иванчиной (школа поддержана грантами Президента РФ в 2014 и 2016 годах). Вместе со мной в проекте участвуют три кандидата наук, три аспиранта, пять студентов кафедры химической технологии топлива и химической кибернетики.
Эмилия Дмитриевна, как научный руководитель нашего большого исследовательского направления, обеспечивает взаимодействие и связь с промышленными объектами – нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ) в Северо-Западном и Сибирском федеральных округах. Экспериментальные и численные исследования ведут студенты и аспиранты под моим непосредственным руководством. В нашем коллективе есть грамотный программист, который помогает реализовывать разработанные математические модели в виде специальных прикладных программ для того, чтобы обеспечивать их апробацию и внедрение на НПЗ. Для использования математических моделей в автоматических системах управления технологическими процессами заводов необходимо выполнить программную реализацию алгоритмов решения сложной системы дифференциальных уравнений модели. Нужно также разработать интерфейс, удобный для использования как разработчиками продукта, так и технологами нефтеперерабатывающих заводов (что намного важнее), а также подключить разработанный программный продукт к базе данных предприятия для его работы в режиме онлайн. Модели оптимизации должны быть максимально доступны любому пользователю, поэтому нужно исключить любые возможные сложности со сбором исходных данных, необходимых для проведения расчетов. Это отдельный, очень непростой этап работы, который предстоит выполнить.
– Что-то уже сделано из намеченного?
– Исследования по нашему направлению мы ведем давно. В частности, определили оптимальные режимы подачи воды в промышленный реактор одной из первых стадий переработки извлеченных парафинов, что увеличило срок службы катализатора на 20%. Разработанная в 2005-2012 годах математическая модель химико-технологической системы производства ЛАБ позволила провести анализ влияния большой группы факторов на интенсивность побочных реакций в процессе переработки парафинов и экологические свойства поверхностно-активных веществ на основе этих алкилбензолов.
Для того чтобы определить оптимальные (с точки зрения увеличения срока службы катализатора) условия проведения промышленных процессов производства ЛАБ, мы сделали специальные расчеты. Для этого использовали математическую модель разных технологических режимов промышленной установки. Благодаря научным результатам разработали теоретические основы технологии производства экологически безопасных поверхностно-активных веществ с продленным сроком службы катализатора.
Мы также исследовали другие процессы гидропереработки, близкие по теоретическим основам и составу перерабатываемого сырья – дизельной фракции нефти, это, например, каталитическая гидродепарафинизация. Кроме того, исследуем завершающие стадии технологии – процессы алкилирования и сульфирования, отличающиеся сложным составом получаемых продуктов и сложной гидродинамикой реакторов.
– Где могут быть востребованы результаты вашей научной работы?
– Наша технология снизит себестоимость готовой продукции при сохранении ее высокого качества (низкозастывающего дизельного топлива и синтетических моющих средств), а также уменьшит зависимость российских производителей синтетических моющих средств от импортных полуфабрикатов. Внедрение рекомендаций на российских предприятиях увеличит ресурс работы не имеющих отечественных аналогов катализаторов для переработки извлеченных парафинов. Оптимальное регулирование технологическими параметрами работы реакторов алкилирования и сульфирования при изменении состава перерабатываемого сырья позволит решить одну из важнейших экологических проблем, связанную с высоким содержанием побочных продуктов. Эти продукты ухудшают биохимическую разлагаемость полуфабрикатов синтетических моющих средств, полученных при переработке парафиновых углеводородов дизельной фракции нефти.
Математические модели можно будет использовать в качестве компьютерных тренажеров технологического персонала нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, для отработки действий в случае возникновения нештатных ситуаций на производстве. Основные результаты проекта будут использованы в образовательных курсах Томского политехнического университета при подготовке бакалавров, магистров и аспирантов по нескольким химико-технологическим направлениям.
Василий ЯНЧИЛИН
Фото предоставлено Е.Ивашкиной