На заре переработки нефти из-за характера и простоты очистки нефти не было необходимости разбираться в характере и поведении сырья для нефтепереработки в тех деталях, которые требуются в настоящее время
жүктеу/скачать 175.05 Kb.
|
|
Введение Химический состав нефти и связанной с ней тяжелой нефти, а также нефтепродуктов на основе сверхтяжелой нефти и битуминозных битуминозных песков является сложным (Speight, 2001, 2014, 2015), поэтому очень важно выбирать наиболее подходящие аналитические методы из полного списка методов и технологий анализа и оценки сырья для нефтеперерабатывающих заводов. На заре переработки нефти из-за характера и простоты очистки нефти не было необходимости разбираться в характере и поведении сырья для нефтепереработки в тех деталях, которые требуются в настоящее время. Очистка была относительно простой и включала перегонку ценной фракции керосина, которая затем продавалась в качестве источника света. После коммерциализации двигателя внутреннего сгорания желаемым продуктом стал бензин, который также был получен путем перегонки. Даже когда использовалась сырая нефть, которая содержала мало природного бензина, крекинг (т.е. термическое разложение с одновременным удалением дистиллята) стал способом работы. Однако с учетом спроса на топливо, предъявляемого к нефтяной промышленности во время и после Второй мировой войны, а также с наступлением эры нефтехимии и пластмасс, возникла необходимость в производстве материалов, которые даже не рассматривались как продукты в десятилетие до мировой войны. II. Таким образом, нефтепереработка взяла на себя роль технологического новатора, поскольку новые и более инновационные процессы были введены в действие с соответствующими достижениями в использовании катализаторов и конструкции реактора. Вдобавок возникла необходимость узнать больше о характере сырья для нефтеперерабатывающих заводов, чтобы нефтеперерабатывающие предприятия могли обеспечить предсказуемость процесса и планировать ассортимент продукции, основанный на рыночном спросе. Это была трудная задача, когда характер сырой нефти был неизвестен, и идея о том, что нефтепереработка должна быть делом на удачу, была неприемлема. На современном нефтеперерабатывающем заводе стратегии повышения качества нефти подчеркивают различия в свойствах, которые, в свою очередь, влияют на выбор методов или их комбинаций для преобразования нефти в различные продукты (Speight and Ozum, 2002; Parkash, 2003; Hsu and Robinson, 2006; Gary et al., 2007; Speight, 2014). Естественно, аналогичные принципы применяются к тяжелому сырью (например, тяжелой нефти, сверхтяжелой нефти, битуму из битуминозного песка и остаточным отходам), и в последние годы значительно возросла доступность процессов, которые можно использовать для преобразования этого сырья в полезные продукты ( Speight, Ozum, 2002; Parkash, 2003; Hsu, Robinson, 2006; Gary et al., 2007; Speight, 2014). Однако, прежде чем приступить к изучению методов, используемых для оценки нефтяного сырья, необходимо кратко описать природу процессов нефтепереработки. Это поможет правильно взглянуть на методы оценки. В общих чертах, процессы нефтепереработки (рис. 3.1) можно удобно разделить на три различных типа (Speight and Ozum, 2002; Parkash, 2003; Hsu and Robinson, 2006; Gary et al., 2007; Speight, 2014): (1) разделение - разделение сырья на различные потоки (или фракции) в зависимости от природы сырого материала; (2) конверсия - производство товарных материалов из исходного сырья путем изменения скелета или даже изменения химического типа компонентов исходного сырья; и (3) финишная обработка - очистка различных потоков продукта с помощью множества процессов, которые по существу удаляют примеси из продукта. В некоторых случаях может быть добавлена четвертая категория, которая включает такие процессы, как процессы реформинга (молекулярной перегруппировки). Для целей этого текста процессы реформинга (и другие) включены в процессы окончательной обработки, потому что это именно то, чем они являются - процессы, предназначенные для завершения различных потоков нефтепереработки и подготовки их к продаже. Процессы разделения и окончательной обработки могут включать дистилляцию или обработку промывочным раствором. Процессы преобразования обычно рассматриваются как процессы, которые изменяют количество атомов углерода в молекуле (термическое разложение), изменяют соотношение молекулярного водорода и углерода (ароматизация, гидрирование) или даже изменяют молекулярную структуру материала, не влияя на количество атомов углерода. атомов углерода на молекулу (изомеризация). Хотя можно классифицировать операции нефтеперерабатывающего завода, используя только что описанные три общих термина, поведение различных исходных материалов в этих операциях нефтепереработки непросто. Атомные отношения из окончательного анализа (таблица 3.1) могут дать представление о природе исходного сырья и общих требованиях к водороду для удовлетворения химии нефтепереработки (Speight, 2014); однако невозможно с какой-либо степенью уверенности предсказать, как сырье будет вести себя во время очистки. Любые выводы, сделанные на основе таких данных, являются чистым предположением и вызывают большие сомнения. Таким образом, для определения технологичности нефти требуется ряд последовательных и стандартизированных процедур определения характеристик (Speight, 2015). Эти процедуры можно использовать с широким спектром исходного сырья для разработки общего подхода к прогнозированию технологичности. Способность прогнозировать результат обработки исходного сырья предлагает (1) выбор последовательности обработки, (2) возможность отложений кокса на катализаторе, (3) определение устойчивости катализатора к разному сырью, (4) предсказуемость продукта. распределение и качество, (5) несовместимость во время обработки и несовместимость продуктов при хранении. Модернизация тяжелого сырья (такого как тяжелая нефть, сверхтяжелая нефть, битум из битуминозного песка и остаточные отходы) может быть спроектирована оптимальным образом, выполнив выборочные оценки химических и структурных характеристик этого сырья (Schabron and Speight, 1996). Однако определение характеристик тяжелого исходного сырья на молекулярном уровне затруднено (если не невозможно) из-за низкой летучести, высокой полярности и полидисперсности состава (Speight, 2001, 2014, 2015); тем не менее, интерес к характеристике тяжелого сырья связан с возросшим значением процессов облагораживания на дне барреля на современных нефтеперерабатывающих заводах (Speight, 2000; Speight and Ozum, 2002; Parkash, 2003; Hsu and Robinson, 2006; Ancheyta and Speight , 2007; Gary et al., 2007; Speight, 2011, 2014). Следовательно, правильная характеристика рафинируемости тяжелого сырья имеет первостепенное значение для производительности отдельных установок и общей оптимизации нефтеперерабатывающего завода. Схемы характеризации не должны быть сложными, они должны быть сосредоточены на ключевых параметрах, влияющих на технологичность. Например, идентификация важных характеристик может быть произведена путем разделения асфальтенов насыщенных, ароматических и смолистых компонентов (Speight, 2014). Последующий анализ фракций также дает дополнительную информацию о технологичности исходного сырья. В этом последующем анализе часто делается упор на фракцию асфальтенов, поскольку растворимость составляющих асфальтенов и растворимость термических продуктов оказывает сильное влияние на отложение твердых частиц и образование кокса во время обогащения. Дальнейшая оценка составляющих асфальтенов может привести к корреляции свойств асфальтенов с поведением процесса. Кроме того, полезную информацию можно получить из знания элементного состава и молекулярной массы, а также профилей эксклюзионной хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии. Тяжелое сырье демонстрирует широкий спектр физических свойств, и между различными физическими свойствами можно установить несколько соотношений (Speight, 2014). В то время как такие свойства, как вязкость, плотность, точка кипения и цвет нефти, могут широко варьироваться, окончательный или элементный анализ варьируется, как уже отмечалось, в узком диапазоне для большого количества образцов. Содержание углерода относительно постоянно, в то время как содержание водорода и гетероатомов является причиной основных различий между нефтями. Азот, кислород и сера могут присутствовать только в следовых количествах в некоторых нефтях, которые в результате состоят в основном из углеводородов. С другой стороны, нефть, содержащая 9,5% гетероатомов, может содержать, по существу, углеводородные компоненты, поскольку эти компоненты содержат по меньшей мере один или несколько атомов азота, кислорода и / или серы в молекулярных структурах. Кроме того, именно гетероэлементы могут оказывать существенное влияние на распределение продуктов нефтепереработки. В сочетании с изменениями, внесенными в состав сырья в процессе нефтепереработки, неудивительно, что переработка тяжелого сырья является монументальной задачей. В данном контексте тяжелое сырье (такое как тяжелая нефть, сверхтяжелая нефть, битум из битуминозного песка и остатки) также можно оценивать с точки зрения содержания серы, углеродного остатка, содержания азота и содержания металлов. Такие свойства, как плотность в градусах API и вязкость, также помогают оператору нефтеперерабатывающего завода понять природу обрабатываемого материала. Продукты из сырья с высоким содержанием серы часто требуют обширной обработки для удаления (или изменения) агрессивных соединений серы. Соединения азота и различные металлы, содержащиеся в сырой нефти, вызывают серьезную потерю срока службы катализатора. Углеродный остаток указывает на количество термического кокса, который может образоваться в ущерб жидким продуктам. Таким образом, необходима первоначальная проверка сырья (обычная проверка физических свойств). Из этого можно сделать выводы о наиболее логичных способах уточнения. Фактически, оценка сырой нефти на основе данных о физических свойствах о том, какие последовательности нефтепереработки следует использовать для той или иной конкретной сырой нефти, является преобладающей частью первоначального исследования любого материала, который предназначен для использования в качестве сырья для нефтепереработки. С химической точки зрения нефть представляет собой чрезвычайно сложную смесь углеводородных соединений, обычно с небольшими количествами азот-, кислород- и серосодержащих соединений, а также следовыми количествами металлсодержащих соединений (Speight, 2001, 2014, 2015 ). Однако состав нефти из разных источников непостоянен, и, следовательно, химический состав сырья является гораздо более верным индикатором поведения нефтепереработки. Независимо от того, представлена ли композиция в терминах типов соединений или в терминах общих классов соединений, она может позволить переработчику определить характер реакций. Следовательно, химический состав может играть большую роль в определении природы продуктов, получаемых в результате операций по очистке. Он также может сыграть роль в определении средств, с помощью которых следует обрабатывать конкретное сырье (Speight and Ozum, 2002; Parkash, 2003; Hsu and Robinson, 2006; Gary et al., 2007; Speight, 2014). Следовательно, разумный выбор сырья для производства любого конкретного продукта так же важен, как и выбор продукта для любой конкретной цели. В качестве альтернативы, и больше в соответствии с текущим контекстом, еще более важен разумный выбор последовательности обработки для преобразования тяжелого сырья в жидкие продукты. Тяжелое сырье представляет собой чрезвычайно сложные и структурированные смеси, состоящие преимущественно из углеводородов и содержащие серу, азот, кислород и металлы в качестве второстепенных компонентов. Хотя сообщалось, что сера находится в элементарной форме в некоторых сырых нефтях, большинство второстепенных компонентов встречается в сочетании с углеродом и водородом. Физические и химические характеристики сырой нефти, а также выход и свойства продуктов или фракций, полученных из них, значительно различаются и зависят от концентрации различных типов углеводородов и присутствующих второстепенных компонентов. Некоторые виды нефти имеют экономические преимущества в качестве источников горюче-смазочных материалов с очень ограничивающими характеристиками, поскольку они требуют менее специализированной обработки, чем та, которая необходима для производства тех же продуктов из многих типов сырой нефти. Другие могут содержать необычно низкие концентрации компонентов, которые являются желательными составляющими топлива или смазочного материала, и производство этих продуктов из такой сырой нефти может быть экономически нецелесообразным. Чтобы удовлетворить особые потребности в отношении типа перерабатываемой нефти, а также характера продукта, большинство нефтеперерабатывающих предприятий со временем разработали свои собственные методы анализа и оценки нефти. Однако такие методы считаются собственными и обычно недоступны. Следовательно, различные организации по стандартизации, такие как Американское общество испытаний и материалов (ASTM) (Speight, 2015), посвятили много времени и усилий согласованию и стандартизации методов проверки и оценки нефти и нефтепродуктов. Полное обсуждение большого количества рутинных тестов, доступных для нефти, занимает целую книгу (Speight, 2015). Однако кажется уместным, что при любом обсуждении физических свойств нефти и нефтепродуктов следует делать ссылку на соответствующий тест, и, соответственно, различные номера тестов были включены в текст. Таким образом, первоначальная проверка природы сырья позволит сделать выводы о наиболее логичных способах очистки или корреляции различных свойств с имеющимися структурными типами и, следовательно, попыткой классификации нефти (Speight, 2014). Действительно, тщательная оценка данных о физических свойствах является важной частью первоначального исследования любого сырья для нефтепереработки. Правильная интерпретация данных, полученных в результате проверки сырой нефти, требует понимания их значения. Наконец, здесь отмечены не все тесты, которые применяются для оценки обычной нефти. Цель этой главы - представить тесты, которые регулярно применяются для оценки более сложного сырья на нефтеперерабатывающем заводе, такого как тяжелая нефть, сверхтяжелая нефть, битум из битуминозного песка и остатки. Однако испытания, подобные тем, которые используются для определения летучести - характеристики, которая не очевидна для тяжелого сырья, - опускаются. Читателю предлагается более подробное обсуждение оценки нефти для этих тестов (Speight, 2014). жүктеу/скачать 175.05 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|