A destilação primária de petróleo é o primeiro processo tecnológico de refino de petróleo. Definições processamento primário disponíveis em todas as refinarias.
A destilação direta é baseada na diferença de pontos de ebulição de grupos de hidrocarbonetos próximos entre si em propriedades físicas.
Destilação ou destilação- este é o processo de separação de uma mistura de líquidos mutuamente solúveis em frações que diferem em pontos de ebulição entre si e com a mistura original. Durante a destilação, a mistura é aquecida até ferver e evapora parcialmente; obtém-se um destilado e um resíduo, cuja composição difere da mistura original. Nas instalações modernas, a destilação do óleo é realizada por evaporação única. Com uma única evaporação, as frações de baixo ponto de ebulição, passando para o vapor, permanecem no aparelho e reduzem a pressão parcial das frações de alto ponto de ebulição que evaporam, o que possibilita a destilação em temperaturas mais baixas.
Com uma única evaporação e posterior condensação dos vapores, obtêm-se duas frações: uma leve, que contém mais componentes de baixo ponto de ebulição, e outra pesada, que contém menos componentes de baixo ponto de ebulição que a matéria-prima, ou seja, durante a destilação, uma fase é enriquecida com componentes de baixo ponto de ebulição e a outra com componentes de alto ponto de ebulição. Ao mesmo tempo, é impossível obter a separação necessária dos componentes do óleo e obter produtos finais fervendo em determinadas faixas de temperatura usando a destilação. Nesse sentido, após uma única evaporação, os vapores de óleo sofrem retificação.
Retificação- processo de difusão de separação de líquidos que diferem em pontos de ebulição devido ao contato múltiplo contracorrente de vapores e líquidos.
Nas unidades primárias de destilação de petróleo, o flashing e a destilação geralmente são combinados.
Atualmente, a destilação direta do petróleo é realizada como um processo contínuo nas chamadas instalações tubulares de vácuo atmosférico (Fig. 4), cujos principais aparatos são um forno tubular e uma coluna de destilação.
Arroz. 4. Esquema de instalação de vácuo atmosférico para destilação
1.5 - fornos tubulares; 2.6 - colunas de destilação; 3 - trocadores de calor;
4 - capacitores
A base do processo se resume ao fato de que o óleo, aquecido a 350 0 C em um forno tubular, entra na parte intermediária da seção inferior da coluna de destilação operando sob pressão atmosférica. Ao mesmo tempo, sua gasolina, querosene e outras frações, fervendo na faixa de temperatura de 40 a 300 0 C, são superaquecidas em relação ao óleo, que tem temperatura de 350 0 C e, portanto, imediatamente se transformam em vapor. Na coluna de destilação, os vapores dessas frações de baixo ponto de ebulição sobem e o óleo combustível de alto ponto de ebulição desce. Isso leva a uma temperatura desigual ao longo da altura da coluna. Em sua parte inferior, a temperatura é a mais alta e, na parte superior, a mais baixa.
Os vapores ascendentes de hidrocarbonetos, quando em contato com um líquido mais frio que flui para baixo, são resfriados e parcialmente condensados. Ao mesmo tempo, o líquido aquece e as frações mais voláteis evaporam dele. Como resultado, a composição do líquido e do vapor muda, pois o líquido é enriquecido com hidrocarbonetos não voláteis e o vapor é enriquecido com hidrocarbonetos voláteis. Tal processo de condensação e evaporação, devido à diferença de temperatura ao longo da altura da coluna, leva a uma espécie de estratificação das frações de hidrocarbonetos em termos de ponto de ebulição e, conseqüentemente, em termos de composição. Para intensificar essa delaminação, prateleiras divisórias especiais, chamadas de placas, são instaladas no interior da coluna. As placas são chapas de aço perfuradas com aberturas para líquido e vapor. Em alguns projetos, os orifícios com saliências para a liberação do vapor são cobertos com tampas e são fornecidos tubos de drenagem para o líquido (Fig. 5).
Arroz. 5. Esquema do dispositivo e operação da coluna da bandeja de destilação:
1 - placas; 2 - tubos de derivação; 3 - tampas; 4 - copos de drenagem; 5 - paredes de coluna
Em tal placa, os vapores que sobem de cima borbulham no líquido por baixo das tampas, misturando-se intensamente e transformando-o em uma camada espumosa. Nesse caso, os hidrocarbonetos de alto ponto de ebulição são resfriados e os resíduos no líquido condensam, enquanto os hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição dissolvidos no líquido, quando aquecidos, passam para o vapor. Os vapores sobem para a placa superior e o líquido flui para a parte inferior. Lá, o processo de condensação e evaporação é repetido novamente. Normalmente, até 40 bandejas são instaladas em uma coluna de destilação com uma altura de 35-45 m. O grau de separação alcançado neste caso permite condensar e selecionar frações ao longo da altura da coluna em uma faixa de temperatura estritamente definida. Assim, a 300-350 0 C, o óleo solar condensa e é retirado, a uma temperatura de 200-300 0 C - fração de querosene, a uma temperatura de 160-200 0 C - fração de nafta. Os vapores não condensados da fração de gasolina com temperatura de 180 0 C são removidos pela parte superior da coluna, onde são resfriados e condensados em um trocador de calor especial. Parte da fração de gasolina resfriada é devolvida para irrigar a placa superior da coluna. Isso é feito para separar mais completamente os hidrocarbonetos voláteis e condensar as impurezas menos voláteis que fluem ao entrar em contato com vapores quentes com uma fração de gasolina resfriada. Esta medida permite obter uma gasolina mais limpa e de melhor qualidade com um índice de octanas de 50 a 78.
Com uma destilação mais completa, a fração da gasolina pode ser dividida em gasolina (éter de petróleo) - 40-70 0 С, gasolina em si - 70-120 0 С e nafta 120-180 0 С.
O óleo combustível é coletado na parte mais baixa da coluna de destilação. Dependendo do teor de compostos de enxofre, pode servir como combustível para caldeiras ou como matéria-prima para a produção de óleos lubrificantes ou quantidades adicionais de combustível para motores e gases de petróleo. Normalmente, quando o teor de enxofre no óleo combustível é superior a 1%, ele é usado como combustível de caldeira de alto teor calórico e, nessa etapa, a destilação é interrompida, reduzindo o processo a um estágio único. Caso seja necessário obter óleos lubrificantes a partir do óleo combustível, este é submetido a nova destilação em uma segunda coluna de destilação operando sob vácuo. Tal esquema é chamado de esquema de dois estágios. O processo de dois estágios difere do de um estágio pelo menor consumo de combustível e maior intensidade de operação do equipamento, o que é obtido pelo uso de vácuo e maior grau de recuperação de calor. O uso de vácuo no segundo estágio da destilação evita a separação de hidrocarbonetos pesados, reduz o ponto de ebulição do óleo combustível e, assim, reduz o consumo de combustível para aquecê-lo.
A essência do segundo estágio é reduzida ao aquecimento do óleo combustível com gases quentes até 420 0 C em um forno tubular e sua posterior destilação em uma coluna de destilação. Como resultado, são formados até 30% de alcatrão e até 70% de componentes de óleo, que são matérias-primas para a produção de óleos lubrificantes. A saída aproximada e a seleção de temperatura das frações de óleo do óleo combustível são fornecidas na tabela. quinze.
Para economizar mais calor e melhorar o desempenho técnico e econômico das instalações de vácuo atmosférico, o óleo é aquecido a 350 0 C em duas etapas.
Tabela 15
Frações de destilação de óleo combustível
No início, é pré-aquecido a 170-175 0 C com o calor dos produtos da destilação (estes são então resfriados) e depois em um forno tubular com o calor dos gases quentes. Essa recuperação de calor permite reduzir o consumo de combustível para o processo e reduzir o custo do processamento primário.
Vladimir Khomutko
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Como é feito o refino do petróleo?
O petróleo é uma mistura complexa de compostos de hidrocarbonetos. Parece um líquido viscoso oleoso com um odor característico, cuja cor varia principalmente do marrom escuro ao preto, embora também existam óleos claros, quase transparentes.
Este líquido tem uma fluorescência fraca, sua densidade é menor que a da água, na qual é quase insolúvel. A densidade de um óleo pode variar de 0,65-0,70 gramas por centímetro cúbico (graus leves) a 0,98-1,00 gramas por centímetro cúbico (graus pesados).
A maneira mais simples de desidratar o óleo no campo é um método termoquímico de remoção de água em temperatura normal. pressão atmosférica.
Sua essência reside no fato de que um surfactante especial, chamado desemulsificante, é adicionado ao óleo aquecido a 30-50 graus, após o que a mistura resultante é depositada em tanques especiais. Se a estanqueidade necessária dos tanques de sedimentação não for garantida, ocorrem perdas graves de matérias-primas devido aos processos de evaporação. Portanto, em geral, a sedimentação termoquímica ocorre em tanques selados pressurizados.
Se o teor de sal no óleo for baixo, eles serão quase completamente removidos no processo de separação e sedimentação. No entanto, a maioria dos óleos produzidos ainda requer dessalinização adicional.
Técnicas termoquímicas também são aplicáveis a este processo, mas na maioria dos casos é usado um método chamado de eletrodeposição. Combina lodo termoquímico com um tratamento adicional de emulsão de óleo que ocorre em campos elétricos. As instalações com a ajuda das quais este processo é realizado são chamadas de usinas de dessalinização elétrica (abreviadas como ELOU).
Após a dessalinização na ELOU, a mistura entra no sistema principal de dutos para posterior transporte para as empresas complexo de processamento(abreviado como refinaria).
Os processos de destilação direta do petróleo bruto ocorrem em unidades tubulares de dois tipos - à pressão atmosférica (unidades AT) e no vácuo de várias profundidades (VT). Nas refinarias domésticas, como regra, os dois tipos são combinados em uma unidade AVT combinada - tipo tubular de vácuo atmosférico.
O nome tubular se explica pelo fato da matéria-prima ser aquecida nas serpentinas dos fornos tubulares antes de ser separada em frações.
AVT tem dois blocos - atmosférico e vácuo. destilação atmosféricaóleo (ou destilação) em um valor de pressão natural permite obter luz, que inclui destilados de gasolina, querosene e diesel.
Seu ponto de ebulição não é superior a 360 graus Celsius. O rendimento de tais frações, dependendo do físico composição química matérias-primas processadas, é de 45 a 60 por cento da quantidade total de petróleo bruto. O resíduo da destilação atmosférica é chamado de óleo combustível.
O processo de processamento (separação em frações) do óleo pré-aquecido ocorre em uma coluna de destilação, que se parece com uma unidade vertical cilíndrica, equipada internamente com dispositivos de contato especiais chamados placas. Através dessas placas, os vapores liberados dos produtos petrolíferos sobem e as fases líquidas descem.
As colunas de destilação podem ter tamanhos e configurações diferentes, mas são usadas em todas as refinarias. O número de placas nesses dispositivos pode variar de 20 a 60 peças.
O calor é fornecido na parte inferior desta coluna e sua remoção no topo, de modo que a temperatura na coluna diminui gradualmente de baixo para cima. Isso permite remover frações de gasolina na forma de vapores da parte superior do aparelho. Os destilados de querosene e diesel são condensados e removidos em outras partes do aparelho da coluna de destilação, e o resíduo líquido na forma de óleo combustível é bombeado para fora do fundo e entra na unidade de vácuo.
A tarefa da destilação a vácuo é a seleção de destilados do tipo óleo a partir de óleo combustível (se a refinaria for especializada na produção de óleos e lubrificantes) ou uma fração de óleo de amplo espectro, que é chamada de gasóleo a vácuo (se a refinaria for especializada em a produção de combustível para motores). Após a destilação a vácuo, forma-se um resíduo chamado alcatrão.
A necessidade de tal processamento de óleo combustível sob vácuo é explicada pelo fato de que a um valor de temperatura superior a 380 graus, o processo de craqueamento (decomposição térmica de hidrocarbonetos) começa e o ponto de ebulição do gasóleo a vácuo é superior a 520 graus . Por causa disso, a destilação deve ser realizada em um valor de pressão residual de 40-60 milímetros. coluna de mercúrio, o que permite reduzir o valor máximo da temperatura na instalação para 360 - 380 graus.
O ambiente de vácuo em tal coluna é criado usando equipamentos especializados, cujo principal elemento-chave são os ejetores de líquido ou vapor.
Produtos obtidos por destilação direta
Com a ajuda da destilação primária do petróleo bruto, são obtidos os seguintes produtos:
- gás de hidrocarboneto, que é removido pela cabeça de estabilização; usado como combustível doméstico e matéria-prima para processos de fracionamento de gás;
- frações de gasolina (ponto de ebulição - até 180 graus); utilizado como matéria-prima para processos de destilação secundária em unidades de reforma catalítica e craqueamento, pirólise e outros tipos de refino de petróleo (mais precisamente, suas frações), para obtenção de gasolina para motores comerciais;
- frações de querosene (ponto de ebulição - de 120 a 315 graus); após o hidrotratamento, são utilizados como combustível para jatos e tratores;
- gasóleo atmosférico (frações de diesel), que ferve na faixa de 180 a 350 graus; após o que, tendo passado pelo processamento e purificação adequados, é utilizado como combustível para motores do tipo diesel;
- óleo combustível, que ferve em temperaturas acima de 350 graus; usado como combustível para caldeiras e como matéria-prima para usinas de craqueamento térmico;
- gasóleo a vácuo com um ponto de ebulição de 350 a 500 graus ou mais; é matéria-prima para catalítica e hidrocraqueamento, bem como para a produção de derivados de petróleo;
- alcatrão - ponto de ebulição - mais de 500 graus; que atua como matéria-prima para coquerias e usinas de craqueamento térmico, a fim de obter betume e vários tiposóleos de petróleo.
Esquema tecnológico de destilação direta (do livro editado por Glagoleva e Kapustin)
Vamos decifrar a notação:
- K-1 – coluna de topo;
- K-2 – coluna de refino atmosférico de óleo;
- K-3 - coluna de descascamento;
- K-4 - instalação de estabilização;
- K-5 – coluna de processamento a vácuo;
- E-1…E-4 – desidratadores elétricos;
- P-1 e P-2 - fornos de pré-aquecimento;
- КХ-1…КХ-4 – dispositivos de refrigeração e condensação;
- E-1 e E-2 - recipientes de refluxo;
- A-1 - bomba de vácuo do tipo ejetora de vapor;
- I - petróleo bruto;
- II - cabeçote de estabilização;
- III - gasolina estabilizada;
- IV - fração de querosene;
- V – gasóleo atmosférico (frações diesel);
- VI - gasóleo a vácuo;
- VII - alcatrão (resíduo formado após tratamento a vácuo);
- VIII - gases ejetores de exaustão;
- IX - substância tensoativa (desemulsificante);
- X - água lançada no esgoto;
- XI - vapor de água.
Na coluna K-1, é retirada a fração da gasolina, que é então condensada no XK-1 e entra no tanque E-1.
O óleo processado meio decapado da parte inferior do K-1 através de um forno tubular P-1 entra no K-2 (coluna atmosférica). Parte do fluxo desse óleo é devolvido ao K-1, fornecendo o calor necessário para os processos de destilação.
Em K-2, mais fracionamento ocorre. A fração superior do K-2 é a gasolina pesada, que, após a condensação, entra no E-2. A fração de querosene e diesel é removida do K-2 com a ajuda de faixas laterais e chega ao K-3 para vaporização.
No K-3, as frações leves são removidas, após o que o destilado diesel e o querosene são removidos da unidade por meio de trocadores de calor de pré-aquecimento e refrigeradores.
O óleo combustível líquido é retirado do fundo do K-2, depois é alimentado no forno P-2 e depois na coluna de vácuo K-5, onde é separado em alcatrão e gasóleo a vácuo.
No topo de seu K-5 com uma bomba de jato de vapor A-1, vapor d'água, ar e gases formados, bem como uma pequena quantidade de produtos leves a diesel são aspirados. O gasóleo a vácuo e o alcatrão passam por aquecedores (trocadores de calor) e, após a condensação nos refrigeradores, são descarregados da unidade.
A gasolina de E-1 e E-2 é aquecida e alimentada na coluna de estabilização K-4. Os gases liquefeitos são descarregados pela parte superior do K-4 (cabeça de estabilização) e a gasolina líquida estabilizada é descarregada pela parte inferior.
Então em em termos gerais parece um processo primário de refino de petróleo.
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O petróleo consiste em muitos componentes - frações - propriedades, escopo e tecnologias de processamento das quais são diferentes. Os processos primários da indústria de refino de petróleo permitem isolar frações individuais, preparando assim matérias-primas para posterior produção de produtos comerciais conhecidos - gasolina, diesel, querosene e muitos outros.
Antes de entrar em produção, o óleo ainda no campo passa por uma preparação inicial. Com a ajuda de separadores de gasóleo, os componentes gasosos mais leves são removidos dele. É o gás associado de petróleo (APG), constituído principalmente por metano, etano, propano, butano e isobutano, ou seja, hidrocarbonetos cujas moléculas contêm de um a quatro átomos de carbono (de CH4 a C4H10). Este processo é chamado de estabilização do óleo - entende-se que depois disso o óleo manterá sua composição de hidrocarbonetos e propriedades físicas e químicas básicas durante o transporte e armazenamento.
Objetivamente falando, a desgaseificação do óleo do reservatório começa mesmo no poço conforme ele sobe: devido à queda de pressão no líquido, o gás é gradualmente liberado dele. Assim, no topo temos que lidar com um fluxo bifásico - óleo / gás associado. Seu armazenamento e transporte conjuntos acabam sendo economicamente inviáveis e difíceis do ponto de vista tecnológico. Para mover um fluxo bifásico através de uma tubulação, é necessário criar condições de mistura constantes para que o gás não se separe do óleo e não crie bloqueios de gás na tubulação. Tudo isso requer custos adicionais. Acontece que é muito mais fácil passar o fluxo de gasóleo pelo separador e separar o APG do óleo o máximo possível. É quase impossível obter óleo absolutamente estável, cujos componentes não evaporam na atmosfera. Algum gás ainda permanecerá e será extraído durante o processo de refino.
A propósito, o próprio gás de petróleo associado é uma matéria-prima valiosa que pode ser usada para gerar eletricidade e calor, bem como matéria-prima para indústrias petroquímicas. Nas plantas de processamento de gás, hidrocarbonetos individuais comercialmente puros e suas misturas, gases liquefeitos e enxofre são obtidos da APG.
A destilação, ou destilação, é o processo de separação de líquidos por evaporação e posterior condensação. Acredita-se que este processo foi dominado pela primeira vez em Antigo Egito, onde se obtinha óleo da resina de cedro para embalsamar os cadáveres. Mais tarde, os romanos também se dedicaram ao fumo de alcatrão para obter óleo de cedro. Para isso, uma panela de resina foi incendiada e coberta com um pano de lã, sobre o qual foi coletado óleo.
Aristóteles descreveu o processo de destilação em sua Meteorologia, e também mencionou o vinho, cujos vapores podem explodir - confirmando indiretamente que pode ter sido destilado de antemão para aumentar a fortaleza. De outras fontes, sabe-se que o vinho foi destilado no século III aC. e. dentro Roma antiga, porém, não para aguardente, mas para a fabricação de tintas.
As seguintes referências à destilação datam do século I dC. e. e estão associados ao trabalho dos alquimistas alexandrinos. Mais tarde, esse método foi adotado dos gregos pelos árabes, que o usaram ativamente em seus experimentos. Também é sabido que no século 12 eles se dedicavam à destilação de álcool na escola de medicina de Salerno. Naquela época, porém, os destilados de álcool não eram usados como bebida, mas como remédio. No século XIII, o médico florentino Tadeo Alderotti foi o primeiro a realizar o fracionamento (separação) de uma mistura de líquidos. O primeiro livro inteiramente dedicado à destilação foi publicado em 1500 pelo médico alemão Hieronymus Brunschwig.
Por muito tempo, o suficiente foi usado para destilação dispositivos simples- alambik (recipiente de cobre com tubo para retirada do vapor) e retorta (frasco de vidro com bico estreito e longo inclinado). A técnica começou a melhorar no século XV. No entanto, os precursores das modernas colunas de destilação para destilação de óleo, nas quais ocorre a troca de calor entre fluxos de líquido e vapor em contracorrente, surgiram apenas em meados do século XIX. Eles possibilitaram a obtenção de álcool com teor alcoólico de 96% e alto grau de purificação.
Também no campo, água e impurezas mecânicas são separadas do óleo. Depois disso, entra no oleoduto principal e é enviado para uma refinaria de petróleo (refinaria). Antes de prosseguir com o processamento, o óleo deve ser limpo de sais nele contidos (cloretos e sulfatos de sódio, cálcio e magnésio), que causam corrosão nos equipamentos, depositam-se nas paredes dos tubos e contaminam bombas e válvulas. Para isso, são utilizadas usinas elétricas de dessalinização (ELOU). O óleo é misturado com água, resultando em uma emulsão - gotículas microscópicas de água no óleo, nas quais o sal se dissolve. A mistura resultante é submetida a um campo elétrico, que faz com que as gotas de água salgada se fundam e depois se separem do óleo.
O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos e compostos não hidrocarbonetos. com a ajuda da destilação primária, só pode ser separado em partes - destilados contendo uma mistura menos complexa. devido à composição complexa, as frações de óleo fervem em certas faixas de temperatura.
Muitos processos de refinaria requerem aquecimento de óleo ou derivados de petróleo. Para isso, são utilizados fornos tubulares. As matérias-primas são aquecidas à temperatura necessária em bobinas feitas de tubos com diâmetro de 100 a 200 mm.
O petróleo é constituído por um grande número diferentes hidrocarbonetos. Suas moléculas diferem em massa, que, por sua vez, é determinada pelo número de seus átomos de carbono e hidrogênio constituintes. Para obter um ou outro derivado do petróleo, são necessárias substâncias com características muito específicas, por isso o refino do petróleo em uma refinaria começa com sua separação em frações.
De acordo com um estudo das indústrias de refino de petróleo e petroquímica realizado pelo American Petroleum Institute, a gama de derivados de petróleo produzidos em refinarias modernas e com especificações individuais inclui mais de 2.000 itens.
Uma fração pode conter moléculas de diferentes hidrocarbonetos, mas as propriedades da maioria delas são próximas e o peso molecular varia em certos limites. A separação das frações ocorre por destilação e baseia-se no fato de diferentes hidrocarbonetos terem pontos de ebulição diferentes: para os mais leves é menor, para os mais pesados é maior. Este processo é chamado de destilação (destilação).
As principais frações de óleo são determinadas pelas faixas de temperatura nas quais os hidrocarbonetos fervem: fração de gasolina - 28–150 ° C, fração de querosene - 150–250 ° C, fração de diesel ou gasóleo, - 250–360 ° C, óleo combustível - acima de 360°C. Por exemplo, a uma temperatura de 120°C, a maior parte da gasolina já evaporou, mas o querosene e o óleo diesel estão em estado líquido. Quando a temperatura sobe para 150°C, o querosene começa a ferver e evaporar, depois de 250°C - diesel.
Existem vários nomes específicos para frações usadas no refino de petróleo. Assim, por exemplo, o head steam é a fração mais leve obtida durante o processamento primário. Eles são divididos em um componente gasoso e uma ampla fração de gasolina. Faixas laterais são frações de querosene, gasóleo leve e pesado.
Uma coluna de destilação é um cilindro vertical, dentro do qual estão localizadas partições especiais (placas ou bicos). Vapores de óleo aquecido são alimentados na coluna e sobem. As frações mais leves evaporam, mais elas sobem na coluna. Cada placa, localizada a uma determinada altura, pode ser considerada uma espécie de filtro - uma quantidade cada vez menor de hidrocarbonetos pesados permanece nos vapores que passaram por ela. Parte dos vapores condensados em determinada placa ou que não a atingem, descem. Este líquido, chamado fleuma, encontra-se com o vapor ascendente, ocorre uma troca de calor, como resultado da qual os componentes de baixo ponto de ebulição do fleuma se transformam em vapor novamente e sobem, e os componentes de alto ponto de ebulição do vapor se condensam e fluir para baixo com o catarro restante. Desta forma, uma separação mais precisa das frações pode ser alcançada. Quanto mais alta a coluna de destilação e mais bandejas ela contém, mais estreitas as frações podem ser obtidas. Nas refinarias modernas, a altura das colunas ultrapassa os 50 m.
A destilação atmosférica mais simples do petróleo pode ser realizada simplesmente aquecendo o líquido e condensando ainda mais os vapores. Toda a seleção aqui consiste no fato de que o condensado de vapores formados em diferentes faixas de temperatura de ebulição é coletado: primeiro, as frações leves de baixo ponto de ebulição evaporam e depois condensam e, em seguida, as frações médias e pesadas de alto ponto de ebulição de hidrocarbonetos. Obviamente, com esse método, não é necessário falar em separação em frações estreitas, pois algumas das frações de alto ponto de ebulição passam para o destilado e algumas das frações de baixo ponto de ebulição não têm tempo para evaporar em sua faixa de temperatura . Para obter frações mais estreitas, é usada a destilação com destilação, para a qual são construídas colunas de destilação
50
metros e mais podem atingir a altura das colunas de destilação em refinarias modernas
Frações separadas podem ser submetidas a destilação atmosférica repetida para separar em componentes mais homogêneos. Assim, as frações de benzeno, tolueno e xileno são obtidas a partir de gasolinas de ampla composição fracionária - matérias-primas para obtenção de Hidrocarbonetos aromáticos(benzeno, tolueno, xileno). A fração de diesel também pode ser submetida a redestilação e separação adicional.
A destilação de óleo em plantas atmosféricas modernas pode ser realizada como um flash em uma coluna de destilação, um flash duplo em duas colunas sucessivas ou uma destilação com pré-evaporação de extremidades leves em uma coluna de pré-evaporação.
A destilação de óleo em plantas atmosféricas modernas e em seções atmosféricas de plantas combinadas pode ser realizada jeitos diferentes: como um flash em uma coluna de destilação, um flash duplo em duas colunas sucessivas ou a destilação com pré-evaporação de luz termina em uma coluna de pré-evaporação. Além disso, as colunas de destilação podem ser a vácuo, onde a condensação do vapor ocorre a uma pressão mínima.
Frações que fervem a temperaturas acima de 360 ° C não são separadas durante a destilação atmosférica (destilação à pressão atmosférica), pois a mais de Temperatura alta sua decomposição térmica (craqueamento) começa: grandes moléculas se dividem em menores e a composição da matéria-prima muda. Para evitar isso, o resíduo da destilação atmosférica (mazut) é submetido à destilação em uma coluna de vácuo. Como qualquer líquido ferve a uma temperatura mais baixa no vácuo, isso permite a separação de componentes mais pesados. Nessa etapa, são separadas as frações de óleos lubrificantes, matérias-primas para craqueamento térmico ou catalítico e alcatrão.
Durante o processamento primário, tipos diferentes matérias-primas, que serão então submetidas a transformações químicas como parte de processos secundários. eles já tem nomes familiares- gasolina, querosene, diesel - mas ainda não atendem aos requisitos para produtos petrolíferos comerciais. Sua posterior transformação é necessária para melhorar as qualidades de consumo, purificar, criar produtos com as características desejadas e aumentar a profundidade do refino do petróleo.
A retificação é um processo de separação de misturas binárias ou multicomponentes devido à massa em contracorrente e troca de calor entre vapor e líquido.
retificação de óleo consiste na separação em frações quando aquecido, enquanto as frações que diferem no ponto de ebulição são separadas. As frações de baixo ponto de ebulição são chamadas de leves e as frações de alto ponto de ebulição são chamadas de pesadas.
Como resultado da retificação do óleo, obtém-se gasolina, querosene, óleo diesel, óleos e outras frações.
Os derivados de petróleo leve - gasolina, querosene e óleo diesel são obtidos em instalações denominadas atmosféricos ou atmosféricos (AT), pois o processo ocorre sob pressão atmosférica, e o óleo é aquecido em forno tubular. O resíduo obtido nessas usinas - o óleo combustível - pode ser encaminhado para uma usina de vácuo, onde, como resultado da destilação, são obtidos vários tipos de óleos lubrificantes.
A destilação com destilação é o processo de transferência de massa mais comum na tecnologia química e de petróleo e gás, realizado em aparelhos - colunas de destilação - por repetidos contatos em contracorrente de vapores e líquidos.
As principais frações isoladas durante a destilação primária do petróleo:
21 . Produção de hidrogênio a partir do metano.
Reforma a vapor de gás natural/metano
Reforma a vapor- produção de hidrogênio puro a partir de hidrocarbonetos leves (por exemplo, metano, fração propano-butano) por reforma a vapor (conversão catalítica de hidrocarbonetos na presença de vapor).
CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2 - reação de reforma a vapor;
O hidrogênio pode ser obtido em diferentes graus de pureza: 95-98% ou extra puro. Dependendo do uso posterior, o hidrogênio é obtido sob diferentes pressões: de 1,0 a 4,2 MPa. matéria-prima ( gás natural ou frações de óleo leve) é aquecido até 350-400° em um forno de convecção ou trocador de calor e entra no aparelho de dessulfurização. O gás convertido do forno é resfriado no forno de recuperação, onde é produzido vapor com os parâmetros necessários. Após as etapas de conversão de CO em alta e baixa temperatura, o gás é alimentado para a adsorção de CO 2 e depois para a metanação de óxidos residuais. O resultado é hidrogênio de 95-98,5% de pureza contendo 1-5% de metano e vestígios de CO e CO 2 .
Caso seja necessário obter hidrogênio altamente puro, a unidade é complementada com uma seção para a separação por adsorção do gás convertido. Em contraste com o esquema anterior, a conversão de CO aqui é de estágio único. A mistura gasosa contendo H 2 , CO 2 , CH 4 , H 2 O e uma pequena quantidade de CO é resfriada para remover a água e enviada para aparelhos de adsorção preenchidos com zeólitas. Todas as impurezas são adsorvidas em um estágio à temperatura ambiente. O resultado é hidrogênio com pureza de 99,99%. A pressão do hidrogênio resultante é de 1,5-2,0 MPa.
A composição do óleo e seus produtos é determinada pela separação de acordo com os pontos de ebulição por destilação e retificação.
Saída de frações de óleo
Óleo, condensados de gás e suas frações são uma mistura multicomponente de compostos de hidrocarbonetos. NO . Portanto, a determinação da composição dessa mistura como a totalidade de todos os compostos incluídos em sua composição é uma tarefa muito difícil e nem sempre solucionável.
O custo de aquisição do petróleo bruto, que representa cerca de 80% dos custos da refinaria, é o mais fator importante, que determina a lucratividade companhia de óleo. A qualidade e o valor do petróleo bruto dependem de sua curva ITC, que determina o conteúdo da fração de derivados leves de petróleo fervendo até 360°C, a fração 360-540°C e o produto de fundo (>540°C) e o conteúdo de impurezas como enxofre, nitrogênio, metais, etc.
No entanto, a curva ITC não reflete a composição química das frações de petróleo, o que, por sua vez, afeta o rendimento e as propriedades do produto das unidades de conversão e enriquecimento de derivados de petróleo nas refinarias. Assim, o conhecimento da curva ITC e Natureza química frações de petróleo bruto tem um efeito extremamente importância para melhorar o desempenho econômico das refinarias. Infelizmente, para obter essas informações, são necessárias análises laboratoriais, que demandam grandes custos financeiros e de tempo.
O gás que faz parte desse óleo é composto principalmente por butanos (73,9% em peso); o rendimento dos gases no óleo é de 1,5% em peso. A fração de propano-butano será usada como matéria-prima para plantas de fracionamento de gás para produzir hidrocarbonetos individuais, combustível e um componente da gasolina para motores.
A fração NK-62°С será utilizada como matéria-prima para o processo de isomerização catalítica com o objetivo de aumentar o número de octanas.
A fração 62-85°C é chamada de "benzeno", será utilizada como componente da gasolina comercial e para a produção de benzeno.
A fração 85-120°C misturada com a fração 120-180°C será utilizada como matéria-prima para um reformador catalítico para aumentar o número de octanas. Pré-enviado para hidrotratamento.
A fração 120-180°C será usada em mistura com a fração 180-230°C como um componente de combustível de aviação. Combustível de jato não é adequado para ponto de inflamação, então você precisa remover alguns dos componentes leves.
Métodos de extração de óleo
Atualmente, a composição individual de produtos petrolíferos pode ser determinada de forma bastante confiável por métodos de cromatografia gás-líquido apenas para frações únicas de gasolina. Portanto, uma composição individual de hidrocarbonetos não pode ser usada como base para métodos preditivos de cálculo de propriedades termofísicas (TPP) devido à sua indisponibilidade para os consumidores.
Ao mesmo tempo, a composição fracionária e a composição do grupo estrutural de hidrocarbonetos podem ser usadas de forma mais proveitosa no desenvolvimento de métodos para calcular as propriedades térmicas do óleo.
Portanto, métodos para recalcular e extrapolar curvas de destilação e métodos para calcular a composição de hidrocarbonetos do grupo estrutural das frações são considerados abaixo.
Este tipo de composição do óleo e seus derivados é determinado pela separação de acordo com os pontos de ebulição por destilação e retificação.
O rendimento total (em porcentagem por peso ou volume) de frações individuais que evaporam em certas faixas de temperatura é chamado de composição fracional de óleo, produto de óleo ou mistura. Para mais características completas a densidade relativa e média massa molar cada alça de ombro e mistura como um todo. De acordo com os resultados da evaporação, é construída uma curva ITC, que contém bastante informações completas sobre a composição da mistura.
A retificação de acordo com GOST 11011-85 no aparelho ARN-2 é limitada por uma temperatura de 450-460 ° C devido à possível decomposição térmica do resíduo. A realização deste tipo de estudo de óleos é recomendada no dispositivo de destilação ARN-2 de acordo com o método GrozNII em um balão Manovyan até um ponto de ebulição de 560-580 °C. Nesse caso, não há distorção da curva ITC.
A composição fracionária, especialmente de produtos petrolíferos comerciais leves e frações amplas, é frequentemente determinada por destilação em um aparelho de Engler de acordo com GOST 2177-82, que é muito mais simples que a retificação. A curva de destilação de Engler permite determinar com segurança os pontos de ebulição característicos das frações. No entanto, ao calcular o equilíbrio de fases, é preferível ter uma curva ITC. Vários procedimentos empíricos foram propostos para obter tal curva.
Por exemplo, para produtos de petróleo leve, o método BashNIINP é conhecido. Com base no fato de que a diferença de temperatura obtida durante a destilação de um produto petrolífero comercial de acordo com o ITC e de acordo com Engler, em um determinado ponto do ponto de ebulição do produto petrolífero é quase constante, podemos escrever
Ao calcular os processos de destilação de misturas multicomponentes (MCM), é necessário usar as propriedades físico-químicas e termodinâmicas de todos os componentes que compõem o MCM separado. Uma vez que, no caso em consideração, a decomposição da mistura contínua inicial em pseudocomponentes é bastante arbitrária, o procedimento de cálculo propriedades físicas e químicas pseudo-componentes individuais assumem um significado especial.
Sabe-se que qualquer Substância química tem um conjunto de constantes características, e os valores das constantes características dependem da estrutura química das moléculas da substância. Esta disposição também pode ser estendida a pseudocomponentes, especialmente se os valores das constantes características forem determinados experimentalmente.
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A média aritmética (entre o início e o fim da ebulição da fração) ponto de ebulição é tomada como a característica principal e mínima exigida do pseudocomponente.
No entanto, esta temperatura não caracteriza totalmente o pseudocomponente, pois não leva em consideração as características composicionais dos óleos. Vários tipos(vários depósitos). Para uma avaliação mais precisa do FCS dos pseudocomponentes, são necessárias informações sobre a composição de hidrocarbonetos das frações.
Esta informação está indiretamente contida nas curvas RI e ITC. Além disso, de acordo com a lei de conservação de massa, os valores médios (integral médio) das constantes pseudocaracterísticas e a provável composição de hidrocarbonetos para as frações isoladas das curvas comparadas nas mesmas faixas de ebulição de consumo devem corresponder (com exceção de seus limites de temperatura de ebulição).
Portanto, para avaliar a composição de hidrocarbonetos de combustíveis para motores, é bastante aceitável usar a curva RI, pois é mais simples e mais conveniente para determinação experimental. No entanto, ao calcular processos de separação (principalmente retificação), é necessário usar apenas a curva ITC.
Para cálculos, como constantes pseudocaracterísticas de todos os componentes (pseudocomponentes) do MCS, são usadas propriedades padrão (pontos de ebulição, temperaturas de transição de fase, pressões de vapor saturado, densidades das fases gasosa e líquida sob condições padrão, índices de refração, viscosidade, entalpia, etc. .), bem como propriedades críticas. Essas constantes caracterizam a identidade química do componente, ou seja, representam o "passaporte químico" da substância. As propriedades características são funções de parâmetros químicos específicos de uma substância: massa molar e estrutura de uma molécula de uma substância:
Segue-se de (1.1) que todas as propriedades padrão acabam por estar interligadas e podem ser expressas umas através das outras. Assim, a massa molar de qualquer hidrocarboneto (pseudocomponente) pode ser expressa em função de suas propriedades padrão: ponto de ebulição, densidade, índice de refração e outras propriedades, bem como uma combinação dessas propriedades. Como exemplo, podemos citar as fórmulas de B.P. Voinov, Kreg e Mamedov para calcular o peso molecular dos hidrocarbonetos:
Portanto, o número de opções para calcular o TFS de pseudocomponentes acaba sendo bastante grande, o que até certo ponto dificulta seu uso prático.
Para calcular o FCS de frações largas de óleo, consistindo em vários pseudocomponentes, é usada a regra da aditividade, ou seja, a contribuição de cada fração estreita para as propriedades da fração mais larga é determinada pela concentração relativa da fração estreita na mais larga.
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No UMP, os procedimentos para calcular FCS para misturas contínuas são automatizados: o usuário, de acordo com a quebra de temperatura aceita da curva ITC em pseudocomponentes, define os limites de ebulição de pseudocomponentes individuais (frações estreitas individuais), após o que ele preenche a especificação para cada pseudo-componente selecionado, definindo suas propriedades características conhecidas pelo usuário.
No mínimo informação necessária, como já mencionado, deve ser dado temperatura média o ponto de ebulição do pseudocomponente e as propriedades (densidade, índice de refração, etc.) conhecidas pelo usuário são definidas como adicionais. Quanto mais completa esta informação for definida, mais precisamente cada pseudo-componente será caracterizado e, portanto, os resultados da modelagem subsequente serão mais precisos. Para um exemplo na fig. 1.7 mostra as curvas de distribuição das propriedades características ( tqua,p,n) para gasolina hidrotratada de destilação direta.
Arroz. 1.7. Curvas de distribuição de temperatura de ebulição ( tqua), densidade ( p) e índice de refração ( n) frações de gasolina hidrotratada de destilação direta
De acordo com a condição aceita para uma mudança bastante suave nas propriedades características com uma mudança no ponto de ebulição de componentes individuais (o número de componentes individuais é muito grande), as dependências de todas as propriedades na fração de destilação da substância ( ou na temperatura de destilação) também deve ser contínua.
Com base nessas informações, todas as propriedades básicas podem ser calculadas ( Tkr, Pkr, Zkr, características de entalpia) de ambos os pseudocomponentes individuais e os valores integrais médios dessas propriedades para a fração como um todo, e também as prováveis fórmulas brutas de pseudocomponentes hipotéticos são determinados. Na verdade, a mesma abordagem é usada no recálculo mútuo das curvas RI e ITC.
Ao mesmo tempo, mesmo a presença de informações incompletas (apenas propriedades individuais para frações individuais, mesmo em uma faixa limitada de alteração na fração de destilado) pode aumentar significativamente a adequação das informações generalizantes. Assim, para o exemplo mostrado na Fig. 1.4, levando em conta apenas uma propriedade para a fração como um todo (densidade do óleo combustível) refina sensivelmente a forma da característica final (curva ITC).
Refinarias de petróleo na Rússia
Euro+ Coluna de Destilação a Vácuo Instalada na Refinaria Neft da Gazprom em Moscou
Métodos de extração de óleo
Custo da produção de petróleo
