Анализ результатов технологической классификации Краснокамской нефти с точки зрения прогнозирования ее переработки
Решение практической задачи
Для решения практической задачи, в частности проведения анализа, дана Краснокамская нефть Пермской области
В связи с тем, что данные для анализа химической классификации, оценки бензиновой, керосиновой, дизельной фракции и мазутов не представлены в « Нефти в СССР » Э.В. Дриацкая, М.А. Мхчиян, Н.М. Жмыхова, были использованы данные Васильевской нефти, т.к. их плотности близки (Краснокамская нефть – 852,5-857,5 кг/м3, Васильевская нефть - 859,1 кг/м3)
Технологическая классификация Краснокамской нефти
Согласно ГОСТ Р 51858 – 2002 «Нефть. Основные технические требования» нефти классифицируются на классы, типы, группы и виды.
Класс нефти
Согласно ГОСТ Р 51858 – 2002 нефти в зависимости от содержания в них серы делятся на 4 класса:
1 класс – малосернистые: содержание серы до 0,6% масс. включительно
2 класс – сернистые: содержание серы от 0,61 до 1,8% масс.
3 класс – высокосернистые: содержание серы от 1,81 до 3,5% масс.
4 класс – особо высокосернистые: содержание серы выше 3,5% масс.
Согласно данным таблицы «Физико-химическая характеристика нефтей» [1, с. 61], содержание серы в Краснокамской нефти составляет 0,96-1,14% масс., т.е. она относится ко 2-му классу – сернистая.
Тип нефти
Согласно ГОСТ Р 51858 – 2002 для определения типа нефти, предназначенной для внутреннего рынка, необходимо знать уровень ее плотности, определенной при 15 и 20 °С. Для нефти, предназначенной на экспорт, для определения ее типа, кроме плотности при 15 и 20 °С, необходимо еще знать: содержание в ней фракций, выкипающих до 200, 300 и 350 °С и содержание парафина.
Согласно ГОСТ Р 51858 – 2002 нефти делятся на 5 типов:
- нулевой (0) – особо легкая нефть;
- первый (1) – легкая нефть;
- второй (2) – средняя нефть;
- третий (3) – тяжелая нефть;
- четвертый (4) – битуминозная нефть.
Согласно физико-химическим характеристикам Краснокамской нефти [1, с.58, 61, 71], она имеет плотность при 20 °С – 852,5-857,5 кг/м3, выход фракций до 200 °С – 23,1% об., до 300 °С – 39,2% (Краснокамская нефть) об., до 350 °С – 51,5% об., содержание парафина – 7% масс.
Таким образом, по уровню плотности при 20 °С, равной 852,5-857,5 кг/м3, Краснокамская нефть относится ко 2-му типу (плотность при 20 °С – 850,9 – 870,9 кг/м3) – средняя.
По выходу фракций до 200 °С (23,1%) относится ко 2-му типу (не менее 21% об.).
По выходу фракций до 300 °С (39,2%) относится к 3-му типу.
По выходу фракций до 350 °С (51,5%) относится к 3-му типу.
По содержанию парафина Краснокамская нефть не удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51858 – 2002 – не более 6% масс.
Таким образом, по всем контролируемым показателям, согласно данным и требованиям ГОСТ Р 51858 – 2002, Краснокамская нефть относится ко 2-му типу – средняя, для внутреннего рынка, и к 3-му типу – тяжелая, при поставке ее на экспорт.
Группы нефтей
Нефть разделяют на группы по степени подготовки на промыслах. Согласно ГОСТ Р 51858 – 2002 нефти делят на три группы: 1,2,3. Для экспорта нефти типов 0,1,2 должны быть подготовлены до требований, предъявляемых к группе 1.
Фактические данные для Краснокамской нефти:
- давление насыщенных паров при 38 °С, мм рт.ст. – 270 (Краснокамская нефть);
- массовая концентрация хлористых солей, мг/дм3 – 44;
- массовая доля воды, % - 0,3;
- массовая доля механических примесей, % - 0,02.
Анализ фактических качественных показателей, характеризующих уровень подготовки Краснокамской нефти в сравнении с ГОСТ Р 51858 – 2002 позволяет сделать следующие выводы:
- по содержанию хлористых солей Краснокамская нефть относится к 1-ой группе (не более 100 мг/дм3);
- по содержанию воды – к 1-ой группе (не более 0,5%);
- по содержанию механических примесей и давлению насыщенных паров Краснокамская нефть удовлетворяет требованиям, предъявляемым ко всем трем группам.
Таким образом, Краснокамская нефть относится по степени подготовки на промыслах к 1-ой группе.
Вид нефти
Согласно ГОСТ Р 51858 – 2002 нефти, в зависимости от содержания в них сероводорода и суммарного содержания метил- и этилмеркаптанов, делят на два вида: 1, 2.
Предположим, что в Краснокамской нефти содержится 17 млн-1 (ppm) сероводорода, а массовая доля метил- и этилмеркаптанов – 33 млн-1 (ppm). Пользуясь таблицей «Разделение нефти на виды» [2, с. 41], делаем заключение, что Краснокамская нефть относится к 2-му виду.
Обобщая выполненный анализ технологической классификации Краснокамской нефти, устанавливаем, что Краснокамская нефть относится ко 2-му классу (сернистая), ко 2-му типу – средняя, для внутреннего рынка, к
3-му типу – тяжелая, для экспорта, к 1-ой группе и к 2-му виду.
Следовательно, Краснокамская нефть будет иметь следующие шифры:
- для внутреннего рынка 2.2.1.1. ГОСТ Р 51858 – 2002;
- для экспорта 2.3Э.1.1. ГОСТ Р 51858 – 2002.
Анализ результатов технологической классификации Краснокамской нефти с точки зрения прогнозирования ее переработки
1. Учитывая, что Краснокамская нефть относится по содержанию в ней серы ко 2-му классу (сернистая), при ее переработке необходимо предусмотреть ряд технических мероприятий:
а) обеспечить необходимую защиту технологического оборудования первичной переработки нефти от коррозии;
б) предусмотреть сероочистку прямогонных газов перед их использованием в качестве технологического топлива или перед переработкой на ГФУ;
в) предусмотреть пути использования сероводорода, полученного в процессе сероочистки газов;
г) предусмотреть необходимость очистки нефтяных фракций, полученных в процессе прямой перегонки сернистой нефти от серы с целью получения на их основе товарных нефтепродуктов, соответствующих современным требованиям.
2. Краснокамская нефть относится к 3-му типу для экспорта. Она содержит в своем составе 51,5 % об. фракций, выкипающих до 350 °С, на основе которых можно получить бензин и дизельное топливо или бензиновую фракцию, фракцию реактивного и фракцию дизельного топлива. В остатке, после отбора суммы светлых от озерной нефти, содержится 48,5%об. мазута.
Решая одну из основных задач отечественной нефтеперерабатывающей промышленности – повышение глубины переработки нефти, – следует предусмотреть пути наиболее рациональной переработки 48,5 % об. мазута.
Такими путями могут быть:
а) вакуумная перегонка мазута с отбором вакуумного соляра, который можно вовлечь в производство дизельного топлива, широкой фракции вакуумного газойля (фр. 350 – 500 (540) °С ), ее направить на каталитический крекинг или гидрокрекинг получить дополнительное количество высококачественного бензина, дизельного и реактивного топлива;
б) кубовый остаток вакуумной перегонки мазута - гудрон (фр. выше 500(540)°С) использовать для дальнейшего углубления переработки нефти, направив его на установку замедленного коксования в качестве компонента сырья, в результате получить товарный нефтепродукт – нефтяной кокс, газ коксования, бензиновую фракцию (н.к. – 180(195) °С), легкий газойль коксования (фр. 195 – 340 °С) и тяжелый газойль коксования (фр. 340 °С – к.к.);
в) гудрон можно направить на установку легкого термического крекинга (висбрекинг) где получить товарный продукт – маловязкий крекинг-остаток (котельное топливо типа М 100), газ термического крекинга, бензиновую фракцию, фракцию легкого газойля, которые после облагораживания (гидроочистка), как и бензиновые и газойлевые фракции коксования, можно будет вовлечь в ресурс производства моторных топлив;
г) на основе прямогонного мазута и керосиногазойлевых фракций можно получить товарные флотские мазуты Ф-5 и Ф-12;
д) мазуты можно продать, но это не самый рациональный путь в экономике государства.
3. Краснокамская нефть, по степени ее подготовки на промыслах, относится к 1-й группе. Перед переработкой ее на атмоясферном блоке установки первичной переработки нефти необходимо обеспечить глубокое обессоливание и обезвоживание нефти на блоке ЭЛОУ с получением подготовленной нефти с допустимым содержанием воды (не более 0,2%масс.) и солей (не более 5-7 мг/дм3).
4. Учитывая то, что Краснокамская нефть содержит в своем составе растворенный сероводород и меркаптаны, обладающие высокой коррозионной активностью по отношению к металлам, а также являющиеся токсичными веществами, необходимо предусмотреть мероприятия по защите оборудования от коррозии и обслуживающего персонала от их вредного воздействия.
Химическая классификация
Определим, к какому химическому основанию можно отнести Краснокамскую нефть. Для этого обратимся к данным таблицы, характеризующей групповой углеродный состав фракций, выкипающих до 200 °С [1, с. 88].
Из таблицы видно, что фракция н.к. – 200 °С Краснокамской нефти содержит 73% парафиновых углеводородов, 19% нафтеновых и 8% ароматических. Следовательно, она является нефтью метанового основания.
Ароматические углеводороды в составе автомобильных и авиационных бензинов придают им (бензинам) высокую детонационную стойкость (высокое октановое число), однако чрезмерное их содержание нежелательно, так как ароматические углеводороды наиболее склонны к нагарообразованию на внутренней поверхности цилиндро-поршневой группы двигателя в процессе сгорания топлива. Они (ароматические углеводороды) впитывают влагу, в силу чего топливо может обводняться; ароматические углеводороды при сгорании образуют токсичные газы, ухудшая экологическую картину воздушного бассейна населенных пунктов.
Парафиновые углеводороды в составе автомобильных и авиационных бензинов ухудшают их детонационную стойкость, снижают уровень октанового числа.
И, напротив, парафиновые углеводороды в составе дизельных и реактивных топлив улучшают их воспламеняемость, повышают цетановое число и цетановый индекс дизельных топлив.
Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение между ароматическими и парафиновыми углеводородами по их влиянию на эксплуатационные свойства топлив и поэтому они желательны как в составе автомобильных бензинов, так и в дизельных, и реактивных топливах.
Заключение по результатам химической классификации
В бензиновых фракциях нефтей метанового основания, среди парафиновых углеводородов преобладают углеводороды нормального строения. Такие углеводороды часто составляют 50% и более от содержания всех изомеров.
Топлива парафинового происхождения, состоящие большей частью из метановых углеводородов нормального строения, наиболее сильно детонируют в карбюраторных двигателях. В дизелях, наоборот, именно это горючее может быть использовано наиболее эффективно. Это определяется тем, что топлива метанового основания имеют относительно низкую температуру самовоспламенения.