Курс лекцій з дисципліни: Хіммотологія

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

Кафедра військової підготовки

ЗАТВЕРДЖУЮ

Начальник кафедри військової підготовки

полковник Ю.ВЯЗНІЦЕВ

“_______” ___________________ 20__ р.

 

 

Курс лекцій з дисципліни: “Хіммотологія”

(для студентів, які навчаються за програмою підготовки офіцерів для проходження військової служби за контрактом, кафедри військової підготовки Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу)

 

з напряму підготовки: 6.050304 "Нафтогазова справа"

зі спеціальності: "Газонафтопроводи і газонафтосховища"

зі спеціалізації: "Забезпечення військ (сил) ракетним паливом, пальним і мастильними матеріалами"

 

Розглянуто на засіданні кафедри

“____”_______________ 20___ р.

протокол №_________________

 

 

Уточнено на засіданні ПМГ “____”______20__ р.,протокол №______

і допускається до використання в 20___/20___ навчальному році.

Начальник предметно-методичної групи:________________________

 

Уточнено на засіданні ПМГ “____”______20__р.,протокол №______

і допускається до використання в 20___/20___ навчальному році.

Начальник предметно-методичної групи:________________________

 

Уточнено на засіданні ПМГ “____”______20__р.,протокол №______

і допускається до використання в 20___/20___ навчальному році.

Начальник предметно-методичної групи:________________________

 

Уточнено на засіданні ПМГ “____”______20__р.,протокол №______

і допускається до використання в 20___/20___ навчальному році.

Начальник предметно-методичної групи:________________________

 

Уточнено на засіданні ПМГ “____”______20__р.,протокол №______

і допускається до використання в 20___/20___ навчальному році.

Начальник предметно-методичної групи:________________________

 

 

Івано-Франківськ

20__

ВСТУПНЕ ЗАНЯТТЯ."ВВЕДЕННЯ В ДИСЦИПЛІНУ. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ХІМОТОЛОГІЇ"

 

1. Порядок вивчення дисципліни.

2. Документальне забезпечення та основні скорочення хіммотології

3. Поняття про хіммотологію та її завдання.

 

 

Порядок вивчення дисципліни.

Дисципліна "Хіммотологія" викладається для студентів, які навчаються за програмою підготовки офіцерів для проходження військової служби за контрактом

з напряму підготовки: 6.050304 "Нафтогазова справа";

зі спеціальності: "Газонафтопроводи і газонафтосховища"

зі спеціалізації: "Забезпечення військ (сил) ракетним паливом, пальним і мастильними матеріалами".

Дисципліна відіграє провідну роль у формуванні вмінь і навичок військового фахівця з експлуатації техніки, зберігання та застосування пально-мастильних матеріалів і технічних рідин та оцінки їх якості.

Вивчення дисципліни ґрунтується на теоретичних положеннях та знаннях, які були отримані студентами (курсантами) під час вивчення загальнонаукових та загальних інженерних дисциплін (фізики, загальної хімії, теплотехніки та термодинаміки, гідравліки та гідроприводів, теорії машин і механізмів, механіки машин). В свою чергу, дисципліна "Хіммотологія" забезпечує підготовку студентів (курсантів) до вивчення дисцип­лін: “Технічні засоби служби пального“, “Забезпечення військ пально-мастильними матеріалами“, “Військові склади пального“, “Експлуатація складів пального“.

Згідно з навчальною програмою підготовки військових фахівців служби забезпечення пальним та мастильними матеріалами дисципліна вивчається в V-му семестрі, та на її вивчення відводиться 180 годин (5 кредитів), з яких 112 годин під керівництвом викладача та 68 годин індивідуальної та самостійної роботи студента. Робоча програма дисципліни включає 4 блоки змістових модулів (розділи), які охоплюють 12 змістових модулів (тем):

Блок змістових модулів №1 "Основи одержання та властивості пального";

- змістовий модуль 1 "Основи одержання та класифікація нафтопродуктів";

- змістовий модуль 2 "Фізико-хімічні та експлуатаційні властивості пального";

Блок змістових модулів №2 "Основи одержання та властивості пального";

- змістовий модуль 3 "Бензини";

- змістовий модуль 4 "Дизельні палива";

- змістовий модуль 5 "Палива для реактивних двигунів";

- змістовий модуль 6 "Спеціальні, котельні та альтернативні палива";

Блок змістових модулів №3 "Мастильні матеріали та технічні рідини для військової техніки";

- змістовий модуль 7 "Мастильні матеріали та технічні рідини для військової техніки";

- змістовий модуль 8 "Антифрикційні оливи";

- змістовий модуль 9 "Пластичні мастила";

- змістовий модуль 10 "Технічні рідини";

Блок змістових модулів №4 "Застосування та контроль якості пально-мастильних матеріалів у Збройних Силах України";

- змістовий модуль 11 "Застосування пально-мастильних матеріалів на військовій техніці";

- змістовий модуль 12 "Контроль якості пально-мастильних матеріалів".

Формування умінь та знань військового фахівця за кваліфікаційними ознаками відбувається під час вивчення блоків змістових модулів дисципліни.

В результаті вивчення блоку змістових модулів (розділу) "Основи отримання та властивості пального" студенти (курсанти) повинні знати: походження та властивості нафти, склад нафти, будову та властивості вуглеводнів, основні процеси переробки та очистки нафти, взаємозв’язок між хімотологічними процеси, які протікають в двигунах та експлуатаційними властивостями пально-мастильних матеріалів, показники якості товарних нафтопродуктів.

В результаті вивчення блоку змістових модулів (розділу) "Пальне для двигунів військової техніки" студенти, курсанти повинні знати: основи виробництва, марки та застосування пального на військовій техніці, фізико-хімічні та експлуатаційні властивості пального, методи та прилади для визначення їхніх показників якості, а також уміти оцінювати якісний стан пального.

В результаті вивчення блоку змістових модулів (розділу) "Мастильні матеріали та технічні рідини для військової техніки" студенти, курсанти повинні знати: основи виробництва, основні марки та застосування мастильних матеріалів та технічних рідин на військовій техніці, їх фізико-хімічні та експлуатаційні властивості, методи та прилади для визначення їхніх показників якості, а також уміти оцінювати якісний стан мастильних матеріалів та технічних рідин.

В результаті вивчення блоку змістових модулів (розділу) "Застосування та контроль якості пально-мастильних матеріалів у ЗС України" студенти повинні знати: методику складання хіммотологічних карт на об’єкти військової техніки, основні та дублюючі марки пально-мастильних матеріалів та технічних рідин, що застосовуються на військовій техніці, взаємозамінність марок пально-мастильних матеріалів вітчизняного та закордонного виробництва, організацію контролю якості пально-мастильних матеріалів та технічних рідин у ЗС України, особливості контролю якості у видах ЗС України, методику відновлення якості пально-мастильних матеріалів, організацію контролю якості пально-мастильних матеріалів у польових умовах, характеристику та можливості польових засобів контролю якості пально-мастильних матеріалів.

Основними формами проведення занять з навчальної дисципліни "Хіммотологія" є лекційні, групові, практичні та лабораторні заняття, які проводяться в спеціалізованій аудиторії, в навчальній лабораторії контролю якості пально-мастильних матеріалів та на відкритих навчальних майданчиках технічних засобів служби пального.

Оцінювання успішності навчання студентів (курсантів) з навчальної дисципліни "Хіммотологія" здійснюється у відповідності до положення "Про рейтингову систему оцінювання успішності навчання та визначення рейтингу курсантів, які навчаються на кафедрі військової підготовки Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу" за 100-бальною шкалою.

Під час вивчення змістових модулів може проводитись поточний контроль методом тестування, письмового опитування або усного захисту лабораторних робіт. Варіанти тестових завдання формуються з питань, що охоплюють матеріал окремого заняття або цілого змістового модуля. Тестове завдання складається з 10 питань різної складності, які обираються за допомогою комп’ютерної програми з завчасно створеного банку тестових завдань.

Формування тесту для підсумкового контролю (за блок змістових модулів) проводиться аналогічним чином, збільшується тільки загальна кількість тестових завдань та визначається конкретна кількість тестових завдань з кожного модуля, який входить до блоку змістових модулів. Протягом семестру проводиться 4 структурних контрольні роботи, після вивчення кожного блоку змістових модулів.

Вивчення дисципліни закінчується здачею диференційованого заліку з виставленням оцінки. Тест для заліку формується з тестових завдань, що забезпечують перевірку знань студентів (курсантів) за матеріалом всіх блоків змістових модулів. Кількість тестових завдань у тесті підсумкового (рубіжного) контролю визначається викладачем, але повинна бути не менше 25-30 завдань.

Для успішного засвоєння навчального матеріалу дисципліни студентам слід використовувати навчальні посібники та електронні навчальні курси лекцій.

Основна література:

1. Керівництво по контролю якості пального у Збройних Силах України – введене в дію Наказом Заступника Міністра оборони України – начальника Тилу Збройних Сил України від 23.01.1997 року №1.

2. Інструкція щодо поводження з отруйними технічними рідинами у Збройних Силах України – введена в дію Наказом Заступника Міністра оборони України – начальника Тилу Збройних Сил України від 02.07.1994 року №7.

3. Норми витрати пального, масел, мастил і спеціальних рідин при експлуатації, ремонті та консервації військової техніки й озброєння ЗС України – введені в дію Наказом Міністра оборони України від 06.01.99 року №01.

4. Наказ Заступника Міністра оборони України – начальника Тилу Збройних Сил України №24-94р. “Про введення в дію керівництва щодо поводження з етиловим спиртом”.

5. Інструкція щодо поводження з гальмівними рідинами – затверджена начальником Головного управління ракетного палива та пального Тилу Збройних Сил України від 09.06.1997 року.

6. Гаєва Л.І, Гордійчук М.В. Використання експлуатаційних метеріалів і економія паливно-енергетичних ресурсів; Навчальний посібник. – Івано-Франківськ: Факел, 2001. – 274 с.

7. Лабораторний практикум з курсу “Використання експлуатаційних матеріалів і економія паливно-енергетичних ресурсів”. Гаєва Л.І. Гордійчук М.В., Івано-Франківськ: Факел, 2001. – 110 с.

8. Лісафін В.П., Лісафін Д.В. Проектування та експлуатація складів нафти та нафтопродуктів: Підручник. – Івано-Франківськ: Факел, 2006. – 597 с.

9. Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химммотология. – М.: Химия, 1986 г.­ – 368 с.

10. Применение горючего на военной технике / под ред Гулина Е.И. – М.: ВИ, 1989г. – 432 с.

11. Шпак О.Г. Нафта і нафтопродукти. – К.: Ясон-К, 2000. – 370 с.

12. Бойченко С.В. Раціональне використання вуглеводневих палив / Національний авіаційний ун- т. – К. : НАУ, 2001. – 216 с.

13. Гулин Е.И., Бедрик Б.Г. Горючее и смазочные материалы для военной техники. – Л.: 1975. -200с.

14. Електронний лабораторний практикум

Додаткова література:

1. Методичні рекомендації для виконання лабораторних робіт з курсу "Застусування пально-мастильних матеріалів", - КВП ІФНТУНГ, 2004.

2. Резников М.Е. Топлива и смазочные материалы для летательных аппаратов. – М.: ВИ, 1973. - 230с.

3. Папок К.К. Химмотология топлив и смазочных масел, – М.:ВИМО , 1980.

4. Товарные нефтепродукты, свойства и применение. Справочник. Изд. 2-е, пер. и доп. Под ред. В.М. Школьникова. – М.:Химия, 1978

5. Нефтепродукты. Методы испытаний. Часть 1., М.: Издательство стандартов, 1977.

6. Учебник лаборанта склада горючего. – М.: ВИ, 1972.

7. В.В. Ваванов, В.В.Вайншток, А.А. Гуреев. Автомобильные пластичные смазки. – М.: Транспорт, 1986. – 144 с.

8. Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб. пособие для сред. проф. образования. – М.: Издательский центр "Академия", 2003. – 208 с.

9. Стуканов В.А. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебное пособие. Лабораторный практикум, М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003. – 208 с.

10. Колосюк Д.С., Зеркалов Д.В. Експлуатаційні матеріали: Підручник. – К.: Основа, 2003 – 200с.

Документальне забезпечення та основні скорочення хіммотології

Фізико-хімічні та експлуатаційні властивості пально-мастильних матеріалів, їх якісний стан та методи досліджень, порядок їх зберігання,… 1. Керівництво по контролю якості пального у Збройних Силах України – введене… 2. Інструкція щодо поводження з отруйними технічними рідинами у Збройних Силах України – введена в дію Наказом…

Поняття про хіммотологію та її завдання

Для Збройних Сил – раціональне використання пально-мастильних матеріалів (ПММ) – це задача особливої важливості. Нова техніка пред‘являє нові вимоги і до якості пально-мастильних матеріалів;… Хіммотологія - наука, розвиток якої проходить на перетині таких наук як хімія, технологія переробки нафти,…

Склад та властивості нафти.

Корінні зміни у відношенні до нафти пов’язані з винаходом теплових машин – котлів і двигунів внутрішнього згорання. У зв’язку з цим можна згадати… В 70-х роках ХІХ сторіччя винайдено форсунку, яка вирішила проблему… У 80-х роках ХІХ сторіччя винайдено бензиновий двигун внутрішнього згорання.

Рисунок 1 – Межі википання нафтових палив.

 

При одній і тій самій температурі можуть википати вуглеводні, які мають різний груповий склад. Таким чином, в склад фракції можуть входити вуглеводні різних груп.

Нафта різних родовищ може помітно відрізнятися за фракційним складом, вмістом світлих і темних фракцій.

При прямій перегонці нафти залежно від її складу, можна отримати приблизно від 10 % до 15 % бензину, від 15 % до 20 % реактивного палива або гасу, від 15% до 20 % дизельного палива та приблизно 50 % мазуту.

Груповий склад визначається хімічними групами вуглеводнів, що входять до складу нафти, і які характеризуються певними співвідношенням і структурою з’єднань атомів вуглецю і водню.

Усього з нафти виділено та ідентифіковано понад 500 індивідуальних хімічних сполук – вуглеводневих та гетероорганічних.

Основну частину нафти складають вуглеводні, різні за своїм складом, будовою та властивостями. Вони можуть знаходитись в газоподібному, рідкому та твердому стані.

Склад молекул вуглеводнів визначає їх фізичні та хімічні властивості.

Хімічні групи (гомологічні ряди) вуглеводнів характеризуються, насамперед, кількісним співвідношенням атомів вуглецю та водню, яке виражається загальною формулою групи.

 

 

Основні властивості вуглеводневих та гетероорганічних з’єднань, які входять в склад нафти і впливають на якість нафтопродуктів

Вуглеводні, у яких атоми вуглецю з’єднані між собою одинарними зв’язками у вигляді прямого ланцюжка або ланцюжка з розгалуженнями, називають… Вуглеводні такої самої будови як парафінові, але з подвійними або потрійними… Вуглеводні, в яких атоми вуглецю з’єднані одинарним зв’язком і утворюють кільце, називають нафтеновими (циклопентан,…

Рисунок 2.– Структура алканів.

 

Якщо ланцюжок атомів вуглецю має одне чи декілька розгалужень, структура називається ізомерною, а алкани з такою структурою називають ізоалканами (рис. 3). Загальна формула при цьому зберігається (C_nH_2n+2). Ізомерна структура алканів істотно впливає на їх фізичні та хімічні властивості.

 

 

 

Нормальний бутан (С₄Н₁₀) Ізобутан (С₄Н₁₀)

 

Рисунок 3.– Структура ізоалканів.

 

З газоподібних алканів одержують найлегший газовий бензин, який використовують як добавку до товарних бензинів. Також алкани ряду від С₁ до С₄ використовують, в якості газоподібного палива (стиснутий та зріджений газ). Рідкі вуглеводні ряду від С₅ до С₁₀ та всі їх багаточисельні ізомери попадають при розгонці в бензиновий дистилят. Алкани володіють низькою детонаційною стійкістю та високим рівнем самозаймистості, тому їх вміст у товарних бензинах є обмеженим. Тверді високоплавкі алкани, які виділяють з нафти, мають велике практичне значення (парафіни та церезини використовуються в електро-, радіотехнічній, паперовій, хімічній, шкіряній, парфумерній промисловості). З іншої сторони, наявність твердих вуглеводнів в дизельних паливах, мастильних та спеціальних оливах є неприпустимим, через те, що вони підвищують температуру застигання та зменшують їх рухливість при низьких температурах.

Вуглеводні нормальної будови викликають порушення в роботі поршневого карбюраторного двигуна, але в певних концентраціях вони покращують експлуатаційні властивості реактивних і дизельних палив, а також змащувальних олив. Ізомерні алканові вуглеводні є бажаним компонентом бензинів.

 

У продуктах переробки нафти, особливо в бензинах термічного крекінгу, міститься значна кількість ненасичених вуглеводнів – алкенів та алкадієнів (олефінів і диолефінів).

Алкени (олефіни) мають загальну хімічну формулу С_nН_2n. Вони відрізняються від алканів наявністю одного подвійного зв’язку між атомами вуглецю (рисунок 4). Подвійний зв'язок з його здатністю до легкого розриву обумовлює малу хімічну стабільність алкенів. Вони легко вступають у реакцію приєднання, що є причиною їх швидкого окислення й окисної полімеризації. Цим обумовлюється недостатня окисна стабільність бензинів термічного крекінгу, у яких вміст ненасичених вуглеводнів досягає 40 %.

Алкени, так само як і алкани, мають нормальні й ізомерні структури, причому ізоалкени більш різноманітні, ніж ізоалкани, тому що змінюють свої властивості в залежності не тільки від розташування і кількості бічних ланцюгів, але і від місця подвійного зв'язку.

 

 

 

Нормальний бутен 1 (С₄Н₈) Нормальний бутен 2 (С₄Н₈)

 

 

 

Ізобутен (С₄Н₈)

 

Рисунок 4. – Структура алкенів

Алкадієни (диолефіни) із загальною формулою С_nН_2n-2мають два подвійні зв'язки, і це викликає ще більшу їхню нестабільність і реакційну здатність, ніж у алкенів.

Алкени й алкадієни є ненасиченими вуглеводнями тому вони легко полімеризуються й утворюють смоли.. Їхня присутність у паливах вкрай небажана через їх малу стабільність і здатність до легкого розриву подвійних зв’язків, що призводить до скорочення термінів можливого зберігання палив.

Циклоалкани (нафтени) із загальною формулою С_nН_2n також є насиченими вуглеводнями і мають циклічну структуру (рисунок 5). Циклічні вуглеводні складають значну частку в нафті і її продуктах. Вони надають пальному і оливам високі експлуатаційні властивості.

Усі зв'язки вуглецю і водню насичені, тому нафтенові вуглеводні мають стійкі властивості. У порівнянні з алканами нафтени мають більш високу густину, меншу пружність парів і кращу розчинювальну здатність. В легких фракціях нафти є переважно вуглеводні які мають п’ять або шість атомів вуглецю.

 

 

Циклопентан (С₅Н₁₀) Циклогексан (С₆Н₁₂)

Рисунок 5. – Структура циклоалканів

За загальним вмістом циклічні вуглеводні переважають решту класів вуглеводнів. Вміст нафтенів у різних нафтах складає від 25 % до 75 %, а в окремих фракціях деяких нафт – до 80 %. Нафтени містяться у всіх фракціях нафти, і зі збільшенням молекулярної маси і температури кінця кипіння фракції кількість їх у ній зростає.

За своїми хімічними властивостями нафтени подібні до алканів, за детонаційною стійкістю та займистістю займають, як і алкани ізомерної структури, проміжне місце між алканами нормальної будови та аренами.

 

Вуглеводні, в яких у молекулі шість атомів вуглецю з’єднані в кільце (бензольне кільце) одинарними та подвійними зв’язками, називають аренами(ароматичними вуглеводнями). Структура деяких аренів показана на рисунку 6.

 

 

 

бензол (С₆Н₆) толуол (С₆Н₅СН₃) мета-ксилол(С₆Н₄(СН3)₂)

Рисунок 6. – Структура аренів

 

Ароматичні вуглеводні покращують якість бензинів, але велика їх кількість в реактивних та дизельних паливах погіршує їх якість. В складі масел бажаним компонентом є моно циклічні ароматичні вуглеводні

Ароматичні вуглеводні поділяють на моноарени (бензол та його гомологи С_nH_2n-6) і поліарени (С_nH_2n-12, С_nH_2n-18, С_nH_2n-24).

Подвійні зв’язки аренів стійкі і не розриваються навіть при впливі азотної і сірчаної кислот, коли відбувається реакція заміщення одного з атомів водню (а не реакція приєднання). Розриву подвійних зв’язків в аренів можна домогтися тільки за високої температури та у присутності каталізаторів.

Загальний вміст аренів у нафтах відносно невеликий. У бензинових фракціях їхній вміст звичайно лежить в межах від 5 % до 25 % і залежить від родовища нафти. У більш важких фракціях вміст аренів може досягати 35 %.

Арени володіють високою детонаційною стійкістю (високими октановими числами) та низькою самозаймистістю Тому їх наявність у бензинах є бажаною, а наявність у великих кількостях у дизельних паливах є небажаною (погіршується процес згорання палива в двигуні). Поліциклічні ароматичні вуглеводні з короткими бічними ланцюгами, які попадають при розгонці нафти в оливні фракції, повинні бути видалені в процесі очищення, через те, що їх присутність може негативно впливати на експлуатаційні властивості товарних олив.

Індивідуальні ароматичні вуглеводні, які спеціально виділяють з нафти в процесі її переробки, такі як бензол, толуол, етилбензол, ксилоли, нафталін є, окрім того, цінною сировиною для процесів нафтохімічного та органічного синтезу при виробництві синтетичних каучуків, пластичних мас, синтетичних волокон, вибухових, лако-фарбних та фармацевтичних речовин.

Гетерогенні сполуки у нафті представлені сполуками кисню, азоту, сірки.

Сполуки кисню, що містяться в нафті, представлені нафтеновими та карбоновими кислотами, ефірами, фенолами, спиртами, альдегідами та іншими речовинами. Переважно з ними пов’язані відкладення у двигунах, оскільки внаслідок різного роду реакцій утворюються високомолекулярні сполуки – смоли. Крім того сполуки кисню здатні утворювати кислоти, які викликають корозію кольорових металів.

Сполуки азоту в технічному відношенні вважаються нешкідливими. Вони представлені амінами, нітрилами та нітроз’єднаннями і визначають, в основному, інтенсивність зафарбування нафти та нафтопродуктів (внаслідок утворення смол), а також імовірність забруднення навколишнього середовища оксидами азоту при згоранні в двигунах.

 

Сполуки сірки поділяються на активні (сірка, сірководень, меркаптани) та пасивні (дисульфіди і сульфіди, тиофени, тиофани).

Цей розподіл обумовлений їх активністю по відношенню до металу. Перші викликають корозію при прямому контакті нафтопродукту з металом (рідинна корозія). Другі стають агресивними тільки після згорання – внаслідок утворення оксиду сірки (газова корозія) та сірчаної кислоти (електролітична корозія).

Експлуатаційне значення цих речовин можна показати наступним прикладом: із збільшенням сірки в паливі на 0,1 % збільшує зношення двигуна, якщо не вжити заходів, у півтора –два рази. Потужний пароплавний дизель при роботі на сірчистому паливі виробляє за добу декілька тон сірчаної кислоти. Вони сприяють також нагароутворенню.

Домішки, що містяться в нафтах, впливають на якість одержуваних з неї нафтопродуктів. Сучасні методи переробки нафти дозволяють цілком звільнити нафту від домішок і, у першу чергу, від особливо шкідливих, таких, як сірка та її з’єднання, нафтові смоли і ряд інших. Однак, варто враховувати, що очищення нафти або отриманих із неї продуктів пов’язано із значними витратами енергії, реактивів, часу і робочої сили, а деякі способи очищення – і з втратою певної кількості цінних продуктів та забрудненням навколишнього середовища.

Необхідно відзначити два важливих моменти:

Вміст сполук – домішок для пального завжди шкідливий, а для олив вони можуть відігравати позитивну роль, оскільки в певних умовах покращують механізм змащування.

Під час переробки нафти більшість сполук сірки, кисню, азоту концентруються у важких залишкових фракціях: по дистилятних фракціям розташовуються відносно рівномірно та в значно менших кількостях (10 – 15 %).

 

 

ЗАНЯТТЯ 1/2"ПІДГОТОВКА НАФТИ ДО ПЕРЕРОБКИ"

 

1. Збір та підготовка нафти на промислах. стабілізація нафти.

2. Зневоднення та знесолення нафти

 

Збір та підготовка нафти на промислах. Стабілізація нафти

Нафта, яку видобувають із земних надр, містить, як правило, супутній газ, воду, мінеральні солі, різні механічні домішки. На кожну тонну видобутої нафти припадає приблизно 50-100 м3 нафтового (супутнього) газу та 200-300 кг води, яка містить розчинені солі.

Перед транспортуванням та подачею нафти на переробку газ повинен бути відділений від нафти. Видалення газу від нафти проводиться з допомогою сепарації та стабілізації. Нафта також піддається очистці від механічних домішок, обезводненню та частковому обезсиленню.

Системи збору і транспорту нафти. В умовах нафтового пласту, при високому тиску гази розчинені в нафті. При підйомі нафти на земну поверхню тиск паде та розчинений газ виділяється. Важливо в цей момент його вловити. Існують різні системи промислового збору та транспортування нафти, які відрізняються умовами переміщення нафти та газу та схемою відділення газу від нафти.

На рис.1 наведена схема самоплинної системи збору нафти, яка в основному використовується на Близькосхідних та Середньоазійських родовищах.

Рисунок 1. Схема самоточного збору нафти та газу на нафтовому промислі

І – нафта з свердловини; ІІ – газ на газопереробний завод; ІІІ – нафта на нафтозбірні пункти; IV – нафта на НПЗ

С-1 – сепаратор, Е-1 – резервуар.

 

Газо-нафтова суміш з свердловини надходить в індивідуальну замірну сепараційну установку С-1, де здійснюється перша ступінь сепарації нафти від газу.

Сепарація – процес відділення води, газу та механічних домішок від нафтогазової суміші. Сепарація здійснюється в декілька ступенів на промислах у спеціальних апаратах – вертикальних та горизонтальних сепараторах.

Сепаратор – апарат, в який під великим тиском надходить газонафтова суміш, де за рахунок різкого зменшення швидкості потоку відокремлюється та відводиться від суміші: вода – з нижніх секцій, газ – через верхній патрубок.

 

Газ по газозбірним колекторам передається для подальшої переробки на газопереробні заводи. До колектора підключається до ста і більше свердловин одного або декількох сусідніх нафтових родовищ.

Нафта та вода з мірника Е-1 за рахунок різниці рівнів поступає на збірний пункт, де встановлено два-три резервуари. З резервуарів нафта та вода насосом перекачуються на установки підготовки нафти для обезсолення та обезводнення.

Дана схема відрізняється простотою, але не забезпечує повноти збору попутнього газу. Після одноступеневої сепарації в нафті залишається до 40-50% попутнього газу. Цей газ потрапляє разом з нафтою в мірники та резервуари нафтозбірних пунктів, та в значній мірі скидається в атмосферу.

Більш ефективні системи високо напірного герметизованого нафтозбору з багатоступеневою сепарацією газу (рис. 2).

 

 

Рисунок 2. Схема герметизованого збору нафти та газу на нафтовому промислі І – нафта з свердловини; ІІ – газ на газопереробний завод; ІІІ – нафта на нафтозбірні пункти; IV – нафта на НПЗ С-1, С-2 – сепаратори; Е-1,Е-2 – резервуари; А-1 – автоматизована групова замірна установка; А-2 – автоматизована установка здачі товарної нафти; Н-1,Н-2,Н-3 – насоси.

 

 

Нафта, газ та вода з свердловини, під власним тиском направляються в групову замірну установку А-1, а далі в сепаратори першого ступеню С-1. Перша ступінь відділення нафти від газу здійснюється при тиску 0,6 – 0,7 МПа, достатньому для безкомпресорної подачі газу на газопереробний завод.

З С-1 нафта під власним тиском, або з допомогою насосів Н-1 транспортується до центрального збірного пункту. Там за рахунок подальшого пониження тиску проводиться друга (а за потреби і третя) ступінь сепарації газу від нафти. Газ з сепараторів другої та третьої ступені подається на газопереробний завод під власним тиском або з допомогою компресорів, а нафта – в резервуари установок підготовки.

Стабілізація нафти. Навіть після багатоступеневої промислової сепарації в нафті залишається велика кількість вуглеводів С₁ – С₄ більша частина яких може бути втрачена при перекачуванні, зберіганні та транспортуванні нафти. Разом з газами втрачаються цінні легкі бензинові фракції.

Щоб ліквідувати втрати газу та легких бензинових фракцій, запобігти забрудненню повітря, вловити цінні газоподібні компоненти, необхідно максимально виділити вуглеводні С₁ – _С4 з нафти перед тим, як відправити її на нафтопереробні заводи. Це завдання вирішується на установках стабілізації нафти (рис. 3), які переважно знаходяться поблизу місць її видобутку.

 

Рисунок 3 – Схема установки стабілізації нафти І – нестабільна нафта; ІІ – стабільна нафта; ІІІ – не сконденсований газ; ІV – газовий конденсат.

Сировина, яка поступає з промислових установок підготовки, проходить через теплообмінник Т-1, де підігрівається вже стабілізованою нафтою, та парові підігрівачі Т-2. Підігріта нафта поступає в ректифікаційну колону-стабілізатор К-1. Легкі вуглеводи, які виходять з верху стабілізатора, конденсуються в конденсаторі-холодильнику ХК-1 і потрапляють в ємкість Е-1. З верху стабілізатора виходять вуглеводи від С1 до С5 включно. У ХК-1 конденсується не весь продукт, який виходить з верха К-1, через це в Е-1 виникає розділення суміші, яка поступає з конденсатора на газ та рідину.

Газ з Е-1 направляється в паливну систему або на газопереробний завод. Рідинний продукт – газовий конденсат частково повертається в К-1 в якості конденсату, а балансова кількість виходить із стабілізаційної установки та передається в центральні газофракційні установки (ЦГФУ). Газофракційні установки входять до складу великих нафтохімічних комбінатів і призначені для розподілу газового конденсату декількох стабілізаційних установок на індивідуальні вуглеводи.

З низу стабілізатора виходить стабільна нафта, яка віддає своє тепло сировині, яка подається в теплообмінник Т-1 і доохолоджується в холодильнику. Необхідне для ректифікації тепло підводиться в нижню частину стабілізаційної колони через трубчату піч. Вміст газу (вуглеводів С₁ – С₄) в стабільній нафті складає 0,8 – 1,5%.

Зневоднення та знесолення нафти

Наявність в нафті, яка потрапляє на переробку, води та солей шкідливо виявляється на роботі нафтопереробних заводів. При великому вмісті води… Ще більш негативною дією володіють хлориди. Вони відкладаються в трубах… Виходячи з цього, перед тим, як подати нафту на переробку, її необхідно відділити від води та солі. Їх видаляють…

Рисунок 5. – Схема установки електрообезсолювання нафти

І.-сира нафта; ІІ.-деемульгатор; ІІІ.-луг; ІV.-свіжа вода; V.-обезсолена нафта; VІ.-стічна вода.

 

Нафта, до якої введено промивочну воду , деемульгатор і луг, насосом Н-1 прокачується через теплообмінник Т-1 і паропідігрівач Т-2 в електродегідратор першого ступеня Є-1. Тут виділяється основна маса води і солі (вміст їх знижується в 8-10 раз). На деяких установках ЕЛЗС перед Є-1 знаходиться термохімічна ступінь. З Є-1 нафта надходить в електродегідратор другого ступеня Є-2 для вторинної обробки. Перед Є-2 до нафти знову попадає вода. Загальна витрата води на обезсолення складає 10% від нафти, що підлягає знесоленню. На деяких устаткуваннях свіжа вода потрапляє тільки на другий ступінь знесолення, а перед першою ступеню з нафтою змішують промивні води другого ступеня.

Знесолена нафта з Є-2 проходить через теплдообмінник Т-1, холодильник і подається в резервуари обезсоленої нафти. Вода, яка відділена а електродегідраторах, прямує в нафтовідділювач Е-1 для додаткового відстою. Виловлена нафта повертається на прийом сировинного насоса, а вода вкидується в промислову каналізацію і подається для очищення.

Головним апаратом устаткування ЕЛЗС є – електродегідратор – ємність, обладнана електродами, до яких підведений змінний струм високої напруги. В експлуатації на промислових і заводських установках ЕЛЗС використовують електродегідратори різних конструкцій: вертикальні, кульові, горизонтальні.

Режим знесолення. Температура і тиск процесу знесолення багато в чому зумовлені конструкцією апарата. Велике значення мають властивості знесоленої нафти. Легкі нафти з низькою в’язкістю, які не утворють стійких емульсій, знесолюються при 80-100˚С, але для більшості нафт оптимальною вважається температура 120-130˚С. Слід взяти до уваги, що підвищення температури знесолення збільшує електричну провідність і силу струму, погіршує умови роботи ізоляторів.

Важливе значення має рівномірна подача до нафти деемульгатора. Витрата деемульгатора до НПЗ коливається від 10 до 30 г/т і залежить від стійкості утвореної емульсії води і нафти. Промисловість випускає деемульгатори у вигляді розчинів в органічних розчинниках, з яких перед застосуванням готують 1-5% водні розчини.

Іноді до нафти також додають луг, який необхідний для припинення корозії у випадку знаходження в нафті вільного сірководню, а також для нейтралізації неорганічних кислот, що потрапили до нафти внаслідок кислотної обробки свердловини. В якості промивочної води застосовується свіжа річкова вода, паровий конденсат і вода з системи водопостачання. Перед подачею до нафти воду підігрівають.

Глибоке знесолення нафти дозволяє значно збільшити роботу установок переробки нафти, зменшити витрату металу на заміну обладнання, зменшити енергетичні витрати.

На промислових знесолюючих установках з нафти виділяються найбільш великі глобули емульсії. При перекачках та зберіганні нафти водно-нафтова емульсія додатково стабілізується і її важко руйнувати, що ускладнює рішення проблеми знесолення нафти на нафтопереробних заводах.

 

Висновок

Сьогоднішнє заняття було присвячено розгляду такої важливої проблеми, як підготовка нафти до подальшої переробки на НПЗ. Було розглянуто такі важливі моменти, як стабілізація нафти, її обезводнення та обезсолення.

Значним резервом зниження собівартості підготовки нафти до переробки на НПЗ являється об’єднання установок знесолення та зневоднення нафти. При комбінуванні теплота продуктів, які відходять при перегонці використовується для підігріву нафти перед знесоленням.

 

ЗАНЯТТЯ 1/3"ПРОЦЕСИ ПЕРВИННОЇ ПЕРЕРОБКИ НАФТИ. ТЕРМІЧНІ ТА ТЕРМО-КАТАЛІТИЧНІ ПРОЦЕСИ ПЕРЕРОБКИ НАФТИ"

1. Процеси дистиляції та ректифікації. Атмосферно-вакуумна перегонка нафти.

2. Термічний крекінг, коксування та піроліз нафтових фракцій.

3. Термокаталітичний крекінг, риформінг та ізомеризація нафтових фракцій

 

Процеси дистиляції та ректифікації. Атмосферно-вакуумна перегонка нафти.

Нафта, як вже було сказано, представляє собою надзвичайно складну суміш взаємно розчинних органічних речовин. Розділити її повністю на складові… Первинна перегонка – перший технологічний процесс переробки нафти. Установки… До первинної переробки відносяться пряма (атмосферна) та вторинна(атмосферно-вакумна) перегонка.

Рисунок 1. – Принципова схема прямої перегонки нафти із застосуванням рактифікації.

Основними процесами первинної перегонки нафти є дистиляція та ректифікація.

Дистиляція. Дистиляцією або перегонкою називається процес розділення суміші взаємно розчинних рідин на фракції, які відрізняються по температурах кипіння як одна від одної, так і від вихідної суміші. При перегонці суміш нагрівається до кипіння і частково випаровується. Пари, які отримуються при кипінні, відбираються і конденсуються. Перегонкою отримують дистилят (сконденсовані фракції, що випаровуються) та залишок, які відрізняються за складом від вихідної суміші.

Перегонка може бути здійснена однократним, багатокрптним або поступовим випаровуванням.

При однократному випаровуванні, протягом всього періоду нагрівання суміші продуктів, утворені пари не відводяться з системи а залишаються в контакті з рідиною. Після того, як подача тепла припиняється, вся парорідинна суміш відводиться в сепаратор. Тут пари, що утворились, в один прийом (одноразово) відділяються від рідини.

При багатократній перегонці процес розділення фаз проводиться в декілька прийомів. Багатократне випаровування складається з одноразових випаровувань, які повторюються декілька раз. Спочатку проводиться відділення парів від рідини, а потім на другому ступені, рідка фаза, яка залишилась при відділені парів в першій ступені знову випаровується.

При поступовому випаровуванні, пари по мірі їх утворення, неперервно відводяться з перегінного апарату. Поступове випаровування застосовується при лабораторній перегонці нафти з колби.

Сучасна промислова перегонка нафти базується на схемах з однократним випаровуванням і подальшою ректифікацією.

Ректифікація. При однократному випаровуванні взаєморозчинних рідин і наступній конденсації парів одержують дві фракції – легку і важку. Легка фракція збагачена низькокиплячими, а важка високо киплячими компонентами відповідно. Для досягнення більш чіткого розділення компонентів нафти та одержання кінцевих продуктів, які киплять у заданих температурних інтервалах, після однократного випаровування нафтові пари піддають ректифікації.

Ректифікацією називається дифузійний процес розділення рідин, які розрізняються за температурами кипіння, за рахунок протиточного багатократного контактування парів і рідини.

Контактування парів і рідини здійснюється у вертикальних циліндричних апаратах- ректифікаційних колонах, оснащених спеціальними пристроями – ректифікаційними тарілками або насадкою, - які дозволяють створити тісний контакт між парою, яка піднімається догори по колоні , та рідини, яка стікає вниз (рисунок 2).

 

Рисунок 1 – Схема ректифікаційної колони

І.- холодне зрошування; ІІ.- ректифікатор; ІІІ.- церкулюючий гарячий потік; ІV.- залишок; V.- сировина

 

В середню частину у вигляді пари, рідини або парорідинної суміші подається сировина, яку необхідно розділити на дві частини - висококиплячу і низькокиплячу. В цій зоні відбувається – однократне випаровування нагрітої у печі або теплообміннику суміші на парову і рідинну фази.

В працюючій ректифікаційній колоні, через тарілку кожну проходять чотири потоки:

1. рідина – яка стікає з тарілки, що лежить вище;

2. пара – яка поступає з тарілки, що лежить нижче,

3. рідина – яка піднімається з тарілки, що лежить нижче,

4. пара, яка піднімається на тарілку, що лежить вище.

 

Асортимент продуктів атмосферних та атмосферно-вакуумних установок.

Скраплений вуглеводневий газ, який складається в основному з пропану і бутану. Кількість продукту залежить від того, наскільки глибоко була… Бензинова фракція. Переганяється в межах 30 –1800С. Використовується в якості… Гасова фракція. Переганяється в межах 120 –3150С. використовується в якості палива реактивних авіаційних двигунів, для…

Основні процеси очищення паливних фракцій.

Якщо виразити відносний вміст водню в вихідній сировині і в вихідному продукті крекінгу – високооктановому бензині, то отримаємо в середньому… Звідси видно, що в сировині не хватає водню для повного перетворення в бензин.… Залежно від глибини впливу водню і призначення розрізняють три різновиди гідрогенізаційних процесів:

Основні процеси очищення оливних фракцій.

- підготовка сировини – одержання вихідних оливних фракцій; - одержання базових компонентів із вихідних оливних фракцій; - змішування компонентів (компаундування) і додавання до них присадок для одержання товарних олив.

Основні схеми одержання товарних нафтопродуктів.

Світлі нафтопродукти – бензини, палива для реактивних двигунів і дизельні палива, одержані процесами первинної та вторинної переробки не є товарними… Із бензинів, палив для реактивних двигунів, дизельних палив необхідно видалити… Для одержання низькозастигаючих дизельних палив з останніх видаляють тверді парафінові вуглеводні.

Рисунок 1 – Принципова схема виробництва бензинів

Рисунок 2 – Схема виробництва дизельних палив

Рисунок 3. – Принципова схема виробництва олив

Класифікація товарних нафтопродукти

Зупинимося на призначенні та короткій характеристиці найпоширеніших груп нафтопродуктів, що зберігаються на складах нафти та нафтопродуктів і мають…   Рідке паливо. До цієї великої і найбільш широко розповсюдженої групи нафтопродуктів входять: бензини, паливо для…