В.Г.РЯБОВ
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА
Часть 1. Первичная переработка нефти и газа
Конспект лекций
Издательство
Пермского государственного технического университета
2007
УДК 665.63
ББК
РЕЦЕНЗЕНТЫ
Доктор технических наук, профессор кафедры ТНВ
Пермского государственного технического университета
В.З. Пойлов;
Главный технолог ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
В.А. Крылов;
Кандидат химических наук, доцент, вед. спец. техн. отдела
ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
Н.П. Углев
Рябов В.Г.
Технология переработки нефти и газа. Часть 1. Первичная переработка нефти и газа: Конспект лекций. – Пермь: Изд-во Перм.гос.техн. ун-та, 2007.- 173 с.: ил.
Данный конспект лекций может быть использован в качестве учебного пособия при изучении курса «Химическая технология топлива и углеродных материалов», а именно физических процессов связанных с подготовкой и переработкой нефти и газа, их физико-химических и эксплуатационных свойств.
В конспекте лекций достаточно подробно изложены материалы, касающиеся общих сведений о происхождении нефти и газа, их добыче, промысловой подготовке, транспорте с промыслов на нефте- и газоперерабатывающие заводы. Дан краткий исторический обзор развития нефтяной, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности в мире и в нашей стране и роль нефти и газа как в мировом топливно-энергетическом балансе, так и СССР и РФ. Освещены перспективы развития нефтеперерабатывающей и газовой отраслей промышленности.
Большое внимание уделено методам определения и расчета физико-химических свойств жидких и газообразных нефтепродуктов, их эксплуатационным свойствам.
Описаны физические процессы подготовки и переработки нефти и газа, применяемые в промышленности, и, в частности, прямой перегонки нефти и ее фракций. Дана характеристика основных типов аппаратов и получаемых продуктов.
Конспект лекций с учетом включенных в него материалов, наиболее полезен при изучении первой части общего курса «Химическая технология топлива и углеродных материалов» студентами специальности «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» дневного и заочного отделений.
Издано в рамках инновационной образовательной программы ПГТУ «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета»
УДК 665.63
ББК
ISBN
ГОУ ВПО ПГТУ, 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................... 7
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ................................................................................................... 9
ПЕРЕВОД ВНЕСИСТЕМНЫХ ЕДИНИЦ В ЕДИНИЦЫСИ............................................. 10
Глава 1 КРАТКИЙ ОБЗОР МИРОВОГО И ОТЕЧЕСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ НЕФТЯНОЙ, НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. НЕФТЕ- И ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ И ПЕРСПЕКТИВЫЕЕ РАЗВИТИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ НЕФТИ И ГАЗА, БУРЕНИИ СКВАЖИН И ТРАНСПОРТЕ НЕФТИ И ГАЗА................................................. 11
1.1. Краткий обзор мирового и отечественного развития нефтяной, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности...................................................................................................... 11
1.2. Значение нефти и газа в топливно-энергетическом балансе нашей страны и мира 15
1.3. Мировые запасы нефти. Основные нефтедобывающие страны................................. 18
1.3.1. Основные нефтедобывающие страны..................................................................... 18
1.3.2. Крупнейшие мировые нефтепрерабатывающие заводы....................................... 19
1.3.3. Крупнейшие мировые компании - нефтепереработчики..................................... 20
1.4. Нефте- и газоперерабатывающая промышленность на современном этапе и перспективы ее развития.................................................................................................................................... 20
1.5. Краткие сведения о происхождении нефти, бурении нефтяных скважин, добыче и транспортировке нефти и газа с промысла на НПЗ и ГПЗ................................................. 25
Глава 2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ, ЕЕ ФРАКЦИЙ И УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ.......................................................................................................................................... 30
2.1. Плотность.......................................................................................................................... 30
2.1.1. Методы определения плотности.............................................................................. 33
2.1.2. Характеристический фактор.................................................................................... 33
2.2. Молекулярная масса......................................................................................................... 34
2.3. Давление насыщенных паров (упругость паров)......................................................... 36
2.3.1. Критические параметры........................................................................................... 37
2.3.2. Фактор сжимаемости................................................................................................ 39
2.3.2. Летучесть (фугитивность)........................................................................................ 39
2.3.3. Методы определения давления насыщенных паров............................................. 40
2.4. Вязкость............................................................................................................................. 41
2.4.1. Зависимость вязкости от температуры................................................................... 42
2.4.2. Вязкостно-массовая константа................................................................................. 43
2.4.3. Вязкость нефтяных дисперсных систем................................................................. 44
2.4.4. Зависимость вязкости нефтепродуктов от давления............................................. 45
2.4.5. Вязкость смеси нефтепродуктов.............................................................................. 45
2.4.6. Вязкость углеводородных газов и нефтяных паров.............................................. 46
2.4.7. Приборы для определения вязкости........................................................................ 46
2.5. Электрические свойства нефти и нефтепродуктов...................................................... 47
2.6. Оптические свойства нефти и нефтепродуктов........................................................... 48
2.6.1. Цвет............................................................................................................................. 48
2.6.2. Показатель или коэффициент лучепреломления (коэффициент рефракции)... 48
2.6.3. Оптическая активность............................................................................................. 49
2.7. Свойства нефтяных вяжущих (коллоидообразных нефтепродуктов)........................ 50
2.8. Поверхностное натяжение.............................................................................................. 51
2.9. Характерные температуры.............................................................................................. 52
2.9.1. Температуры вспышки............................................................................................. 52
2.9.2. Температура воспламенения и самовоспламенения.............................................. 53
2.9.3. Температура застывания........................................................................................... 55
2.9.4. Температура плавления............................................................................................ 55
2.9.5. Температура каплепадения....................................................................................... 56
2.10. Тепловые свойства нефтепродуктов............................................................................ 56
2.10.1. Теплоемкость........................................................................................................... 56
2.10.2. Теплота испарения.................................................................................................. 58
2.10.3. Теплота плавления.................................................................................................. 58
2.10.4. Теплота сгорания..................................................................................................... 59
2.10.5. Энтальпия (теплосодержание)............................................................................... 60
2.10.6. Теплопроводность................................................................................................... 61
2.11. Коллоидно-химические свойства нефтей. Нефтяные дисперсные системы........... 62
2.11.1. Коллоидно-химические свойства нефтей............................................................. 62
2.11.2. Формирование нефтяных дисперсных систем..................................................... 63
2.12. Фракционный состав нефти и нефтепродуктов......................................................... 64
2.12.1. Низкотемпературная ректификация...................................................................... 66
2.12.2. Среднетемпературная и вакуумная перегонка..................................................... 66
2.12.3. Молекулярная дистилляция................................................................................... 67
2.12.4. Перегонка методом однократного испарения...................................................... 67
Глава 3 КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЕЙ, ХАРАКТЕРИСТИКА ТОВАРНЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ................................................... 69
3.1. Классификация нефтей.................................................................................................... 69
3.1.1. Технологическая классификация............................................................................. 69
3.1.2. Техническая классификация.................................................................................... 72
3.2. Ассортимент товарных нефтепродуктов....................................................................... 74
3.2.1. Топлива для карбюраторных двигателей............................................................... 74
3.2.1.1. Авиационные бензины...................................................................................... 74
3.2.1.2. Автомобильные бензины.................................................................................. 74
3.2.1.3. Основные показатели качества карбюраторных топлив............................... 75
3.2.2. Реактивные топлива.................................................................................................. 79
3.2.3. Дизельные топлива................................................................................................... 80
3.2.4. Газотурбинные топлива............................................................................................ 83
3.2.5. Котельные топлива................................................................................................... 83
3.2.6. Растворители.............................................................................................................. 84
3.2.7. Осветительные керосины......................................................................................... 85
3.2.8. Нефтяные масла......................................................................................................... 85
3.2.8.1. Моторные смазочные масла.............................................................................. 86
3.2.8.2. Индустриальные масла...................................................................................... 87
3.2.8.3. Смазочные масла специального назначения................................................... 88
3.2.9. Парафины, церезины, вазелины.............................................................................. 90
3.2.10. Нефтяные битумы................................................................................................... 90
3.2.11. Нефтяной кокс......................................................................................................... 92
3.2.12. Пластичные смазки................................................................................................. 92
3.3. Основные направления переработки нефти и газа...................................................... 93
3.4. Основные принципы выбора варианта переработки нефти и газа............................ 93
Глава 4 ПОДГОТОВКА И ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ...................... 95
4.1. Характеристика и направления использования углеводородных газов. Характеристика конечных продуктов их переработки................................................................................... 95
4.2. Схемы подготовки и переработки углеводородных газов.......................................... 99
4.3. Подготовка углеводородных газов к переработке..................................................... 100
4.3.1. Очистка газов от жидкой и твердой дисперсных фаз......................................... 102
4.3.2. Очистка углеводородных газов от вредных примесей....................................... 103
4.3.2.1. Характеристики вредных примесей............................................................... 103
4.3.2.2. Методы очистки углеводородных газов и характеристики поглотителей 105
4.3.2.3. Утилизация сероводорода............................................................................... 110
4.3.3. Осушка углеводородных газов.............................................................................. 110
4.3.3.1. Осушка охлаждением....................................................................................... 111
4.3.3.2. Абсорбционная осушка................................................................................... 111
4.3.3.3. Адсорбционная осушка................................................................................... 112
4.4. Переработка углеводородных газов............................................................................. 114
4.4.1. Низкотемпературная сепарация (НТС)................................................................. 114
4.4.2.Низкотемпературная конденсация (НТК).............................................................. 116
4.4.3. Маслоабсорбционное извлечение......................................................................... 117
4.4.4. Стабилизация газового бензина и получение индивидуальных углеводородов 118
4.5. Стабилизация и переработка газовых конденсатов................................................... 120
4.6. Извлечение гелия из природного газа......................................................................... 122
4.7. Транспортирование и хранение углеводородных газов............................................ 124
Глава 5 ПОДГОТОВКА НЕФТИ К ПЕРЕРАБОТКЕ............................................................ 126
5.1. Вредные примеси в нефтях и их влияние на транспортировку и переработку нефти 126
5.2. Дегазация и стабилизация нефти. Потери легких фракций нефти при ее транспортировке и хранении................................................................................................................................. 128
5.3. Обезвоживание и обессоливание нефтей. Технологическое и аппаратурное оформление процессов обезвоживания и обессоливания...................................................................... 132
5.3.1. Факторы, способствующие стабилизации и разрушению водонефтяных эмульсий 133
5.3.2. Методы разрушения нефтяных эмульсий............................................................. 135
5.3.2.1. Механические методы..................................................................................... 135
5.3.2.2. Термохимические методы............................................................................... 136
5.3.2.3. Электрические методы.................................................................................... 137
5.4.Особенности подготовки высоковязких нефтей......................................................... 140
5.5. Смешение нефтей........................................................................................................... 141
Глава 6 ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕГОНКА НЕФТИ...................................................................... 144
6.1. Методы переработки нефти и нефтяных фракций..................................................... 144
6.2. Методы перегонки нефти и нефтяных фракций......................................................... 145
6.2.1. Перегонка нефти и нефтяных фракций с однократным и многократным испарением 146
6.2.2. Перегонка нефти и нефтяных фракций в присутствии испаряющего агента.. 149
6.2.3. Перегонка нефти и нефтяных фракций под вакуумом....................................... 150
6.2.4. Экстрактивная и азеотропная ректификация....................................................... 150
6.3. Подвод и отвод тепла в колонны ректификации....................................................... 151
6.4. Четкость ректификации при перегонке нефти и ее фракций.................................... 154
6.5. Материальный баланс перегонки нефти. Характеристики получаемых продуктов и направления их использования........................................................................................... 155
6.6. Расчет ректификационных колонн.............................................................................. 159
6.6.1. Отбензинивающая колонна.................................................................................... 159
6.6.2. Расчет основной атмосферной колонны............................................................... 160
6.6.3. Колонна стабилизации........................................................................................... 161
6.6.4. Колонна вторичной перегонки бензина............................................................... 161
6.6.5. Технологический расчет блока вакуумной перегонки....................................... 161
6.7. Перегонка нефти с ректификацией.............................................................................. 163
6.8. Установка прямой перегонки нефти............................................................................ 166
6.9. Интенсификация процесса прямой перегонки нефти................................................ 166
6.10. Комбинирование установки АВТ со вторичными процессами.............................. 172
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................... 174
ВВЕДЕНИЕ
Представить себе современную жизнь без энергоносителей невозможно. Малейшие сбои в энергообеспечении ведут к серьезным последствиям. При этом одним из основных источников энергии на современном этапе являются нефть и углеводородные газы. Пик их доли в общем энергопотреблении человечества пришелся на шестидесятые годы 20 века, однако и в настоящее время их суммарная доля в Мировом топливно-энергетическом балансе существенно превышает другие источники энергии. Нефть и природный газ останутся важнейшими энергетическими источниками еще не одно десятилетие и в 21 веке.
Еще более важная роль отводится нефти и газу как ценнейшему сырью для нефтехимического синтеза и производства продуктов различного назначения, таких как: кокса, технического углерода, битумов, парафинов, минеральных масел, растворителей и др. Поэтому, вопросы технологии их рациональной глубокой переработки, получения качественных продуктов с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами, сохраняют актуальность как на сегодняшний день, так и в ближайшем обозримом будущем.
Развитие нефте- и газоперерабатывающей промышленности в 21 веке трудно представить без высококвалифицированных инженеров-технологов, владеющих современными представлениями о природе углеводородного сырья, новейшими мировыми и отечественными достижениями в области теории и практики технологии переработки нефти и газа.
В данном конспекте лекций представлены материалы из общего курса «Химическая технология топлива и углеродных материалов», касающиеся, в первую очередь, физико-химических свойств нефти, ее отдельных фракций и углеводородных газов, технологии подготовки к переработке и переработки нефти (атмосферной и вакуумной перегонки) и углеводородных газов, ассортимента продуктов, выпускаемых нефте- и газоперерабатывающими предприятиями, аппаратурного оформления рассматриваемых технологий.
Для того чтобы качественно освоить курс «Химической технологии топлива и углеродных материалов» студентам необходимо иметь прочные знания по целому ряду естественнонаучных и общеинженерных дисциплин, а именно: неорганической, органической, физической, аналитической и коллоидной химии, химии нефти, математике, физике, теплотехнике, процессам и аппаратам химической технологии, теоретическим основам технологии топлива и углеродных материалов и др.
После изучения дисциплины «Химическая технология топлива и углеродных материалов» в полном объеме студенты должны:
- иметь ясное представление о теоретических основах процессов переработки нефти и углеводородных газов;
- знать основные технологические схемы процессов нефте- и газопереработки, принципы работы оборудования и аппаратуры;
- уметь производить расчеты основного технологического оборудования, используемого на предприятиях нефте- и газопереработки;
- освоить методики анализа нефтепродуктов и углеводородных газов.
Предлагаемый конспект лекций направлен на более глубокое изучение первичных процессов переработки нефти и газа, которые находясь в голове общей технологической схемы, определяют работу любого нефтеперерабатывающего завода.
Автор выражает признательность ассистенту кафедры ТТУМ
А.С. Ширкунову и ведущим инженерам И.М. Радостевой и О.Ю. Радостевой, принявшим участие в редактировании и подготовке рукописи конспекта лекций к изданию.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
| АСПО – асфальто-смолисто-парафиновые отложения; | ВМК – вязкостно-массовая константа; |
| НДС – нефтяные дисперсные системы; | ИТК – истинная температура кипения; |
| ВМС – высокомолекулярные соединенияния; | ОИ – однократное испарение; |
| ССЕ – сложные структурные единицы; | ПАВ – поверхностно-активные вещества; |
| ИВ – индекс вязкости; | ОЧ – октановое число; |
| н.к. – начало кипения; | ЦЧ – цетановое число; |
| к.к. – конец кипения; | ДИ – дизельный индекс; |
| yi, xi – мольные концентрации i -го компонента в паровой и жидкой фазах соответственно; |  ,  – массовые концентрации i -го компонента в паровой и жидкой фазах соответственно:
|
| mi – масса i -го компонента, кг; | М – молекулярная масса, кг/кмоль; |
| k – константа фазового равновесия; | V М – мольный объем (V М = 22,414 м3/кмоль; |
| V – объем, м3; | Ni – число молей i -го компонента; |
| ρ – плотность, кг/м3; | Р – давление в системе, Па; |
| ρ204 и ρ1515 – относительная плотность; | pi – парциальное давление компонента в паровой фазе, Па; |
| t – температура, °С; | t кр – критическая температура, °С; |
| Т – абсолютная температура, К; | Т кр – критическая температура, К; |
| К – характеристический фактор; | Р кр – критическое давление, Па; |
| f – летучесть (фугитивность), Па; | h – динамическая вязкость, Па×с; |
| α – относительная летучесть; | Ψ – подвижность смеси, 1/Па×с; |
| μ – коэффициент сжимаемости; | n – кинематическая вязкость, м2/с; |
| n 20 D – показатель преломления, коэффициент рефракции; | ВУ – вязкость условная, условные градусы Энглера, °ВУ; |
| σ – поверхностное напряжение, Н/м; | τ – напряжение сдвига, Па (Н/м2); |
| Р нас – давление насыщенных паров i- го компонента, находящегося в жидкой фазе при температуре равновесия; | с – истинная удельная теплоемкость, Дж/(моль×К), Дж/(м3×К), Дж/(кг×К) |
| γ – коэффициент активности; | Q – количество тепла, Дж; |
| λ – теплопроводность, Вт/(м×К); | q – энтальпия, Дж/кг; |
| l – теплота испарения, Дж/кг; | L – теплота плавления, Дж/кг; |
| R – универсальная газовая постоянная (R = 8,3148 Дж/(моль×К) = 8314,8 Па×м3/(кмоль×К)); | Р атм – нормальное атмосферное давление (Р атм = 760 мм рт. ст. = 101325 Па » 0,1 МПа). |
| е – массовая доля отгона паровой фазы; |
ПЕРЕВОД ВНЕСИСТЕМНЫХ ЕДИНИЦ
В ЕДИНИЦЫСИ
Температура:
t (°С) = T (К) – 273;
t (°F) = 1,8 t (°С) + 32.
Давление:
1 мм рт. ст. (миллиметр ртутного столба) = 133,322 Па;
1 атм (физическая атмосфера) = 101325 Па = 760 мм рт. ст. » 0,1 МПа;
1 ат (техническая атмосфера) = 98066,5 Па = 735,5 мм. рт. ст.;
1 кгс/см2 (техническая атмосфера) = 98066,5 Па = 735,5 мм. рт. ст.
Вязкость:
1 П (Пуаз) = 0,1 Па×с;
1 сП (сантипуаз) = 10–3 Па×с = 1 мПа×с;
1 Ст (Стокс) = 10–4 м2/с;
1 сСт (сантистокс) = 10–6 м2/с = 1 мм2/с.
Теплота:
1 ккал = 4187 Дж;
1 ккал/ч = 4187/3600 Вт = 1,1630 Вт = 1,1630 Дж/с.
Теплота сгорания:
1 кг у.т. (килограмм условного топлива) = 29,31 МДж/кг = 7000 ккал/кг.
Глава 1
КРАТКИЙ ОБЗОР МИРОВОГО И ОТЕЧЕСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ НЕФТЯНОЙ, НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. НЕФТЕ- И ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ И ПЕРСПЕКТИВЫЕЕ РАЗВИТИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ НЕФТИ И ГАЗА, БУРЕНИИ СКВАЖИН И ТРАНСПОРТЕ НЕФТИ И ГАЗА
Краткий обзор мирового и отечественного развития нефтяной, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности
Нефть и природный газ были известны людям еще несколько тысяч лет назад. В трудах древних ученых (Геродот, Плутарх, Плиний и др.) приводятся описания источников нефти, расположенных в Индии, Персии, Сирии, островах Средиземного моря, на Амударье, берегу Каспийского моря.
Нефть уже в древности применяли в качестве топлива, для освещения, в военном деле. Так, войска Чингисхана использовали горячие горшки с нефтью и стрелы при взятии Бухары.
Русские воины применяли стрелы, обмотанные тряпками пропитанными нефтью, в войнах с Половцами.
Войска царя Даурия шарами из хлопка, пропитанными нефтью обороняли Вавилон от войск Александра Македонского (331 г. до н.э.).
Первоначально люди использовали только жидкую нефть и продукты ее окисления – асфальты и битумы. Добыча нефти при этом проходила из специально вырытых ям и колодцев, глубина которых доходила до 60 м. Нефть извлекали из колодцев с помощью кожаных ведер, разливали ее в ямы и далее развозили на продажу.
Наиболее крупным центром колодезной добычи в средние века становится Апшеронский полуостров. Как следует из записей Аравийского ученого Абуль-Хасан-Масуди, в Баку добывали несколько видов нефти: белую, желтую, черную и синюю. О масштабах колодезной добычи можно судить по данным немецкого ученого Кемпфера, который подсчитал, что в Баку в 1683 году было добыто 13 тыс т нефти.
Наряду с нефтью были известны людям и месторождения горючих газов. В частности, факелы горючих газов в Дагестане, на Апшеронском полуострове служили маяками для судов, плавающих по Каспийскому морю. Описаны выделения горючих газов в Северной Америке, на островах Малайского архипелага, в Индии и в других местах.
Со временем потребность в нефти возрастала, и колодезная добыча уже не могла удовлетворить ее в полном объеме, т.к. рыть очень глубокие колодцы было трудно и небезопасно. На смену колодцам приходят нефтяные скважины.
Первые нефтяные скважины были пробурены в России в 1848 г. в Баку, на Кубани и в районе Ухты. Инициатором бурения скважин был чиновник горного управления Семенов. Для сравнения, в США первая нефтяная скважина была пробурена в 1859 г. в штате Пенсильвания.
Первоначально скважины бурили примитивными станками с ручным приводом, ударяя острым долотом по дну скважины (ударное бурение, которое просуществовало до начала 20 века). Промышленное применение нефтяных скважин началось в России в 60-х годах 19 века на Апшеронском полуострове.
До середины 18 века добываемая людьми нефть применялась без дополнительной переработки. Но уже в 1745 г. впервые в мире, на реке Ухте была проведена перегонка нефти – начальный момент в истории мировой и отечественной переработки нефти.
В 1823 г. на Северном Кавказе, около г. Моздока братьями Дубиниными была построена первая кубовая установка для перегонки нефти. Установка функционировала 20 лет с выработкой нескольких десятков тонн осветительного керосина в год (объем куба был 500 л). При этом бензиновая фракция терялась, а мазут использовали для смазки колес или сжигали в мазутных ямах.
Первая промышленная нефтеперегонная установка была построена Воскобойниковым в районе Баку в 1837 г. В 1869 г. таких установок – «заводов» было уже 23, а в 1874г. – 123 «завода» на которых было выработано за год 80 тыс т осветительного керосина.
Для сравнения, в Англии керосин из нефти стали получать в 1848 г., а в США – в 1860 г.
Таким образом, переработка нефти в конце XIX века представляла собой, по существу, нефтеперегонные заводы, на которых основным продуктом был керосин. Заводы являлись частью нефтяного бизнеса и только в сочетании с добычей нефти и маркетингом приносили их хозяевам прибыль. Уровень технического оснащения заводов был невысок, в основном на них использовался тяжелый физический труд.
Начиная с последней четверти 19 века, внимание русских ученых было привлечено к остаточной фракции перегонки нефти – мазуту. После изобретения инженером Шуховым форсунки для сжигания тяжелого жидкого топлива мазут нашел применение в качестве топлива. Было начато производство смазочных масел путем перегонки мазута под вакуумом и с водяным паром. Большая роль в организации производства масел принадлежала Д.И. Менделееву. Минеральные масла, производимые в России, очень высоко ценились во всем мире.
В 1885–86 гг. перегонку нефти начали проводить на кубовых батареях непрерывного действия, позволяющих разделить нефть на 3–5 фракций в непрерывном режиме. Создатели батарей – русские инженеры Инчик, Шухов и Елин. Эти установки эксплуатировались на ряде заводов до 40-х годов
20 века.
В 1890 г. Шуховым и Гавриловым была запатентована трубчатая нефтеперегонная установка непрерывного действия, в которой непрерывный нагрев нефти осуществлялся в трубном змеевике печи, а разделение испарившейся нефти на фракции проводился в тарельчатых колоннах. Суть этого изобретения лежит в основе всех современных установок прямой перегонки нефти.
В начале 20 века практически вся добыча нефти была сосредоточена в районе Баку (Россия). В 1913 г. в России было добыто около 13 млн т нефти, из которых 82 % приходилось на Баку, 16 % – на Грозный, остальное – Урало-Эмбенский район, Майкоп, Фергана. В местах добычи была сосредоточена и переработка нефти.
Развитию нефтепереработки значительно способствовало появление разнообразных двигателей и транспортных средств на их основе, использующих как топливо различные фракции нефти.
В 1884 году немецким инженером Отто был изобретен двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием, который использовал в качестве топлива бензиновые фракции нефти.
В конце 19 века немецким изобретателем Дизелем был сконструирован двигатель с воспламенением от сжатия. В нем в качестве топлива нашли применение фракции дизельного топлива (180–350 ºС).
На базе этих двигателей в ряде стран в конце 19, начале 20 века возникает автомобильная промышленность (основной потребитель этих фракций нефти).
Еще больший импульс развитию технологии переработки нефти дало появление авиации сначала с использованием двигателей внутреннего сгорания, а затем и реактивных, которые потребовали использования в качестве топлива керосиновых фракций.
Если рассматривать нашу страну (20 век), то развитие нефтяной, газовой и нефтеперерабатывающей промышленности следует разделить на ряд этапов. После гражданской войны были проведены большие работы, позволившие к 1928 г. восстановить разрушенные промыслы и заводы. Большая заслуга в этом принадлежит академику И.М. Губкину.
В годы первой пятилетки (1928–32 гг.) в области промыслового дела ударное бурение было полностью заменено на вращательное, сооружены новые нефтепроводы. В нефтепереработке началось перевооружение установок прямой перегонки нефти: кубовые батареи были заменены на трубчатые установки; мощность заводов по переработке нефти возросла в 2–3 раза. Были построены новые установки термокрекинга, строились заводы по производству автомобильных и авиационных масел.
Во второй пятилетке (1933–37 гг.) продолжилось строительство более мощных установок прямой перегонки нефти, термокрекинга. Было создано производство парафина. Начинается, наряду с Баку, Грозным, строительство заводов в Уфе, Ишимбае, Москве, Одессе, Хабаровске, Саратове.
Третья пятилетка (1938–42 гг.) пришлась на годы войны. Основное внимание было уделено развитию добычи нефти и развитию нефтепереработки в восточных районах страны, т.к. европейская часть страны была оккупирована.
Довоенный уровень добычи и переработки нефти был достигнут к 1949 г. К этому времени существенно возросла мощность установок прямой перегонки нефти. С 1966 г. в строй начали вводиться установки прямой перегонки нефти мощностью 6 млн т/год по сырью.
В 50–60-е годы развитие нефтепереработки шло по пути внедрения технологий переработки сернистых и парафинистых нефтей. В связи с чем, были разработаны и внедрены такие процессы как: гидрочистка дистилляционных фракций, гидрокрекинг остаточных фракций, депарафинизация масляных и дизельных фракций. Получили развитие процессы нефтехимии на базе нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих заводов с получением спиртов, альдегидов, синтетических полимерных продуктов.
В конце 1991 г. распался Советский Союз. Россия перешла на новые экономические пути развития. Первая Российская нефтяная компания была создана в 1992 г. на базе крупных нефтяных месторождений Западной Сибири и двух нефтеперерабатывающих заводов – Волгоградского и Пермского и получила название «ЛУКОЙЛ».
В настоящее время основная часть добычи нефти приходится на частные компании. В табл. 1.1 приведены объемы добычи нефти вертикально интегрированными нефтяными компаниями России.
При этом экспорт за 1997, 1998 и 1999 гг. составил соответственно 105398, 113624 и 110728,5 тыс т, а поставки на НПЗ России за тот же период – 171513,7, 151621,1 и 158325,9 тыс т. Объем первичной переработки нефти в крупнейших компаниях «ЛУКОЙЛ» и «Юкос» составил примерно
18–20 млн т/год (1998 и 1999 гг.).
Очевидно, что вертикально интегрированные компании наращивают в основном добычу нефти, однако рост темпов нефтепереработки внутри страны существенно отстает от добычи.
Для поддержания объема добычи на необходимом уровне, а тем более повышения нефтеотдачи, используют новые физико-химические методы воздействия на пласт. К таким методам относятся: полимерное заводнение, применение новых реагентов – волокнисто-дисперсных систем, суспензий, активированных измельчением тонкодиспергированных минеральных систем, углеводородных композиций поверхностно-активных веществ (ПАВ), микробиологическое воздействие на пласт.
Таблица 1.1
Добыча нефти и газового конденсата в России (тыс т)
| Компания | 1997 г. | 1998 г. | 1999 г. | 2001 г. | 2002 г. |
| «ЛУКОЙЛ» | 53667,1 | 53670,7 | 62916,4 | 75490,0 | |
| «Юкос» | 34111,3 | 33817,9 | 58112,5 | 69887,7 | |
| «Сургут-нефтегаз» | 35171,4 | 36769,4 | 44027,6 | 49207,5 | |
| «Сиданко» | 19902,9 | 19219,3 | 9134,6 | 16261,9 | |
| «Татнефть» | |||||
| «Тюменская НК» | |||||
| «Сибнефть» | |||||
| «Башнефть» | |||||
| «Роснефть» | |||||
| «Славнефть» | – | ||||
| «Восточная НК» | – | – | |||
| «Онако» | – | – | |||
| «Коми ТЭК» | – | – | |||
| Всего НК | |||||
| Всего по России |
Большое значение имеет разработка экологически чистых микробиологических технологий очистки внутрискважинного оборудования от асфальто-смолисто-парафиновых отложений (АСПО), затрудняющих добычу нефти. Для борьбы с АСПО уже применяется большой ассортимент ингибиторов, удалителей АСПО, соле- и гидроотложений, а также модифицированный полиэтилен в качестве покрытия, т.к. его адгезия к отложениям снижена в 1,5–2,0 раза.
Разработка и внедрение этих комплексных мер способны на 1,5–2,0 % и более повысить добычу нефти за счет ее полного извлечения, сокращения простоя оборудования вследствие образования минеральных и органических отложений.