Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СТАНОВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ 9
1.1. Зарождение производства нефтяных смазочных масел 12
1.2. Становление масляного производства после национализации нефтяной промышленности 16
1.3.Восстановление и развитие масляного производства в послевоенный период 18
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИИ ГУДРОНА ПРОПАНОМ 21
2.1 . Промышленная установка одноступенчатой деасфальтизации гудрона пропаном Грозненского нефтемаслозавода 23
2.2.Установка деасфальтизации гудрона пропаном Бакинского НПЗ им. Сталина 27
2.2.1 .Реконструкция одноступенчатой установки деасфальтизации 30
2.3.Промышленная установка двухступенчатой деасфальтизации 33
2.3.1. Совершенствование установки двухступенчатой
деасфальтизации 39
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ 42
3.1. Первая промышленная установка селективной очистки масел фенолом 45
3.1.1. Реконструкция установки фенольной очистки с целью замены фенола на N-метилпирролидон 51
3.2. Первая промышленная установка селективной очистки фурфуролом Г-37 с применением ротационного дискового контактора 57
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕПАРАФИНИЗАЦИИ 62
4.1. Разработка и совершенствование процесса депарафинизации нефтяных масел кристаллизацией 64
4.2.Разработка процесса глубокой депарафинизации нефтяных масел 71
4.2.1 Реконструкция установки глубокой депарафинизации Ново-Уфимского НПЗ 76
4.3.Разработка процесса экстракционной депарафинизации 80
4.4. Разработка технологии адсорбционной депарафинизации 85
4.5. Разработка процесса карбамидной депарафинизации маловязких нефтяных масел 90
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ МАСЕЛ 94
5.1.Изучение процесса гидроочистки смазочных масел на пилотной установке ГрозНИИ 96
5.2.Промышленное освоение процесса гидроочистки масел 100
5.3.Результаты работы промышленной установки гидроочистки масел
Г-24 Ферганского нефтеперерабатывающего завода 105
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННЫХ УСТАНОВОК ПО ПРОИЗВОДСТВУ НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ 108
6.1. Разработка типовой комбинированной установки деасфальтизации и селективной очистки Г-36/37 110
6.1.1. Реконструкция комбинированной установки очистки масел парными растворителями Грозненского нефтемаслозавода 117
6.2. Комбинированная установка депарафинизации и обезмасливания 119
6.3. Разработка комбинированной установки КМ-1 Дрогобычского НПЗ... 123
6.4. Комбинированная установка КМ-2 ПО «Ярославнефтеоргсинтез» 126
6.4.1. Установка деасфальтизации и селективной очистки, как дополнение к комплексу КМ-2 131
6.4.2. Основные этапы модернизации установки КМ-2 132
6.5.Комбинированная установка КМ-3 Волгоградского НПЗ 136
ВЫВОДЫ 139
ЛИТЕРАТУРА 141
- Зарождение производства нефтяных смазочных масел
- Промышленная установка одноступенчатой деасфальтизации гудрона пропаном Грозненского нефтемаслозавода
- Первая промышленная установка селективной очистки масел фенолом
Введение к работе
По мере развития промышленности и транспортных средств непрерывно повышаются требования к качеству нефтяных масел. Это связано, в первую очередь, с повышением механических, температурных нагрузок в агрегатах современных механизмов и увеличением сроков замены масел. В связи с этим все большее значение приобретают высокоиндексные базовые масла, имеющие высокую стабильность, хорошую приемистость к пакетам многофункциональных присадок, хорошие пусковые свойства при низких температурах и необходимую вязкость в пределах рабочих температурах.
Общая выработка масел из нефти невелика и равна 1,5-2,0% от общей переработки нефти, но технология их производства более сложная и энергоемкая, чем технология производства топлив. Мощности производства масел в мире составляют около 42 млн.т./год, из них 11 млн.т/год в США, 7,3 млн.т./год в странах Западной Европы, и 6,1 млн.т./год в России и СНГ. Ассортимент нефтяных масел весьма обширен, что объясняется специфичностью требований предъявляемых к ним в различных областях промышленности. В настоящее время в мире производится более 500 марок нефтяных масел [1].
Моторные масла составляют 60% от общего потребления всех масел, индустриальные - 30%, и 10% остальные масла.
Нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов Сго-Сбо молекулярной массой 300 -750, выкипающих в интервале 3 00-65 0°С. В состав масел входят в основном нафтеновые, изопарафиновые и низкомолекулярные ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями [2,3].
Сущность технологии получения базовых масел из дистиллятов и остатка - это многоступенчатая очистка от вредных примесей и нежелательных групп углеводородов. Из гудрона применением процесса деасфальтизации удаляют асфальтены. Потом из дистиллятов и деасфальтизата при помощи процесса селективной очистки избирательными растворителями удаляются высокомолекулярные ароматические углеводороды для повышения индекса вязкости и снижения коксуемости. Вместо селективной очистки может проводиться процесс адсорбционной очистки. Адсорбенты более избирательны, чем селективные растворители, что позволяет получать больший выход масел [4]. Затем проводится процесс депарафинизации для удаления нормальных парафинов (гачи и петролатумы) с целью обеспечения низких температур застывания масел. Завершающей стадией в производстве масел служит процесс гидроочистки, при котором базовые масла осветляются и из них удаляются серо- и азотсодержащие соединения. Гидрогенизационные процессы играют все большую роль в современном производстве масел [4,5,6].
Товарные масла получают компаундированием дистиллятных и остаточных базовых масел. Удовлетворение всех эксплуатационных характеристик достигается за счет добавления присадок.
Использование синтетических масел было вызвано повышающимися требованиями к высококачественным моторным и другим маслам, которые должны обеспечивать высокотемпературную окислительную стабильность при рабочих температурах выше 200°С. Синтетические масла вырабатывают на основе гидроизомеризации парафина, сложных спиртов, эфиров синтетических жирных кислот, кремнийорганических жидкостей и других веществ [2].
Возрастающее значение нефтяных масел для надежной эксплуатации техники вызвало необходимость более глубокого изучения их природы и свойств, выявления оптимальных условий их производства и применения.
Огромный вклад в развитие процессов производства смазочных масел внесли Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтеперерабатывающей промышленности (ВНИИНП), Грозненский нефтяной научно-исследовательский институт (ГрозНИИ), институт нефтехимической промышленности АН Азербайджана (ИНХП АН) и Башкирский научно-исследовательский институт нефтеперерабатывающей промышленности (БашНИИНП) [7].
Зарождение и развитие промышленных процессов получения нефтяных масел в нашей стране неразрывно связано с деятельностью ГрозНИИ, который был организован на базе Центральной лаборатории Грознефти в 1928 г. Первым директором ГрозНИИ был А.Н. Саханов. Он стоял у истоков создания процессов производства масел в Грозном, был одним из первых исследователей грозненских нефтей. В период с 1920 по 1931 гг. Саханов руководил исследованиями по смазочным маслам [7].
Деятельность ГрозНИИ была направлена на создание технологий получения нефтяных масел для различных областей техники - авиационных, кабельных, гидравлических, трансмиссионных, индустриальных и др. На базе экспериментальных работ, проведенных ГрозНИИ, были созданы и успешно эксплуатируются до настоящего времени целый ряд промышленных установок производства масел (деасфальтизация гудрона, селективная очистка масел фурфуролом, гидроочистка масел, депарафинизация, очистка N-метилпирролидоном и др.) [8,9].
Одновременно с созданием в Грозном производства нефтяных смазочных масел в ГрозНИИ впервые в СССР были проведены крупные исследования по получению высококачественных синтетических масел. При проведении этих работ были разработаны методы исследования химического и фракционного состава масел, получившие широкую известность и большое распространение (метод ГрозНИИ определения химического состава масел, метод исследования масел экстракционным фракционированием и др.) [10].
По данным разработок института строились промышленные объекты в ряде районов СССР. Большая работа была проведена сотрудниками ГрозНИИ по разработке комплексной схемы нефтеперерабатывающего завода и крупной комбинированной установки, являющейся важной частью такого завода. За выполнение этой работы коллективам ГрозНИИ и Гипрогрознефти (Грозгипронефтехим) в 1957 г. была присуждена первая Всесоюзная премия [11].
В 1965 году ГрозНИИ становится головным институтом в СССР по разработке схем переработки высокопарафинистых мангышлакских и ставропольских нефтей, по производству масел с применением избирательных растворителей. Большую роль в создании и развитии технологии производства смазочных масел сыграли ученые и специалисты ГрозНИИ А.И. Воронов, Л. Г. Жердева, А.Г. Мартыненко, О.А. Артемьева, Н.Ф. Митрофанов и др. [12].
АзНИИ был организован в 1929 г. путем объединения ряда исследовательских организаций Азнефти. В 1959 г. был переименован в Институт нефтехимической промышленности АН Азербайджанской ССР. Учеными института были проведены большие исследования по разработке процессов производства масел, парафинов и присадок [13].
Важные научно-исследовательские работы в области создания технологии производства энергетических масел были проведены Н.Г. Калантаром, И.М. Оруждевой и др. Результаты этих работ легли в основу организации производства высокостабильных трансформаторных и турбинных масел на Бакинских заводах. В этом же институте Д.О. Гольдберг, И.Д. Абезгаузом и Б.М. Рыбаком были выполнены работы по селективной очистке и депарафинизации масляных фракций Бакинских нефтей. В 1938 г. в Баку с использованием полученных ими данных была построена первая промышленная установка селективной очистки масляных дистиллятов фурфуролом [14].
Центральный институт авиационных топлив и масел (ЦИАТИМ) был организован в 1933 г. Деятельность института была связана с возникновением и развитием нефтеперерабатывающей промышленности в центральных и восточных районах нашей страны. Работы ЦИАТИМа были посвящены систематизации имеющихся данных по составу нефтей кавказских месторождений и углубленному исследованию нефтей восточных районов. ЦИАТИМ в 1954г. слился с двумя другими институтами -Всесоюзным научно-исследовательским институтом искусственного жидкого топлива и газа (ВНИГИ) и Всесоюзным научно-исследовательским институтом по транспорту и хранению нефти и нефтепродуктов (ВНИИТнефть); объединенный институт был назван ВНИИНП. Институтом была проведена большая работа по организации производства смазочных масел из сернистых нефтей [10].
Для выполнения проектных работ по исследовательским данным научно-исследовательских институтов в 1920-1930 гг. создавались проектные организации. Грозненская проектная организация была создана 1-го октября 1925 г. в виде проектного бюро конторы заводстроя. В дальнейшем эта организация выросла в крупный проектный институт - Грозгипронефтехим. От проектирования отдельных нефтеперегонных установок институт перешел к проектированию крупных нефтеперерабатывающих заводов, построенных в Грозном, Баку, Фергане, Омске, Кременчуге, в других регионах Советского Союза и за рубежом [15].
В проектном институте «Азнефть» выполнялись проектные работы для нефтеперерабатывающей промышленности не только Азербайджана, но и СССР в целом. Коллектив института внес огромный вклад в становление отечественной нефтеперерабатывающей промышленности.
Проектный институт «Гипронефть» был создан в 1929г. в г. Москве. Этот институт занимался проектированием новых и реконструкцией старых нефтеперерабатывающих заводов, а также разработкой проектов технологических установок. В 1930 г. институтом был запроектирован цех по производству авиационных масел. В 1933г. «Гипронефть» был реорганизован в «Нефтепроект» с последующими переименованиями в «Нефтезаводпроект», «Гипрознефтезаводы» и ВНИПИнефть. Для производства масел ВНИПИнефть разработал технологические установки деасфальтизации гудрона пропаном, селективной очистки фенолом, а также селективной депарафинизации и обезмасливания гачей, перколяционной очистки парафина, контактной доочистки масел [16].
В 1947 г. в Уфе был создан научно-исследовательский институт УфНИИ, предназначенный для решения научно-технических задач в области нефтяной геологии, бурения скважин, добычи и переработки нефти. Одновременно исследовательская лаборатория Уфимского НПЗ была реорганизована в отдел нефтепереработки УфНИИ. Увеличение объемов переработки нефти на востоке страны требовало расширения и укрепления научно-исследовательской базы. Поэтому в 1956 г. отдел нефтепереработки УфНИИ реорганизовали в Башкирский научно-исследовательский институт по переработке нефти (БашНИИНП) [16].
Координированная работа научно-исследовательских, проектных организаций и нефтеперерабатывающих заводов позволила разработать и внедрить в промышленность высокоэффективные процессы производства дистиллятных и остаточных нефтяных масел. Если в начальный период развития нефтеперерабатывающей промышленности в ряде случаев приходилось прибегать к иностранной помощи, то в последующие годы строительство и реконструкция нефтеперерабатывающих заводов масляного профиля в нашей стране осуществлялись с использованием исследовательских и проектных данных отечественных институтов.
Зарождение производства нефтяных смазочных масел
Кавказ - это старейшая база нефтяной и нефтехимической промышленности нашей страны. Первые попытки подвергнуть бакинскую нефть перегонке для получения очищенного «осветительного масла» были сделаны еще в середине XIX в. Открытие на Кавказе богатейших месторождений уникальных высокопарафинистых нефтей явилось стимулом сосредоточения производства масел и парафинов именно здесь.
Первый завод по производству смазочных масел на Апшеронском полуострове был построен нефтепромышленником М.А. Кокоревым в 1863 г. Очистка масла на этом заводе производилась щелочным раствором, а основным оборудованием были перегонные кубы [18].
В 1967 г. купец Ф.И. Смольянинов построил в с. Коржевино Муромского уезда завод по производству смазочных масел мощностью 200 тонн в год.
В 1870 г. в Керчи инженер корпуса путей сообщения Н.А. Соханский построил масляный завод. В качестве сырья на этих заводах использовались нефтяные остатки, привозимые из Баку.
Технология производства на заводе Н.А. Соханского для того времени была на высоком уровне. Завод вырабатывал два сорта масел: машинное «Мадридат» и вагонное «Крым». Смазочные масла, производимые на этом заводе широко применялись для смазывания механизмов на железных дорогах и речном транспорте. Завод Соханского был на тот период самым крупным в России и ежегодно вырабатывал 600 т. смазочных масел [17].
В 1879 г. нефтепромышленник СМ. Шибаев построил в Баку масляный завод. Основным технологическим оборудованием при переработке нефти этого завода являлись перегонные кубы. Масляные дистилляты подвергались кислотно-щелочной очистке [19,20].
Зарождение и развитие отечественного масляного производства неразрывно связано с научной и инженерной деятельностью таких выдающихся русских ученых, как Д.И. Менделеев, В.В. Марковников, С.С. Наметкин, А.Н. Саханов, Н.Д. Зелинский, К.В. Харичков, М.И. Коновалов, Л.Г. Гурвич и др.
В 1880 г. Д.И. Менделеев, исследуя кавказские нефти, определил принципиальное направление их использования в качестве сырья для производства нефтяных масел. И действительно, бакинская и грозненская нефтеперерабатывающая промышленность долгие годы была основной базой производства смазочных масел в нашей стране [21].
В.В. Марковников в тот же период установил природу кавказских нефтей и открыл новый вид углеводородов - нафтенов. Эта работа В.В. Марковникова в 1900 г. была отмечена международным нефтяным конгрессом присуждением золотой медали. Нафтеновые углеводороды являются наиболее высококачественной составной частью смазочных масел. Они обеспечивают высокий индекс вязкости масел. При одинаковом числе углеводородных атомов нафтены по сравнению с алканами характеризуются большей плотностью и, что особенно важно, меньшей температурой застывания. [18].
К.В. Харичков в 1900 г. разработал промышленную классификацию кавказских нефтей и предложил метод их оценки с точки зрения выработки тех или иных товарных нефтепродуктов. Применив его для анализа кавказских нефтей (грозненской, балаханской, биби-эйбатской и берекейской), он пришел к выводу, что наибольшее количество масляных дистиллятов содержится в балаханской нефти, затем грозненской, биби-эйбатской и берекейской. Это была первая методика определения масляных фракций в нефтях. Им же был создан метод холодного фракционирования с применением растворителей, за что в 1903 г. комитет по техническим делам Министерства финансов выдал ему «Охранительное свидетельство» № 20523 [22]. Этот метод явился родоначальником многочисленных экстракционных процессов, широко применяемых и в настоящее время при производстве смазочных масел [23-25].
На основании использования избирательно действующих органических растворителей К.В. Харичков разработал непрерывный процесс получения масел из нефтяных остатков. Таким образом, впервые в истории нефтепереработки К.В.Харичков применил в Грозном избирательно действующие органические растворители для изучения состава нефтяных остатков и для получения из них смазочных масел. Открытие Харичкова создало перспективы для развития производства минеральных смазочных масел в России [26,27].
Промышленная установка одноступенчатой деасфальтизации гудрона пропаном Грозненского нефтемаслозавода
Быстрое развитие отечественного самолетостроения в послевоенные годы (1945-1950 гг.) требовало увеличения производства авиационных масел, улучшения их качества и выработки новых сортов, в частности низкозастывающих масел, пригодных для работы в арктических условиях.
Работами ГрозНИИ в 1948 г. было показано, что включение в технологическую схему Грозненского нефтемаслозавода (ГНМЗ) процесса предварительной деасфальтизации сырья пропаном позволит увеличить выработку авиационного масла на этом заводе до 50%. Эти работы проводились под руководством Н.Ф. Богданова и В.Д. Павлова. Главным инженером проекта являлась А.Г. Мартыненко [45-47].
Целесообразность сооружения первой деасфальтизационной установки именно в г. Грозном определялась тем, что здесь вырабатывалось количество пропана, необходимое для обеспечения работы проектируемой деасфальтизационной установки. Кроме того, в Грозном имелся опыт очистки нефтепродуктов в растворе жидкого пропана, налаженное хозяйство для его транспортирования и хранения.
Увеличение производства авиационных масел требовало расширения сырьевых ресурсов заводов, вырабатывающих эти масла. В 1939-1949 гг. ГНМЗ работал на привозном карачухуро-сураханском сырье. Однако поступление в Грозный этой нефти из года в год уменьшалось и уже в 1949 г. снизилось настолько, что не обеспечивало полной загрузки завода, вследствие чего завод недорабатывал значительное количество авиационного масла по сравнению с тем, что он мог бы дать при обеспечении его необходимым количеством сырья. Между тем, сырьевые ресурсы завода могли быть расширены за счет вовлечения в переработку местного сырья -грозненской парафинистой нефтесмеси. Таким образом, возникла задача изыскания путей, позволявших перевести завод на переработку грозненского сырья, не снизив при этом его производительности. Как показали исследования, проведенные масляной лабораторией ГрозНИИ, эта задача успешно решалась путем осуществления процесса предварительной деасфальтизации пропаном концентрата грозненской нефти, направляемого на установку №16 (дуосол-очистка) ГНМЗ [46].
Деасфальтизацией концентрата грозненской парафинистой нефти можно было получать сырье с более высоким содержанием рафинатных фракций, чем перерабатываемый ранее концентрат карачухоро-сураханской нефтесмеси.
По исследовательским данным ГрозНИИ был разработан процесс деасфальтизации пропаном сырья для выработки авиационных масел на ГНМЗ и получены показатели, необходимые для проектирования промышленной одноступенчатой деасфальтизационной установки [47].
Первая промышленная установка селективной очистки масел фенолом
На двухступенчатой установке битумный раствор из первой колонны деасфальтизации поступал через подогреватель во вторую колонну, в которую подавался дополнительно жидкий пропан. Растворы деасфальтизата II и битума II выводились соответственно из второй колонны сверху и снизу.
Деасфальтизаты I ступени являлись сырьем для производства остаточных масел обычно вязкостью 18-23 мм/с (при 100С), а деасфальтизаты II ступени - значительно более вязких масел, например вязкостью 30-45 мм2/с (при 100 С). В деасфальтизатах II ступени содержалось больше ароматических углеводородов; они также имели более высокие плотность и коксуемость [57].
Установки двухступенчатой деасфальтизации, запроектированные ВНИПИнефтью, построили и ввели в эксплуатацию на Новокуйбышевском, Ново-Уфимском, Омском и Орском нефтеперерабатывающих заводах.
На рисунке 7 приведена технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации. Установка состояла из следующих секций: деасфальтизация I ступени (колонна 10 со вспомогательным оборудованием); деасфальтизация II ступени (колонна 18 и вспомогательные аппараты); регенерация пропана при высоком давлении из раствора деасфальтизата I, из раствора деасфальтизата II, из битумного раствора II (три секции); регенерация пропана при низком давлении из обедненных растворов, выходящих из предыдущих секций регенерации.
Сырьем I ступени являлся гудрон или концентрат, а исходной смесью для II ступени - битумный раствор, переходящий под давлением из первой колонны снизу во вторую.
Сырье насосом 1 подавалось через паровой подогреватель 4 в колонну деасфальтизации I ступени 10. В нижнюю зону этой же колонны вводился через холодильник 3 жидкий пропан, забираемый насосом 2 из приемника 5. Пройдя верхний встроенный подогреватель 9 и верхнюю отстойную зону,
раствор деасфальтизата I после снижения давления (примерно с 4,2 до 2,7 помощью редукционного клапана 8; колонна была оборудована тарелками жалюзийного типа. Битумный раствор I выводился с низа колонны 10, подогревался водяным паром в аппарате 15 и вводился в колонну 18 деасфальтизации II ступени. Пропан в колонну 18 подавался насосом 12 через холодильник 14. Из раствора деасфальтизата I основное количество пропана выделялось в последовательно соединенных испарителях 21 и 22, а из раствора деасфальтизата II - в испарителях 20 и 23. Деасфальтизаты I и II практически полностью освобождались от пропана соответственно в отпарных колоннах 29 и 31 тарельчатого типа. Далее оба деасфальтизата направлялись насосами 27 и 30 соответственно через холодильники 25 и 26 в резервуары. Битумный раствор II ступени, пройдя регулятор расхода 11, нагревался в трубчатой печи 19; испарившийся пропан отделялся от жидкости в сепараторе 24. Смеси пропановых и водяных паров из колонн 29, 31, и 34 поступали в общий конденсатор-холодильник смешения 33. Здесь при контакте с холодной водой водяные пары конденсировались, а пары пропана низкого давления сжимались компрессором 28 до давления 1,7-1,8 МПа. Освобожденный от растворителя битум деасфальтизации из отпарной колонны направлялся насосом 35 через холодильник 36 в резервуар [58].
В таблице 4 приведен материальный баланс двухступенчатой деасфальтизации для двух видов сырья - сернистого и малосернистого гудронов [58].
В освоении новых установок маслоблока коллективам заводов была оказана большая практическая помощь пусконаладочной бригадой во главе со специалистами ГрозНИИ М.Г. Митрофановым и М.И. Логвиновым, а также сотрудниками ВНИИНП (проф. Л.Г. Жердевой, А.А. Карасевой и др.) и ВНИПИнефти (Т.Ф. Слепухой, Н.В. Махновичем и др.) [59].
В связи с надежной работой установок появилось стремление к дальнейшему увеличению выработки деасфальтизата, что стало возможным достичь повышением концентрации вязких масляных компонентов в сырье, поступающем на деасфальтизацию. Для этого к гудрону добавляли дистиллятное сырье повышенной вязкости. Этот вариант увеличения выпуска высоковязких продуктов был проверен в БашНИИНП, после чего восточным заводам была выдана соответствующая рекомендация. На маслоблоках заводов было осуществлено предложение группы исследователей, направленное на максимальное извлечение масла из гудрона, т.е. на увеличение процента отбора деасфальтизата, разработанное в 1956 г. на основании данных лаборатории о том, что в асфальте остается значительное количество масла.
