Ахметов и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа (2006)

as a manual for traning diploma specialists in the following directions: 657300 «Oil and Gas Equipment and Facilities», 551800 «Technological machines and Equipment», 250400 «Chemical Technology of Natural Entrgy Bearing Sources and Hydrocarbon Materials»

St Petersburg• Nedra • 2006

С.А. Ахметов, Т.П. Сериков, И.Р. Кузеев, М.И. Баязитов

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

Под ред. С. А. Ахметова

Допущено учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для подготовки дипломированных специалистов по направлениям 657300 «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства», 551800 «Технологические машины и оборудование» и специальности 250400 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Санкт–Петербург • Недра • 2006

УДК 665:63.048 ББК 35.514

директор ГУП «Институт нефтехимпереработки» Академии наук РБ, доктор технических наук, профессор

Э. Г. Теляшев; действительный член Академии наук РБ, доктор технических наук,

профессор кафедры «Технология нефтяного аппаратостроения» УГНТУ А. В. Бакиев

Ахметов С. А. и др.

Т38 Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С.А. Ахметов, Т.П. Сериков, И.Р. Кузеев, М.И. Баязитов; Под ред. С.А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.

Вкнигерассмотренысовременноесостояниеразвитиянефтегазового комплекса мира и России; основы химии нефти и нефтепродуктов; химмотологии моторных топлив; теоретические основы и технология основных процессов, применяемых на современных нефтеперерабатывающих заводах, современное состояние и актуальные проблемы нефтепереработки. Показано аппаратурное оснащение технологических установок и приведены сведения о принципах их работы.

Для студентов вузов, инженерно-технических и научных работников нефтеперерабатывающей отрасли нефтегазоперерабатывающего комплекса.

Кузеев И.Р., Баязитов М.И., 2006

Глава 1. Основы физикохимии нефти и нефтепродуктов . . . . . . . . 15 1.1. Современное состояние нефтегазового комплекса мира

и России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2. Краткие сведения о химическом составе нефти

и ее фракций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.2.1. Элементный и фракционный состав нефти. . . . . . . . . . . . . 19 1.2.2. Химический состав и распределение групповых

углеводородных компонентов по фракциям нефти. . . . . . . . 21 1.2.3. Классификация нефтей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.2.4. Производственно-проектная оценка

и основные направления переработки нефтей и газоконденсатов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.2.5. Классификация процессов переработки нефти, газовых конденсатов и газов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.3. Основные требования к качеству товарных нефтепродуктов . . . . 39 1.3.1. Автомобильные и авиационные бензины . . . . . . . . . . . . . . 41 1.3.2. Дизельные топлива. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 1.3.3. Реактивные топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 1.3.4. Газотурбинные топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 1.3.5. Котельные топлива. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1.3.6. Основные химмотологические требования

к нефтяным маслам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1.3.7. Основные требования к некоторым нетопливным

Глава 2. Аппаратурное оформление процессов

2.2. Колонное оборудование, устройство

Классификация теплообменных аппаратов

и предъявляемые к ним требования . . . . . . . . . . . . . . . . .

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты,

их типы и конструктивное исполнение . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.3. Аппараты воздушного охлаждения. . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.4. Теплообменные аппараты типа «труба в трубе» . . . . . . . . .

2.3.6. Оросительные аппараты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 2.3.7. Пластинчатые теплообменники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 2.3.8. Спиральные теплообменные аппараты . . . . . . . . . . . . . . 132 2.3.9. Пластинчато-ребристые теплообменники . . . . . . . . . . . . 137 2.3.10. Нагревающие и охлаждающие агенты. . . . . . . . . . . . . . . 142

2.4. Технологические печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 2.4.1. Назначение, принцип действия

и классификация трубчатых печей . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 2.4.2. Показатели работы печей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 2.4.3. Оборудование трубчатых печей и особенности

его эксплуатации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 2.4.4. Особенности конструкций печей

для различных технологических процессов . . . . . . . . . . . 191 2.5. Резервуары и емкостное оборудование. . . . . . . . . . . . . . . . . 206 2.6. Трубопроводные системы и арматура. . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 2.6.1. Общие сведения о трубопроводах. . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 2.6.2. Компоновка трубопроводных систем . . . . . . . . . . . . . . . 227 2.6.3. Опоры основных трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 2.6.4. Опоры сопутствующих трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . 237

2.6.5. Назначение и классификация трубной арматуры: запорная, регулирующая

и предохранительные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 2.6.5.1. Классификация трубной арматуры. . . . . . . . . . . . . . . 239 2.6.5.2. Условные обозначения трубной арматуры . . . . . . . . . . 241 2.6.5.3. Способы присоединения арматуры к трубопроводу . . . . 246 2.6.5.4. Задвижки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 2.6.5.5. Вентили . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 2.6.5.6. Краны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

2.7. Машинное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 2.7.1. Общие сведения о насосах и компрессорах. . . . . . . . . . . . 287 2.7.2. Классификация насосов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 2.7.3. Центробежные насосы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 2.7.4. Устройство и принцип действия

центробежных насосов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 2.7.5. Область применения и классификация компрессоров. . . . . 306

2.8. Конструкционные материалы, применяемые для изготовления оборудования нефтегазопереработки . . . . . . 319

2.8.1. Требования, предъявляемые к конструкционным материалам для технологической аппаратуры и их выбор . . 319

2.8.2. Основные конструкционные материалы . . . . . . . . . . . . . 325 2.8.2.1. Сталь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 2.8.2.1.1. Углеродистые стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

2.8.2.1.2. Легированные стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 2.8.2.1.3. Марки сталей, рекомендуемых

для сварных аппаратов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 2.8.2.1.4. Листовая сталь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 2.8.2.1.5. Биметалл . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 2.8.2.2. Чугун . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

2.9. Обеспечение безопасного технического состояния оборудования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

2.9.1. Гидравлическое (пневматическое) испытание сосудов . . . . 353

2.9.2. Гидравлическое испытание трубопроводов

на прочность и плотность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 2.9.3. Пневматическое испытание трубопроводов

на прочность и плотность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 2.9.4. Проведение неразрушающего контроля. . . . . . . . . . . . . . 359 2.9.5. Определение остаточного ресурса сосудов и аппаратов . . . . 366

2.9.5.1. Прогнозирование ресурса аппаратов, подвергающихся коррозии и изнашиванию (эрозии). . . . . . . . . . . . . . . 366

2.9.5.2. Прогнозирование ресурса аппаратов при циклических нагрузках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

2.9.5.3. Прогнозирование ресурса аппаратов по изменению механических характеристик металла . . . . . . . . . . . . . 369

2.9.5.4. Прогнозирование ресурса сосуда, работающего в условиях ползучести материала. . . . . . . 370

2.9.5.5. Прогнозирование ресурса сосудов по критерию хрупкого разрушения. . . . . . . . . . . . . . . 372

Глава 3. Теоретические основы и технология процессов первичной переработки нефти и газов . . . . . . . . . . . . . 377

3.1. Научные основы и технология процессов подготовки нефти и горючих газов к переработке. . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

3.1.1. Сбор и подготовка нефти на промыслах. . . . . . . . . . . . . . 377 3.1.2. Обессоливание нефтей на НПЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 3.1.3. Подготовка горючих газов к переработке . . . . . . . . . . . . . 391 3.2. Теоретические основы процессов перегонки нефти и газов . . . . 396

3.2.1. Общие сведения о перегонке и ректификации нефти и газов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

3.2.2. Особенности нефти как сырья процессов перегонки. . . . . . 401 3.2.3. Способы регулирования температурного режима

ректификационных колонн. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 3.2.4. Выбор давления и температурного режима

в ректификационной колонне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 3.2.5. Особенности перегонки с водяным паром . . . . . . . . . . . . 408

3.2.6. Классификация ректификационных колонн и их контактных устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

3.2.7. Конденсационно-вакуумсоздающие системы вакуумных колонн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

3.3. Современные промышленные установки перегонки нефти и газов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420

3.3.1. Типы промышленных установок . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 3.3.2. Блок атмосферной перегонки нефти

установки ЭЛОУ-АВТ-6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 3.3.3. Блок вакуумной перегонки мазута

установки ЭЛОУ-АВТ-6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 3.3.4. Блок стабилизации и вторичной перегонки бензина

установки ЭЛОУ-АВТ-6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 3.3.5. Особенности технологии вакуумной перегонки

мазута по масляному варианту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 3.3.6. Вакуумная (глубоковакуумная) перегонка мазута

в насадочных колоннах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 3.3.7. Перекрестноточные насадочные колонны

для четкого фракционирования мазута с получением масляных дистиллятов . . . . . . . . . . . . . . . 437

3.3.8. Особенности технологий фракционирования газоконденсатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

3.3.9. Фракционирование углеводородных газов нефтепереработки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443

3.4. Оборудование электрообессоливающих установок . . . . . . . . . 449 3.5. Вакуумсоздающие системы и оборудование . . . . . . . . . . . . . 456 3.5.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456

3.5.2. Конструктивные и технологические особенности пароэжекторных вакуум-насосов установок АВТ. . . . . . . . 456

3.5.3. Требования, предъявляемые к вакуумсоздающим системам и основные тенденции конструктивного

оформления вакуум-насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 3.5.4. Некоторые аспекты эксплуатации

и совершенствования вакуумсоздающих систем . . . . . . . . 461

Глава 4. Теоретические основы и технология производства смазочных масел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 4.1. Основные понятия и определения

экстракционных процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 4.2. Теоретические основы экстракционных процессов

очистки масел. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

4.2.1. Основы молекулярной теории растворов . . . . . . . . . . . . . 472 4.2.2. Классификация растворителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 4.2.3. Растворяющие и избирательные свойства

растворителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 4.3. Технология процесса пропановой деасфальтизации

гудрона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 4.3.1. Влияние оперативных параметров на эффективность

процессов пропановой деасфальтизации . . . . . . . . . . . . . 487 4.3.2. Принципиальные технологические схемы установок

деасфальтизации пропаном. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 4.3.3. Процесс пропановой деасфальтизации с регенерацией

растворителя в сверхкритических условиях . . . . . . . . . . . 493 4.4. Технология процессов селективной очистки масляных

фракций и деасфальтизаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 4.4.1. Влияние оперативных параметров

на эффективность процессов очистки масел селективными растворителями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496

4.4.2. Принципиальные технологические схемы селективной очистки масел. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504

4.4.3. Отличительные особенности установки селективной

очистки масел N-метилпирролидоном. . . . . . . . . . . . . . . 508 4.5. Технология процессов депарафинизации рафинатов

кристаллизацией. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 4.5.1. Основные закономерности застывания

и кристаллизации углеводородных компонентов сырья депарафинизации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510

4.5.2. Влияние оперативных параметров на эффективность процессов депарафинизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516

4.5.3. Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатой депарафинизации в растворе

кетон-толуол . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521 4.5.4. Разновидности процессов депарафинизации

экстрактной кристаллизацией . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 4.6. Краткие сведения о прочих процессах депарафинизации . . . . . 531 4.6.1. Процесс цеолитной депарафинизации «Парекс» . . . . . . . . 531 4.6.2. Карбамидная депарафинизация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532 4.6.3. Процессы микробиологической депарафинизации. . . . . . . 535

4.7. Краткие сведения о прочих физико-химических процессах очистки масел. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535

4.7.1. Процессы адсорбционной очистки масел . . . . . . . . . . . . . 535 4.7.2. Кислотная очистка масел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 4.8. Оборудование производств смазочных масел. . . . . . . . . . . . . 539

4.8.1. Оборудование установок депарафинизации масел . . . . . . . 539 4.8.2. Оборудование установок селективной очистки масел . . . . . 551

Глава 5. Теоретические основы, технология и оборудование термических процессов переработки нефтяного сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555

5.1. Типы и назначение термических процессов . . . . . . . . . . . . . . 555 5.2. Теоретические основы термических процессов

переработки нефтяного сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556 5.2.1. Основы химической термодинамики термических

реакций углеводородов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556 5.2.2. Основные положения механизма термических

реакций нефтяного сырья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564 5.2.3. Химизм газофазного термолиза нефтяного сырья . . . . . . . 569 5.2.4. Краткая характеристика сырья термодеструктивных

процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574 5.2.5. Основные закономерности жидкофазного термолиза

нефтяных остатков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576 5.2.6. Влияние качества сырья и технологических

параметров на процесс термолиза нефтяных остатков. . . . . 579 5.3. Технология современных термических процессов

переработки нефтяного сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 5.3.1. Термический крекинг дистиллятного сырья . . . . . . . . . . . 583 5.3.2. Установки висбрекинга тяжелого сырья. . . . . . . . . . . . . . 587 5.3.3. Установки замедленного коксования . . . . . . . . . . . . . . . . 591 5.3.4. Особенности технологии производства

игольчатого кокса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599 5.3.5. Процессы получения нефтяных пеков

термоконденсацией остатков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 5.3.6. Установки пиролиза нефтяного сырья . . . . . . . . . . . . . . . 604 5.3.7. Производство технического углерода . . . . . . . . . . . . . . . 610 5.3.8. Производство нефтяных битумов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 614

5.4. Особенности эксплуатации оборудования термических процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎